【文章內(nèi)容簡介】 4 計(jì)算結(jié)果sK 給定電壓ctU/V 電源端電壓dU/V 電 樞 電 流I/A 37 59 85 102 122 135 151 165 179 186 204 221 230 247 260 261 表 35 電源放大系數(shù)的測量結(jié)果 四川大學(xué)電氣信息學(xué)院自動(dòng)化系課程設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 15 圖 期望的電源放大系數(shù)關(guān)系 給定電壓和電源輸出電壓的關(guān)系只有在一定范圍內(nèi)才可以被看成一個(gè)比例關(guān)系，過小的給定 電壓，輸出處于死區(qū)，而過大的給定電壓又會(huì)使輸出飽和，輸出電壓的值不再隨給定電壓的增加而增加。通常系統(tǒng)工作在死區(qū)和飽和區(qū)中間的線性區(qū)內(nèi)。 由于實(shí)驗(yàn)中給定電壓的范圍沒有選好，導(dǎo)致給定電壓較小時(shí)的死區(qū)特性沒有明顯的表示出來。此外實(shí)驗(yàn)區(qū)線中的線性區(qū)也遠(yuǎn)不如期望曲線那樣直。 飽和區(qū) 線性區(qū) 死 區(qū) 四川大學(xué)電氣信息學(xué)院自動(dòng)化系課程設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 16 實(shí)際上觸發(fā)角控制電壓的關(guān)系如下 )( ctUf?? 整流輸出的瞬時(shí)電壓和平均電壓為 dtdiLRiEu ddd ???0 ??? cossin0 mUmU md ? 其中 ?為脈沖觸發(fā)延遲角 mU整流輸出的最大電壓 m為一個(gè)周期內(nèi)的脈動(dòng)個(gè)數(shù) 結(jié)合ctU影響觸發(fā)角的原理，輸 出電壓不僅由于器件存在飽和現(xiàn)象和不靈敏現(xiàn)象，同時(shí)受電感變化和諧波的影響，使得 Ks 即使在線性段也有較大的變化。 sK在0dct U?的關(guān)系中表現(xiàn)為兩者的斜率，這個(gè)斜率應(yīng)該隨著ctU的增加而先變大后變小，但在ctU為 1V 時(shí)出現(xiàn)了一些反復(fù)，這應(yīng)該是由于測量過程中的誤差帶來的，是由于在記錄這一點(diǎn)數(shù)據(jù)時(shí)沒有將電樞電流調(diào)回 導(dǎo)致的。 要得到模型中放大系數(shù)sK，可以用線性區(qū)中幾組sK的平均值。 線性區(qū)s 平均s 表 36 sK的線性化 (5)直接測量得到的量 平波電抗器直流電阻dR/? 平波電抗器電感dL/mH 電樞電感aL/mH 758 318 四川大學(xué)電氣信息學(xué)院自動(dòng)化系課程設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 17 測得平波電抗器的電阻后就可以得到電樞回路的總電阻 ?????? 48dan RRRR 由直接測量得到的兩個(gè)電感值和電樞回路總電阻就可以得到電機(jī)的電磁時(shí)間常數(shù) 4??? ?R LLT dal (6)示波器采集到的轉(zhuǎn)速 時(shí)間波形 圖 31 突加給定后的電機(jī)電流響應(yīng) 由以上的波形圖可以大致求出系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù) 求出陰影部分的面積為 縱坐標(biāo)一格代表 ms183. 75A10. 5 ?????s AIdl ? AIdm ? 機(jī)電時(shí)間常數(shù)為 四川大學(xué)電氣信息學(xué)院自動(dòng)化系課程設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 18 ??? dldmm II sT 綜上，典型話后系統(tǒng)各結(jié)構(gòu)的系數(shù)為 電動(dòng)勢系數(shù)eC 電源放大倍數(shù) sK 電磁時(shí)間常數(shù) lT 機(jī)電時(shí)間常數(shù) mT 失控時(shí)間（三相橋式）sT 表 37 模型參數(shù)的取值 系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖為 圖 32 VM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 33 系統(tǒng)模型仿真和誤差分析 利用求取電動(dòng)勢系數(shù)的轉(zhuǎn)速 給定表和，不同電樞電流對(duì)應(yīng)的電源放大系數(shù)表可以對(duì)已經(jīng)建立的模型進(jìn)行檢驗(yàn)，雖然求電源放大系數(shù)時(shí)沒有加入勵(lì)磁磁通，電機(jī)沒有轉(zhuǎn)速，但鑒于轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速帶來的反電動(dòng)勢不影響電源環(huán)節(jié)的輸入輸出，所以ctU和sK的關(guān)系是可以使用的。 在已經(jīng)建立的晶閘管 電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)模型中改變ctU的值，可以得到 四川大學(xué)電氣信息學(xué)院自動(dòng)化系課程設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 19 表 38 模型靜特性與測得的特性對(duì)比 圖 33 模型響應(yīng)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比 比較可知，由參數(shù)測定得到的模型在轉(zhuǎn)速和電源電壓上偏小，由 edd C RIUn ?? 0 下面通過仿真探討模型誤差可能的來源。 ctU/v 0dU/v n/ rpm dI/A 0dU/v n/ rpm 83 582 111 756 127 891 159 1086 163 1137 187 1283 223 1560 2 222 1530 模型仿真結(jié)果 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 四川大學(xué)電氣信息學(xué)院自動(dòng)化系課程設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 20 晶閘管整流器輸出的電源電壓較大時(shí)，也是電機(jī)轉(zhuǎn)速較高的時(shí)候，對(duì)應(yīng)的給定電壓也較大，可以看到，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立的模型仿真結(jié)果又較大的差異，可能有以下一些原因帶來了 模型偏差 ①實(shí)驗(yàn)中勵(lì)磁磁通可能改變了，導(dǎo)致測量轉(zhuǎn)速時(shí)的勵(lì)磁磁通和建立模型某一參量時(shí)的勵(lì)磁磁通不相匹配，也就是說在這一模型中電動(dòng)勢系數(shù)是不合適的。 ②實(shí)驗(yàn)中電樞電壓測量存在偏差，由于電源電壓的測量精度不夠等原因，會(huì)影響到模型中電機(jī)的機(jī)械特性，從而改變給定電壓和轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。 ③電源放大系數(shù)的非線性性帶來模型的偏差，由之前的模型計(jì)算可以看出，電阻和電感的測量都是相對(duì)精確的，但是測量計(jì)算得到的電源放大系數(shù)sK卻隨給定電壓ctU的變化存在明顯的非線性性，這會(huì)導(dǎo)致模型中的電源端電壓和實(shí)驗(yàn)中的電源端電壓不一致，從而影響電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 下面對(duì)以上三種可能的原因進(jìn)行討論 ① 我們?cè)囍淖冸妱?dòng)勢系數(shù)eC,觀察在同樣給定下電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化 圖 34 改變勵(lì)磁后的電機(jī)起動(dòng) 可以看到隨著電動(dòng)勢系數(shù)減小，也就是勵(lì)磁磁通減小，電機(jī)穩(wěn)定后的轉(zhuǎn)速會(huì)有所上升，在 的給定電壓時(shí)，實(shí)驗(yàn)得到 的轉(zhuǎn)速是 1086rpm，電壓為 159V，四川大學(xué)電氣信息學(xué)院自動(dòng)化系課程設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 21 而理論仿真得到的轉(zhuǎn)速和電壓分別為 867rpm，和 178V，按照我們?cè)陔姍C(jī)拖動(dòng)中德知識(shí)，弱磁后系統(tǒng)電壓減小，在一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速提高，并符合模型偏差量，結(jié)合，給定電壓較大時(shí)（ ）時(shí)的情況，可以初步判斷，有可能是勵(lì)磁磁通變化帶來模型誤差。 ②改變電樞電阻，觀察轉(zhuǎn)速的變化 圖 35 改變電樞電阻后的電機(jī)起動(dòng)（空載 /負(fù)載） 可以看到，在存在負(fù)載時(shí)，電樞電阻偏大會(huì)降低最后的轉(zhuǎn)速，但是計(jì)算模型時(shí)的電阻只包括電樞內(nèi)阻，電抗阻值和電源內(nèi)阻，實(shí)驗(yàn)時(shí)還存在起動(dòng)電阻沒有完全切 除的可能，所以電阻測量的偏差不是模型誤差的來源。 四川大學(xué)電氣信息學(xué)院自動(dòng)化系課程設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 22 ③ 改變模型中的電源放大系數(shù)，考慮到模型電源放大系數(shù)的非線性性， 圖 36 改變電源放大系數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)速的影響 仿真和實(shí)驗(yàn)時(shí)給定電壓 時(shí)的轉(zhuǎn)速分別為 867rpm 和 1086rpm，由上圖可以看到 Ks 的偏大會(huì)使轉(zhuǎn)速偏大，實(shí)際轉(zhuǎn)速較模型仿真出的轉(zhuǎn)速偏大，可能是模型電源放大系數(shù)偏小帶來的，但這是不合理的，因?yàn)樵谟?jì)算平均放大系數(shù)時(shí)所用線性段放大系數(shù)都是偏大的，很難想象模型的放大系數(shù)還會(huì)出現(xiàn)偏小的情況。 綜上所述，模型的偏差是由于得到參數(shù)的實(shí)驗(yàn)和得 到轉(zhuǎn)速的實(shí)驗(yàn)勵(lì)磁磁通不同帶來，這是可以接受的，因?yàn)閷?shí)際中勵(lì)磁磁通本來就會(huì)不斷改變。 第四章 工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)和整定轉(zhuǎn)速，電流反饋調(diào)速系統(tǒng) 41 設(shè)計(jì)整定的思路 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是一個(gè)典型的串級(jí)系統(tǒng)，其整定方法和其他串級(jí)系統(tǒng)類似，有三種整定方法，一步整定法，兩步整定法和逐步逼近法，本次課程設(shè)計(jì)用的是兩步整定法，先整定電流內(nèi)環(huán)，后整定轉(zhuǎn)速外環(huán)。 電流內(nèi)環(huán)的要求主要是快速跟隨，轉(zhuǎn)速外環(huán)的主要要求是抗擾動(dòng)，消除轉(zhuǎn)速靜差，由此確定內(nèi)環(huán)簡化為典型 Ⅰ 型系統(tǒng)，外環(huán)為典型 Ⅱ 型。 實(shí)際系統(tǒng)和理論系統(tǒng)不同，實(shí)際系統(tǒng)必須有濾 波環(huán)節(jié)以減少高頻干擾信號(hào)，四川大學(xué)電氣信息學(xué)院自動(dòng)化系課程設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 23 在這個(gè)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中還必須有電流濾波，轉(zhuǎn)速濾波和給定濾波三個(gè)環(huán)節(jié)，同時(shí)為了保證綜合點(diǎn)處參與運(yùn)算的量相位相同，同樣的濾波（一階慣性）環(huán)節(jié)加在反饋回路是有必要的。 42 電流調(diào)節(jié)器的整定和電流內(nèi)環(huán)的校正，簡化 已經(jīng)計(jì)算得到的系統(tǒng)模型參數(shù)如下 電動(dòng)勢系數(shù) eC 電源放大倍數(shù)sK/