【正文】 表查 可 得 A=；取 ε= ； ? 角考慮 10176。 取ziT ???， idT?? =， 使用 PI 調(diào)節(jié)器將電流環(huán)校正為典型 I型系統(tǒng)。 當(dāng)磁通不變時(shí)，有 mdM C I? （ 312） 式中 mC 電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)，單位為 /N m A? 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 16 整理得到直流電機(jī)的微分方程 22 1d m m ded n d nT T T n Ud t d t C? ? ? （ 313） 式中 dT 電樞回路的電磁時(shí)間常數(shù)， dd dLT R?； mT 機(jī)電時(shí)間常數(shù)， 2375ddme m e mJR G D RT C C C C?? ； 2GD 電力拖動(dòng)系統(tǒng)整個(gè)運(yùn)動(dòng)部分折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： n電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。按 照 模擬 PID 算法的算式 (32)，現(xiàn)以一系列的采樣時(shí)刻點(diǎn) kT 代表連續(xù)時(shí)間 t，以和式代替積分，以增量代替微分，則可以作如下近似變換； 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 13 ( 0,1, 2 )t kT k?? 000 ( ) ( ) ( )t tkjje t d t T e jT T e j??????? (34) ( ) ( ) [ ( 1 ) ] ( ) ( 1 )d e t e k t e k e k e kd t T T? ? ? ??? 式中 T采樣周期。 PID調(diào)節(jié)器的數(shù)字化設(shè)計(jì) 在連續(xù)控制系統(tǒng)中，模擬調(diào)節(jié)器的 PID控制規(guī)律為： 01 ( )( ) [ ( ) ( ) ]tpDId e tu t K e t e t d t TT d t? ? ?? （ 32） 或?qū)懗蓚鬟f函數(shù)形式 ( ) 1( ) (1 )() pDIUsG s K T SE s T S? ? ? ? （ 33） 式中 pK 比例系數(shù)； IT 積分時(shí)間系數(shù)； DT 微分時(shí)間常數(shù)。在控制理論不斷發(fā)展的今天， 常規(guī) PID 控制器 仍然 是過程控制中應(yīng)用最廣泛 、 最基本的一種控制器， PID調(diào)節(jié)器的基本 原理 控制器最常用的控制規(guī)律是 PID控制。其中，最主要的任務(wù)是執(zhí)行控制算法。 若采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，則可以近似在電機(jī)最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下，充分利用電機(jī)的允許過載能力，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又可以讓電流迅速降低下來，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，此時(shí)起動(dòng)電流近似呈 方形波，而轉(zhuǎn)速近似是線性增長的，這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受到限制的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動(dòng)過程。 （ 2）超調(diào)量 ? 輸出量超過穩(wěn)態(tài)值的最大偏差與穩(wěn)態(tài)值之比 00m a x 100??? ? ?c cc? （ 27） 0nns num??河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 7 （ 3）調(diào)節(jié)時(shí)間 st 響應(yīng)曲線到達(dá)并不再超出允許誤差帶所需要的最短時(shí)間，允許誤差帶= ?? )2~5100( 000000 穩(wěn)態(tài)值。 調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo) 調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)指標(biāo) 調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的性能指標(biāo)稱為穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)，它有調(diào)速范圍 D和靜差率 s兩個(gè)指標(biāo)。 本設(shè)計(jì) 根據(jù) 技術(shù)要求和特點(diǎn)選 用 VM系統(tǒng) 。此法屬于有級(jí)調(diào)速，平滑性差，機(jī)械特性軟，效率低。 調(diào)速方案的選擇 調(diào)速方案的優(yōu)劣直接關(guān)系到系統(tǒng)調(diào)速的 效果，因此必須 根據(jù)電機(jī)的型號(hào)及參數(shù)選擇最優(yōu) 設(shè)計(jì) 方案，以確保系統(tǒng)能夠正常，穩(wěn)定地運(yùn)行 ，取得良好的效果 。 采用微機(jī)控制后，整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化、智能化，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，制作成本低，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，操作和維護(hù)較為方便，電機(jī)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)性能較高，精度也達(dá)到了一定 的要求。 目前，國內(nèi)外一些主要電氣公司，已 經(jīng)研制出全數(shù)字直流調(diào)速裝置，有成熟的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的應(yīng)用產(chǎn)品供各生產(chǎn)企業(yè)和科研單位選用。晶閘管整流裝置逐漸取代了水銀整流裝置，使直流電力拖動(dòng)完成了一次巨大的飛河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 2 躍。但是在 要求高起、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，快速響應(yīng)和較寬速度調(diào)節(jié)范圍的電氣傳動(dòng)領(lǐng)域中，仍然采用直流電動(dòng)機(jī)作為調(diào)速系統(tǒng)的執(zhí)行電機(jī)。 關(guān)鍵詞：直流電動(dòng)機(jī)； 調(diào)速； PID 控制 ；雙閉環(huán) 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 說明書 Design of Digital Double Closedloop DC Speed Regulation System Abstract In recent years， autocontrol system has been widely used and developed in every walk of DC speed regulation,as the artery in the area of electic drive system acts the main effect in the development of the microelectritcity,the use of the puter in speed regulation system simplies the system,reduces the volume,increases the Optimum Control is achieved by the use of both classical methods and intelligent methods. The digital speed control system for DC motor,which use Chip Microcontroller(SCM) as its processor has many speed giving and speed measuring adopt digital method,the system can measure the speed accuracy within a wide range,which expans the speed control scope and enhances its precession。隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)在調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 使 控制 系統(tǒng) 得到 簡化，體積減小，可靠性提高，而且各種經(jīng)典和智能算法 也都 分別在調(diào)速系統(tǒng)中得到了靈活的應(yīng)用，以此來 達(dá)到 最優(yōu)控制 效果 。Speed regulation。 隨著微電子技術(shù)、微處理器的出現(xiàn)和運(yùn)算速度的提高以及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)由原來的以模擬量反饋、模擬調(diào)速器為核心的連續(xù)調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展到以數(shù)字量處理為主，以微處理器為基礎(chǔ)的 數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)，即 從過去的模擬控制向模擬 和 數(shù)字混合控制發(fā)展，最后實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化。微機(jī)的應(yīng)用使電力拖動(dòng)系統(tǒng)變得數(shù)字化、智能化 ，極大地推動(dòng)了電力拖動(dòng)的 進(jìn)步 。 從機(jī)械特性上看 ， 就是通過改變電動(dòng)機(jī)的參數(shù)或外加電壓等方法來改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 ， 使電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化。 近年來，盡管交流調(diào)速技術(shù)得到了飛速發(fā)展，但由于直流電機(jī)良好的起、制動(dòng)性能，在礦井卷揚(yáng)機(jī)、軋鋼機(jī)、金屬切削機(jī)床、造紙機(jī)和高層電梯等需要在較大范圍內(nèi)平滑調(diào)速河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 3 的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。 aI —— 電樞電路總電阻（ ? ）； 由式（ 21）可知，調(diào)節(jié)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速 n的控制方法有以下三種： （ 1）調(diào)節(jié)電樞電壓 U。 變電壓調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)用的主要方法，調(diào)節(jié)電樞 電壓 主要有三種方式 ：旋轉(zhuǎn) 變 流機(jī)組，靜止 變流裝置 ， PWM脈寬調(diào)制變換器 (或稱 直流斬波器 )。考慮 到 使電路簡單、經(jīng)濟(jì)且滿足性能要求， 因此 選擇晶閘管三相全控橋交流器供電方案。一個(gè)系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指在最低轉(zhuǎn)速是還能滿足靜差率要求下的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍。 總體結(jié)構(gòu) 的 設(shè)計(jì) 全面比較單閉環(huán)和雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，把握系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)的功能，選擇最適合設(shè)計(jì)要求的虛擬控制電路。得到過電流的自動(dòng)保護(hù)。 PID 控制式工業(yè)控制過程中應(yīng)用最為廣泛的一種控制方式。 比例積分微分控制對(duì)象比例 圖 31 模擬 PID 控制原理框圖 PID控制器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值 r(t)與實(shí)際輸出值 c(t)構(gòu)成控制偏差： 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 11 e(t)=r(t)c(t) （ 31） 將偏差的比例 (P)、積分 (I)和微分 (D)通過線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，故稱 PID控制器。為了書寫方便，將 e（ kT）簡化表示為 e（ k），將上式（ 34）、（ 35）、（ 36） 、 (37)代入式（ 32）中，可得離散的 PID表達(dá)式為 ????????????? ??kjdipkekeTTjeTTkekku0)]1()([)()()( （ 38） 或 )]1()([)()()( 0 ????? ?? kekekjekkekku dkjip （ 39） 上式中， k是采樣序號(hào) k=0、 2...。將式 (34)代入 (32)，可得離散的 PID表達(dá)式為 ? ?0( ) ( ) ( ) [ ( ) ( 1 ) ]k Dp jI TTu k K e k e j e k e kTT?? ? ? ? ?? （ 35） 或0( ) ( ) ( ) [ ( ) ( 1 ) ]kp I Dju k K e k K e j K e k e k?? ? ? ? ?? （ 36） 式中 k采樣序號(hào)， k = 0， 1， 2 u(k)第 k次采樣時(shí)刻的單片機(jī)輸出值； e(k)第 k次采樣時(shí)刻輸入的偏差值； e(k 1)第 k1次采樣時(shí)刻輸入的偏差值 ； IK 積分系數(shù)， IK = PK T/IT ； DK 微分系數(shù)， DK = PK DT /T； 由 z變換的性質(zhì) 1[ ( 1 )] ( )z e k z E z??? 10 ()[ ( )] (1 )kjEzz e j z?? ? ?? 式 （ 36）的 z變換式為 11()( ) ( ) [ ( ) ( ) ]1P I DEzU z K E z K K E z z E zz ??? ? ? ?? （ 37） 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 14 由式 （ 37）便可得到數(shù)字 PID控制器的 z傳遞函數(shù)為 11()( ) (1 )( ) 1 IPDKUzG z K K zE z z ??? ? ? ? ?? （ 38） 或者 1 1 211( ) [ ( 1 ) ( 1 ) ]1 P I DG z K z K K zz ???? ? ? ? ?? （ 39） 由于單片機(jī)輸出的 u(k)直接去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)：晶閘管 u(k)的值和晶閘管的輸出電壓值是一一對(duì)應(yīng)的，所以通常稱式 (35)或 (36)為位置式 PID控制算法。 STSTKiii )1( ?11 ?STniSSTKnnn )1( ?11 ?STon 1?ssT K11?STRl STRm eC11?ST oi?1?ST on?*nU ?? )(te ?? ?? ??dI dlI )(snASRAC RSCR 圖 33 雙閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 17 其中轉(zhuǎn)速外環(huán)與電流內(nèi)環(huán)均采取 PI控制。此時(shí)轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)放大倍數(shù)為 0 221 1 8 6 .12n nhK hT????