【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 電容值為 ???? oii RKR KΩ ， 取 22KΩ 圖 38 PI型電流調(diào)節(jié)器 FRC iii ?? ??? ， FFRTC ooioi ? ???? 按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)為 0000 ??i? ，滿足設(shè)計(jì)要求。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)選擇 電流環(huán)經(jīng)簡(jiǎn)化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個(gè)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(xiàng)，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(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)頻率特性的截止頻率。 接入轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，電流環(huán)等效環(huán)節(jié)的輸入量應(yīng)為 U*i(s)，因此電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應(yīng)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(gè)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其簡(jiǎn)化電流環(huán)圖 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其簡(jiǎn)化電流環(huán) 圖 39轉(zhuǎn)速換的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖及其化簡(jiǎn)（用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)） 和電流環(huán)中一樣，把轉(zhuǎn)速給定濾波和反饋濾波環(huán)節(jié)移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)將給定信號(hào)改成 U*n(s)/?，再把時(shí)間常數(shù)為 1/KI 和 T0n 的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并起來，近似成一個(gè)時(shí)間常數(shù)為的慣性環(huán)節(jié) 。 其中 電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù) ssTK iI ???? ? 則轉(zhuǎn)速環(huán)節(jié)小時(shí)間常數(shù) ???? onIn TKT 1+= 則轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)框圖可簡(jiǎn)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(zhuǎn)速換的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖及其化簡(jiǎn) （等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)和小慣性的近似處理） 按照設(shè)計(jì)要求，選用 PI 調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 1nnAS Rn()() KsWs s?? ?? 式中 Kn 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； ? n 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。 這樣， 調(diào)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(zhuǎn)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(fù)載繞動(dòng)時(shí)，校正后的調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖 311 n ( s )+U * n ( s )?)1()1(2 ??? sTssKnnN ? 圖 311轉(zhuǎn)速換的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖及其化簡(jiǎn) （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(shí)間常數(shù)為 ?? ?nn hT? 5 = 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速環(huán)截止頻率 11 ?????? sKwKw NnN ? 1）電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為 iI wsTK ??? ?? 滿足簡(jiǎn)化條件。 2）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為 onI wTK ??? 滿足簡(jiǎn)化條件。 含給定濾波與反饋濾波的 PI 型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器如圖 312 所示： 其中 *nU 為轉(zhuǎn)速給定電壓， n?? 為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓， *iU ：調(diào)節(jié)器的輸出是電流調(diào)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(dāng) 5h? 時(shí)， %n? ? ，不能滿足設(shè)計(jì)要求。應(yīng)按 ASR 退飽和的情況重新計(jì)算超調(diào)量。 ASR 退飽和重新計(jì)算超調(diào)量 過載倍數(shù) λ =， 理想空載轉(zhuǎn)速時(shí)， z=0 查表 得， h=5 時(shí)，△ Cmax/Cb=%，則 ? ? 00ma xma x ???????????? ??????????? ?? ?? m nNbbbn TTn nzCCn nCC ??0010?n? 能滿足設(shè)計(jì)要求。 啟動(dòng)過程 雙閉環(huán)直流自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的啟動(dòng)過程可分為以下 3 個(gè)階段。 (1) 電流上升階段。 (2) 電流保持恒值 , (3) 轉(zhuǎn)速下降階段 見圖 41。 圖 312 PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 XVIII 圖 41 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速和電流波形 . 穩(wěn)態(tài)時(shí) , Δ Usi=0, Δ Uci=0, 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)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(dāng)負(fù)載增大時(shí) , 自動(dòng)調(diào)速過程如下 :在自動(dòng)調(diào)速過程中 , 轉(zhuǎn)速環(huán)是主環(huán) , 在穩(wěn)速過程起主導(dǎo)作用 , 其主要作用是保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定 , 能將轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速的調(diào)節(jié) , 但轉(zhuǎn)速環(huán)的調(diào)節(jié)作用可以改變 Us, 使電流環(huán)跟隨 Us 調(diào)節(jié) , 故最終仍能消除轉(zhuǎn)速偏差。 電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)過程 當(dāng)電動(dòng)機(jī)發(fā)生嚴(yán)重過載或機(jī)械部件被卡住時(shí) , 轉(zhuǎn)速將迅速下降 , 且 IdIdm。此時(shí) , 由于轉(zhuǎn)速的迅速下降 , 使 Δ Usi0, 故 ST 迅速飽和 , 而不再起轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)作用 , ST 的輸出為飽和限幅值 Usm。 同時(shí) , 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(zhuǎn)速急劇下降 , 但 LT 的調(diào)節(jié)作用將使 Id 維 持 Idm 不變 , 直到堵轉(zhuǎn)為止。因此 , 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的堵轉(zhuǎn)電流 ID 與轉(zhuǎn)折電流 IB 相差很小 , 這樣便獲得了比較理想的“挖土機(jī)特性”。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn) 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過程具有以下三個(gè)特點(diǎn)： 一、 飽和非線性控制。隨著 ASR 的飽和與不飽和，整個(gè)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(jié)構(gòu)的線性系統(tǒng)，不能簡(jiǎn)單地用線性控制理論來分析整個(gè)起動(dòng)過程，也不能簡(jiǎn)單地用線性控制理論來籠統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(zhuǎn)速超調(diào)。黨轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 采用 PI 調(diào)節(jié)器時(shí)，轉(zhuǎn)速 必然有超調(diào)。轉(zhuǎn)速略有超調(diào)一般是允許的，對(duì)于完全不允許超調(diào)的情況，應(yīng)采用別的控制措施來抑制超調(diào)。 XIX 三、 準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制。在設(shè)備物理上的允許條件下實(shí)現(xiàn)最短時(shí)間的控制稱作“時(shí)間最優(yōu)控制”，對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)，在電動(dòng)機(jī)允許過載能力限制下的恒流起動(dòng)，就是時(shí)間最優(yōu)控制。但由于在起動(dòng)過程 1,2 兩個(gè)階段中電流不能突變，所以實(shí)際起動(dòng)過程與理想起動(dòng)過程相比還有一些差距，不過這兩段時(shí)間只占全部起動(dòng)時(shí)間中很小的成分。這是一種很有實(shí)用價(jià)值的控制策略，在各種多環(huán)控制系統(tǒng)中普遍地得到應(yīng)用。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn) , 一是系統(tǒng)的調(diào)速性能好 ； 二是能獲得 較理想的“挖土機(jī)特性” ； 三是有較好的動(dòng)態(tài)特性 , 過渡過程短 , 啟動(dòng)時(shí)間短 ,穩(wěn)定性好 ； 四是抗干擾能力強(qiáng) ； 五是兩個(gè)調(diào)節(jié)器分別設(shè)計(jì)和整定 , 調(diào)試方便。 第 五 章 .雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖 41，增加了濾波環(huán)節(jié)，包括電流濾波、轉(zhuǎn)速濾波和兩個(gè)給定信號(hào)的濾波環(huán)節(jié)。 XX 圖 41 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 1． 空載起動(dòng) 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓 *nU 由靜止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速和電流的動(dòng)態(tài)過程示于圖 42。由 于在起動(dòng)過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個(gè)動(dòng)態(tài)過程就分成圖中標(biāo)明的 I、 II、 III 三個(gè)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(dá)到負(fù)載電流 dLI 以前，電機(jī)還不能轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng) dLd II ? 后，電機(jī)開始起動(dòng)，由于機(jī)電慣性的作用，轉(zhuǎn)速不會(huì)很快增長(zhǎng)，因而轉(zhuǎn)速調(diào)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(qiáng)迫電流 dI XXI 迅速上升。直到 dmd II ? ， *imi UU ? ，電流調(diào)節(jié)器很快就壓制了 dI 的增長(zhǎng)，標(biāo)志著這一階段的結(jié)束。在這一階段中， ASR很快進(jìn)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(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)，在恒值電流給定 *imU 下的電流調(diào)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(zhuǎn)速呈線性增長(zhǎng)。與此同時(shí)，電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì) E也按線性增長(zhǎng)，對(duì)電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)來說， E是一個(gè)線性漸增的擾動(dòng)量，為了克服它的擾動(dòng)， 0dU 和 cU 也必須基本上按線性增長(zhǎng)，才能保持 dI 恒定。當(dāng) ACR 采用 PI調(diào)節(jié)器時(shí)，要使其輸出量按線性增長(zhǎng)，其輸入偏差電壓 iimi UUU ??? * 必須維持一定的恒值，也就是說， dI應(yīng)略低于 dmI 。 第Ⅲ階段（ 2t 以后）是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段 。當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給定值 0* nn ? 時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 的輸入偏差減小到零，輸出維持在限幅值 *imU ，電機(jī)仍在加速，使轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后， ASR 輸入偏差電壓變負(fù)，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(fù)載電流 dLI ，轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。直到 dI =dLI 時(shí)，轉(zhuǎn)矩 Le TT? ，則 dn/dt=0，轉(zhuǎn)速 n才到達(dá)峰值（ 3tt? 時(shí)）。此后，電動(dòng)機(jī)開始在負(fù)載的阻力下減速，與此相應(yīng)，在 43~tt 時(shí)間內(nèi)， dI dLI? ，直到穩(wěn)定。如果調(diào)節(jié)器參數(shù)整定得不夠好，也會(huì)有一段振蕩過程。在這最后的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段內(nèi)， ASR和 ACR 都不飽和， ASR起主導(dǎo)的轉(zhuǎn)速 調(diào)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(dòng)特性 2．突加負(fù)載 XXII 圖 43 突加負(fù)載啟動(dòng) 3． 突減負(fù)載 圖44 突然減載 第六章．帶轉(zhuǎn)速、電流負(fù)反饋的雙閉環(huán)直流調(diào)速裝置調(diào)試步驟 1．調(diào)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(biāo)號(hào)是否符合圖紙要求，連接點(diǎn)是否牢固，焊接點(diǎn)是否有虛焊，連接導(dǎo)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(diào)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(yàn)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(diào)試（帶電阻性負(fù)載） （ 1）控制電源測(cè)試：插上電源板，用萬用表校驗(yàn)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(cè)：插入觸發(fā)板，調(diào)節(jié)斜率值，使其為 左右。調(diào)節(jié)初相位角，調(diào)節(jié)電位器 Wp（ Up 的值），使得給定電壓（ Ug）值最大時(shí)，輸出電壓Ud =300V；給定電壓（ Ug）值為 0V時(shí)，輸出電壓 Ud =0V。 （ 3）調(diào)節(jié)板的測(cè)試：插上調(diào)節(jié)板，將調(diào)節(jié)板處于開環(huán)位置。 ● ASR、 ACR 輸出限幅值的調(diào)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(diào)電位器 W3 ，使輸出電壓 Ud =270V，取裕量 50V。負(fù)限值：給定電壓（ Ug）最小，調(diào)電位器