【正文】 能保持I d0dUc21恒定。當(dāng)ctU0dIdIdLI后，電動(dòng)機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)。從動(dòng)態(tài)性能上看，負(fù)載擾動(dòng) 作用在被調(diào)量 n 的前面，可以通過(guò)測(cè)速發(fā)dLI電機(jī)檢測(cè)出來(lái)，使負(fù)載擾動(dòng)通過(guò)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋得到及時(shí)調(diào)節(jié)。（一） 動(dòng)態(tài)跟隨性能，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在起動(dòng)和升速過(guò)程中，能夠在電流受電機(jī)過(guò)載能力約束的條件下，表現(xiàn)出很快的動(dòng)態(tài)跟隨性能。當(dāng)負(fù)載電流達(dá) 到后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和，電流dmI調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無(wú)靜差，得到過(guò)電流的自動(dòng)保護(hù)。實(shí)際上，在正常U?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。這樣就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。15(a)帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程 (b)理想快速起動(dòng)過(guò)程圖 41 調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程的電流和轉(zhuǎn)速波形 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成與工作原理轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理如圖 ，直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)由給定電壓、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、三相集成觸發(fā)器、單相全控橋、直流電動(dòng)機(jī)及轉(zhuǎn)速、電流檢測(cè)裝置組成，其中主電路中串入平波電抗器，以抑制電流脈動(dòng)，消除因脈動(dòng)電流引起的電機(jī)發(fā)熱以及產(chǎn)生的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的不利影響。實(shí)際工作中,在電機(jī)最大電流(轉(zhuǎn)矩)受限的條件下，充分利用電機(jī)的允許過(guò)載能力，最好是在過(guò)渡過(guò)程中始終保持電流(轉(zhuǎn)矩)為允許最大值，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后，又讓電流立即降下來(lái)，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。 （）sKsUWpipiinexpi ?1)()( ???令 τ1= τ=R1C1，則傳遞函數(shù)也可以寫成如下形式piK ()sKspipi 11)(????式 表明，PI 調(diào)節(jié)器也可以用一個(gè)積分環(huán)節(jié)和一個(gè)比例微分環(huán)節(jié)來(lái)表示， ?1 是微分項(xiàng)中的超前時(shí)間常數(shù)，它和積分時(shí)間常數(shù) ? 的物理意義是不同的。從無(wú)靜差的角度看積分控制優(yōu)于比例控制，但是另一方面，在控制的快速性上，積分控制卻又不如比例控制。 反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)：圖 33 反饋控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖由圖 33 可知，反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)是12W(s)= （）)1)(12??sTsTKml反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的特征方程為：+ + +1=0 （）31sKlm?21)(slmsKm?1根據(jù)三階系統(tǒng)的勞斯古爾維茨判據(jù)穩(wěn)定條件就只有： 0，整理后得KTslm?1)(smTsl?1K (）slmT2)(?式（）右邊稱作系統(tǒng)的臨界放大系數(shù) ,當(dāng) K ≥ 時(shí)，系統(tǒng)將不穩(wěn)定。 圖 32 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖 11圖中各方塊中的符號(hào)代表該環(huán)節(jié)的放大系數(shù)，或稱傳遞系數(shù)。閉環(huán)系統(tǒng)是把反映輸出轉(zhuǎn)速的電壓信號(hào)反饋到系統(tǒng)輸入端，與給定電壓比較，形成一個(gè)閉環(huán)。它和機(jī)械特性的硬度有關(guān)，特性越硬，靜差率越小，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度就越高。（2）穩(wěn)速。n= （U doIdR）=n 0Δn （）eC1其中：Δn 為轉(zhuǎn)速降，Δn 越小，機(jī)械特性的硬度越大。對(duì)于每一條特性，求解過(guò)程都計(jì)算到 ? = 2?/3 為止，因?yàn)?? 角再大時(shí)，電流便連續(xù)了。3，晶閘管電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的機(jī)械特性：當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，VM 系統(tǒng)的機(jī)械特性方程式為n= (Ud0IdR)= ( Umsin cosa IdR) （）Ce1e1?式中 Ce = Ke?N —電機(jī)在額定磁通下的電動(dòng)勢(shì)系數(shù)。其電路如圖 22 所示 圖 22 三相橋式全控整流電路原理圖4 直流晶閘管調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理及開環(huán)特性晶閘管電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱 VM 系統(tǒng)) 整流變壓器、晶閘管整流調(diào)速裝置、平波電抗器、電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組等組成，在圖 23 所示的 VM 系統(tǒng)中，只通過(guò)改變觸發(fā)或驅(qū)動(dòng)電路的控制電壓來(lái)改變功率變換電路的輸出平均電壓，達(dá)到調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，它們都屬于開環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng)，稱為開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。當(dāng)在晶閘管的陽(yáng)極與陰極之間加正向電壓時(shí)，若在控制極與陰極之間沒(méi)有電壓或加反向電壓，晶閘管還是不會(huì)導(dǎo)通。 課題分析與論文主要內(nèi)容本課題以直流電動(dòng)機(jī)為對(duì)象，第一部分說(shuō)明晶閘管的整流技術(shù)，直流調(diào)速系統(tǒng)的主要問(wèn)題和 VM 系統(tǒng)開環(huán)特性。改變電阻只能有級(jí)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(jī)額定轉(zhuǎn)速)以上作小范圍的弱磁升速。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在軋鋼機(jī)、礦井卷?yè)P(yáng)機(jī)、挖掘機(jī)、海洋鉆機(jī)、金屬切削機(jī)床、造紙機(jī)、高層電梯等需要高性能可控電力拖動(dòng)的領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。 double loop。自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)主要包括直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 III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：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 指導(dǎo)教師簽名：　　 　 　　 日 　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。作者簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日IV直流電機(jī)晶閘管調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析摘 要運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用最普遍的是自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)。 thyristor；open loop。從機(jī)械特性上看,就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的參數(shù)或外加工電壓等方法來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,從而改變電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性和工作特性機(jī)械特性的交點(diǎn),使電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化。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)，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。這樣，就有了建立工程設(shè)計(jì)方法的可能性。圖 21 晶閘管外形、結(jié)構(gòu)及圖形符號(hào)當(dāng)在晶閘管的陽(yáng)極與陰極之間加反向電壓時(shí)，這時(shí)不管控制極的信號(hào)情況如何，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通。習(xí)慣上將晶閘管按照其導(dǎo)通順序編號(hào)，共陰極的一組為 VTVT3和 VT5，共陽(yáng)極的一組為 VTVT4 和 VT6。為避免逆變顛覆，應(yīng)設(shè)置最大的移相角限制。l?（3）電流斷續(xù)機(jī)械特性計(jì)算：當(dāng)阻抗角 ? 值已知時(shí)，對(duì)于不同的控制角 ?，可用數(shù)值解法求出一組電流斷續(xù)時(shí)的機(jī)械特性。一般可近似的只考慮連續(xù)段。在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，分檔地(有級(jí))或平滑地(無(wú)級(jí))調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。（2）靜差率當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，負(fù)載由理想空載增加到額定值時(shí)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落△n ，與N理想空載轉(zhuǎn)速 n 之比，稱作靜差率 s，即0 s= ()0nN?顯然，靜差率是用來(lái)衡量調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化時(shí)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度的。 轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以提高調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。這樣，圖 31 所示單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的靜態(tài)關(guān)系為：電壓比較環(huán)節(jié)： nnU???* ，放大器： nPcUK?? ，晶閘管整流器與觸發(fā)裝置： csdUK?0 ，晶閘管整流器與觸發(fā)裝置： sd0，VM 系統(tǒng)開環(huán)機(jī)械特性： CeRIn?，測(cè)速發(fā)電機(jī)： n??以上各關(guān)系式中： ——放大器的電壓放大系數(shù)； pKKs——晶閘管整流器與觸發(fā)裝置的等效電壓放大倍數(shù)； ——轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)，單位為 Vmin/r；? ——電機(jī)反電勢(shì)系數(shù)；eC根據(jù)上述各環(huán)節(jié)的靜態(tài)關(guān)系可以畫出系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖 32 所示。這種系統(tǒng)正是依靠偏差來(lái)保證實(shí)現(xiàn)控制作用的。比例調(diào)節(jié)器的輸出只取決于輸入偏差量的現(xiàn)狀；而積分調(diào)節(jié)器的輸出則包含了輸入偏差量的全部歷史。2. PI 調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)當(dāng)初始條件為零時(shí)，取式（）兩側(cè)的拉氏變換，移項(xiàng)后，得 PI 調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。當(dāng)電流從最大值降低下來(lái)以后，電機(jī)轉(zhuǎn)矩也隨之減小，因而加速過(guò)程必然拖長(zhǎng)。它具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，叫做內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外面，叫做外環(huán)。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，PI 作用使輸入偏差電壓 在穩(wěn)態(tài)時(shí)總是為零。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于 時(shí)表現(xiàn)為dmI轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用。其中動(dòng)態(tài)抗擾性能對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)更為重要，它主要表現(xiàn)為抗負(fù)載擾動(dòng)和抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)。如圖 46 所示的雙閉環(huán)系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓擾動(dòng) 和dU??20負(fù)載擾動(dòng) 都作用在被轉(zhuǎn)速負(fù)反饋環(huán)包圍的前向通道上，就靜特性而言，系統(tǒng)對(duì)它們的抗dLI擾效果是一樣的。突加給定電壓 后，通過(guò)兩個(gè)調(diào)節(jié)器的跟隨作*nU用，使 、 、 都上升，但是在 沒(méi)有達(dá)到負(fù)載電流 之前，電動(dòng)機(jī)還不能轉(zhuǎn)動(dòng)。與此同時(shí)，電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)E也按線性增長(zhǎng)，對(duì)電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)， E是一個(gè)線性漸增的擾動(dòng)量（圖47） 。直到 = 時(shí)，轉(zhuǎn)矩 = ，則 dn/dt=0，轉(zhuǎn)速 n 才能到達(dá)LeTL峰值。?2）電流濾波時(shí)間常數(shù)本設(shè)計(jì)初始條件已給出，即 。 速度環(huán)的設(shè)計(jì)1：確定時(shí)間常數(shù)。利用 SIMULINK 軟件仿真對(duì)調(diào)節(jié)器的參數(shù)進(jìn)行更為方便的調(diào)整，可以更為直觀的得到系統(tǒng)的仿真結(jié)果，從而加深對(duì)工程設(shè)計(jì)方法的理解使用 MATLAB 對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真的主要方法有兩種，一是以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，使用 MATLAB 的 Simulink 工具箱對(duì)其進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真研究。第二階段，ASR飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流給定作用下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，電流基本上保持不變，拖動(dòng)系統(tǒng)恒加速，轉(zhuǎn)速線形增長(zhǎng)。系統(tǒng)中采用比例調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)時(shí)是有差系統(tǒng)，采用比例積分調(diào)節(jié)器時(shí)是無(wú)差系統(tǒng)。30參考文獻(xiàn)[1] 王建輝．自動(dòng)控制原理．清華大學(xué)出版社，2022[2] 陳伯時(shí)．電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)．機(jī)械工業(yè)出版社，2022[3] 洪乃剛．電力電子技術(shù)基礎(chǔ)．清華大學(xué)出版社，2022[4] 顧繩谷．電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)．機(jī)械工業(yè)出版社，2022[5] 葉 斌．電力電子應(yīng)用技術(shù)．清華大學(xué)出版社，2022[6] 李傳琦．電力電子技術(shù)計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)．電子工業(yè)出版社，2022[7] 林 飛．電力電子應(yīng)用技術(shù)的 MATLAB 仿真．中國(guó)電力出版社， 2022[8] 劉 松．電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)．清華大學(xué)出版社，2022[9] 黃忠霖．電力電子技術(shù)的 MATLAB 實(shí)踐．國(guó)防工業(yè)出版社， 2022[10] 李友善．自動(dòng)控制原理．國(guó)防工業(yè)出版社，1999[11] 洪乃剛．電力電子技術(shù)基礎(chǔ)．清華大學(xué)出版社，2022[12] 沈 輝．精通 Simulink 系統(tǒng)仿真與控制．北京大學(xué)出版社，2022[13] 張德豐． MATLAB Simulink 建模與仿真．電子工業(yè)出版社，2022[14] 李先允．自動(dòng)控制系統(tǒng)．高等教育出版社，2022[15] 魏克新． MATLAB 語(yǔ)言自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)．機(jī)械工業(yè)出版社， 202231致 謝在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到了許多的問(wèn)題和難點(diǎn)，但在老師和同學(xué)的幫助下，特別是在指導(dǎo)教師夏小虎的幫助和鼓勵(lì)下，所有困難都得到了解決，使我能夠圓滿的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。 楊 先2022 年 6 月 合肥學(xué)院32主電路圖電路