【正文】 開環(huán)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流調(diào)節(jié)的單閉環(huán)系統(tǒng)；當(dāng) ASR不飽和時(shí)，轉(zhuǎn)速環(huán)閉環(huán)，整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)，而電流內(nèi)環(huán)則表現(xiàn)為電流隨動(dòng)系統(tǒng)。但整個(gè)起動(dòng)過程與理想快速起 動(dòng)過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。在一般情況下，轉(zhuǎn)速略有超調(diào)對(duì)實(shí)際運(yùn)行影響不大。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的 動(dòng)態(tài)性能 一般來(lái)說(shuō)，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有比較滿意的動(dòng)態(tài)性能 [11]。為了減少動(dòng)態(tài)速降 (升 )，必須在設(shè)計(jì) ASR時(shí)，要求系統(tǒng)具有較好的抗擾性能指標(biāo)。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，這個(gè)問題便大有好轉(zhuǎn)。 BAUU d?)~1(2 ? 式中 A— 理想情況下， α=0 176。首先設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器，然后把整個(gè)電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個(gè)小慣性環(huán)節(jié)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。在一般情況下，當(dāng)電流環(huán)控制對(duì)象的兩個(gè)時(shí)間常數(shù)之比 l 10iTT? ?時(shí)有表可知典型 I 系統(tǒng)的恢復(fù)時(shí)間還是 第 31 頁(yè) 共 43 頁(yè) 31 可以接受的。 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容 電流調(diào)節(jié)器原理如圖 53 所示，按所用運(yùn)算放大器取 0 40Rk??,各電阻和電容值計(jì)算如下： 圖 53 含濾波環(huán)節(jié)的 PI型電流調(diào)節(jié)器 第 33 頁(yè) 共 43 頁(yè) 33 0 40 ( )iiR K R k? ? ? ? ? (取 35k? ) 630 . 0 1 7 0 . 4 8 5 1 0 0 . 4 8 53 5 1 0iiiC F FR? ??? ? ? ? ?? （取 F? ） 634 4 0 . 0 0 2 0 . 2 1 0 0 . 24 0 1 0oioioTC F FR ???? ? ? ? ??（取 F? ） 按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo) % 5%i? ??，滿足設(shè)計(jì)要求。從這一考慮出發(fā)，應(yīng)該把電流環(huán)校正為典型 I型系統(tǒng)。 晶閘管額定電流 選擇晶閘管額定電流 的原則是必須使 晶閘管 允許通過的額定電流有效值 TNI 大于實(shí)際流過 晶閘管 電流最大有效值 TI ，即 TAVTTN III )( ?? 第 28 頁(yè) 共 43 頁(yè) 28 表 2 晶閘管額定電壓、電流 線路圖 元件承受峰值電壓 mTU 控制角 2dUU K 26U 0 30 60 90 26U 0 30 60 90 26U 0 30 60 dddTTAVT KIIIIII ??? )( 其中 IK I? 為電流計(jì)算系數(shù)，可由表查得 K=. 考慮 (～ 2)倍的裕量 () ( 1. 5 ~ 2) ( 1. 5 ~ 2) 0. 36 7 55 30 .2 8 ~ 40 . 37T A V dI KI A A? ? ? ? ? 取 ()50T AVIA? ，可選 KP1007 晶閘管元件 [12]。選擇過高，又會(huì)造成控制角 α 加大，功率因數(shù)變壞 ，整流元件的耐壓升高，增加了裝置的成本。負(fù)載擾動(dòng)作用在被調(diào)量的前面，它的變化經(jīng)積分后就可被轉(zhuǎn)速檢測(cè)出來(lái)，從而在調(diào)節(jié)器 ASR上得到反映。負(fù)載擾動(dòng)作用在電流環(huán)之后，只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器來(lái)產(chǎn)生抗擾作用。類似的問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。起動(dòng)過程中主要的階段是第Ⅱ階段，即恒流升速階段，它的特征是電流保持恒定，一般選擇為允許的最大值，以便充分發(fā)揮電機(jī)的過載能力，使起動(dòng)過程盡可能最快。 2)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過程 的 特點(diǎn) 特點(diǎn)一： 飽和非線性控制。 第 III階段 t2以后是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。在這一階段中， ASR 由不飽和很快達(dá)到飽和，而 ACR 一般應(yīng)該不飽和，以保證電流環(huán)的調(diào)節(jié)作用。設(shè)置雙閉環(huán)控制的一個(gè)重要目的就是要獲得接近于理想的起動(dòng)過程。通過輸入階躍信號(hào) 1（ t），得到晶閘管觸發(fā)與整流裝置的輸入輸出關(guān)系式，再經(jīng)過拉式變換得到其原始傳遞函數(shù)是一個(gè)非最小相位系統(tǒng)，最后依據(jù)工程近似處理的原則，忽略高次項(xiàng)，可把整流裝置近 似看作一階慣性環(huán)節(jié)，其 傳遞函數(shù)可以表示為 s () 1 ssKWs Ts? ? 其動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如 圖 45所示。 由以上分析可知，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流 d dmII? 時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，這時(shí) ASR 起主要調(diào)節(jié)作用。因此系統(tǒng)具有絕對(duì)硬的靜特性（無(wú)靜差），即 n nU U n?? ?? 得 0nUnn???? 且 i i dU U I?? ?? 從而得到雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性圖中的 0n — A 段。 [5] 第 17 頁(yè) 共 43 頁(yè) 17 第 4章 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 原理 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成 圖 41 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖 如圖 41所示為轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖。 調(diào)速性能指標(biāo)（穩(wěn)態(tài)指標(biāo)） 直流調(diào)速系統(tǒng)主要性能指標(biāo)是衡量調(diào)速性能好壞的標(biāo)準(zhǔn)，也是直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)際運(yùn)行中考核的主要指標(biāo)。在啟動(dòng)過程的主要階段，只有電流負(fù)反饋，沒有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不讓電流負(fù)反饋發(fā)揮主要作用，既能控制轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差調(diào)節(jié)，又能控制電流使系統(tǒng)在充分利用電機(jī)過載能力的條件下獲得最佳過渡過程，很好的滿足了生產(chǎn)需求。 方案選擇 方案一采用直流開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。這樣就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。對(duì)于一切被負(fù)反饋環(huán) 包圍的前向通道上的擾動(dòng)作用，都能被反饋控制系統(tǒng)有效地加以抑制。 已知系統(tǒng)當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，在額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落為 第 12 頁(yè) 共 43 頁(yè) 12 5 5 1 2 8 6 .4 6 r / m in0 .1 9 2NdN IRn Ce ?? ? ? 開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性連續(xù)段在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的靜差率為 2 8 6 .4 6 1 0 0 % 2 2 .2 7 %2 8 6 .4 6 1 0 0 0NNNNnS nn?? ? ? ?? ? ? 已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了 5%的要求，更何況滿足調(diào)速范圍最低轉(zhuǎn)速的情況以及考慮電流斷續(xù)時(shí)的情況。 由于電機(jī)的容量較大，又要求電流的脈動(dòng)小，故選用三相全控橋式整流電路供電方案。 [5] 一般說(shuō)來(lái)，在整流器功率很小時(shí)（ 4kW 以下 ） ，用單相整流；功率較大時(shí)，用三相整流電路，故選用三相整流電路 [6]。由于該設(shè)計(jì)對(duì)起動(dòng)、制動(dòng)及調(diào)速精度要求較高，故選用直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)。弱磁調(diào)速只能在額定轉(zhuǎn)速以上的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。 3）采用總線技術(shù) 現(xiàn)代電動(dòng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)在硬件結(jié)構(gòu)上有朝總線化發(fā)展的趨勢(shì)，總線化使得各種電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)有可能采用相同的硬件結(jié)構(gòu)。但技術(shù)革新是永無(wú)止盡的，為了進(jìn)一步提高電動(dòng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能，有關(guān)研究工作正圍繞以下幾個(gè)方面展開： 1）采用新型電力電子器件 電力電子器件的不斷進(jìn)步，為電機(jī)控制系統(tǒng)的完善提供了物質(zhì)保證，新的電力電子器件正向高壓，大功率，高頻化和智能化方向發(fā)展。 2) 控制局域網(wǎng) (Control Area Network， CAN)控制網(wǎng)絡(luò) 最早由德國(guó) BOSCH 公司推出，用于汽車內(nèi)部測(cè)量與執(zhí)行部件之間數(shù)據(jù)通信。除了 VME 總線工控 機(jī)外，產(chǎn)生了一系列基于 PC的、與 ISA/PCI 總線標(biāo)準(zhǔn)兼容的嵌入式工控機(jī)，其中比較有代表性的是 CompactPCI/PXI總線、 AT96 總線、 STD 總線、 STD32 總線、 PC/104 和 PC/104Plus 總線嵌入式工業(yè)控制機(jī)。 20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。在很短的時(shí)間， PLC 就迅速擴(kuò)展到食品、飲料、金屬加工、制造和造紙等多個(gè)行業(yè) 。 在以后的近 30年間， DCS 先與成套設(shè)備配套，而后逐步擴(kuò)大到工藝裝置改造上，與此同時(shí)，也分成大型 DCS 和中小型 DCS 兩類產(chǎn)品，使其性能價(jià)格比更具有競(jìng)爭(zhēng)力?，F(xiàn)在所說(shuō)的控制系統(tǒng)，多指采用電腦或微處理器進(jìn)行智能控制的系統(tǒng)，在控制系統(tǒng)的發(fā)展史上，稱為第三代控制系統(tǒng)，以 PLC 和 DCS為代表，從70 年代開始應(yīng)用以來(lái)，在冶金、電力、石油、化工、輕工等工業(yè)過程控制中獲得迅猛的發(fā)展。在單閉環(huán)系統(tǒng)中，只有電流截止至負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來(lái)控制電流的。 [4] 第 6 頁(yè) 共 43 頁(yè) 6 第 1章 緒論 1． 1 課題的來(lái)源、研究背景及意義 許多生產(chǎn)機(jī)械要求在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行速度的平滑調(diào)節(jié)，并且要求具有良好的穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)性能。該調(diào)速方法可以實(shí)現(xiàn)大范圍平滑調(diào)速，是目前直流調(diào)速系統(tǒng)采用的主要調(diào)速方案。 直流電動(dòng)機(jī) 因 具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在大范圍 內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到 了廣泛 應(yīng)用。 首先確定整個(gè)設(shè)計(jì)的方案 和框圖。 第 1 頁(yè) 共 43 頁(yè) 1 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。 作者簽名： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 年 月 日 第 2 頁(yè) 共 43 頁(yè) 2 目 錄 摘要 ...................................................................... 4 前言 ...................................................................... 5 第 1章 緒論 ............................................................. 6 1． 1 課題的來(lái)源、研究背景及意義 ....................................... 6 相關(guān)課題 的發(fā)展歷史 ................................................ 6 DCS 的發(fā)展歷程 ............................................... 6 PLC 的誕生和發(fā)展 ............................................. 7 PC 技術(shù)推動(dòng)了工控機(jī)技術(shù)的發(fā)展 ................................ 8 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) ............................................ 8 國(guó)內(nèi)外的主要研究工作和研究成果 .................................... 9 本文主要開展的研究工作 ............................................ 9 第 2章 方案設(shè)計(jì) ........................................................ 10 直流調(diào)速方法 ..................................................... 10 直流調(diào)速系統(tǒng)可用的可控直流電源 ................................... 10 晶閘管整流裝置電路接線聯(lián)結(jié)型式的選擇 .............................. 11 觸發(fā)電路的選擇 ................................................... 11 調(diào)速系統(tǒng)的類型 ................................................... 11 開環(huán)調(diào)速系統(tǒng) ............................................... 11 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) ............................................... 13 方案選擇 ......................................................... 14 第 3章 調(diào)速系統(tǒng)性能指標(biāo) .............................................. 16 系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)速控制的要求 ............................................. 16 調(diào)速性能指標(biāo)（穩(wěn)態(tài)指標(biāo)） ......................................... 16 第 4章 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理 ................................ 17 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成