【正文】 .. 5 改變電動(dòng)機(jī)主磁通 ? ..................................... 5 改變電樞回路電阻 R ..................................... 5 調(diào)速指標(biāo) .................................................... 6 調(diào)速范圍（包括：恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范 圍 /恒功率調(diào)速范圍） ........ 6 動(dòng)態(tài)速降 ............................................... 6 恢復(fù)時(shí)間 ............................................... 6 二、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)介紹 ................................... 7 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成 .............................. 7 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程 .................................... 8 理想啟動(dòng)過(guò)程 ........................................... 8 實(shí)際啟動(dòng)過(guò)程分析 ...................................... 10 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程三個(gè)特點(diǎn)： ......................... 12 飽和非線(xiàn)性控制 ........................................ 12 準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制 ........................................ 12 轉(zhuǎn)速超調(diào) .............................................. 12 武漢理工大學(xué)《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2 PI 調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征 ......................................... 13 速調(diào)節(jié)器不飽和 ........................................ 13 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和 ........................................ 14 各變量的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算 ........................... 15 三、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 ......................................... 16 設(shè)計(jì)初始條件 ............................................... 16 要求完成的主要任務(wù) ......................................... 16 四 、 PWMM 調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) ...................................... 17 直流 PWMM 調(diào)速系統(tǒng) ......................................... 17 UPE 環(huán)節(jié)的電路波形分析 ...................................... 18 電流調(diào)節(jié)器 的設(shè)計(jì) ........................................... 20 電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖的化簡(jiǎn) ................................. 20 電流調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算 .................................... 21 參數(shù)校驗(yàn) .............................................. 23 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容 .................................. 24 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) ........................................... 24 電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù) .............................. 24 轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)的化簡(jiǎn)和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 ................ 25 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)的計(jì)算 ................................ 28 參數(shù)校驗(yàn) .............................................. 28 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容 .................................. 29 調(diào)速范圍靜差率的計(jì)算 ....................................... 29 五、系統(tǒng)仿真 .............................................. 31 仿真軟件 Simulink 介紹 ...................................... 31 Simulink 仿真步驟 ........................................... 31 雙閉環(huán)仿真模型 ............................................. 32 雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真波形圖 ....................................... 32 六、心得體會(huì)及小結(jié) ......................................... 34 七、參考文獻(xiàn) .............................................. 35 武漢理工大學(xué)《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 3 武漢理工大學(xué)《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 4 摘要 為了滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝要求，需要改變工作速 度，在當(dāng)代工業(yè)上 PWM 控制調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用，軋制品種和材料厚度的不同，也要求采用不同的速度。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)性能，適宜在較大范圍內(nèi)調(diào)速，在許多需要高性能可控電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這種方法最好。 恒功率調(diào)速范圍是指調(diào)速系統(tǒng)在額定功率下，可長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的最低速度和最高速度之比，一般這個(gè)最低速度就是額定速度，比如： 1： 2，假定該調(diào)速系統(tǒng)的額定速度為 1000rpm，則其最高運(yùn)行速度為 2020rpm。由于電流檢測(cè)信號(hào)中常含有交流分量，為了不使它影響到調(diào)節(jié)器的輸入，需要加低通濾波。這主要是因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來(lái)控制動(dòng)態(tài)過(guò)程的電 流或轉(zhuǎn)矩。為了實(shí)現(xiàn)在允許條件下最快起動(dòng)，關(guān)鍵要獲得一段使電流保持為最大值 dmI 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)該得到近似的恒流過(guò)程。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。轉(zhuǎn)速超調(diào)以后， ASR 輸入端出現(xiàn)負(fù)的偏差電壓，使它退出飽和狀態(tài)，其輸出電壓即 ACR的給定電壓立即從限幅值降下來(lái)，主電流 dI 也因而下降。在不同情況下表現(xiàn)為不同結(jié)構(gòu)的線(xiàn)性系統(tǒng)，這就是飽和非線(xiàn)性控制的特征。如果一定要追求嚴(yán)格最優(yōu)控制，控制結(jié)構(gòu)要復(fù)雜得多，所取得的效果則有限，并不值得。因此，不可逆的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)雖然有很快的起動(dòng)過(guò)程，但在制動(dòng)時(shí)，當(dāng)電流下降到零以后，就只好自由停車(chē)。實(shí)際上，在正常運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器是不會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)的。穩(wěn)態(tài)時(shí) *imd dmUII??? 最大電 流 dmI 是設(shè)計(jì)者選定的，取決于電機(jī)的容許過(guò)載能力和拖動(dòng)系統(tǒng)允許的最大加度所描述的靜特性是圖 26中的 AB段。這些關(guān)系反映了 PI 調(diào)節(jié)器不同于 P調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)。從閉環(huán)反饋結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，是內(nèi)環(huán)，按典型Ⅰ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)在外面，成為外環(huán)，按典型Ⅱ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。對(duì)于特大容量的系統(tǒng)，則常用晶閘管裝置。為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器都采用 PI調(diào)節(jié)器 UPE 環(huán)節(jié)的電路波形分析 圖 43 繪出了雙極式控制時(shí)的電壓和電流波形。 d2i 相當(dāng)于負(fù)載很輕的情況，平均電流小，在續(xù)流階段電流很快衰減到零，武漢理工大學(xué)《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 20 于是二極管終止續(xù)流，而反向開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通，電樞電流反向，電動(dòng)機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)。在一般情況下，系統(tǒng)的電磁時(shí)間常數(shù) lT 遠(yuǎn)小于機(jī)電時(shí)間常數(shù) mT ，因此，轉(zhuǎn)速的變化往往比電流變化慢得多，對(duì)電流環(huán)來(lái)說(shuō)，反電動(dòng)勢(shì)是一個(gè)變化較慢的擾動(dòng)，在電流的瞬變過(guò)程中，可以認(rèn)為反電動(dòng)勢(shì)基本不變，即 0??E ，這樣，在按動(dòng)態(tài)性能設(shè)計(jì)電流環(huán)時(shí)，可以暫不考慮反電動(dòng)勢(shì)變化的動(dòng)態(tài)影響，得到的電流環(huán)的近似結(jié)構(gòu)框圖如圖 44。 4）電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件 ciois sTT ?????? ? 131131 滿(mǎn)足近似條件。為了分析方便，引入一個(gè)新的變量 h ，令 武漢理工大學(xué)《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 27 12??? ??Th h 是斜率為 decdB/20? 的中頻段的寬度，稱(chēng)作中頻寬。為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型， Simulink 提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶(hù)接口 (GUI) ，這個(gè)創(chuàng)建過(guò)程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶(hù)可以立即看到系統(tǒng) 的仿真結(jié)果。 (4) 運(yùn)行后便可通過(guò)模擬示波器觀(guān)察波形。 武漢理工大學(xué)《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 34 六、心得體會(huì)及小結(jié) 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器串級(jí)連接，轉(zhuǎn)速反饋環(huán)為外環(huán)，電流環(huán)為內(nèi)環(huán)。在特性上，轉(zhuǎn)速環(huán)的調(diào)節(jié)作用保證了系統(tǒng)無(wú)靜差，電流環(huán)的作用使系統(tǒng)具有較理想的挖土機(jī)下垂特性