【正文】 ? 電流調(diào)節(jié)器超 前時(shí)間： sTl ??? 75?Ks取 ， 則電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)： 4 ?????? ?? sIi KRKK 武漢理工大學(xué)《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 23 參數(shù)校驗(yàn) 1）檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能： ???ilTT ， 查 表典型Ⅰ型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能都是可以接受的?，F(xiàn)在擾動(dòng)作用點(diǎn)后面已經(jīng)有了一個(gè)積分環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng) 該設(shè)計(jì)成 典型Ⅱ系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時(shí)也能滿足動(dòng)態(tài)抗擾性能好的要求。 2） 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件 onI sTK ????? ? 滿足近似條件。 Simulink 仿真步驟 (1) 在 MATLAB 命令窗口中輸入 simulink， 桌面上出現(xiàn)一個(gè)稱(chēng)為 Simulink Library Browser 的窗口，在這個(gè)窗口中列出了按功能分類(lèi)的各種模塊的名稱(chēng)。 轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真中， ASR 調(diào) 節(jié)器經(jīng)過(guò)了不飽和、飽和、退飽和三個(gè)階段，最終穩(wěn)定運(yùn)行于給定轉(zhuǎn)速。當(dāng)轉(zhuǎn)速超調(diào)后，速度調(diào)節(jié)器退出飽和，對(duì)轉(zhuǎn)速起主要調(diào)節(jié)作用，電流環(huán)成為電流隨動(dòng)系統(tǒng)。對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)性能及其控制 也 有 了 一定的認(rèn)識(shí)。由于要求轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，此轉(zhuǎn)速環(huán)按典型 II 型系統(tǒng)設(shè)計(jì)雙閉環(huán)可逆直流 PWM調(diào)速系統(tǒng)電樞電流的最大脈動(dòng)量與電源壓 sU 成正比，與電樞電感 L和開(kāi)關(guān)頻率 f成反比，電樞 PWM電壓的交變分量對(duì)轉(zhuǎn)速的影響是及其微小的。在起、制動(dòng)過(guò)程中，速度調(diào)節(jié)器很快入飽和，輸出限幅值為電流環(huán)提供了最大電流給定，電流調(diào)節(jié)器為 PI 調(diào)節(jié)器，在它的調(diào)節(jié)作用下使電流保持在最大值，這時(shí)系統(tǒng)實(shí)際上為一個(gè)恒值電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 圖 52 雙閉環(huán)仿真 波形 武漢理工大學(xué)《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 33 其中，紅色曲線為電流環(huán)，黃色曲線為轉(zhuǎn)速環(huán)波形。 . 構(gòu)架在 Simulink 基礎(chǔ)之上的其他產(chǎn)品擴(kuò)展了 Simulink 多領(lǐng)域建模功能，也提供了用于設(shè)計(jì)、執(zhí)行、驗(yàn)證和確認(rèn)任務(wù)的相應(yīng)工具。這一準(zhǔn)則表明，對(duì)于一定的 h 值，只有一個(gè)確定的 c? 可以得到最小的閉環(huán)幅頻特性峰值 minrM ，這時(shí) c? 和 1? ， 2? 之間的關(guān)系是 122 ??hhc?? 211 ??hc?? 以上兩式稱(chēng) 作 minrM 準(zhǔn)則的“最佳頻比”，因而有 ccc hhh ????? 2121221 ?????? )11(21)(21 21 Tc ???? ???? 確定 h 之后根據(jù)上式即可分別求得 ? 和 c? 。 轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)的化簡(jiǎn)和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)后，整個(gè)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖47所示。設(shè)計(jì)要求電流超調(diào)量%5?i? ，查表可選 ?? ， ??iITK ， 已知 三相橋式電路的平均失控時(shí)間 sTs ? oisi TTT ??? = s0 0 3 0 1 ?? 電流環(huán)開(kāi)環(huán)增益： 3 50 0 3 ?? ??? sTK iI 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)。 雙極式控制可逆 PWM 變換器的輸出平均電壓為 o n o n o nd s s s2= = ( 1 )t T t tU U U UT T T??? 若占空比 ? 和電壓系數(shù) ? 的定義與不可逆變換器中相同，則在雙極式控制的可逆變換器中 21???? 就和不可逆變換器中的關(guān)系不一樣了。如果正、負(fù)脈沖相等，on 2Tt ?，平均輸出電壓為零，則電動(dòng)機(jī)停止。在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，當(dāng) on0 tt?? 時(shí)， AB s=UU，電樞電流 di 沿回路 1 流通；當(dāng) ont t T?? 時(shí)，驅(qū)動(dòng)電壓反號(hào)， di 沿回路 2 經(jīng)二極管續(xù)流， AB s=UU? 。主電路部分采用了以GTR 為可控開(kāi)關(guān)元件、 H 橋電路為功率放大電路所構(gòu)成的電路結(jié) 構(gòu)。 鑒于這一點(diǎn)，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算與單閉環(huán)有靜差系統(tǒng)完全不同，而是和無(wú)靜差系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)計(jì)算相似，即根據(jù)各調(diào)節(jié)器的給定與反饋值計(jì)算有關(guān)的反饋系數(shù)： 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) * max/nmUn? ? 電流反饋系數(shù) * /im dmUI?? 兩個(gè)給定電壓的最大值 *imU 和 *nmU 是受運(yùn)算放大器的允許輸入電壓限制的。當(dāng)負(fù)載電流達(dá) dmI 后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無(wú)靜差，得到過(guò)電流的自動(dòng)保護(hù)。因此 *nnU U n??? *i i dU U I??? 由第一關(guān)系式可得： 0inUnn??? 與此同時(shí)，由于 ASR 不飽和， **i imUU? ，從上述第二個(gè)關(guān)系式可知： d dmII? 。類(lèi)似的問(wèn)題還可能在空載起動(dòng)時(shí)出現(xiàn)。按照 PI調(diào)節(jié)器的特性，只有使轉(zhuǎn)速超調(diào)， ASR的輸人偏差電壓為負(fù)值，才能使 ASR 退出飽和。如果初始狀態(tài)不同，即使控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)都不變，過(guò)渡過(guò)程還是不一樣的。此后，電動(dòng)機(jī)才開(kāi)始在負(fù)載的阻力下減速，與此相應(yīng)，電流 dI 也出現(xiàn)一段小于 dlI 的過(guò)程，直到穩(wěn)定 (設(shè)調(diào)節(jié)器參數(shù)已調(diào)整好 )。與此同時(shí)，電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)正也按線性增長(zhǎng)。 實(shí)際啟動(dòng)過(guò)程分析 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓，由靜止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速和電流的過(guò)渡過(guò)程示于圖 25。當(dāng)電流從最大值降下來(lái)以后，電機(jī)轉(zhuǎn)矩也隨之減小，因而加速過(guò)程必然拖長(zhǎng)。其意義是讓給定信號(hào)和反饋信號(hào)經(jīng)過(guò)相同的延時(shí)，使得二者在時(shí)間上恰好的配合。 武漢理工大學(xué)《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 7 二、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)介紹 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成 圖 21 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu) 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖 21 所示，兩個(gè)調(diào)節(jié)器均采用帶限幅作用的 PI 調(diào)節(jié)器。 fI 變化時(shí)間遇到的時(shí)間常數(shù)同 ?I 變化遇到的相比要大得多，響應(yīng)速度較慢，但所需電源容量小。但是，如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要在。生產(chǎn)機(jī)械的調(diào)速方法可以采用機(jī)械的方法取得，但是機(jī)械設(shè)備的變速機(jī)構(gòu)較復(fù)雜，所以在現(xiàn)代電力拖動(dòng)中，大多數(shù)采用電氣調(diào)速方法。電動(dòng)機(jī)的調(diào) 速性能如何對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和節(jié)省電能有著直接的決定性影響。 關(guān)鍵詞： PWM 調(diào)速、直流電動(dòng)機(jī)、雙閉環(huán)調(diào)速 武漢理工大學(xué)《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 5 一、直流調(diào)速介紹 調(diào)速定義 調(diào)速是指在某一具體負(fù)載情況下，通過(guò)改變電動(dòng)據(jù)或電源參數(shù)的方法，使機(jī)械特性曲線得以改變，從而使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化或保持不變。 武漢理工大學(xué)《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 6 調(diào)速指標(biāo) 調(diào)速范圍（包括：恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍 /恒功率調(diào)速范圍） 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍是指調(diào)速系 統(tǒng)在額定負(fù)載下，可長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的最低速度和最高速度之比，一般這個(gè)最高速度就是額定速度，比如： 1： 1000，假定該調(diào)速系統(tǒng)的最大（額定速度）為 2020rpm，則其最小運(yùn)行速度為 2rpm。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)， PI 調(diào)節(jié)器工作在線性調(diào)節(jié)狀態(tài)，其作用是使輸入偏差電壓 U? 在穩(wěn)態(tài)時(shí)為零。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程 理想啟動(dòng)過(guò)程 由前面的分析可知，采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和 PI 調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差。這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動(dòng)過(guò)程。由于機(jī)電慣性的作用，轉(zhuǎn)速的增長(zhǎng)不會(huì)很快，因而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 的輸人偏差電壓數(shù)值較大，其輸出很快達(dá)到限幅值，強(qiáng)迫電流 dI 迅速上升。此外還應(yīng)指出，為了保證電流環(huán)的這種調(diào)節(jié)作用，在起動(dòng)過(guò)程中電流調(diào)節(jié)器是不能飽和的，同時(shí)整流裝置的最大電壓 0dmU 也須留有余地，即晶閘管裝置也不應(yīng)飽和，這些都是在設(shè)計(jì)中必須注意的。 武漢理工大學(xué)《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 12 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程三個(gè)特點(diǎn)： 飽和非線性控制 隨著 ASR的飽和與不飽和，整個(gè)系統(tǒng)處于完全不同的兩種狀態(tài)。但整個(gè)起動(dòng)過(guò)程與理想快速起動(dòng)過(guò)程相比還有一些差距，主要表現(xiàn)在第 I、Ⅲ 兩段電流不是突變。如果工藝上不允許超調(diào)，就必須采取另外的控制措施。當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時(shí)，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向信號(hào)使調(diào)節(jié)器退出飽和；換句話說(shuō)，飽和的調(diào)節(jié)器暫時(shí)隔斷了輸入和輸出間的聯(lián)系，相當(dāng)于使該調(diào)節(jié)環(huán)開(kāi)環(huán)。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和 這時(shí)， ASR 輸出達(dá)到限幅值 *imU ，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開(kāi)環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對(duì)系統(tǒng) 不再產(chǎn)生影響。然而實(shí)際上運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)并不是無(wú)窮大，靜特性的兩段實(shí)際上都略有很小的靜差。 武漢理工大學(xué)《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 17 四、 PWMM 調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 直流 PWMM 調(diào)速系統(tǒng) 整個(gè)系統(tǒng)上采用了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，如圖 41所示。對(duì)于中、小容量系統(tǒng)，多采用由 IGBT 或 P 一 MOSFET 組成的 PWM 變換器 。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，叫做內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在外面，叫做外 環(huán)。電流波形存在兩種情況，如圖 4 中的 d1i 和 d2i 。 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖的化簡(jiǎn) 在 上 圖點(diǎn)劃線框的電流環(huán)中，反電動(dòng)勢(shì)與電流反饋的作用相互交叉，這將給設(shè)計(jì) 工作帶來(lái)麻煩。 電流截止頻率： ??? sK Ici? 2）晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件 cis sT ????? ? 9 60 0 1 13 1 滿足近似條件。至于其階躍響應(yīng)