【正文】 變電阻調(diào)速缺點很多，目前很少使用，僅???KeIRUn 7 7 7 在一些起重機、卷揚機及電車等調(diào)速性能要求不高或低速運轉時間不長的傳動系統(tǒng)中采用。該系統(tǒng)起動時，轉速外環(huán)飽和不起作用，電流內(nèi)環(huán)起主要作用，調(diào)節(jié)起動電流保持最大值，使轉速線性變化，迅速達到給定值；穩(wěn)態(tài)運行時，轉速負反饋外環(huán)起主要作用，使轉速隨轉速給定電壓的變化而變化，電流內(nèi)環(huán)跟隨轉速外環(huán)調(diào)節(jié)電機的電樞電流以平衡負載電流。并以此為基礎，再對交流調(diào)速系統(tǒng)進行研究，最終掌握各種交、直流調(diào)速系統(tǒng)的原理，使之能夠應用于國民經(jīng)濟各個生產(chǎn)領域。 PWM。 三、 文字、圖表要求 文字通順，語言流暢，無錯別字，不準請他人代寫。 工程設計類題目的圖紙應全部用計算機繪制，所有圖紙均應符合國家技術標準規(guī)范。 Double Close Loop。 本課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 雙閉環(huán)可逆調(diào)速系統(tǒng)在上世紀七十年代在國外一些發(fā)達國家興起，經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展已經(jīng)成熟，在二十一世紀已經(jīng)實現(xiàn)了數(shù)字化與智能化。并通過 MATLAB 進行系統(tǒng)的 建模和 仿真，分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的特性。弱磁調(diào)速范圍不大，往往是和調(diào)壓調(diào)速配合使用， 在 額定轉速以上作小范圍升速。對于同一個調(diào)速系統(tǒng)， Nn? 值一定，由上式可見，如果對靜差率要求越嚴，即要求 S值越小時，系統(tǒng)能夠允許的調(diào)速范圍也越小。 圖 21 是 H 型雙極性可逆 PWM 變換器原理圖。這樣就能做到既存在轉速和電流兩種負反饋作用又能使它們作用 在 不同的階段。 （ 2） 轉速調(diào)節(jié)器飽和 這時， ASR 輸出達到限幅值，轉速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉速的變化對系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響。 從電流升到最大值開始，到轉速升到給定值為止，這是啟動過程的主要階段 。轉速略 27 27 27 有超調(diào)一般是容許的，對于完全不允許超調(diào)的情況，應采用其他控制方法來抑制超調(diào)。 因為 ???? 13 1 sT ci?，所以滿足近似條件。在 20 世紀 80 年代初期，由 Little、 Moler、 Steve Bangert 合作成立了 Math Work 公司，采用 C 語言改寫了 MATLAB 的內(nèi)核，并將其正式推向市場。其主要功能是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、 仿真 與分析，可以預先對系統(tǒng)進行仿真分析，按仿真的最佳效果來調(diào)試及整定控制系統(tǒng)的參數(shù)。 。 Simulink 模塊庫提供了豐富的描述系統(tǒng)特性的典型環(huán)節(jié)，有信號源模塊庫 (Source) ,接收模塊庫（ Sinks），連續(xù)系統(tǒng)模塊庫（ Continuous），離散系統(tǒng)模塊庫（ Discrete），非連續(xù)系統(tǒng)模塊庫（ Signal Routing），信號屬性模塊庫（ Signal Attributes），數(shù)學運算模塊庫（ Math Operations），邏輯和位操作庫（ Logic and Bit Operations）等等，此外還有一些特定學科仿真的工具箱。在國外， MATLAB 已經(jīng)經(jīng)受了多年考驗。 現(xiàn)在 ?? lmTTci? ，滿足近似條件。但由于在起動過程 Ⅰ 、 Ⅱ 兩個階段中電流不能突變，實際起動過程與理想啟動過程相比還有一些差距，不過這兩段時間只占全部起動時間中很小的成分，無傷大局，可稱作 ―準時間最優(yōu)控制 ‖。由于電流保持恒定值，即系統(tǒng)的加速度為恒值，所以轉速 n 按線性規(guī)律上升 。穩(wěn)態(tài)時： ??? K e IRUn??? K e IRUn??? K e IRUn ??? KeIRUn???KeIRUn??? K e IRUn 22 22 22 其中，最大 Idm 電流取決于電動機的容許過載能力和拖動系統(tǒng)允許 的最大加速度，由上式可得靜特性的 AB 段，它是一條垂直的特性。從閉環(huán)結構上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，叫做內(nèi)環(huán)；轉速環(huán)在外面，叫做外環(huán)。 4 個 IGBT 管分成兩組， VT1， VT4 為一組； VT2， VT3 為另一組。 直流脈寬 調(diào)速系統(tǒng)的介 紹 ??? K e IRUn??? K e IRUn??? K e IRUn ???KeIRUn???KeIRUn???KeIRUn 11 11 11 直流脈寬 調(diào)速系統(tǒng) 的優(yōu)點 自從全控型電力電子器件問世以后，就出現(xiàn)了采用全控型的開關功率元件進行脈寬調(diào)制的控制方式，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)。 調(diào)速性能指標及要求 任何一臺需要控制轉速的設備，其生產(chǎn)工藝對調(diào)速性能都有一定的要求。所以由晶閘管—直流電動機（ V—M）組成的直流調(diào) 速系統(tǒng)是目前應用較普遍的一種電力傳動自動化控制系統(tǒng)。我國自主的全數(shù)字化直流調(diào)速裝置還沒有全面商用，產(chǎn)品的功能上沒有國外產(chǎn)品的功能強大。研究直流電機的控制和測量方法，對提高控制精度和響應速度、節(jié)約能源等都具有重要意義。 畢業(yè)設計（論文）可雙面打印或單面打印。 裝訂時論文在 前，文獻綜述在后。給出了 PWM 直流調(diào)速系統(tǒng)的仿 真 模型和仿真結果 ，驗證了仿真模型及調(diào)節(jié)器參數(shù)設置的正確性。 通過對轉速、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)的基本理論及相關內(nèi)容。 本課題研究的主要內(nèi)容 本 課題 設計了一個轉速、電流雙閉環(huán)直流 PWM 調(diào)速系統(tǒng)。改變電樞電壓主要從額定電壓往下降低電樞電壓，從電動機額定向下變速，屬于恒轉矩調(diào)速方法。對于同樣硬度的特性，理想空載轉速越低時，靜差率越大，轉速的相對穩(wěn)定度也就越差。對于可逆系統(tǒng)，又可以分 為單極性驅動和雙極性驅動兩種方式。這是在最大電流（轉矩） 受限 的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動過程。 （ 1） 轉速調(diào)節(jié)器不飽和 這時，兩個調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時，它們的輸入偏差電壓都是零，因此， 由 第一個關系式 可得： 從而得到靜特性曲線的 CA 段。 直到 Id 約等于 dmI ，電流調(diào)節(jié)器很快就壓制了 Id 的增長，標志著這一階段的結束。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。 電流調(diào)節(jié)器的設計 確定時間常數(shù) 整 流裝置滯后時間常數(shù)： Ts=； ???KeIRUn 33 33 33 電流濾波時間常數(shù)： sToi ? ； 電流環(huán)小 時間 常數(shù)，按小時間常數(shù)近似處理，取 ???? oisi TTT ； 選擇電流調(diào)節(jié)器結構 根據(jù)設計要求 %5%?i? ， 并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，可按典型 I 系統(tǒng)設計電流調(diào)節(jié)器。 MATLAB 簡單易用、人機界面良好，又有著演算紙式的科學計算語言的美稱，使復雜繁瑣的科學計算和編程變的日 益簡單和準確有效。 MATLAB 軟件包括 MATLAB 主程序和許多日益 增多的工具箱，例如：仿真工具箱、優(yōu)化工具箱、信號處理工具箱 Simulink 簡介 40 40 40 Simulink 是 Matlab 軟件下的一個附加組件，是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析的 MATLAB 軟件包。 調(diào)節(jié)器的建模 PI 調(diào)節(jié)器可以直接調(diào)用 Simulink 中的功能模塊，但是考慮飽和和輸出限幅的 PI調(diào)節(jié)器需要自己封裝模型，模型中把比例和積分調(diào)節(jié)分為兩個通道，其中積分調(diào)節(jié)器integrate 的限幅表示調(diào)節(jié)器的飽和限幅值，而調(diào)節(jié)器的輸出限幅值由飽和模 塊Saturation 設定。不但實現(xiàn)了可視化的動態(tài)仿真，也實現(xiàn)了與 MATLAB、 C 或者 FORTRAN 語言，甚至和硬件之間的數(shù)據(jù)傳遞，大大擴展了它的功能。 MATLAB 的主要特點 自 MATLAB 正式推出后，其功能越來越強大，其主要特點如下： (1) MATLAB 的基本單位為矩陣，其表 達式與數(shù)學、工程計算中常用的形式類似。 按照上述參數(shù)，電流環(huán)滿足動態(tài)設計要求和近似條件。其中脈寬調(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大小，以改變電機轉速，達到設計的要求。 轉速調(diào)節(jié)器在這個階段中起作用。圖中? ?sW RAs 和 ? ?sWACR 分別表示轉速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。因為 PI 調(diào)節(jié)器作為校正裝置既可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，使系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運行時得到無靜差調(diào)速，又能提 高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；作為控制器時又能兼顧快速響應和消除靜差兩方面的要求。在每一個 PWM 周期 的負脈沖區(qū)間， VT VT3 導通， VTVT4 截止，電流的方向仍然不變，只不過電流幅值的下降速率比不可逆控制系統(tǒng)的要大，因此電流的波動較大。 （ 3）功率開關器件工作在開關狀態(tài)，導通損耗比較小，裝置效率比較高。 （ 3） 加、減速：頻繁起、制動的設備要求加、減速盡量快，以提高生產(chǎn)率；不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機械則要求起，制動盡量平穩(wěn)。各種系統(tǒng)往往都是通過控制轉速來實現(xiàn)的。隨著全球科技日新月異的發(fā)展，雙閉環(huán)控制系統(tǒng)總的發(fā)展趨勢也向著控制的數(shù)字化，智能化和網(wǎng)絡化發(fā)展。 而直流電機的調(diào)速一直是國內(nèi)外研究的熱點，如何更好的實現(xiàn)對直流電機調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)化控制更是重中之中 。 譯文內(nèi)容必須與課題（或專業(yè)內(nèi)容）相關，并需注明詳細出處。 正文（應含引言、結論等）。調(diào)速方案的優(yōu)劣直接關系到系統(tǒng)調(diào)速的質量 ， 據(jù)電機的型號及參數(shù)選擇最優(yōu)方案 ， 以確保系統(tǒng)能夠正常 、 穩(wěn)定地運行。 轉速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是性能很好 ， 應用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng) 。我國關于數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的研究主要有 ： 綜合性最優(yōu)控制， 4 4 4 補償 PID 控制， PID 算法優(yōu)化，也有的只應用模糊控 制技術。 (2) 改變電動機主磁通 ? 調(diào)速 該方法的優(yōu)點是能夠實現(xiàn)平滑調(diào)速；缺點是調(diào)速范圍小而且通常是配合調(diào)壓調(diào)速在基速以上作小范圍的升速。它和機械特性的硬度有關，特性越硬，靜差率越小，轉速的穩(wěn)定度就越高 [4]。 12 12 12 PWM變換器 脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主要電路采用脈寬調(diào)制式變換器，簡稱 PWM 變換器。當電流從最大值降低下來以后，電機轉矩也隨之減小，因而加速過程必然拖長。當調(diào)節(jié)器不飽和時， PI 作用使輸入偏差電壓 U? 在穩(wěn) 態(tài) 時總是為零。 當突加給定電壓 后 ， 經(jīng)過兩個調(diào)節(jié)器的跟隨作用， 、 、 dI 都跟著上升，但是 dI 在沒有達到負載電流 dLI 以前，電動機還不能轉動。 在這個階段中 ASR 與ACR 同時發(fā)揮作用，由于轉速調(diào)節(jié)器在外環(huán)， ASR 處于主導地位，而 ACR 的作用則力圖使盡快地跟隨 ASR 輸出的變化。 在選擇調(diào)節(jié)器結構時，只采用少量的典型系統(tǒng)，它的參數(shù)與系統(tǒng)性能指標的關系都已事先找到，具體選擇參數(shù)時只須按現(xiàn)成的公式和表格中的數(shù)據(jù)計算一下就可以了，這樣就使設計方法規(guī)范化，大大減少了設計工作量 [11]。 現(xiàn)在oni TT ??????? 1312 131，滿足近似條件。 (4) 具有強大的作圖和數(shù)據(jù)可視化功能。 雙閉環(huán)直流 PWM 調(diào)速 系統(tǒng)仿真模型