【文章內(nèi)容簡介】 UsIs?? （ 7） E． 雙閉環(huán)控制直流電動機(jī)調(diào)速 系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型 根據(jù)以上分析，可得雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下 1/1lRTs ?mRTs1eC1ssKTs ?()A CRWs()A SRWs ??nU ? iU ? ctU 0dU dLI dI n nU iU_ __ _ 圖 4 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 實驗系統(tǒng)參數(shù) 系統(tǒng)中采用三相橋式晶閘管整流裝置，基本參數(shù)如下： 直流電動機(jī)： 220V， ， 1480r/min， eC =（ r/min）， 允許過載倍數(shù) λ=。 晶閘管裝置： 76sK? 。 電樞回路總電阻： R=。 4 時間常數(shù)： lT =， mT =。 反饋系數(shù)： α=（ r/min）， β=。 反饋濾波時間常數(shù)： oiT =， onT =。 調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)計 設(shè)計多 閉 環(huán)控制系統(tǒng)的一 般原則是：從內(nèi)環(huán)開始，一環(huán)一環(huán)地逐步向外擴(kuò)展。在這里 是：先從電流環(huán)入手，首先設(shè)計好電流調(diào)節(jié)器，然后把整個電流環(huán)看作 是 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)， 再 設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖繪于圖 5，它增加了濾波環(huán)節(jié)，包括電流濾波、轉(zhuǎn)速濾波和兩個給定濾波環(huán)節(jié) 。 其中 Toi為 電流反饋濾波時間常數(shù) ， Ton為 轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù) 1/1lRTs ?mRTs1eC1ssKTs ?()A CRWs()A SRWsnU ? iU ? ctU 0dU dLI dI n___ _11oiTs ?1onTs??1oiTs??11onTs ?電 流 環(huán)圖 5 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 （ 1） 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計 對于電力拖動控制系統(tǒng)，電流環(huán)通常 按典型 Ⅰ 型系統(tǒng)來設(shè)計 。要 把內(nèi)環(huán) 校正成典型 Ⅰ 型系統(tǒng)，顯然應(yīng)該采用 PI 調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可以寫成 1() iACR iisW s K s?? ?? （ 8） 式中 Ki—電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； i? —電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。 5 為了讓調(diào)節(jié)器零點對消掉控制對象的大時間常數(shù) （ 極點 ） ，選擇 ilT?? （ 9） 一般情況下，希望超調(diào)量 σ%≤5%時，取阻尼比 ξ=， ? ? ， 得： 12IiK T??，（ i s oiT T T? ??） （ 10） 又因為 isIiKKK R??? （ 11） 得到 0 . 52i l liI s s i s iR T R TRKK K K T K T? ? ? ?????? ? ? ???? （ 12） （ 2） 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié) 器的設(shè)計 對于電力拖動控制系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速環(huán)通常希望具有良好的抗擾性能， 因 此 我們 要 把轉(zhuǎn)速環(huán)校正成典型 Ⅱ 型系統(tǒng)。 要把轉(zhuǎn)速環(huán)校正成典型 Ⅱ 型系統(tǒng)， ASR 也應(yīng)該采用 PI 調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 1() nASR nnsW s K s?? ?? （ 13） 式中 Kn—電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； n? —電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。 轉(zhuǎn)速開環(huán)增益 nN n e mKRK CT???? （ 14） 按照典型 Ⅱ 型系統(tǒng)的參數(shù)選擇方法， nnhT? ?? ，（ 2n i onT T T????） （ 15） 2212N nhK hT??? （ 16） 考慮到式（ 14）和（ 15），得到 ASR 的比例系數(shù) ( 1)2 emnnh C TK h RT????? （ 17） 一般以選擇 h=5 為好所以 ： 5nnT? ??? ，2650N nK T?? ? （ 18） 經(jīng)過如上設(shè)計 ,得到的 雙閉環(huán)控制 系統(tǒng)從理論上講有如下動態(tài)性能：電動機(jī)起動 6 過程中電流的超調(diào)量為 %，轉(zhuǎn)速的超調(diào)量為 %。 （ 3） ACR 和 ASR 的理論設(shè)計及結(jié)果 ① 電流環(huán)的設(shè)計 電流環(huán)的設(shè)計具體設(shè)計步驟如下： a， 確定時間常數(shù) 整流裝置滯后時間常數(shù) Ts 按表 1，三相橋式電路的平均失控時間 Ts=。 電流濾波時間常數(shù) Toi=。 電流環(huán)小時間常數(shù) iT? 取 67 67si s oiT T T? ? ? ? ? ?。 b， 選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu) 電流調(diào)節(jié)器選擇 PI 型，其傳遞函數(shù)為 1()iACR iisW s K s?? ?? （ 19） c， 選擇電流調(diào)節(jié)器參數(shù) ACR 超前時間常數(shù)： ? ?? 。 ACR 的比例系數(shù)為 0 . 0 1 8 6 . 5 87 4 . 9 6 0 . 2 9 20 . 4 7 6iiI sRKK K?? ?? ? ? ? ?? （ 20） d， 校驗近似條件 由 電流環(huán)截止頻率 ， 晶閘管裝置傳遞函數(shù)近似條件 ， 忽略反電勢對電流環(huán)影響的條件 ， 小時間常數(shù)近似處理條件 等考慮得 電流調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)為 0 . 0 1 8 1 0 . 0 1 8 1( ) 0 . 2 9 20 . 0 1 8 0 . 0 6 2A C R ssWs ??? ? ? （ 21） ② 轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計 具體設(shè)計步驟如下： a， 確定時間常數(shù) 按小時間常數(shù)近似處理，取 2 0 .0 1 3 3 4 0 .0 0 5 0 .0 1 8 3 4 sn i onT T T??? ? ? ? ?。 7 b， 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu) 由于設(shè)計要求無靜差，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)；又根據(jù)動態(tài)要求，應(yīng)按典型 Ⅱ 型系統(tǒng)設(shè)計轉(zhuǎn)速環(huán)。故 ASR 選用 PI 調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 1()nASR nnsW s K s?? ?? （ 22） c， 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù) 按 典型 Ⅱ 型 系統(tǒng)最佳參數(shù) 的原則，取 h=5，則 ASR 的超前時間常數(shù)為 5 34 s 7snnhT? ?? ? ? ? 轉(zhuǎn)速開環(huán)增益 2 22 2 216 1 /s 3 5 6 .7 7 s2 2 2 5 0 .0 1 8 3 4N nhK hT ??? ? ??? 于是， ASR 的比例系數(shù)為 ( 1 ) 6 0 . 4 0 . 1 3 1 0 . 2 5 1 9 . 3 32 2 5 0 . 0 0 3 3 7 6 . 5 8 0 . 0 1 8 3 4emnnh C TK h R T???? ? ? ?? ? ?? ? ? ? d， 校驗近似條件 從 轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率 ， 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件 ， 小時間常數(shù)近似處理條件 等考慮得： 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)為 0 .0 9 1 7 1 0 .0 9 1 7 1( ) 1 9 .3 30 .0 9 1 7 0 .0 0 5A S R ssWs ??? ? ? （ 23） ③ ASR 輸出限幅值的確定 當(dāng) ASR 輸出達(dá)到限幅值 U*im，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對系統(tǒng)不再產(chǎn)生影