【文章內(nèi)容簡介】 ） b1E1（ K1） （ 6） 式中 a1 = e – T/TB； a2 = KB1 )1( BTTe?? ； b1 = b0 WTTe? ； b0 = K )1/()1( WB TTTT ee ?? ?? ； K是差分方程階次。 從實(shí)驗(yàn)中用階躍響應(yīng)曲線測得系數(shù)的 KW、 Z及 TW后，就可分別求出 a1， a2，b0， b1，四個(gè)參數(shù)。 電機(jī) 和水泵系統(tǒng)傳遞函數(shù)的建立 電機(jī)動(dòng)態(tài)過程描述 電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩不僅與定子電壓有關(guān)，而且還與電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)差率 s 有關(guān)。電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩與定子電壓和轉(zhuǎn)差率是非線性的。在通常情況下，機(jī)泵拖動(dòng)系統(tǒng)在近恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)差率小于臨界轉(zhuǎn)差率Sk，也可稱電動(dòng)機(jī)工作在線性區(qū)。在調(diào)壓調(diào)速過程中，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速通常需要降低較多，此時(shí)也稱電動(dòng)機(jī)工作在非線形區(qū)，其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)差率大于臨界轉(zhuǎn)差率。 為了便于分析，設(shè)法將其進(jìn)行簡化。在線形工作區(qū)，一般 s〈〈 1，因而可以認(rèn)為（ R1+R2/s）〉〉（ X1+X2）。忽略電抗部分，則（ 1）式 分母可以簡化為（ R1+R2/s）178。（ R1+R2/s），又因?yàn)橐话闱闆r下 R1 和 R2 相近，所以當(dāng) s〈〈 1時(shí)， R1〈〈 R2/s。因此在線形工作區(qū)（ 1）式可簡化為 M=K 178。 U 178。 U 178。 S （ 2） 在非線形工作區(qū)，當(dāng) s〉 Sk 以后， X1+X2〉 R2+R2/s，若忽略了電阻 R1+R2/s。則（ 1）式可簡化為 M=K178。 U178。 U/s （ 3） 在調(diào)速中，主要研究電動(dòng)機(jī)非線形工作區(qū)的情況，所以下面主要根據(jù)（ 3）式結(jié)合負(fù)載特性對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析。調(diào)速時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率 s 在臨界轉(zhuǎn)差率 Sk 和 1 之間；電動(dòng)機(jī)定子電壓 U可以在 0 至額定電壓 Ue 之間調(diào)節(jié)。在此區(qū)間內(nèi)，電動(dòng)機(jī)遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì) 13 的轉(zhuǎn)矩曲線是光滑的，所以（ 3）式的偏導(dǎo)數(shù)都將是連續(xù)的。因此，可以在電動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)附近取得線形化模型。 對(duì)于電動(dòng)機(jī)構(gòu)成的拖動(dòng)系統(tǒng)，其轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系為 Jdw/dt+T（ w） =T（ U， w） （ 4） 通常負(fù)載轉(zhuǎn)矩石碓 w 也是可導(dǎo)的。當(dāng) w=wo 及 U=Uo 時(shí)，設(shè)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩T（ Uo， wo）正好等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩 T（ wo）相平衡，即 T（ Uo， wo） =TL（ wo），此時(shí) dw/dt=0，于是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速將保持恒定。如果輸入的電壓出現(xiàn)增量△ U，使電動(dòng)機(jī)輸入電壓變?yōu)?Uo+△ U，電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩由此變化，拖動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速也將因此而由原來的 wo 變化為 wo+△ w，在這種情況下（ 4）式可寫 Jd（ w+△ w）/dt+T（ w+△ w） =T（ U+△ U， w+△ w） （ 5） 因?yàn)?T（ w）及 T（ U,w）在 U=Uo及 w=wo 鄰域?qū)ψ兞?U 及 w 存在連續(xù)的偏導(dǎo)數(shù)，所以可將其分別線形化為 TL（ wo+△ w） =TL（ wo） +dTL/sw│ wo178?！?w， T（ Uo+△ U， w+△ w） =T（ Uo,wo）， 將以下兩式代入（ 4）式后整理得調(diào)壓工作條件下異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程為 Td 178。 d△ w/dt+△ w=Kd178。 +△ U （ 6） 可得電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系 統(tǒng)的小范圍動(dòng)態(tài)傳遞函數(shù) ω（ S） /U（ S） =Kd/Td178。 S+1 （ 7） 由以上分析可知，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)可以看作是一階慣性環(huán)節(jié)，其系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)Td 和傳遞函數(shù) Kd 與負(fù)載特性方程和系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量有關(guān)。 本設(shè)計(jì)的供水過程 供水管網(wǎng)從壓力等于零的初始狀態(tài)，開始啟動(dòng)水泵運(yùn)行，到壓力達(dá)到給定值為止，要經(jīng)歷兩個(gè)過程，首先，水泵要將水從水箱送到管網(wǎng)，這個(gè)過程壓力基本保持零，因此它是一個(gè)純滯后過程。第二階段，水泵將水充滿整個(gè)管路，壓力也隨著增加，直到壓力達(dá)到設(shè)定值為止，這兩個(gè)過程綜合起來，可以認(rèn)為供水系統(tǒng)水壓建立過程的數(shù)學(xué)模型為一個(gè)純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，即 SS eKsG ?? ??? 110 )( NT?? K—— τ 1—— “姓名” ： 基于變頻器 PID 功能的 PLC 控制變頻恒壓供水系統(tǒng) 14 τ 2—— T—— N—— 對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能的分析 設(shè) r（ t） =1， T=5s， K=1，則對(duì)開環(huán)傳函 G（ s）舍去因?yàn)椴蓸又芷?T 大而近似為零的冪指數(shù)項(xiàng)，進(jìn)行 Z 變換可得 G（ z） =（ 11/z） /z1，則閉環(huán)傳函數(shù)Φ（ z）=（ 11/z） /z1，因?yàn)?R（ z） =z/z1，所以 C（ z） =（ 11/z） /（ z1/z1+1/z178。 z），用綜合除法求的 C（ z） =178。 1/z+1/z178。 z+178。 1/z178。 z178。 z+...，由采樣函數(shù)的意義可得， C（ 0T） =0， C（ T） =， C（ 2T） =1， C（ 3T） =， C（ 4T） =，C（ 5T） =， C（ 6T） =， C（ 7T） =， C（ 8T） =， C（ 9T）=， C（ 10T） =， C（ 11T） =， ...由此可以給出離散系統(tǒng)的近似性能指標(biāo)：上升時(shí)間 tr=2，峰值時(shí)間 tp=4，調(diào)節(jié)時(shí)間 ts=12，超調(diào)量δ %=40%。 對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析 供水系統(tǒng)選用遠(yuǎn)傳壓力表作為反饋元件。其量程為 10kg/cm2，輸出電壓為 5V，這樣，則對(duì)應(yīng)的每 公斤壓力是 500mV，當(dāng)壓力偏差信號(hào)的變化在 20mV以內(nèi)時(shí)，由于計(jì)算量化誤差，使得計(jì)算機(jī)的輸出保持不變，加之電路網(wǎng)的一些元器件的誤差，至每一個(gè)次過渡過程結(jié)束，系統(tǒng)從零壓到三臺(tái)水泵全部投入運(yùn)行，在壓力達(dá)到給定值的最大響應(yīng)時(shí)間 10 秒，流量變化177。 5%時(shí)的最大動(dòng)態(tài)壓降為 ，調(diào)整時(shí)間為 6 秒，這是供水系統(tǒng)允許的。系統(tǒng)的靜態(tài)誤差在 ，此絕對(duì)誤差完全能滿足供水系統(tǒng)的要求的。 在 Z 域中分析：由閉環(huán)傳函特征方程 1+（ 11/z） /（ z1） =0，可以得出 z=+1或者 z=1，即 z 的模為 1，系統(tǒng)處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)。 在 w 域中分析，令 z=w+1/w1，則可得 w=0，和 z 域得出的結(jié)論相同，系統(tǒng)閉環(huán)臨界穩(wěn)定。 在工程實(shí)際中，不存在臨界穩(wěn)定狀態(tài)，因此要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校正，使之有更好的穩(wěn)定性能。 動(dòng)態(tài)指標(biāo) 供水系統(tǒng)采用了三臺(tái)水泵并聯(lián)的節(jié)能運(yùn)行方式。各泵之間加了一個(gè)類似于電路遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì) 15 中的二極管的止回閥，當(dāng)系統(tǒng)已經(jīng)有一臺(tái)水泵轉(zhuǎn)數(shù)提高到某一轉(zhuǎn)速，才能把止回閥打開，并且為了減小對(duì)電網(wǎng)的沖擊，電動(dòng)機(jī)采用軟起動(dòng)，即從零開始運(yùn)行，因此，系統(tǒng)有較長的過渡過程時(shí)間和較大的動(dòng)態(tài)壓降。 為了使系統(tǒng)有更好的響應(yīng)速度，進(jìn)行最 小拍 設(shè)計(jì) 。 D（ z） =Φ（ z） /Φ e（ z）178。 G（ z）， G（ z） =（ 11/z） /z1， 由給定 的輸入信號(hào)，則Φ e（ z） =（ 11/z）178。（ 11/z）， 所以 )/11(1/)/11/()]}/1())[(/1(2{)( zzzzzzD ???????? “姓名” ： 基于變頻器 PID 功能的 PLC 控制變頻恒壓供水系統(tǒng) 16 5 變頻器的選用 變頻調(diào)速系統(tǒng)是以大規(guī)模專用集成電路 HEF4752 為核心構(gòu)成的控制電路，由HEF4752 產(chǎn)生的三相 SPWM 信號(hào)經(jīng)隔離、放大后，驅(qū)動(dòng)由 IGBT 構(gòu)成的三相逆變器，使之輸出 SPWM 的波形，實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速。 系統(tǒng)硬件