【文章內容簡介】 電容值為 ???? oii RKR KΩ ， 取 22KΩ 圖 38 PI型電流調節(jié)器 FRC iii ?? ??? ， FFRTC ooioi ? ???? 按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達到的動態(tài)跟隨性能指標為 0000 ??i? ，滿足設計要求。 轉速調節(jié)器參數(shù)選擇 電流環(huán)經(jīng)簡化后可視作轉速環(huán)中的一個環(huán)節(jié)，為此，須求出它的閉環(huán)傳遞函 XV 數(shù)。由圖 37a可知 21 111 11Iidc l i *Iiii II()()()( ) /()Ks T sIsWsKTUs sss T s KK?????? ? ?? ??? 忽 略高次項，上式可降階近似為 111cliI()Ws sK? ? 近似條件可由式 113c m in ( , )cba? ?求出 13 IiKT??? 式中 ? 轉速環(huán)開環(huán)頻率特性的截止頻率。 接入轉速環(huán)內，電流環(huán)等效環(huán)節(jié)的輸入量應為 U*i(s)，因此電流環(huán)在轉速環(huán)中應等效為 11 1d c li*iI( ) ( )()I s W sUs sK???? ? 電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù) 為 11 1d c li*iI( ) ( )()I s W sUs sK???? ? 用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代電流環(huán)后，整個轉速控制系統(tǒng)的動態(tài)結構圖便如圖39 所示。 n ( s )+U n ( s )A S R Ce T m sRU * n ( s ) I d ( s )?T 0n s+ 11T 0n s+ 1U * n ( s )111?sK I?+I dL ( s )圖 2 2 6 轉速環(huán)的動態(tài)結構圖及其簡化電流環(huán)圖 轉速環(huán)的動態(tài)結構圖及其簡化電流環(huán) 圖 39轉速換的動態(tài)結構框圖及其化簡（用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)） 和電流環(huán)中一樣，把轉速給定濾波和反饋濾波環(huán)節(jié)移到環(huán)內，同時將給定信號改成 U*n(s)/?，再把時間常數(shù)為 1/KI 和 T0n 的兩個小慣性環(huán)節(jié)合并起來，近似成一個時間常數(shù)為的慣性環(huán)節(jié) 。 其中 電流環(huán)等效時間常數(shù) ssTK iI ???? ? 則轉速環(huán)節(jié)小時間常數(shù) ???? onIn TKT 1+= 則轉速環(huán)結構框圖可簡化為圖 310 XVI n ( s )+A S R Ce T m sRU * n ( s )? I d ( s )? / ?T ? n s+ 1U * n ( s )+I dL ( s ) 圖 310轉速換的動態(tài)結構框圖及其化簡 （等效成單位負反饋系統(tǒng)和小慣性的近似處理） 按照設計要求，選用 PI 調節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 1nnAS Rn()() KsWs s?? ?? 式中 Kn 轉速調節(jié)器的比例系數(shù)； ? n 轉速調節(jié)器的超前時間常數(shù)。 這樣， 調速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 n n n nn2n e m n n e m n( 1 ) ( 1 )()( 1 ) ( 1 )RK s K R sWss C T s T s C T s T s?? ? ??? ? ?????? ? ??? 令轉速環(huán) 開環(huán)增益為 nN n e mKRK CT???? 則 2 11Nnn n()() KsWs s T s?? ?? ? 不考慮負載繞動時，校正后的調速系統(tǒng)動態(tài)結構框圖如圖 311 n ( s )+U * n ( s )?)1()1(2 ??? sTssKnnN ? 圖 311轉速換的動態(tài)結構框圖及其化簡 （校正后成為典型Ⅱ型系統(tǒng)） 按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取 5h? ，則 ASR 的超前時間常數(shù)為 ?? ?nn hT? 5 = 轉速開環(huán) 增益 ?????? ?? 22222 62 1 sThhK nN ASR 的比例系數(shù) ? ? 1 ????? ?????? ? n men RTh TChK ? ? XVII 轉速環(huán)截止頻率 11 ?????? sKwKw NnN ? 1）電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為 iI wsTK ??? ?? 滿足簡化條件。 2）轉速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件為 onI wTK ??? 滿足簡化條件。 含給定濾波與反饋濾波的 PI 型轉速調節(jié)器如圖 312 所示： 其中 *nU 為轉速給定電壓， n?? 為轉速負反饋電壓， *iU ：調節(jié)器的輸出是電流調節(jié)器的給定電壓。 取 0 40Rk??，則 4 2400 5 ???? onn RKR KΩ ，取 443 KΩ FFRC nnn ?? ??? ， FRTC oonon ?24 ?? ，取 2μF。 查表 ， 當 5h? 時， %n? ? ，不能滿足設計要求。應按 ASR 退飽和的情況重新計算超調量。 ASR 退飽和重新計算超調量 過載倍數(shù) λ =， 理想空載轉速時， z=0 查表 得， h=5 時，△ Cmax/Cb=%，則 ? ? 00ma xma x ???????????? ??????????? ?? ?? m nNbbbn TTn nzCCn nCC ??0010?n? 能滿足設計要求。 啟動過程 雙閉環(huán)直流自動調速系統(tǒng)的啟動過程可分為以下 3 個階段。 (1) 電流上升階段。 (2) 電流保持恒值 , (3) 轉速下降階段 見圖 41。 圖 312 PI型轉速調節(jié)器 XVIII 圖 41 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)啟動時的轉速和電流波形 . 穩(wěn)態(tài)時 , Δ Usi=0, Δ Uci=0, 電動機的轉速為期望速 n=n1=Ug/α n, 其電流也為穩(wěn)定電流 Id=Id1=Us1/β Id。當負載增大時 , 自動調速過程如下 :在自動調速過程中 , 轉速環(huán)是主環(huán) , 在穩(wěn)速過程起主導作用 , 其主要作用是保持轉速穩(wěn)定 , 能將轉速保持在給定值 Ug/α n 上。電流環(huán)是副環(huán) ,其主要作用是穩(wěn)定電流 , 將影響和干擾轉速的調節(jié) , 但轉速環(huán)的調節(jié)作用可以改變 Us, 使電流環(huán)跟隨 Us 調節(jié) , 故最終仍能消除轉速偏差。 電動機堵轉過程 當電動機發(fā)生嚴重過載或機械部件被卡住時 , 轉速將迅速下降 , 且 IdIdm。此時 , 由于轉速的迅速下降 , 使 Δ Usi0, 故 ST 迅速飽和 , 而不再起轉速調節(jié)作用 , ST 的輸出為飽和限幅值 Usm。 同時 , 由于 IdIdm, 使Δ Uci= Usm+β Id0, 故 LT 的輸出 Uc 迅速下降 , Ud 和 Id 隨之迅速下降 , 轉速急劇下降 , 但 LT 的調節(jié)作用將使 Id 維 持 Idm 不變 , 直到堵轉為止。因此 , 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的堵轉電流 ID 與轉折電流 IB 相差很小 , 這樣便獲得了比較理想的“挖土機特性”。 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的特點 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的起動過程具有以下三個特點： 一、 飽和非線性控制。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)，在不同情況下表現(xiàn)為不同結構的線性系統(tǒng)，不能簡單地用線性控制理論來分析整個起動過程，也不能簡單地用線性控制理論來籠統(tǒng)的設計這樣的控制系統(tǒng)，智能采用分段線性化地方法來分析。 二、 轉速超調。黨轉速調節(jié)器 ASR 采用 PI 調節(jié)器時，轉速 必然有超調。轉速略有超調一般是允許的，對于完全不允許超調的情況，應采用別的控制措施來抑制超調。 XIX 三、 準時間最優(yōu)控制。在設備物理上的允許條件下實現(xiàn)最短時間的控制稱作“時間最優(yōu)控制”，對于調速系統(tǒng)，在電動機允許過載能力限制下的恒流起動，就是時間最優(yōu)控制。但由于在起動過程 1,2 兩個階段中電流不能突變，所以實際起動過程與理想起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。這是一種很有實用價值的控制策略，在各種多環(huán)控制系統(tǒng)中普遍地得到應用。 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的特點 , 一是系統(tǒng)的調速性能好 ； 二是能獲得 較理想的“挖土機特性” ； 三是有較好的動態(tài)特性 , 過渡過程短 , 啟動時間短 ,穩(wěn)定性好 ； 四是抗干擾能力強 ； 五是兩個調節(jié)器分別設計和整定 , 調試方便。 第 五 章 .雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)仿真 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的動態(tài)結構圖圖 41，增加了濾波環(huán)節(jié)，包括電流濾波、轉速濾波和兩個給定信號的濾波環(huán)節(jié)。 XX 圖 41 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)結構圖 1． 空載起動 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)突加給定電壓 *nU 由靜止狀態(tài)起動時，轉速和電流的動態(tài)過程示于圖 42。由 于在起動過程中轉速調節(jié)器 ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個動態(tài)過程就分成圖中標明的 I、 II、 III 三個階段。 第 I 階段（ 1~0 t ）是電流上升階段 。突加給定電壓 *nU 后， cU 、 0dU 、 dI 都上升，在 dI 沒有達到負載電流 dLI 以前，電機還不能轉動。當 dLd II ? 后，電機開始起動，由于機電慣性的作用，轉速不會很快增長，因而轉速調節(jié)器 ASR的輸入偏差電壓 nnn UUU ??? * 的數(shù)值仍較大，其輸出電壓保持限幅值 *imU ，強迫電流 dI XXI 迅速上升。直到 dmd II ? ， *imi UU ? ，電流調節(jié)器很快就壓制了 dI 的增長，標志著這一階段的結束。在這一階段中， ASR很快進入并保持飽和狀態(tài)，而 ACR 不飽和。 第 II 階段（ 21~tt ）是恒流升速階段 ， ASR 飽和，轉速環(huán)相當于開環(huán)，在恒值電流給定 *imU 下的電流調節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流 dI 恒定，因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉速呈線性增長。與此同時，電機的反電動勢 E也按線性增長，對電流調節(jié)系統(tǒng)來說， E是一個線性漸增的擾動量，為了克服它的擾動， 0dU 和 cU 也必須基本上按線性增長，才能保持 dI 恒定。當 ACR 采用 PI調節(jié)器時，要使其輸出量按線性增長，其輸入偏差電壓 iimi UUU ??? * 必須維持一定的恒值，也就是說， dI應略低于 dmI 。 第Ⅲ階段（ 2t 以后）是轉速調節(jié)階段 。當轉速上升到給定值 0* nn ? 時，轉速調節(jié)器 ASR 的輸入偏差減小到零，輸出維持在限幅值 *imU ，電機仍在加速，使轉速超調。轉速超調后， ASR 輸入偏差電壓變負，開始退出飽和狀態(tài)， *iU 和 dI 很快下降。但是，只要 dI 仍大于負載電流 dLI ，轉速就繼續(xù)上升。直到 dI =dLI 時，轉矩 Le TT? ，則 dn/dt=0，轉速 n才到達峰值（ 3tt? 時）。此后，電動機開始在負載的阻力下減速，與此相應，在 43~tt 時間內， dI dLI? ，直到穩(wěn)定。如果調節(jié)器參數(shù)整定得不夠好，也會有一段振蕩過程。在這最后的轉速調節(jié)階段內， ASR和 ACR 都不飽和， ASR起主導的轉速 調節(jié)作用，而 ACR 則力圖使 dI 盡快地跟隨其給定值 *iU 。 圖42 空載起動特性 2．突加負載 XXII 圖 43 突加負載啟動 3． 突減負載 圖44 突然減載 第六章．帶轉速、電流負反饋的雙閉環(huán)直流調速裝置調試步驟 1．調試前的檢查。根據(jù)電氣圖紙，檢查主電路各部件及控制電路各部件間的連線是否正確，標號是否符合圖紙要求，連接點是否牢固，焊接點是否有虛焊，連接導線規(guī)格是 否符合要求，接插件的接觸是否良好等。 2．繼電控制電路的通電調試。取下各插接板，然后通電，檢查繼電器的工 XXIII 作狀態(tài)和控制順序等，用萬用表查驗電源是否通過變壓器和控制觸頭送到了整流電路的輸入端。 3．系統(tǒng)開環(huán)調試（帶電阻性負載） （ 1）控制電源測試：插上電源板，用萬用表校驗送至其所供各處電源電壓是否到位，電壓值是否符合要求。 （ 2）觸發(fā)脈沖檢測：插入觸發(fā)板，調節(jié)斜率值，使其為 左右。調節(jié)初相位角，調節(jié)電位器 Wp（ Up 的值），使得給定電壓（ Ug）值最大時，輸出電壓Ud =300V；給定電壓（ Ug）值為 0V時，輸出電壓 Ud =0V。 （ 3）調節(jié)板的測試：插上調節(jié)板，將調節(jié)板處于開環(huán)位置。 ● ASR、 ACR 輸出限幅值的調整。限幅值的依據(jù)，分別取決于 Ud =f（ UK ）和Ufi =β Id 。β是反饋系數(shù)，由 W7 整定， Id 為主電路電流。 ◎ ACR 輸出限幅值。正限幅：給定電壓（ Ug）最大，調電位器 W3 ，使輸出電壓 Ud =270V，取裕量 50V。負限值：給定電壓（ Ug）最小，調電位器