【正文】 2. 設(shè)計調(diào)速系統(tǒng)。經(jīng)計算：= =所以得出結(jié)論：電動機磁場恒定時，= (2) 略去電樞電感時， =（4）忽略電樞電感但需要計入粘性摩擦負載時 =其中，是由負載決定的。但它也有好處，在電動機停止時仍有高頻微振電流，從而消除了正、反向時的靜摩擦死區(qū)，起著所謂“動力潤滑”的作用。改變兩組開關(guān)器件導(dǎo)通的時間，也就改變了電壓脈沖的寬度，得到電動機兩端電壓波形如圖3—2 b)所示圖3—2 橋失可逆脈寬調(diào)速系統(tǒng)基本原理圖和電壓波形a)基本原理圖 b)電壓波形如果用ton表示VT1和VT4導(dǎo)通的時間，開關(guān)周期T和占空比ρ的定義和上面相同，則電動機電樞端電壓平均值為：Ud=(ton/T)*Us [（Tton）/ T]* Us=（2*ton/ T1）* Us=（2ρ1）*Us脈寬調(diào)制變換器的作用是：用脈沖寬度調(diào)制的方法，把恒定的直流電源電壓調(diào)制成頻率一定、寬度可變的脈沖電壓序列，從而可以改變平均輸出電壓的大小，以調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速。（2）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按跟隨和抗擾性能都能較好的原則,在負載擾動點后已經(jīng)有了一個積分環(huán)節(jié),為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差,還必須在擾動作用點以前設(shè)置一個積分環(huán)節(jié),因此需要Ⅱ由設(shè)計要求，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)，故按典型Ⅱ型系統(tǒng)—選用設(shè)計PI調(diào)節(jié)器。而典型Ⅱ型系統(tǒng)的超調(diào)量相對要大一些而抗擾性能卻比較好。因此，在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電壓波動引起的轉(zhuǎn)速動態(tài)變化會小得多。穩(wěn)態(tài)時，轉(zhuǎn)速等于給定值，電樞電流等于負載電流，ASR和ACR的輸入偏差電壓都為零，但由于積分作用，它們都有恒定的輸出電壓。繪制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如下：圖2—7 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 起動過程分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓由靜止狀態(tài)起動時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出電壓、電流調(diào)節(jié)器輸出電壓、可控整流器輸出電壓、電動機電樞電流和轉(zhuǎn)速的動態(tài)響應(yīng)波形過程如圖2—8所示。而，一般都是大于額定電流的。電動機的最大電流(堵轉(zhuǎn)電流)可以通過整定速度調(diào)節(jié)器的輸出限幅值來改變。常用的階躍響應(yīng)跟隨性能指標有上升時間，超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間：1）上升時間在典型的階躍響應(yīng)跟隨過程中，輸出量從零起第一次上升到穩(wěn)態(tài)值所經(jīng)過的時間稱為上升時間，它表示動態(tài)響應(yīng)的快速性，見圖2—2。然而靜差率和機械特性硬度又是有區(qū)別的。然后按照自動控制原理，對雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)進行分析和計算，利用Simulink對系統(tǒng)進行了各種參數(shù)給定下的仿真，通過仿真獲得了參數(shù)整定的依據(jù)。然而，隨著生產(chǎn)的不斷發(fā)展，調(diào)速對變速傳動裝置是一項基本的要求，現(xiàn)代應(yīng)用的許多變速傳動系統(tǒng)，在滿足一定的調(diào)速范圍和連續(xù)（無級）調(diào)速的同時，還必須具有持續(xù)的穩(wěn)定性和良好的瞬態(tài)性能。1930年以后出現(xiàn)電機放大器控制的旋轉(zhuǎn)交流機組供電給直流電動機（由交流電動機M和直流發(fā)電機G構(gòu)成，簡稱G—M系統(tǒng)），以后又出現(xiàn)了磁放大器和汞弧整流器供電等，實現(xiàn)了直流傳動的無接點控制。從機械特性上看,就是通過改變電動機的參數(shù)或外加工電壓等方法來改變電動機的機械特性,從而改變電動機機械特性和工作特性機械特性的交點,使電動機的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化。直流電動機具有良好的運行和控制特性，長期以來，直流調(diào)速系統(tǒng)一直占據(jù)壟斷地位，其中，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是目前直流調(diào)速系統(tǒng)中的主流設(shè)備，它具有調(diào)速范圍寬、平穩(wěn)性好、穩(wěn)速精度高等優(yōu)點，在理論和實踐方面都是比較成熟的系統(tǒng)，在拖動領(lǐng)域中發(fā)揮著極其重要的作用。通過對轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的了解，使我們能夠更好的掌握調(diào)速系統(tǒng)的基本理論及相關(guān)內(nèi)容，在對其各種性能加深了解的同時，能夠發(fā)現(xiàn)其缺陷之處，通過對該系統(tǒng)不足之處的完善，可提高該系統(tǒng)的性能，使其能夠適用于各種工作場合，提高其使用效率?？箶_動性是指系統(tǒng)穩(wěn)定在 某一轉(zhuǎn)速上運行時，應(yīng)盡量不受負載變化以及電源電壓波動等因素的影響[1，6]。當給定信號表示方式不同時，輸出響應(yīng)也不一樣。 實際系統(tǒng)中對于各種動態(tài)指標的要求各有不同，要根據(jù)生產(chǎn)機械的具體要求而定。因此，對于靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況[1，5，6，8]。兩個給定電壓的最大值、由設(shè)計者給定，受運算放大器允許輸入電壓和穩(wěn)壓電源的限制。超調(diào)后，使ASR退出飽和，其輸出電壓（也就是ACR的給定電壓）才從限幅值降下來，也隨之降了下來，但是，由于仍大于負載電流，在開始一段時間內(nèi)轉(zhuǎn)速仍繼續(xù)上升。在設(shè)計ASR時，應(yīng)要求有較好的抗擾性能指標。從圖中可以清楚地看到Ⅰ型系統(tǒng)、Ⅱ型系統(tǒng)的差別。（4）校驗近似條件電流環(huán)截止頻率，a)晶閘管裝置傳遞函數(shù)近似條件：，現(xiàn)為，滿足近似條件；b)忽略反電動勢對電流環(huán)影響的條件：現(xiàn)為，滿足近似條件；c)小時間常數(shù)近似處理條件：，現(xiàn)為=，滿足近似條件。這樣，電動機得到的平均電壓為： Ud=(ton/T)*Us=ρ*Us式中 T功率開關(guān)器件的開關(guān)周期 ton開通時間ρ占空比，ρ= ton/T= ton*f，其中f為開關(guān)頻率。當ρ1/2時，γ為正，電動機正轉(zhuǎn)；當ρ1/2時，γ為負，電動機反轉(zhuǎn)；當ρ=1/2時，γ=0，電動機停止。 顯然，若忽略不計粘性摩擦負載，則KL=0，此時，永磁電動機的傳遞函數(shù)式⑤與前描述式 相同，若電樞電感也可忽略不計，則式⑤與前述式 相同?？傊?，在設(shè)計過程中，我不僅學到了以前從未接觸過的新知識，而且學會了獨立的去發(fā)現(xiàn)，面對，分析，解決新問題的能力，不僅學到了知識，又鍛煉了自己的能力，使我受益非淺。4. 進行數(shù)字仿真，驗證其設(shè)計。隨著大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展,電路品種日新月異,規(guī)模越來越大,同時對電路的可靠性、性價比也越來越高,原來的方法已完全不能適應(yīng)電路的要求。為了克服上述缺點，可采用單極式控制，使部分器件處于常通或常斷狀態(tài)，以減少開關(guān)次數(shù)和開關(guān)損耗，提高可靠性，但系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能會略有降低[4，8]。圖3—6 雙極式控制可逆PWM變換器的驅(qū)動電壓、輸出電壓和電流波形 它們之間的關(guān)系是：Ug1=Ug4=Ug2=Ug3。第三章 PWM脈寬調(diào)制 PWM基本介紹自從全控型整流電力電子器件問世以后，就出現(xiàn)了采用脈沖寬度調(diào)制的高頻開關(guān)控制方式，形成了脈寬調(diào)制變換器—直流電動機調(diào)速系統(tǒng)，簡稱直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)，或直流PWM調(diào)速系統(tǒng)。至于轉(zhuǎn)速環(huán),穩(wěn)態(tài)無靜差是最根本的要求,所以轉(zhuǎn)速環(huán)通常設(shè)計為Ⅱ型系統(tǒng)。建立調(diào)節(jié)器工程設(shè)計方法所遵循的原則是：1. 概念清楚、易懂；2. 計算公式簡明、好記；3. 不僅給出參數(shù)計算的公式，而且指明參數(shù)調(diào)整的方向；4. 能考慮飽和非線性控制的情況，同樣給出簡明的計算公式；5. 適用于各種可以簡化成典型系統(tǒng)的反饋控制系統(tǒng)。故雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有良好的靜態(tài)和動態(tài)品質(zhì)。當突加給定電壓時，由于電動機的機電慣性較大，電動機還來不及轉(zhuǎn)動（n=0），轉(zhuǎn)速負反饋電壓，這時，很大，使ASR的輸出突增為，ACR的輸出為，可控整流器的輸出為，使電樞電流迅速增加。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成了一個電流無靜差的單電流閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。另外電流調(diào)節(jié)器的小時間常數(shù), 還能夠?qū)σ螂娋W(wǎng)波動引起的電動機電樞電流的變化進行快速調(diào)節(jié),可以在電動機轉(zhuǎn)速還未來得及發(fā)生改變時,迅速使電流恢復(fù)到原來值,從而使速度更好地穩(wěn)定于某一轉(zhuǎn)速下運行[1，5，6，8]。 3）調(diào)節(jié)時間調(diào)節(jié)時間又稱過渡過程時間，它衡量系統(tǒng)整個調(diào)節(jié)過程的快慢。這表明平行機械特性低速時靜差率較大，轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定性就越差。第二章 直流調(diào)速系統(tǒng) 直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理及性能指標 直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理直流電動機具有良好的起、制動性能，宜于在廣范圍內(nèi)平滑調(diào)速，所以由晶閘管—直流電動機(V—M)組成的直流調(diào)速系統(tǒng)是目前應(yīng)用較普遍的一種電力傳動自動化控制系統(tǒng)。隨著電力電子學與電子技術(shù)的發(fā)展，特別是電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展，使得采用半導(dǎo)體變流技術(shù)的交流調(diào)速系統(tǒng)得以實現(xiàn)。1957年晶閘管問世后，采用晶閘管相控裝置的可變直流電源一直在直流傳動中占主導(dǎo)地位。在理論分析和仿真研究的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計了一套實驗用雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，詳細介紹了系統(tǒng)主電路、反饋電路、觸發(fā)電路及控制電路的具體實現(xiàn)。因此，調(diào)速技術(shù)一直是研究的熱點。 研究雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的目的和意義轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是性能很好，應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng), 采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可獲得優(yōu)良的靜、動態(tài)調(diào)速特性。因此，自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以改變電壓調(diào)速為主。 動態(tài)性能指標生產(chǎn)工藝對控制系統(tǒng)動態(tài)性能的要求經(jīng)折算和量化后可以表達為動態(tài)性能指標。動態(tài)降落一般都大于穩(wěn)態(tài)降落（即靜差）。當調(diào)節(jié)器飽和時，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號使調(diào)節(jié)器退出飽和，換句話說，飽和的 調(diào)節(jié)器暫時隔斷了輸入和輸出的聯(lián)系，相當于使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。鑒于這一特點，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算與單閉環(huán)有靜差系統(tǒng)完全不同，而是和無靜差系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)計算相似，即根據(jù)各調(diào)節(jié)器的給定與反饋值計算有關(guān)的反饋系數(shù)。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在這個階段中起作用。 動態(tài)抗干擾性分析一般來說，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有比較滿意的動態(tài)性能，對于調(diào)速系統(tǒng)，最重要的動態(tài)性能是抗擾性能。接下來可用一個實例來說明這個問題。計算反饋關(guān)鍵參數(shù)： 一.　電流環(huán)的設(shè)計（1）確定時間常數(shù)a) 整流裝置滯后時間常數(shù)；（見附錄表一）電流濾波時間常數(shù)= s（，為了基本濾平波頭，應(yīng)有（1～2）=，因此取=2ms=）電流環(huán)小時間常數(shù)之和按小時間常數(shù)近似處理。直流斬波器電動機系統(tǒng)的原理如圖3—1a所示，其中VT用開關(guān)符號表示任何一種電力電子器件，VD表示續(xù)流二極管。圖3—6所示的波形是電動機正轉(zhuǎn)時的情況。由諸式可畫出直流電動機在獨立電樞電壓和磁場控制下的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下所示：圖431) 當電動機磁場恒定時，動態(tài)結(jié)構(gòu)圖可化為下圖形式：其傳遞函數(shù)為： 或?qū)懗桑?式中: 固有振蕩頻率 ζ=衰減系數(shù)或阻尼比 = = == C電勢系數(shù)或轉(zhuǎn)矩系數(shù) 電動機的電氣機械時間常數(shù)當ζ〈1時，輸出響應(yīng)是振蕩的；當ζ≥1時，輸出響應(yīng)是非振蕩的；當ζ2,即Tm4Ta時，傳遞函數(shù)可寫成如下形式： 次式表明，在外施階躍電壓作用下，首先產(chǎn)