【正文】 2)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件 113ci s oiw TT? 而 11 1 1 1 1 8 2 . 43 3 0 . 0 0 1 6 7 0 . 0 0 2 cis o iswTT ?? ? ?? 顯然也滿足近似條 件。 表 61 晶閘管整流器的失控時(shí)間（ f=50Hz） [5] 整 流 電 路 形 式 最大失控時(shí)間 smax()T ms 平均失控時(shí)間 ()sTms 單相半波 20 10 單相橋式（全波） 10 5 三相半波 三相橋式 2）電流濾波時(shí)間常數(shù) 0iT ：三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是 ，為了基本慮平波頭，應(yīng)有（ 1~2） 0iT =，因此取 0iT =2ms=。 裕量： 2330c osc os ??? OB ? 表 51 變流變壓器的計(jì)算參數(shù) 整流電路 單相雙 半波 單相半控橋 單相全控橋 三相半波 三相半控橋 三相全控橋 帶平衡電抗器的雙反星形 02/dA U U? 0/ddB U U? cos? cos +12? cos? cos? cos +12? cos? cos? C 2 2 d/IK I I? 1 1 2220( 1 ~ ) ( 1 ~ ) 120 ~ 145 2dU VU V VAB?? ? ??? 取 U2=130V變比： 12380 2 .9 2130UK U? ? ? 由表查的 22/IdK I I? =，即可得二次側(cè)電流的有效值 22 5 5 A 0 .8 1 6 4 4 .8 8dII I K A? ? ? ? ? 第 27 頁 共 43 頁 27 一次側(cè)電流有效值 1I 21 4 4 .8 8 1 5 .3 72 .9 2I AIAK? ? ? 變壓器一次側(cè)容量 S二次側(cè)容量 S變流變壓器的平均容量 S由公式 計(jì)算 1 1 2 2S mU I? 2 2 2 2S mU I? )(21 21 SSS ?? 式中： 1m 、 2m 為一 次側(cè)、二次側(cè)繞組的相數(shù)，對不同接線方式可由表查得： m1=3， m2=3 1 2 2 2 21 ( ) 3 1 3 0 4 4 . 8 8 1 7 . 52S S S m U I k V A? ? ? ? ? ? ? 設(shè)計(jì)時(shí)留取一定的裕量，可以取容量為 18KV A? 的整流變壓器。 第 5章 主電路計(jì)算 變壓器參數(shù)計(jì)算 一般情況下，晶閘管變流裝置所要求的交流供電電壓與電網(wǎng)電壓是不一致的，所以需要變流 變壓器， 通過變壓器進(jìn)行電壓變換，并使裝置于電網(wǎng)隔離，減少電網(wǎng)于晶閘管變流裝置的互相干擾。電網(wǎng)電壓擾動(dòng)和負(fù)載擾動(dòng)在系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖中作用的位置不同，系統(tǒng)對它的動(dòng)態(tài)抗擾效果也不一樣。在減速過程中，由于主電路電流的不可逆性，跟隨性能變差。因此，不可逆的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)雖然有很快的起動(dòng)過程，但在制動(dòng)時(shí)，當(dāng)電流下降到零以后，就只好自由停車。 采用飽和非線性控制方法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制是一種很有實(shí)用價(jià)值的控制策略，在各種多環(huán)控制系統(tǒng)中普遍地得到應(yīng)用。分析過渡過程時(shí)，還必須注意初始狀態(tài)，前一階段的終了狀態(tài)就是后一階段的初始狀態(tài)。此后，電動(dòng)機(jī)才開始在負(fù)載的阻力下減速，與此相應(yīng)，電流 Id 也出現(xiàn)一段小于 IdL的過程，直到穩(wěn)定 (設(shè)調(diào)節(jié)器參數(shù)已調(diào)整好 )。對電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)來說，這個(gè)反電動(dòng)勢是一個(gè)線性漸增的擾動(dòng)量，為了克服這個(gè)擾動(dòng)， Ud0 和 Ud 也必須基本上按線性增長，才能保持 Id恒定。突加給定電壓后，通過兩個(gè)調(diào)節(jié)器的控制作用，電動(dòng)機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)。 應(yīng)用以上各式，再運(yùn)用拉式變換 [9]，即可得到電流與電壓間 的傳遞函數(shù)為 第 22 頁 共 43 頁 22 0() 1/( ) ( ) 1ddlIs RU s E s T s??? 感應(yīng)電勢與電流之間的傳遞函數(shù)為 d()( ) ( ) ( )dL mE s RI s I s T s?? 測速、電流反饋環(huán)節(jié) 測速、電流反饋環(huán)節(jié)的響應(yīng)時(shí)間是瞬時(shí)的，傳遞函數(shù)就是它們的放大系數(shù)，即 ()s ()nn UsW ns ??（ ） = i ()s ()iUsW Is ??（ ） = 調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 用 (s)ASRW 和 (s)ACRW 分別表示轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù) [10]，應(yīng)用得到的各環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)，得到雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如下所示。 1)實(shí)驗(yàn)法。此時(shí)只剩下電流環(huán)起作用，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)由轉(zhuǎn)速無靜差系統(tǒng)變?yōu)橐粋€(gè)電流無靜差的單閉環(huán)恒流調(diào)節(jié)系統(tǒng)。圖中還表示出，兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出都是帶限幅的，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR的輸出限幅 (飽和 )電壓是 U*im，它決定了電流調(diào)節(jié)器給定電壓的最大值；電 流調(diào)節(jié)器 ACR 的輸出限幅電壓是 Uctm，它限制了晶閘管整流器輸出電壓的最大值 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖和靜特性 如圖所示為雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，圖中帶限幅的輸出特性表示了 PI 調(diào)節(jié)器 ? 為轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) ， ? 為電流反饋系數(shù)。 (2)靜差率 S。所以本文選擇方案 三 作為設(shè)計(jì)的最終方案。所以轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)不能控制電流（或轉(zhuǎn)矩）的動(dòng)態(tài)過程。 （ 2）在啟動(dòng)過程，使電流跟隨電流給定值而變化。 [5] 第 14 頁 共 43 頁 14 2） 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) ： 圖 13 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) ASR— 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR— 電流調(diào)節(jié)器 TG— 轉(zhuǎn)速測量裝置 TA— 電流互感器 UPE— 電力電子變換器 為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串級聯(lián)接 。 （ 1）只有比例放大器的反饋控制系統(tǒng)，其被調(diào)量仍是有靜差的。 ，為保證觸發(fā)脈沖對稱度，要求高流電網(wǎng)波形畸變率小于 5%，廣泛應(yīng)用于各種晶閘管裝置中。輸出整流電壓脈動(dòng)小，所以平波電抗器容量就可小一些。用靜止的可控整流器，如汞弧整流器和晶閘管整流裝置，產(chǎn)生 第 11 頁 共 43 頁 11 可調(diào)的直流電壓。所以直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主，只有當(dāng)轉(zhuǎn)速要達(dá)到基速以上時(shí)才輔以弱磁調(diào)速。運(yùn)用所給定的參數(shù)對系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算并校驗(yàn)，最后通過建立調(diào)速系統(tǒng)的模型應(yīng)用仿真軟件進(jìn)行仿真測試。 2）應(yīng)用現(xiàn)代控制理論 在過去，人們感到自動(dòng)控制理論的研究發(fā)展很快，但是在應(yīng)用方面卻不盡人意。 4) LonWork(Local Operating Network 局部操作網(wǎng) )現(xiàn)場總線 它是由美國 Echelon 公司于 1990 年正式推出的。 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 現(xiàn)場總線技術(shù)是從 80 年代后期誕生的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，經(jīng)歷十幾年左右的發(fā)展，國際上出現(xiàn) 了幾個(gè)有代表性的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)和幾個(gè)系列產(chǎn)品，較流行的有 : 1) Profibus 現(xiàn)場總線 它是作為德國國家標(biāo)準(zhǔn)和歐洲國家標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。 VME總線工控機(jī)是實(shí)時(shí)控制平臺(tái)，大多數(shù)運(yùn)行的是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，并由 OS制造商提供專用的軟件開發(fā)工具開發(fā)應(yīng)用程序。個(gè)人計(jì)算機(jī)（簡稱 PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（ PLC） 。 1968 年美國 GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字設(shè)備公司（ DEC）研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用 程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable ,是世界上公認(rèn)的第一臺(tái) PLC。由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)并不普及，所以開發(fā) DCS 應(yīng)強(qiáng)調(diào)用戶可以不懂計(jì)算機(jī)就能使用DCS。 隨著社會(huì)化大生產(chǎn)的不斷發(fā)展，電力傳動(dòng)裝置在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中的得到廣泛應(yīng)用，對其生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量的要求不斷提高，這就需要越來越多的生產(chǎn)機(jī)械能夠?qū)?現(xiàn)制動(dòng)調(diào)速，因此我們就要對這樣的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)作一些深入的了解和研究。采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和 PI 調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)可以再保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。由電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程可知，加速度與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩成正比關(guān)系，而轉(zhuǎn)矩又與電動(dòng)機(jī)的電流成正比。所以以此為課題進(jìn)行研究具有一定的實(shí)用價(jià)值。有效地控制電機(jī)，提高其運(yùn)行性能，對國民經(jīng)濟(jì)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。 本學(xué)位論文屬于 保密 □，在 _________年解密后適用本授權(quán)書。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。最后，重點(diǎn)設(shè)計(jì)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制器電路 ， 在系統(tǒng)中設(shè)置 電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié) 器 ， 先確定其結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)各元部件，并對其參數(shù)的計(jì)算 ， 最后采用 MATLAB/SIMULINK 對整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析 。 采用 速度、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) ,可以充分利用電動(dòng)機(jī)的過載能力獲得最快的動(dòng)態(tài)過程 ，調(diào)速范圍廣，精度高， 和旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組及離子拖動(dòng)變流裝置相比，晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上都有很大提高，而且在技術(shù)性能上也顯示出較大的優(yōu)越性 ，動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能均好，且系統(tǒng)易于控制。按反饋控制原理組成轉(zhuǎn)速閉環(huán)系統(tǒng)是減小或消除靜態(tài)轉(zhuǎn)速降落的有效途徑。 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是直流調(diào)速控制系統(tǒng)中發(fā)展得最為成熟，應(yīng)用非常廣泛的電力傳動(dòng)系統(tǒng)。在實(shí)際工作中，我們希望在電機(jī)最大電流限制的條件下，充分利用電機(jī)的允許過載能力，最好是在過度過程中始終保持電流（轉(zhuǎn)矩）為允許最大值，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)盡可能用最大的加速度啟動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后，又讓電流立即降下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。 DCS 的發(fā)展歷程 70 年代中期，由于設(shè)備大型化、工藝流程連續(xù)性要求高、要控制的工藝參 數(shù)增多，而且條件苛刻，要求顯示操作集中等，使已經(jīng)普及的電動(dòng)單元組合儀表不能完 第 7 頁 共 43 頁 7 全滿足要求。 1975 年至 80年代前期為第一代產(chǎn)品， 80年代中期至 90年代前期為第二代產(chǎn)品， 90 年代中期至 21 世紀(jì)初為第三代產(chǎn)品。人們很快將其引入可編程控制器，使 PLC 增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。 第 8 頁 共 43 頁 8 PC技術(shù)推動(dòng)了工控機(jī)技術(shù)的發(fā)展 歷史上， VME 總線工業(yè)控制機(jī)一直是許多嵌入式應(yīng)用的首選機(jī)型。為了將 PCI SIG 的 PCI 總線規(guī)范用在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)， 1995 年 11月 PCI 工業(yè)計(jì)算機(jī)制造者聯(lián)合會(huì) (PICMG)頒布了 CompactPCI 規(guī)范 版。在當(dāng)前的過渡時(shí)期具有較強(qiáng)的競爭力，得到了較快的發(fā)展。 傳統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)的整流裝 置采用晶閘管，雖然在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上都有一定優(yōu)勢，但其控制復(fù)雜，對散熱要求也較高。這種控制系統(tǒng)采用嵌入式控制器，在嵌入式操作系統(tǒng)的軟件平臺(tái)上工作，控制 系統(tǒng)自身就具有局域網(wǎng)甚至互聯(lián)網(wǎng)的上網(wǎng)功能，這樣就為遠(yuǎn)程監(jiān)控和遠(yuǎn)程故障診斷及維護(hù)提供了方便。 以上 3 種調(diào)速方法，改變電樞回路電阻調(diào)速只能對電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速作有極的調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性差，調(diào)速系統(tǒng)效率低。用交流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)組成機(jī)組，以獲得可調(diào)的直流電壓。但缺點(diǎn)是要求晶閘管耐壓高，整流輸也電壓脈動(dòng)大，需要平波電抗器容量大，電源變電器二次電流中有直流分量，增加了發(fā)熱和損耗。 觸發(fā)電路的選擇 門極電壓又叫觸發(fā)電壓。 從電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性的立場分析，閉環(huán)系統(tǒng)能大大提高穩(wěn)速性能的原因是系統(tǒng)在負(fù)載變化時(shí)可通過閉環(huán)調(diào)節(jié)使電樞電壓自動(dòng)跟蹤負(fù)載變化，補(bǔ)償電樞電流在回路電阻上的壓降損失，從而維持轉(zhuǎn)速基本不變。高精度的調(diào)速系統(tǒng)必須有更高精度的給定穩(wěn)壓電源 和高精度的檢測原件。 （ 2）其穩(wěn)態(tài)輸出值正比于電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)工作電流值（由負(fù)載大小而決定），輸出限幅值取決于電動(dòng)機(jī)允許最大電流值（或負(fù)載允許最大轉(zhuǎn)矩）。 方案 二 采用 轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。 2） 在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中用一個(gè)調(diào)節(jié)器綜合多種信號，各參數(shù)間相互影響，難于進(jìn)行調(diào)節(jié)器動(dòng)態(tài)參數(shù)的調(diào)整，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能不夠好。 （ 1） 調(diào)速范圍 D。一旦達(dá)到給定轉(zhuǎn)速，系統(tǒng)自 動(dòng)進(jìn)入轉(zhuǎn)速控制方式，轉(zhuǎn)速閉環(huán)起主導(dǎo)作用，而電流內(nèi)環(huán)則其跟隨作用使實(shí)際電流快速跟隨給定值（轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出），以保持轉(zhuǎn)速恒定。這表明， 0n — A 段靜特性從理想空載狀態(tài)（ dI =0）一直延續(xù)到電流最大值 dmI ，而 dmI 一般都大于電動(dòng)機(jī)的額定電流 NI 。這就是采用了兩個(gè) PI 調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)、外連個(gè)閉環(huán)的效果，這樣的靜特性顯然比帶電流截至負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性要強(qiáng)得多。 在額定勵(lì)磁條件下 e m dT CI? ，式中 mC — 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩系數(shù) ( / )N m A? 。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓；由靜止 狀態(tài)起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速和電流的過渡過程示于圖 。從電流升到最大值 Imd 開始，到轉(zhuǎn)速升到給定值為止，屬于恒流升速階段，是起動(dòng)過程中的主要階段。轉(zhuǎn)速超調(diào)以后， ASR 輸入端出現(xiàn)負(fù)的偏差電壓，使它退出飽和狀態(tài)，其輸出電壓即 ACR 的給定電壓立即從限幅值降下來，主電流 Id 也因而下降。當(dāng) ASR 飽和時(shí)，轉(zhuǎn)速環(huán)