【正文】 回饋制動 第3章 直流電動機的調(diào)速及其雙閉環(huán)控制 晶體管脈寬調(diào)制的直流調(diào)速系統(tǒng)直流脈寬調(diào)制電源特點：電流脈動小，電樞電流容易連續(xù)，不用在主回路中串入大電感，僅靠電樞電感就可濾波。于是電磁轉(zhuǎn)矩 (27)由此可解出 (28)圖24表示串勵電動機的轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速特性，從圖中可見，隨著轉(zhuǎn)矩的增加，串勵電動機的轉(zhuǎn)速迅速下降，這種特性稱為軟特性。串勵電動機不允許空載[4]運行，因為空載時I很小，主磁通亦很小，使轉(zhuǎn)速極高，產(chǎn)生“飛車”現(xiàn)象，十分危險。圖中為電樞電壓，U為電機兩端電壓為電樞電流，為勵磁電流圖21 直流電機按照勵磁方式分類a） 他勵式 b)并勵式 c)串勵式 d)復勵式第2章 串勵電機的特性及建模 串勵電動機的運動特性在本論文中電動游覽車通常使用的就是前文中所提到的串勵電動機，串勵電動機的接線圖如圖22所示。利用Matlab軟件中的Simulink工具箱對直流電動機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)進行計算機輔助設(shè)計，并在給定系統(tǒng)各種參數(shù)的條件下，進行動態(tài)數(shù)字仿真，通過查看仿真波形和數(shù)據(jù)，既可獲得參數(shù)整定的依據(jù)，又可驗證本調(diào)速系統(tǒng)是否滿足設(shè)計要求。隨著現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自適應(yīng)控制、模糊控制等各種智能控制策略正在不斷涌現(xiàn)。至今在金屬切削機床、軋鋼、礦山采掘、紡織、造紙機等需要高調(diào)速性能的各類可控電力拖動生產(chǎn)機械大多采用直流傳動，直流調(diào)速到目前為止仍是調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。改變電阻只能有級調(diào)速；減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速(即電機額定轉(zhuǎn)速)以上作小范圍的弱磁升速。電動游覽車作為旅游觀光用車，市場需求量不斷加大，因而對于電動游覽車核心部分——直流電動機的調(diào)速系統(tǒng)的開發(fā)與研究具有較大的可行性及較高的經(jīng)濟價值。而對于可調(diào)速的傳動系統(tǒng)，可以分為直流調(diào)速和交流調(diào)速。因此，自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主。由于在單閉環(huán)系統(tǒng)中不能隨心所欲地控制電流和轉(zhuǎn)矩的動態(tài)過程。 國外在集散型計算機控制系統(tǒng)方面已有定型成套裝置。 78第2章 串勵電動機的特性及其建模 直流電動機的分類 直流電機按照勵磁繞組的供電方式可以分為他勵和自勵兩大類[2]：他勵式：他勵式直流電機的勵磁繞組由其他電源供電，勵磁繞組與電樞繞組不相連接，如圖21a所示。串勵電動機的特點[3]是電樞電流與勵磁電流相等，即。所以串勵電動機的轉(zhuǎn)速調(diào)整率定義為式中，為輸出功率等于時電動機轉(zhuǎn)速。串勵電動機的數(shù)學模型[5]的等效模型如圖25圖25 串勵電動機的等效模型根據(jù)基爾霍夫定律可以列出以下方程： (29) (210) (211) (212) (213)其中，為電樞繞組電感，為電機的飛輪矩，為電機的負載轉(zhuǎn)矩函數(shù)，為阻尼系數(shù)。系統(tǒng)低速特性穩(wěn)定調(diào)整范圍寬，且無需另加設(shè)備就可實現(xiàn)可逆調(diào)速。在簡單的不可逆電路中電流不能反向，因而沒有制動能力，只能單象限運行。圖32 雙極式控制的橋式可逆PWM變換器 開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)存在的問題 調(diào)節(jié)控制電壓就可以改變電動機的轉(zhuǎn)速，如果負載的生產(chǎn)工藝對運行時的靜差率要求不高，這樣的開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)都能實現(xiàn)一定范圍內(nèi)的無級調(diào)速，但是許多需要調(diào)速的生產(chǎn)機械常常對靜差率有一定的要求。如圖33所示圖33 轉(zhuǎn)速反饋直流調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)自動控制原理，反饋控制的閉環(huán)系統(tǒng)[7]是按被調(diào)量的偏差進行控制的系統(tǒng)，只要被調(diào)量出現(xiàn)偏差，他就會自動產(chǎn)生糾正偏差的作用。 電流截止負反饋電流截止負反饋的提出：根據(jù)直流電動機電樞回路的平衡方程式可知，電樞電流Id為： (31)采用轉(zhuǎn)速負反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，當直流電機起動時突然加上給定電壓，由于存在機械慣性，所以不可能立即轉(zhuǎn)動起來，即n=0，則其反電動勢E=0。為了解決反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)啟動和堵轉(zhuǎn)時電流過大的問題，系統(tǒng)中必須有自動限制電樞電流的環(huán)節(jié)，根據(jù)反饋控制原理，要維持哪一個物理量基本不變，就引入那個物理量的負反饋。這對一般要求不太高的調(diào)速系統(tǒng)，基本上已經(jīng)滿足了要求。電流環(huán)的調(diào)節(jié)過程如圖311所示直至，,調(diào)節(jié)過程結(jié)束穩(wěn)態(tài)時：其物理意義：當Usi為一定的情況下，由于電流調(diào)節(jié)器ACR的調(diào)節(jié)作用，圖39 速度電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)框圖整流裝置的電流將保持在的數(shù)值上。當后，電動機開始起動。當ACR采用PI調(diào)節(jié)器時，要使其輸出量按線性增長，其輸入偏差電壓必須維持一定恒值，也就是說，應(yīng)略小于。如果調(diào)節(jié)器參數(shù)整定得不夠好，也會有一段震蕩過程。在設(shè)備允許條件下實現(xiàn)最短時間的控制稱作“時間最優(yōu)控制”，對于電力拖動系統(tǒng)，在電動機允許過載能力限制下的恒流起動，就是時間最優(yōu)控制。1)對負載變化其抗擾作用。本章主要闡述了直流調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速環(huán)，電流環(huán)以及轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)的實現(xiàn)，說明了開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的缺點，轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)在調(diào)速方面的優(yōu)勢，并對雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動進行了詳細分析。但是，這種方法也有其弱點:在勵磁換向的瞬間，磁通瞬時過零，此時若電樞電壓仍作用在電機上，電機會發(fā)生飛轉(zhuǎn)，造成設(shè)備損壞或人身傷害事故。但是出于對實現(xiàn)電機回饋制動的考慮，選擇了第二種換向方式，即電樞反接的換向方式?；仞佒苿邮侵笇㈦姍C轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的電能回鎖給電源，即對電源進行充電。此時即電流反向。反向接觸器閉合后，B點的電位將為正，A點的電位為負，電樞上的電流反向。通過選擇Look under the mask可以查看電機的模型基于數(shù)學模型的開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真得到系統(tǒng)開環(huán)控制的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖建立串勵電機的Matlab仿真模型是在做畢業(yè)設(shè)計過程中遇到的最大的困難，在咨詢老師和閱讀了大量的資料后發(fā)現(xiàn)，在做Matlab仿真時串勵電機仿真模型的負載與轉(zhuǎn)速是成一定的比例關(guān)系，如圖51所示?？刂齐娐凡捎玫湫偷霓D(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速調(diào) 節(jié)器 ASR 設(shè)置輸出限幅，以限制最大起動電流。介紹了直流調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速環(huán)，電流環(huán)以及轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)的實現(xiàn)，說明了開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的缺點，轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)在調(diào)速方面的優(yōu)勢，并對雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動進行了詳細分析。置身其間，耳濡目染，使我不僅接受了全新的思想觀念，領(lǐng)會了基本的思考方式，掌握了通用的研究方法，而且還明白了許多的道理。隨著我國人民生活水平的不斷提高，以及國家推動消費的各項政策出臺，旅游業(yè)不斷繁榮。改變電阻只能有級調(diào)速；減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速(即電機額定轉(zhuǎn)速)以上作小范圍的弱磁升速。至今在金屬切削機床、軋鋼、礦山采掘、紡織、造紙機等需要高調(diào)速性能的各類可控電力拖動生產(chǎn)機械大多采用直流傳動，直流調(diào)速到目前為止仍是調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。 最后在詳細分析調(diào)速系統(tǒng)的原理和要求的靜態(tài)、動態(tài)性能的基礎(chǔ)上，設(shè)計直流脈寬調(diào)速電路，建立雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學模型。最初的直流調(diào)速系統(tǒng)是采用恒定的直流電壓向直流電動機電樞供電，通過改變電樞回路中的電阻來實現(xiàn)調(diào)速。 研究主要成果 目前，國外主要電氣公司，如德國的西門子公司、日本的三菱公司、東芝公司、美國的GE公司等，均已開發(fā)出全數(shù)字直流調(diào)速裝置，有成熟的系列化、標準化、模塊化的應(yīng)用產(chǎn)品供選用。 對于直流調(diào)速系統(tǒng)目前的發(fā)展方向是大型化和智能化。 主要參考文獻 [1] 陳伯時. 電力拖動制動控制系統(tǒng) [M]．北京：機械工業(yè)出版社2006．[2] 王春會. 新一代開關(guān)電源芯片SG3525 工作原理剖析 [J]．遼寧師專學報，2009(4)：2325．[3] 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除了保護損失的踏板,另一種是執(zhí)行上述保護功能以及使用電壓電流傳感器和溫度傳感器的需要。 模擬行為建模的直流系列電動機 Eqs(1)(5)提供了一個數(shù)學模型,為直流系列電動機適用于本文的目的[2,5]。在結(jié)合(5)和(2) 磁化特性的電動馬達的通常是按照一組測量點的Ea vs。(4)。這些實驗設(shè)計了以允許renement測量參數(shù)。它由四個基本積木:踏板信號護發(fā)素,單片機,門司機和輸出功率的階段。只有模型是不能在這個IGBT模塊庫,但是它可以輕易地從制造商的網(wǎng)絡(luò)信息的網(wǎng)站下載。圖8a顯示情節(jié)的穩(wěn)態(tài)電流注入通過模擬一個直流電機獲得50%的責任周期和頻率2,100赫茲。 電流瞬變函數(shù)圖。這種方法得到了進一步的應(yīng)用發(fā)展中的一個轉(zhuǎn)速控制,為一個1點直流系列電動機。 PSPICE能詳細時表現(xiàn)的電子與電力電子模塊包括制造商提供模塊,ABM實用工具使精確的描述電機的機電特性。確定了合適的模擬中幫助的起始條件和適當?shù)碾娏﹄娮釉O(shè)備。這兩個數(shù)字之間的協(xié)議也是令人滿意的。這它的執(zhí)行允許調(diào)試和調(diào)整的初步設(shè)計均勻之前。 表示一個詳細的微控制器就沒有必要,那是不現(xiàn)實的,除此之外,為桌上型電腦被應(yīng)用于這項工作。值的變量和參數(shù)用于模擬如下:Rt 55 mX、J 0:06,對kgm2 12v(摩擦系數(shù),A和A0),Cp一萬個低頻和寄生電感Lc被忽視了。在結(jié)合Eqs。這個值通常相當于電機銘牌的名義或速度。 圖模塊1是一個串聯(lián)支路對應(yīng)Eq的元素。1） 利用直流系列電動機模型模擬行為模塊摘要機電方程,描述行為的直流系列電動機給出如下。然而,如果方便的話這種線性特征能容易地改變。然后OpAmp輸出的1進入D1允許兩種不同的時間常數(shù),一為加速和其他為減速。一個單處理器取代模擬模塊和與之相關(guān)的幾種離散組件[1]。主要保護的一個列表功能如下:。2。當一些這些包裹提供通用模型的各種電力電子設(shè)備和/或機電組件的使用,其他制造商提供方便specic裝置模型以及用戶的發(fā)展模型。 設(shè)計原型通常是實現(xiàn)機電由一個嘗試和錯誤的過程,其中,大部分是非常昂貴又費時。這樣的一個系統(tǒng)應(yīng)用在開環(huán)或是閉環(huán)情況下[8]。不斷嘗試的設(shè)計既昂貴又費時。串勵電動機的等效圖如下圖：串勵電動機的等效圖則可以列出以下方程：1)2)3)4)5) 其中，為電樞繞組電感，為電機的飛輪矩，為電機的負載轉(zhuǎn)矩函數(shù)，為阻尼系數(shù)。工業(yè)儀表與自動化裝置2010，(2)：3436，67[9] 張麗華，電動叉車用直流斬波調(diào)速器，起重運輸機械，1999，(3)：2325[10] 劉海燕，基于Matlab的直流電動機斬波調(diào)速系統(tǒng)，煤礦機械[11] 朱立圣,直流電機閉環(huán)控制技術(shù)研究 ,南京理工大學碩士學位論文[12] 劉漢忠，邵群濤,單相串勵電動機閉環(huán)調(diào)速控制器的設(shè)計與實現(xiàn),南京工程學院，江蘇南京210013[13] Boumedi232。由于進口設(shè)備價格昂貴，于是給出了國產(chǎn)全數(shù)字控制直流調(diào)速裝置的發(fā)展空間。國外在集散型計算機控制系統(tǒng)方面已有定型成套裝置。但缺點是效率低、機械特性軟、不能在較寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速，所以目前極少采用。三、設(shè)計(研究)方案本設(shè)計方案總框圖如下圖所示：蓄電池直流供電直流直流電動機供電電流調(diào)節(jié)器H型橋式電路調(diào)制給定量電流檢測轉(zhuǎn)速檢測轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器SG3525PWM發(fā)生電路本設(shè)計方案通過二極管橋式整流電路將交流電壓變換為直流電壓，再由SG3525提供斬波電路的PWM信號，根據(jù)正負脈沖占空比的不同，實時地控制雙極式H型橋式可逆變換器中電力