【正文】 致謝 這篇的畢業(yè)設(shè)計論文一直是在我的指導(dǎo)教師曾孟雄老師的悉心指導(dǎo)下進(jìn)行的。Transfer F 3必須進(jìn)行旋轉(zhuǎn)180度；階躍輸入模塊把階躍時刻Step time 參數(shù)從默認(rèn)得1改為0，把階躍值Final value從默認(rèn)的1改為10。 設(shè)計后電流環(huán)可以達(dá)到動態(tài)指標(biāo)。取UTN=800V。但是從動態(tài)性能上看，由于擾動作用的位置不同，還存在著及時調(diào)節(jié)上的差別。同樣，減速時也有這種情況。 特點二：準(zhǔn)時間最優(yōu)控制。此外還應(yīng)指出，為了保證電流環(huán)的這種調(diào)節(jié)作用，在起動過程中電流調(diào)節(jié)器是不能飽和的，同時整流裝置的最大電壓Ud0m也須留有余地，即晶閘管裝置也不應(yīng)飽和，這些都是在設(shè)計中必須注意的。圖 47 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓時的起動過程 1)過程分析。這時的靜特性為圖中的AB段，呈現(xiàn)很陡的下垂特性。 顯然，靜差率表示調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化下轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定程度，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)定程度就越高。 1）速度閉環(huán)中，速度反饋回路如開路，轉(zhuǎn)速將升至該系統(tǒng)設(shè)計的最高轉(zhuǎn)速，俗稱飛車。 對于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器： （1）使被調(diào)量轉(zhuǎn)速 跟隨給定轉(zhuǎn)速變化，保證穩(wěn)態(tài)無靜差。如果要滿足D=10，S=5%的要求，額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落可以根據(jù)公式求得顯然，簡單的開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)不能滿足生產(chǎn)機(jī)械工藝要求，這就應(yīng)采用負(fù)反饋控制，構(gòu)成閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 在三相整流電路中，三相零式電路突出的優(yōu)點是電路簡單，用的晶閘管少、觸發(fā)器少，對需要220V電壓的用電設(shè)備直接用380V電網(wǎng)供電，而不需要另設(shè)整流變壓器[2]。 3） 調(diào)節(jié)電樞電壓調(diào)速法 保持直流電動機(jī)的磁通為額定值，電樞回路不串入外加電阻，僅改變電動機(jī)電樞外加電壓，實現(xiàn)直流電機(jī)的調(diào)速。智能功率模塊（IPM）的廣泛應(yīng)用，使得新型電動機(jī)自動控制系統(tǒng)的體積更小，可靠性更高。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運算及處理的計算機(jī)存儲元件都以繼電器命名。在此情況下，業(yè)內(nèi)廠商經(jīng)過市場調(diào)查，確定開發(fā)的DCS產(chǎn)品應(yīng)以模擬量反饋控制為主，輔以開關(guān)量的順序控制和模擬量開關(guān)量混合型的批量控制，它們可以覆蓋煉油、石化、化工、冶金、電力、輕工及市政工程等大部分行業(yè)。它具有動態(tài)響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點。雙閉環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速環(huán)用來控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，電流環(huán)控制輸出電流；該系統(tǒng)可以自動限制最大電流，能有效抑制電網(wǎng)電壓波動的影響；且采用雙閉環(huán)控制提高了系統(tǒng)的阻尼比，因而較之單閉環(huán)控制具有更好的控制特性。學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保障、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)學(xué)位論文管理部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。首先確定整個設(shè)計的方案和框圖。該調(diào)速方法可以實現(xiàn)大范圍平滑調(diào)速，是目前直流調(diào)速系統(tǒng)采用的主要調(diào)速方案。在單閉環(huán)系統(tǒng)中，只有電流截止至負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的。在以后的近30年間，DCS先與成套設(shè)備配套，而后逐步擴(kuò)大到工藝裝置改造上，與此同時，也分成大型DCS和中小型DCS兩類產(chǎn)品，使其性能價格比更具有競爭力。20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。為了將PCI SIG的PCI總線規(guī)范用在工業(yè)控制計算機(jī)系統(tǒng)，1995年11月PCI工業(yè)計算機(jī)制造者聯(lián)合會(PICMG)。 此外還值得一提的是，可尋址遠(yuǎn)程傳感器數(shù)據(jù)公路(Highway Addressable Remote Transducer，HART)協(xié)議，它是由美國Rosemount公司最早推出的一種兼容4~20mA模擬信號和調(diào)制數(shù)字信號的現(xiàn)場總線協(xié)議。但近年來，現(xiàn)代控制理論在電動機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究方面卻出現(xiàn)了蓬勃發(fā)展的興旺景象，這主要歸功于兩方面原因：第一是高性能處理器的應(yīng)用，使得復(fù)雜的運算得以實時完成。 根據(jù)負(fù)載性質(zhì)來選定。三相橋式整流電路的缺點是整流器件用得多，全控橋需要六個觸發(fā)電路，需要220V電壓的設(shè)備也不能用380V電網(wǎng)直接供電，而要用整流變壓器。從靜特性中可以看到閉環(huán)控制系統(tǒng)的調(diào)速性能比開環(huán)系統(tǒng)有了很大的提高，而提高的程度與閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)K有關(guān)。 （3）對交流電網(wǎng)電壓的波動有較強(qiáng)的抗擾能力。而由于電機(jī)上網(wǎng)容量較大，又要求電流的脈動小，故選用三相全控橋式整流電路供電方案。 在圖上標(biāo)出了兩個調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓的實際極性，它們是按照觸發(fā)裝置GT的控制電壓Ur,為正電壓的情況標(biāo)出的，并考慮到運算放大器的倒相作用。分析放大系數(shù)的方法的前提是把整個調(diào)速范圍工作點都落在晶閘管觸發(fā)和整流裝置的特性的近似線性范圍內(nèi)，并有一定的調(diào)節(jié)余量。 第1階段0一t1是電流上升的階段。到Id=IdL時，轉(zhuǎn)速n達(dá)到峰值。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。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在起動和升速過程中，能夠在電流受電機(jī)過載能力約束的條件下，表現(xiàn)出很快的動態(tài)跟隨性能。因此，在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電壓波動引起的動態(tài)速降會比單閉環(huán)系統(tǒng)中小得多。因電磁時間常數(shù)Tl遠(yuǎn)小于機(jī)電時間常數(shù)Tm，轉(zhuǎn)速變化比電流變化慢得多，因此，對電流環(huán)的電流瞬變過程來說E基本不變，△E≈0，即暫且把E的作用去掉，得到忽略E影響的電流環(huán)近似結(jié)構(gòu)圖如下圖所示，等效簡化后得：圖 01 電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖及其化簡 1）整流裝置滯后時間常數(shù)：由已知=，查表知，為三相橋式電路的平均失控時間。 轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件現(xiàn)在滿足近似處理條件。 圖74 電流環(huán)仿真波形圖從圖中可以看出，該仿真過程超調(diào)量較小。另外，他對待問題的嚴(yán)謹(jǐn)作風(fēng)也給我留下了深刻的印象。Systems組中選用了Mux模塊來把幾個輸入聚合成一個向量輸出給Scope。（2）雙擊Simulink下所需子模塊庫圖標(biāo)，則可打開，用鼠標(biāo)左鍵選中所需的子模塊，拖入模型編輯窗口。在一般情況下，當(dāng)電流環(huán)控制對象的兩個時間常數(shù)之比時有表可知典型I系統(tǒng)的恢復(fù)時間還是可以接受的。式中 A—理想情況下，α=0176。為了減少動態(tài)速降(升)，必須在設(shè)計ASR時，要求系統(tǒng)具有較好的抗擾性能指標(biāo)。在一般情況下，轉(zhuǎn)速略有超調(diào)對實際運行影響不大。當(dāng)ASR飽和時，轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流調(diào)節(jié)的單閉環(huán)系統(tǒng)；當(dāng)ASR不飽和時，轉(zhuǎn)速環(huán)閉環(huán)，整個系統(tǒng)是一個無靜差調(diào)速系統(tǒng)，而電流內(nèi)環(huán)則表現(xiàn)為電流隨動系統(tǒng)。從電流升到最大值Imd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。在額定勵磁條件下，式中—電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩系數(shù)。這表明， —A段靜特性從理想空載狀態(tài)（=0）一直延續(xù)到電流最大值，而一般都大于電動機(jī)的額定電流。在設(shè)計調(diào)速系統(tǒng)時，通常視為電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。作為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的被調(diào)量是轉(zhuǎn)速，所檢測的誤差是轉(zhuǎn)速，它要消除的也是擾動對轉(zhuǎn)速的影響。引入PI調(diào)節(jié)器，在系統(tǒng)靜特性指標(biāo)和穩(wěn)定性發(fā)生矛盾的情況下，能改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)使它能同時滿足穩(wěn)定性與穩(wěn)態(tài)誤差兩方面的要求。其優(yōu)點是體積小、功耗低、調(diào)試方便、性能穩(wěn)定；缺點是移相范圍小于180176。 2）靜止可控整流器。 本文主要開展的研究工作根據(jù)本課題的實際情況，宜從以下幾個方面入手分析： 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； 3）應(yīng)用MATLAB軟件對設(shè)計的系統(tǒng)進(jìn)行仿真和校正； 本設(shè)計要求基于VM的雙閉環(huán)直流運動控制系統(tǒng)的設(shè)計和校正，從要求出發(fā)，本文先介紹各種調(diào)速方案中選擇電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原因，再重點闡述該系統(tǒng)的動態(tài)、靜態(tài)性能和結(jié)構(gòu)特點。 它是作為德國國家標(biāo)準(zhǔn)和歐洲國家標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。1981年，Mostek、Motorola、Philip和Signetics公司發(fā)明了VME總線，1996年的新標(biāo)準(zhǔn)VME64(ANSI/VITA11994)將總線數(shù)據(jù)寬度提升到64位，最大數(shù)據(jù)傳輸速度為80Mbps。由于第一代PLC是為了取代繼電器的，因此，采用了梯形圖語言作為編程方式，形成了工廠的編程標(biāo)準(zhǔn)。本次設(shè)計的課題是雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)。因而同時對速度和電流進(jìn)行控制，成為實現(xiàn)高動態(tài)性能電機(jī)控制系統(tǒng)所必須完成的工作。20世紀(jì)90年代前的大約50年的時間里，直流電動機(jī)幾乎是唯一的一種能實現(xiàn)高性能拖動控制的電動機(jī)，直流電動機(jī)的定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場相互獨立并且正交，為控制提供了便捷的方式，使得電動機(jī)具有優(yōu)良的起動，制動和調(diào)速性能。44 第 44 頁 共 44 頁學(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)下獨立進(jìn)行研究所取得的研究成果。有效地控制電機(jī)，提高其運行性能，對國民經(jīng)濟(jì)具有十分重要的現(xiàn)實意義。由電動機(jī)的運動方程可知，加速度與電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩成正比關(guān)系，而轉(zhuǎn)矩又與電動機(jī)的電流成正比。 隨著社會化大生產(chǎn)的不斷發(fā)展，電力傳動裝置在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中的得到廣泛應(yīng)用，對其生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量的要求不斷提高，這就需要越來越多的生產(chǎn)機(jī)械能夠?qū)崿F(xiàn)制動調(diào)速，因此我們就要對這樣的自動調(diào)速系統(tǒng)作一些深入的了解和研究。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable ,是世界上公認(rèn)的第一臺PLC。 歷史上，VME總線工業(yè)控制機(jī)一直是許多嵌入式應(yīng)用的首選機(jī)型。目前已經(jīng)有人研制成功了基于開放式自由軟件Linux操作系統(tǒng)的數(shù)字式伺服系統(tǒng)。這種調(diào)速系統(tǒng)叫做發(fā)電機(jī)電動機(jī)系統(tǒng)，簡稱GM系統(tǒng)。晶閘管[7]的觸發(fā)電路種類很多，為使線路簡單、工作可靠、裝置體積小宜選用KJ004組成的六脈沖集成觸發(fā)電路。 應(yīng)用電流截止負(fù)反饋，能夠解決轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)啟動和堵轉(zhuǎn)時電流過大的問題，引入了限制電樞電流的環(huán)節(jié)，關(guān)鍵時候維持電流基本不變。應(yīng)用了PI調(diào)節(jié)器后可實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差控制，應(yīng)用了電流截至負(fù)反饋環(huán)節(jié)來限制電流的沖擊，避免出現(xiàn)過電流現(xiàn)象。調(diào)速范圍D是指電動汽車電機(jī)在額定負(fù)載下，電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比，即： 其中和一般指額定負(fù)載時的轉(zhuǎn)速，對于少數(shù)負(fù)載很輕的機(jī)械，例如精密磨床，也可以用實際負(fù)載時的轉(zhuǎn)速。由于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和，所以。圖45晶閘管觸發(fā)與整流裝置動態(tài)結(jié)構(gòu)圖、感應(yīng)電勢與電流之間的數(shù)學(xué)模型如圖表示了他勵直流電動機(jī)在額定勵磁下的等效電路，假定主電路電流連續(xù)，則主電路電壓的微分方程為：圖 46 他勵直流電動機(jī)在額定勵磁下的等效電路 式中R—主電路的總電阻，L—主電路的總電感，在額定勵磁下，忽略摩擦力和彈性變形，電力拖動系統(tǒng)運動的微分方程為 式中Te—電磁轉(zhuǎn)矩（）,—包括電動機(jī)空載轉(zhuǎn)矩在內(nèi)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩（）,—電力拖動系統(tǒng)這算到電動機(jī)軸上的飛輪慣量（）。 第Ⅱ階段t1～t2是恒流升速階段。隨著ASR的飽和與不飽和，整個系統(tǒng)處于完全不同的兩種狀態(tài)。這就是說，采用PI調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速動態(tài)響應(yīng)必然有超調(diào)。因此，在突加(減)負(fù)載時，必然會引起動態(tài)速降(升)。在要求不高的場合或近似估算時，可用以下公式近似計算。電流環(huán)的另一個重要作用是對電網(wǎng)電壓波動的及時調(diào)節(jié)，從提高抗擾性能的觀點出發(fā)又希望吧電流環(huán)校正成典型II型系統(tǒng)。 圖71 SIMULINK模塊瀏覽器窗口（1）單擊new model圖標(biāo)新建模型編輯窗口。 圖77 設(shè)置Integrator模塊參數(shù) 為了在示波器模塊中反映出轉(zhuǎn)速電流的關(guān)系，