【正文】 上述關(guān)系表明，在穩(wěn)態(tài)工作點上，轉(zhuǎn)速 n是由給定電壓 *nU 決定的， ASR 的輸出量 *iU 是由負載電流 dlI 決定的，而控制電壓 ctU 的大小則同時取決于 n 和 dlI ，或者說，同時取決于 *nU 和 dlI 。在系統(tǒng)中設(shè)置兩個 調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實行串級連接，即以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出作為 PWM 的控制電壓。對于較大容量的系統(tǒng)，可采用其他電力電子開關(guān)器件，如 GTO、 IGCT 等 。這樣就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 d1i 相當(dāng)于電動機負載較重的情況，這時負載電流大，在續(xù)流階段電流仍維持正方向，電動機始終工作在第 Ⅰ 象限的電動狀態(tài)。實際上，反電動勢與轉(zhuǎn)速成正比，它代表轉(zhuǎn)速對電流環(huán)的影響。 3） 忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件， 已知 ?eC 機電時間 ： sTm ? cilm sTT ?????? ? 1313 滿足近似條件。 由此可見 ASR 也應(yīng)該采用 PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為： ssKsW nnnASR ?? )1()( ?? 式中 nK 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) n? 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù) 調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán) 傳遞函數(shù)為： )1( )1()1( /)1()( 2 ?????? ?? sTsTC sRKsTsTC RssKsW nmen nnnmennnn ?? ?????? 令轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益 NK 為： mennN TCRKK ?? ?? )1( )1()( 2 ??? ? sTs sKsW nnNn ? 在典型 Ⅱ系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)中，時間常數(shù) T 是控制對象固定的，待定的參數(shù)有 K 和 ? 。 Simulink 可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。 (3) 將設(shè)計的開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)輸入各個模塊，運行調(diào)試功能，如果無誤武漢理工大學(xué)《運動控制系統(tǒng)》課程設(shè)計說明書 32 后就可以運行系統(tǒng)。 仿真結(jié)果符合實際情況，說明參數(shù)的選擇設(shè)計較為合適。電流內(nèi)環(huán)還起到改造轉(zhuǎn)速外環(huán)中調(diào)節(jié)對象結(jié)構(gòu)及參數(shù)的作用，加快了轉(zhuǎn)速環(huán)的調(diào)節(jié)響應(yīng)過程。 武漢理工大學(xué)《運動控制系統(tǒng)》課程設(shè)計說明書 35 七、參考文獻 [1] 阮毅， 陳伯時 .電力拖動自動控制系統(tǒng) .北京：機械工業(yè)出版社， 2020 [2]高鵬，安濤，寇懷誠等 .Protel 99 入門 與提高 .北京：人民郵電出版社， 2020 [3]李發(fā)海，王巖 .電機與拖動基礎(chǔ) .第二版 .北京：清華大學(xué)出版社， 2020 [4]張世銘，王振和 .直流調(diào)速系統(tǒng) .武漢：華中理工大學(xué)出版社， 1993 [5]胡壽松 .自動控制原理 .長沙：國防科技大學(xué)出版社， 1995 。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)效正的設(shè)計與調(diào)試是先按內(nèi)環(huán)（電流環(huán)）后外環(huán)（轉(zhuǎn)速環(huán)）的順序進行的，因為在動態(tài)過程中可以認為外環(huán)對內(nèi)環(huán)幾乎沒有影響，而內(nèi)環(huán)是外環(huán)的一個組環(huán)節(jié)。速度調(diào)節(jié)器的輸出即為電流給定，其輸出限幅值即為最大電流給定值。 雙閉環(huán)仿真模型 電流環(huán)、轉(zhuǎn)速 環(huán)，雙閉環(huán)仿真模型如圖 51 所示。 Simulink 是用于動態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計工具。由于中頻段的狀態(tài)對控制系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)器決定性的作用，因此 h 是一個很重要的參數(shù)。 武漢理工大學(xué)《運動控制系統(tǒng)》課程設(shè)計說明書 24 計算調(diào)節(jié)器電阻和電容 圖 46 含給定濾波和反饋濾波的 PI型電流調(diào)節(jié)器 電流調(diào)節(jié)器原理圖如圖 46 所示，按所用運算放大器取 0 40kR ??，各電阻和電容值計算如下： i i 0 1. 03 40 k 41 .2 kR K R? ? ? ? ? ? 取 40k? ii 3i0 .0 3= F = 0 .7 5 F4 0 1 0C R? ?? ? 取 F? oioi 304 4 0 .0 0 2= F = 0 .2 F4 0 1 0TC R ??? ? 取 ? 按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達到的動態(tài)跟隨性能指標(biāo)為 i =%5%? 滿足設(shè)計要求 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計 電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù) 電流環(huán)經(jīng)化簡后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的 一個環(huán)節(jié)，為此需要求出它的閉環(huán)傳遞函數(shù) )(sWcli ，由圖 34可知： 武漢理工大學(xué)《運動控制系統(tǒng)》課程設(shè)計說明書 25 111)1(1)1(/)()()(2 ???????????? sKsKTsTsKsTsKsUsIsWIIiiIiIidc li ? 忽略高此項， )(sWcli 可降階近似為： 111)(?? sKsWIcli 接入轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，電流環(huán)等效環(huán)節(jié)的輸入量應(yīng)為 )(sUi? ，因此電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應(yīng)等效為： 111)()()(????sKsWsUsIIc liid ?? 這樣，原來是雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對象，經(jīng)閉環(huán)控制后，可以近似地等效成 只有較小時間常數(shù) IK1 的一階慣性環(huán)節(jié)。 武漢理工大學(xué)《運動控制系統(tǒng)》課程設(shè)計說明書 21 )( sU i? )( sU c )( sI d )(0 sU d 1?sToi??? 11 ?sT oi ACR 1?sT Ks s 1/1 ?sT Rl 圖 44 忽略反電動勢的動態(tài)影響 如果把給定濾波和反饋濾波兩個環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi)，同時把給定信號改成 ?/)(sUi? ，則電流環(huán)便等效成單位負反饋系統(tǒng) sT 和 oiT 比 lT 小得多，可以當(dāng)作小慣性群而近似地看作是一個慣性環(huán)節(jié)，其時間常數(shù)為： oisi TTT ??? 則電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖最終簡化 成圖 45。 d2i 電流中的線段 3 和 4 是工作在第 Ⅱ 象限的制動狀態(tài)。電動機電樞電壓的平均值則體現(xiàn)在驅(qū)動電壓正、負脈沖的寬窄上。根據(jù)自動控制原理，反饋控制的閉環(huán)系統(tǒng)是按被調(diào)量的偏差進行控制武漢理工大學(xué)《運動控制系統(tǒng)》課程設(shè)計說明書 18 的系統(tǒng)，只要被調(diào)量出現(xiàn)偏 差，它就會自動產(chǎn)生糾正偏差的作用。 為了獲得良好的動、靜態(tài)品質(zhì)，調(diào)節(jié)器均采用 PI 調(diào)節(jié)器并對系統(tǒng)進行了校正。比例環(huán)節(jié)的輸出量總是正比于其輸入量，而 PI 調(diào)節(jié)器則不然，其輸出量的穩(wěn)態(tài)值與輸入無關(guān)，而是由它后面環(huán)節(jié)的需要決定的。這樣的下垂特性只適合于 n0n的情況。只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。如果必須加快制動，只能采用電阻能耗制動或電磁抱閘。 采用飽和非線性控制方法實現(xiàn)準時間最優(yōu)控制是一種很有實用價值的控制策略，在各種多環(huán)控制系統(tǒng)中普遍地得到應(yīng)用。決不能簡單地應(yīng)用線性控制理論來分析和設(shè)計這樣的系統(tǒng)，可以采用分段線性化的方法來處理。但是，由于 dI 仍大于負載電流 dlI ，在一段時間內(nèi)，轉(zhuǎn) 速仍繼續(xù)上升。 武漢理工大學(xué)《運動控制系統(tǒng)》課程設(shè)計說明書 11 （ 2） 第 Ⅱ 階段 恒流升速階段 從電流升到最大值 dmI 開始，到轉(zhuǎn)速升到給定值為止，屬于恒流升速階段，是起動過程中的主要階段。問題是希望在起動過程中只有電流負反饋，而不能讓它和轉(zhuǎn)矩負反饋同時加到一個調(diào)節(jié)器的輸入端，到達穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后，又希望只要轉(zhuǎn)速負反饋，不再靠武漢理工大學(xué)《運動控制系統(tǒng)》課程設(shè)計說明書 10 電流負反饋發(fā)揮主要的作用。 在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，只有電流截至負反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的，但它只是在超過臨界電流 Idcr 值以后，靠強烈的負反饋作用限制電流的沖擊，并不能很理想地控制電流的動態(tài)波形。這樣的濾波環(huán)節(jié)傳武漢理工大學(xué)《運動控制系統(tǒng)》課程設(shè)計說明書 8 遞函數(shù)可用一階慣性環(huán)節(jié)來表示，其濾波時間常數(shù) oiT 按需要選定，以濾平電流檢測信號為準。 動態(tài)速降 它是指電機由空載突加額定負載時最大的速度跌落（下降），這個值越小 ，表明系統(tǒng)響應(yīng)快，系統(tǒng)特性硬。)(sUi? )(sE)(sIdL??1sTon)(n?ASR1?oicdACR1?TKss0Ud/1RlTmeC1oi?n1?sTon?電 流 環(huán)變化遇到的時間常數(shù)較小，能快速響應(yīng)，但是需要大容量可調(diào)直流電源。近年來交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，然而直流拖動系統(tǒng)在理論上和實踐上都比較成熟，而且從反饋閉環(huán)控制的角度來看，它是交流拖動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所以應(yīng)該很好地掌握直流調(diào)速系統(tǒng)。武漢理工大學(xué)《運動控制系統(tǒng)》課程設(shè)計說明書 1 PWMM 可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 《運動控制系統(tǒng)》課程設(shè)計說明書 目錄 摘要 ....................................................... 4 一、直流調(diào)速介紹 ............................................ 5 調(diào)速定義 .................................................... 5 調(diào)速方法 .................................................... 5 調(diào)節(jié)電樞供電電壓 U ...................................