基于v-m的雙閉環(huán)直流運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和校正開(kāi)題報(bào)告(完整版)
【正文】 展。 傳統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)的整流裝置采用晶閘管，雖然在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上都有一定優(yōu)勢(shì)，但其控制復(fù)雜，對(duì)散熱要求也較高。這種控制系統(tǒng)采用嵌入式控制器，在嵌入式操作系統(tǒng)的軟件平臺(tái)上工作，控制系統(tǒng)自身就具有局域網(wǎng)甚至互聯(lián)網(wǎng)的上網(wǎng)功能，這樣就為遠(yuǎn)程監(jiān)控和遠(yuǎn)程故障診斷及維護(hù)提供了方便。可要實(shí)現(xiàn)高精度和高動(dòng)態(tài)性能的控制，不僅要控制速度，同時(shí)還要控制速度的變化率也就是加速度。但是由于篇幅有限，很多地方介紹過(guò)于粗淺， 比如觸發(fā)脈沖相位角控制部分沒(méi)有提及具體的控 制大小的實(shí)現(xiàn)電路和原理。對(duì)于系統(tǒng)模型的建立和穩(wěn)定性分析校正很清晰。其次，《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》 回答了怎樣建立系統(tǒng)模型得出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)、怎樣判定系統(tǒng)穩(wěn)定性、怎樣進(jìn)行校正等問(wèn)題。 由于主電路電感的作用，電流不能突跳，為了實(shí)現(xiàn)在允許條件下最快起動(dòng)，關(guān)鍵是要獲得一段使電流保持為最大值的恒流過(guò)程，按照反饋控制規(guī)律，采用某個(gè)物理量的負(fù)反饋就可以保持該量基本不變，那么采用電流負(fù)反饋就應(yīng)該能得到近似的恒流過(guò)程。 相控整流器 電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)原理 （ 1） 相控整流器 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)稱 VM系統(tǒng)，原理圖如下： 圖 34 VM 系統(tǒng)原理圖 VT是相控整流器， GT 為觸發(fā)裝置， Uc為觸發(fā)裝置的控制電壓，通過(guò)調(diào)節(jié) Uc來(lái)移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，可改變整流電壓 Ud ，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。 （ 1） 轉(zhuǎn)速環(huán)的簡(jiǎn)化 a) b) c) 圖 39 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖及簡(jiǎn)化 a)用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán) b)等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)和小慣性近似處理 c)校正后成為典型三階系統(tǒng) （ 2）轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)選擇 由于設(shè)計(jì)有靜差要求，因此轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)，有考慮到動(dòng)態(tài)要求，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器應(yīng)采用 PI調(diào)節(jié)器，按典型 II型系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)。 其工作界面如圖 313和 314所示。 圖 310 含濾波環(huán)節(jié)的 PI 型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 變壓器參數(shù)計(jì)算 一 般情況下，晶閘管變流裝置所要求的交流供電電壓與電網(wǎng)電壓是不一致 的，所以需要變流 變壓器， 通過(guò)變壓器進(jìn)行電壓變換，并使裝置于電網(wǎng)隔離，減少電網(wǎng)于晶閘管變流裝置的互相干擾。通過(guò)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(guò)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)框圖如有圖所示 圖 35 晶閘管觸發(fā)與整流裝置動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)各環(huán)節(jié)設(shè)計(jì) 和校正 電流調(diào)節(jié)器 （ 1） 電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡(jiǎn)化 圖 36 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 Toi— 電流反饋濾波時(shí)間常數(shù) Ton— 轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù) 如 圖 36 所示反電動(dòng)勢(shì) E與電流反饋的作用相互交叉，給設(shè)計(jì)帶來(lái)麻煩，須簡(jiǎn)化。怎樣才能做到這種既存在轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋?zhàn)饔?，又使它們只能分別在不同的階段起作用呢 ?雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)正是用來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題的?？傊?，本設(shè)計(jì)課題是一個(gè)多學(xué)科交織的，涉及的只是很廣，需要參考多門(mén)專著學(xué)習(xí)基本知識(shí)技能才能完成最終的設(shè)計(jì)任務(wù)。但是側(cè)重于系統(tǒng)的問(wèn)題。內(nèi)容包含：機(jī)電、控制電器、檢測(cè)元件、拖動(dòng)基礎(chǔ)、傳動(dòng)系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程、有觸點(diǎn)控制、電力電子技術(shù)、直流伺服、交流伺服、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)、閉環(huán)控制系統(tǒng)等。因而同時(shí)對(duì)速度和電流進(jìn)行控制，成為實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)性能電機(jī)控制系統(tǒng)所必須完成的工作。 本文主要開(kāi)展的研究工作 根據(jù)本 課題的 實(shí)際情況，宜從以下幾 個(gè)方面入手分析： （ 1） 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理及數(shù)學(xué)模型 ； （ 2） 雙閉環(huán)直流調(diào)速的工程設(shè)計(jì) ； （ 3） 應(yīng)用 MATLAB 軟件對(duì)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行仿真和校正 。由于晶體管是既能控制導(dǎo)通又能控制關(guān)斷 的全控型器件，其性能優(yōu)良，以大功率晶體管為基礎(chǔ)組成的晶體管脈寬調(diào)制（ PWM）直流調(diào)速系統(tǒng)在直流傳動(dòng)中使用呈現(xiàn)越來(lái)越普遍的趨勢(shì)。這兩大集團(tuán)于 1994 年合并，成立現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì) (Fieldbus Foundation,FF)，致力于開(kāi)發(fā)國(guó)際上統(tǒng)一的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議。但相對(duì)于 PCI/ISA 加固型工控機(jī)而言，由于總體成本高、技術(shù)開(kāi) 發(fā)難度大、無(wú)源背板定義并不完全統(tǒng)一導(dǎo)致模板配套性差、電磁兼容性設(shè)計(jì)要求高等因素， CompactPCI 工控機(jī)在工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域并未得 到實(shí)際應(yīng)用，反而在電信市場(chǎng)獲得廣泛應(yīng)用。由 Force Computers 制定的 VME64x 總線規(guī)范將總線速度提高到了320Mbps。此時(shí)的 PLC 為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。傳統(tǒng)上，這些功能是通過(guò)氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 1975 年前后，在原來(lái)采用中小規(guī)模集成電路而形成的直接數(shù)字控制器 (DDC)的自控和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出了以集中顯示操作、分散控制為特征的集散控制系統(tǒng) (DCS)。雙閉環(huán)系統(tǒng)的 轉(zhuǎn)速環(huán)用來(lái) 控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 ， 電流環(huán)控制輸出電流 ；該系統(tǒng)可以 自動(dòng)限制最大電 流，
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