【文章內(nèi)容簡介】 條件下的最大電流，電機有最大的啟動轉(zhuǎn)矩和最短的啟動時間，這一點利用單一的電流截止負反饋是很難實現(xiàn)的。 此外，在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，用一個調(diào)節(jié)器綜合多種信號，使各參數(shù)間相互影響，將導致難于進行調(diào)節(jié)器的參數(shù)調(diào)控。例如，在帶電流截止負反饋的轉(zhuǎn)速負反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)中，同一 調(diào)節(jié)器擔負著正常負載時的速度調(diào)節(jié)和過載時的電流調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)器的動態(tài)參數(shù)無法保證兩種調(diào)節(jié)過程均具有良好的動態(tài)品質(zhì)。為了解決單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)存在的問題，可以采用轉(zhuǎn)速、電流串級調(diào)速系統(tǒng)，即轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，采用兩個調(diào)節(jié)器分別對轉(zhuǎn)速和電流進行調(diào)節(jié)。這就是本次課程設計需要完成的任務。 1. 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 概述 在許多應用場合，為了充分發(fā)揮生產(chǎn)機械的效能提高生產(chǎn)率，速度控制系統(tǒng)經(jīng)常處于起動、制動、反轉(zhuǎn)以及突加負載等過渡過程中，所以要求速度控制系統(tǒng)有較好的動態(tài)性能。對高性能、靜態(tài)的速度控制系統(tǒng)的要求是具 有快速跟隨特性（起制性）、較好的抗干擾性和高可靠性（可瞬態(tài)過載但不過電流）。因此引入了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速體統(tǒng)。 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)是性能很好、應用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速負反饋和比例積分調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)能夠保證系統(tǒng)在穩(wěn)定的條件下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差調(diào)節(jié)，但是該控制系統(tǒng)也有自身的缺點，比如要求快速啟動、突加負載動態(tài)速降等。將電流截止負反饋環(huán)節(jié)與轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)結(jié)合在一起，可以專門用來控制電流。從工作原理上分析，它只能是在超過臨界電流值以后，才能靠強烈的負反饋作用限制電流的沖擊，并不能很理想地 控制電流的動態(tài)波形。由于電流截止負反饋只能限制最大電流，電機轉(zhuǎn)矩也隨電流的減小而下降，使啟動加速過程變慢，啟動的時間也比較長，所以在工業(yè)生產(chǎn)中，如龍門刨床、可逆軋鋼機等要求經(jīng)常正反轉(zhuǎn)運行的調(diào)速系統(tǒng)為了提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量，要求盡量縮短起、制動過程的時間。為了能實現(xiàn)在允許條件下最快啟動，依照反饋控制規(guī)律，經(jīng)論證與實踐，采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)就能達到上述要求。 系統(tǒng)組成及原理 為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設置兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流即分別引入轉(zhuǎn)速負反饋和電流負反饋。二者 之間實行嵌套鏈接，如圖 1 所示為轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。圖中兩個調(diào)節(jié)器ASR 和 ACR 分別為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器，二者串級連接，即把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。電流環(huán)在內(nèi)，稱之為內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外，稱之為外環(huán)，這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 為獲得良好的靜、動態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器一般采用 PI 調(diào)節(jié)器，這樣就構(gòu)成了雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖如圖 2 所示。兩個調(diào)節(jié)器輸出都帶有限幅， ASR 的輸出限幅 Uim決定了電流調(diào)節(jié)器 ACR 的給定電壓最大值 Uim；電流調(diào)節(jié)器 ACR 輸出限幅電壓 Ucm限制了整流器輸出最大電壓值和最小觸發(fā)角α。 系統(tǒng)的靜特性與動特性 靜特性：在正常負載情況下，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和，電流調(diào)節(jié)器也不飽和。穩(wěn)態(tài)時，依靠調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用，它們的輸入電壓偏差電壓都是零，因此，系統(tǒng)具有絕對硬的靜特性。 當電動機的負載電流上升時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出也將上升，當 Id 上升到一定數(shù)值時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出達到限幅值，轉(zhuǎn)速環(huán)失去調(diào)節(jié)作用，呈開環(huán)狀態(tài)，速度的變化對系統(tǒng)不再產(chǎn)生那個影響，此時只剩下電流環(huán)起作用。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu) 圖如圖 3所示： 動特性：雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)如圖 4所示，由于電流檢測信號中常含有交流分量，須加低通濾波，其濾波時間常數(shù) Toi 按需要選定。濾波環(huán)節(jié)可以抑制反饋信號中的交流分量，但同時也給反饋信號帶來了延滯。為了平衡這一延滯作用，在給定信號通道中加入一個相同時間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié)，稱作給定濾波環(huán)節(jié)。其作用是：讓給定信號和反饋信號經(jīng)過同樣的延滯，使二者在時間上得到恰當?shù)呐浜?，從而帶來設計上的方便。由測速發(fā)電機得到的轉(zhuǎn)速反饋電壓含有電機的換向紋波，因此也需要濾波，濾波時間常數(shù)用 Ton表示。根據(jù)和電流環(huán)一樣的道理 ，在轉(zhuǎn)速給定通道中也配上時間常數(shù)為 Ton的給定濾波環(huán)節(jié)。 電流環(huán)的設計 （ 1）確定時間常數(shù) ① 電流環(huán)小時間常數(shù) iT? ：由于已給 ? ,因此 iT? =s? +oiT =； ② 電樞回路時間常數(shù) lT ： lT =L/R=。 （ 2）確定電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)和參數(shù) ① 結(jié)構(gòu)選擇 根據(jù)性能指標要求 : 5%i?? , 0 .0 3 8 .1 7 1 00 .0 0 3 6 7liTT? ? ? ?,抗干擾性能適中 ,因此電流環(huán)按典型 ? 型系統(tǒng)設計，調(diào)節(jié)器選用 PI,其傳遞函數(shù)為 ( 1)() iiACRiKsWs s?? ?? ②參數(shù)計算 2 0 .0 52 imd m d N dNUII I? ?? ? ? ?， 為了將電流環(huán)校正成典型 I 型系統(tǒng)，τ i應對消控制對象中的大慣性環(huán)節(jié)時間常數(shù) T1，即取τ i=T1=；為了滿足σ i≤ 5%的要求，應取 Kop， iT∑ i=，因此，有 Kop， i=1/2T∑ i=1/2*= 于是可以求得 ACR 的比例放大系數(shù)為 Ki=Kop， iτ iR/β Ks=***40= 校驗近似條件： a．晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)近似條件 wci≤ 1/3Ts， wci= Kop， i=，而1/3Ts=； b ． 電 流 環(huán) 小 時 間 常 數(shù) 近 似 處 理 條 件 wci ≤ 1/3(1/TsToi)1/2 ，而1/3(1/TsToi)1/2= wci，顯然也滿足近似條件。 ③忽略反電動勢對電流環(huán)影響的條件 由于 NU 2 2 0 1 3 6 0 . 2C e = 0 . 1 3 2 m in /1460NaNIR Vrn? ??? ? ?， 30 /meCC?? ； 所以 ， 222 2 .5 0 .5 0 .1 83 7 5 3 7 5 0 .1 3 2 3 0m e