【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 這是位置隨動(dòng)系統(tǒng)所必 須有的裝置。它的作用是發(fā)出控制信號(hào) cU ，由于 U?可正可負(fù)。放大器必須具有鑒別電壓極性的能力，輸出的控制的電壓 cU 也是可 逆的。放大系數(shù) 5?aK ，函數(shù)關(guān)系 UKU ac ?? 。這個(gè)簡(jiǎn)單的函數(shù)關(guān)系也不會(huì)在數(shù)學(xué)模型中出現(xiàn)。 4． 電 力電子變換器（ UPE） 起功率放大作用，而且是可逆的。 PWM變換器有可逆和不可逆兩類，可逆變換器又 有雙極式、單極式和受限單極式等。在本次大功率隨動(dòng)系統(tǒng)中選取雙極式控制的橋式可逆 PWM變換器，因?yàn)槭谴蠊β氏到y(tǒng)變換器采用可關(guān)斷晶閘管。 采用 PWM的調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展越來越成熟，用途也很廣，與單純的晶閘管調(diào)速系統(tǒng)相比有很多優(yōu)點(diǎn) 1）主電路線路簡(jiǎn)單，需用的功率器件少； 2）開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗及發(fā)熱都較小； 3）低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬，可達(dá) 1:10000 左右； 4）若與快速響應(yīng)的電機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)； 5）功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開關(guān)頻 率適當(dāng)時(shí)，開關(guān)損耗也不大，因而裝置效率較高； 6）直流電源采用不控整流時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。 橋式可逆 PWM變換器的原理圖 本次設(shè)計(jì)采用的 PWM 變換器的開關(guān)頻率 f =2500 Hz ，即失控時(shí)間sT = ，失控時(shí)間已經(jīng)非常小，大大提高了系統(tǒng)的快速性，所以時(shí)間常數(shù)這么小的滯后環(huán)節(jié)可以近似看成是一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)（其中 sT = 1T ），傳遞函數(shù)為 1)( 1 11 ?? sT KsW 5．電流調(diào)節(jié)器（ ACR） 按工程設(shè)計(jì)法選擇典型 I型系統(tǒng)， PI調(diào)節(jié)器。傳遞函數(shù)為 sTsTKsW iipiA CR 1)( ?? （ 45） 6．轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ ASR） 按 工程設(shè)計(jì)法選擇典型 I型系統(tǒng)，選用 PI調(diào)節(jié)器。傳遞函數(shù)為 sTsTKsW nnpnA SR 1)( ?? （ 26） 7．位置調(diào)節(jié)器（ AWR） 按工程設(shè)計(jì)法和位置系統(tǒng)的校正，典型 II型系統(tǒng)，選用 PID調(diào)節(jié)器。傳遞函數(shù)為 11)( 21 ??? sT sTKsW wwpwA W R （ 27） 8．伺服電機(jī)（ SM） 基于本次設(shè)計(jì)的大功率隨動(dòng)系統(tǒng)選擇永磁式直流伺服電機(jī)，即直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為 Z221 ，銘牌參數(shù)， WPn 400? ， vUn 110? ， AIn ? ，min1000 rnN ? 。伺服電機(jī)可視為一個(gè)二階系統(tǒng)，分為兩個(gè)傳遞函數(shù) ,，一部分為電機(jī)電樞近似成一階慣性環(huán)節(jié)，傳遞函數(shù)為 ? ? 122 ?? sTKsK l 一部分為傳動(dòng)裝置近似為積分環(huán)節(jié)，傳遞函數(shù)為 sTKsK m33 )( ? 9．負(fù)載 負(fù)載就不做具體介紹，它也是系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的被控位置對(duì)象，我們主要研究它的數(shù)學(xué)模型。傳遞函數(shù)近似為積分環(huán)節(jié) sPsW i602)( ?? 三環(huán)隨動(dòng)系統(tǒng)功率大，采用低轉(zhuǎn)速的直流伺服電機(jī)，所以本設(shè)計(jì)取消減速器。 三環(huán) 隨動(dòng) 系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 三環(huán) 隨動(dòng) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 三環(huán)隨動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算 已知直流 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為 Z221，銘牌參數(shù)， WPn 400? ， vUn 110? ，AIn ? ， min1000 rnN ? 。電力電子變換器的增益 201 ?? KKs ，電壓放大器的增益 5?aK ，相敏整流器的放大系數(shù) 由計(jì)算決定 。自整角機(jī)的放大系數(shù))(50 obs vK ? 。 計(jì)算過程如下： 電動(dòng)機(jī)的額定效率 為 400 ???? NNNN IU P? 電動(dòng)機(jī)的電樞電阻為 ??????? )()1(21 NNNa IUR ? 電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)系數(shù)為 1m i ???????? rvn RIUCNaNNe 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩系數(shù) 為 AmNCC em ????? ? 位置隨動(dòng)系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖（未考慮校正裝置） 按工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)三環(huán)隨動(dòng)系統(tǒng)的電流和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 圖 45 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 應(yīng)用如前所述的工程設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速 、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器。按照設(shè)計(jì)多環(huán)控制系統(tǒng)先內(nèi)環(huán)后外環(huán)的一般原則，從內(nèi)環(huán)開始，逐步向外擴(kuò)展。在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，應(yīng)首先設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器，然后把整個(gè)電流環(huán)節(jié)看作是三環(huán)系統(tǒng)的一個(gè)環(huán)節(jié)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，最后是位置調(diào)節(jié)器。本系統(tǒng)唯一的改動(dòng)是取消了電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)之前的兩個(gè)濾波環(huán)節(jié)。但設(shè)計(jì)方法一樣。如圖 45所示為雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 ， 因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的系統(tǒng)沒有設(shè)計(jì)濾波環(huán)節(jié)，電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的濾波環(huán)節(jié)已經(jīng)省去。 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 1．電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡(jiǎn)化 在圖 24中，在一般情況下，系統(tǒng) 的電磁時(shí)間常數(shù) aT 遠(yuǎn)小于機(jī)電時(shí)間常數(shù) mT ，因此轉(zhuǎn)速的變化往往比電流變化慢的多，對(duì)電流環(huán)來說，反電動(dòng)勢(shì)是一個(gè)變化較慢的的擾動(dòng)，在電流的瞬變過程中，可以認(rèn)為反電動(dòng)勢(shì)基本不變，即 0??E 。這樣在按動(dòng)態(tài)性能設(shè)計(jì)電流環(huán)時(shí)，可以暫不考慮反電動(dòng)勢(shì)變化的動(dòng)態(tài)影響，也就是說，可以暫且把反電動(dòng)勢(shì)的作用去掉，得到電流環(huán)的近似結(jié)構(gòu)框圖，可以證明，忽略反電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流作用的近似條件是 laci TT13?? （ 211） 式中 ci? —— 電流環(huán)開環(huán)頻率特性的截止