【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 直流調(diào)速系統(tǒng)的啟動(dòng)過程有如下三個(gè)特點(diǎn)：即飽和非 線性控制、轉(zhuǎn)速超調(diào)以及準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制。 2) 抗擾性能 對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)，最重要的動(dòng)態(tài)性能 即 是抗擾性能。 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中 最主要的抗擾性能是指抗負(fù)載擾動(dòng) 性能和抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)性能。閉環(huán)系統(tǒng) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 7 頁(yè) 共 29 頁(yè) 的抗擾能力與其作用點(diǎn)的位置有關(guān)，例如 負(fù)載擾動(dòng)作用在電流環(huán)之后，只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 來(lái)產(chǎn)生抗負(fù)載擾動(dòng)的作用，因此就要求在設(shè)計(jì) ASR 時(shí)需要考慮有較好的抗擾性能指標(biāo)。 對(duì)抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)而言， 在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的作用點(diǎn)離被調(diào)量較遠(yuǎn)，調(diào)節(jié)作用受到多個(gè)環(huán)節(jié)的延滯，因此單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)抵抗電壓擾動(dòng)的性能要差一些。 而在 雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，電壓波動(dòng)可以通過電流反饋得到比較及 時(shí)的調(diào)節(jié)，不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才能反饋回來(lái)，抗擾性能大有改善， 因此，在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起的轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)變化會(huì)比單閉環(huán)系統(tǒng)小得多。 電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用 使轉(zhuǎn)速 n 跟隨給 定電壓 ??????? 變化，當(dāng)偏差電壓 ?????為零時(shí)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差；對(duì)負(fù)載變化起到抗擾作用；其輸出限幅值決定允許的最大電流。 2) 電流調(diào)節(jié)器的作用 在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中，使電流跟隨其給定電壓 ??????? 變化；對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)及 時(shí)起到抗擾作用；起動(dòng)時(shí)保證獲得允許的最大電流，使系統(tǒng) 獲得最大加速度 并以該加速度快速 起動(dòng)；當(dāng)電機(jī)過載甚至 于堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，從而起快速的安全保護(hù)作用；當(dāng)故障消失時(shí)， 系統(tǒng)能夠自動(dòng)恢復(fù)正常。 PID 控制 在設(shè)計(jì)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)時(shí)， 常會(huì)有動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性與穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)發(fā)生矛盾的情況，則必須有合適的動(dòng)態(tài)校正裝置，使其同時(shí)滿足動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)兩方面的要求。對(duì)于帶晶閘管的直流閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，由于其傳遞函數(shù)的階次較低，一般用 PID調(diào)節(jié)器的串聯(lián)校正方案就可以達(dá)到動(dòng)態(tài)校正。 PID 調(diào)節(jié)器中有比例微分 (PD)、比例積分 (PI)以及比例積分微分 (PID)三種類型。由 PD 調(diào)節(jié)器構(gòu)成的超前校正，可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度，并且獲得足夠的快速性，但穩(wěn)態(tài)精度可能受到影響；由 PI 調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)的滯后校正，可以保證穩(wěn)態(tài)精度，卻是以對(duì)快速性的限制來(lái)?yè)Q取系統(tǒng)的穩(wěn)定的；用 PID 調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)的滯后 超前校正則兼有二者的優(yōu)點(diǎn)，可以全面提高系統(tǒng)的控制性能，但具體實(shí)現(xiàn)與調(diào)試都較復(fù)雜。一般調(diào)速 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 8 頁(yè) 共 29 頁(yè) 系統(tǒng)的要求以動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)精度為主，對(duì)快速性的要求可以差一些，故而主要采用 PI 調(diào)節(jié)器，尤其當(dāng)有高頻干擾時(shí)，微分會(huì)放大干擾，需用 PI 調(diào)節(jié)器；而在隨動(dòng)系統(tǒng)中，快速性則是主要要求，必須用 PD 或是 PID 調(diào)節(jié)器 [15]。 1) 比例調(diào)節(jié)器（ P） 具有比例調(diào)節(jié)器的閉環(huán)系統(tǒng)，主要依靠偏 差電壓 ?U來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)轉(zhuǎn)速變化，測(cè)速反饋電壓也變化，與給定值間的偏差電壓增加，輸出電壓也隨著上升，因而電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也隨之有所回升。但是， 僅只采用比例調(diào)節(jié)器的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)總是有靜差的。從閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降公式 △?????? = ??????????(1:??)可知，只有當(dāng) K → ∞時(shí)，才能使 △?????? = 0，但是這是不可能的。 K的值總是有限值，且 K值還受系統(tǒng)穩(wěn)定性的約束， 故而這種系統(tǒng)總是存在靜差。 2) 積分調(diào)節(jié)器（ I） 在進(jìn)行調(diào)速時(shí)，一般都希望調(diào)速系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn) 無(wú)靜差調(diào)速，即指調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)的給定值與被調(diào)量的反饋值保持相等，即 △U = ????? ? ???? = 0。在有靜差的調(diào)速系統(tǒng)中，為了減少靜差，一方面引入各種反饋量，另一方面希望通過增大比例放大系數(shù)來(lái)提高靜特性的硬度，但比例調(diào)節(jié)只能盡可能地減小靜 差，而不可能完全地消除靜差，同時(shí)，太大的比例系數(shù)還可能引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。通過采用積分調(diào)節(jié)器可以很好地解決靜態(tài)與動(dòng)態(tài)的矛盾。 積分調(diào)節(jié)器有三個(gè)重要特性：即延緩性、積累性以及記憶性。延緩性即積分調(diào)節(jié)器的輸出不像比例調(diào)節(jié)器那樣輸出和輸入為比例線性關(guān)系，假設(shè)輸入為階躍信號(hào)，則調(diào)節(jié)器輸出按積分線性增長(zhǎng)；積累性則是說調(diào)節(jié)器只要有輸入信號(hào)，不管信號(hào)大小如何變化，積分作用都會(huì)持續(xù)下去，只不過輸出值上升速率不同?？刂葡到y(tǒng)正是利用了積分調(diào)節(jié)器對(duì)偏差的積累作用來(lái)消除系統(tǒng)的靜差；記憶性是指在積分過程中，若輸入信號(hào)變?yōu)榱?，輸出信?hào)仍能保持在輸入信號(hào)變?yōu)榱闱暗乃矔r(shí)值上?？刂葡到y(tǒng)利用積分調(diào)節(jié)器的記憶特性，使得穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速在速度設(shè)定值上保持不變。 3) 微分調(diào)節(jié)器 (D) 微分 調(diào)節(jié)器 部分其實(shí)就是求電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化率 ，即前后兩次差值的差， 也就是說，微分 調(diào)節(jié)器 是根據(jù)差值變化的速率，提前給出一個(gè)相應(yīng)的調(diào)節(jié)動(dòng)作。可見 ，微分 調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)是超前的， 并且 D值越大，超前作用越明顯， 可以在一定程度 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 9 頁(yè) 共 29 頁(yè) 上緩沖振蕩。 以 PD 調(diào)節(jié)器為例， 比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而增加的微分項(xiàng)能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例 +微分 這兩種作用 的控制 器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免 被控量的嚴(yán)重超調(diào)。 3 系統(tǒng)參數(shù)設(shè) 計(jì)和計(jì)算 關(guān)鍵參數(shù)計(jì)算 整流裝置采用三相橋式電路，已知參數(shù)如下： 直流電動(dòng)機(jī)： 240V,， 1750r/min，轉(zhuǎn)子電阻 Ra= ，允許過載倍數(shù) λ =，晶閘管裝置放大系數(shù) 近似設(shè)為 Ks=，通用三相橋式整流器的內(nèi)阻為 Ron = ；電壓給定值和電流給定值取 10時(shí)的計(jì)算值， 進(jìn)線交流電源：三相 380V， 50Hz，則有 電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電阻： ???? = 電樞繞組和勵(lì)磁繞組互感： ?????? = ?? 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J = ???2 G??2 = ??? 4?? = 4 = 電力拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電 時(shí)間常數(shù)： ???? = G??2??375????????= 30???? = ?? 電動(dòng)機(jī)電磁時(shí)間常數(shù)： ???? = ??∑?? = : = ?? 根據(jù)如上數(shù)據(jù)，計(jì)算相關(guān)參數(shù)如下： 電樞回路總電阻： R = ( + +)Ω = 電動(dòng)機(jī)額定電流 : ???? = ???? ???? = 36750 240 A= A 電流反饋系數(shù)： β = ??????? ?????? ≈ ??????? ???? =10 = 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)： α = ???????????= 101750 = 又有電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)常數(shù) ???? = ????。????????????= 240。 ????????/?? = min/r 額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩 ???? = ???????? = ??? ?? = ?? ??? 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 10 頁(yè) 共 29 頁(yè) 電流調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)計(jì)和計(jì)算 確定時(shí)間常數(shù) 1) 整流裝置的滯后時(shí)間常數(shù) ???? ：查表知三相橋式電路的 平均失控時(shí)間???? = ??； 2) 電流濾波時(shí)間常數(shù) ??????：三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間為 ，為了基本濾平波頭，應(yīng)有（ 12） ??????=，因此，取 ?????? = 2ms = ； 3) 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和 ??∑??:按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取 ??∑?? = ???? + ??????,則有 ??∑??= 。 選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求電流超調(diào)量σ i≤ 5%，并保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)差，可按典型Ⅰ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性型的，采用 PI 型電流調(diào)節(jié)器，傳遞函數(shù)為 ????????(??) = ????(??????:1) ?????? 檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能： TlT∑i= = ，由典型 I 型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能表格可知，各項(xiàng)指標(biāo)符合要求。 計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù) 電流 調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)： ???? = ???? = ??； 電流開環(huán)增益：要求超調(diào)量σ i≤ 5%時(shí)，按照表 22典型 I 型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系可以看出，應(yīng)取 ??????∑?? = ，則有 ???? = ??∑??= ?? = ??。1 則有， ACR 的比例系數(shù)為 ?????? = ????????????????= = ACR 的積分系數(shù)為： ?????? = ??????τi= = 校驗(yàn)近似條件 電流環(huán)截止頻率： ?????? = ???? = ??。1 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 11 頁(yè) 共 29 頁(yè) 1) 晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件： 13????= 13?? = ??。1＞ ??????，滿足近似條件； 2) 忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件： 3√ 1????????= 3√ = ??。1＜ ??????， 滿足近似條件 ； 3) 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件： 13√ 1??????????= 13√ = ??。1＞ ??????，滿足近似條件 ； 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容 由含給定濾波和反饋濾波的模擬式 PI型電流調(diào)節(jié)器原理圖可知，按所用運(yùn)算放大器取 ??0 = 40????，各電容和電阻值為： ???? =