【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 111 1 9 6 . 13 3 0 . 0 0 1 7 cis sTs ??? ? ?? 滿(mǎn)足近似條件。 1113 3 2 4 . 8 30 . 3 6 5 0 . 0 4 cimlsT T s s ??? ? ? ?? 滿(mǎn)足近似條件。 11 1 1 1 1 8 0 . 83 3 0 . 0 0 1 7 0 . 0 0 2 cis o isT T s s ??? ? ? ?? 滿(mǎn)足近似條件。 5)計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容 由圖 24，按所用運(yùn)算放大器取 0 40Rk??，各電阻和電容值為 0 1 40 56. 4iiR K R k k? ? ? ? ? ?，取 56k? 30 . 0 4 0 . 7 1 45 6 1 0ii iC F u FR?? ? ??， 取 304 4 0 . 0 0 2 0 . 24 0 1 0oioi TC F u FR ?? ? ??，取 按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)為 % 5%i? ??，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 10 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 含給定濾波與反饋濾波的 PI 型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器如圖 25 所示： 圖 25 含給定濾波與反饋濾波的 PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 其中 *nU 為轉(zhuǎn)速給定電壓， n?? 為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓， *iU ：調(diào)節(jié)器的輸出是電流調(diào)節(jié)器的給定電壓。 1）確定時(shí)間常數(shù) 1 2 2 0 .0 0 3 7 0 .0 0 7 4iI T s sK ?? ? ? ? ，即 ? 間常數(shù) 1 0 . 0 0 7 4 0 . 0 0 2 5 0 . 0 0 9 9n o nIT T s s sK? ? ? ? ? ? 2)選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu) 按照設(shè)計(jì)要求，選用 PI 調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 : 3)計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù) 按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取 5h? ，則 ASR 的超前時(shí)間常數(shù)為： 5 099 495nnhT s s? ?? ? ? ? n n n nn 2n e m n n e m n( 1 ) ( 1 )()( 1 ) ( 1 )RK s K R sWss C T s T s C T s T s?? ? ??? ? ?????? ? ???沈陽(yáng)航空航 天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)增益 22N 2 2 2 2n1 5 1 1 2 2 4 . 42 2 5 0 . 0 0 9 9hK s shT ?????? ? ??? ASR 的比例系數(shù)為 4） 檢驗(yàn)近似條件 轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率 111 1 2 2 4 . 4 0 . 0 4 9 5 6 0 . 6Nc n N nK K s s??? ??? ? ? ? ? 111 1 1 3 5 . 1 6 3 . 73 3 0 . 0 0 3 7I iK ssT ????? ? ? 滿(mǎn)足簡(jiǎn)化條件。 111 1 1 3 5 . 1 7 7 . 53 3 0 . 0 0 2 5I onK ssT ???? ? ? 滿(mǎn)足簡(jiǎn)化條件。 5)計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容 取 0 40Rk??，則 0 40 K R k k? ? ? ? ? ?，取 33k? 30 .0 4 9 5 1 .53 3 1 0nn nC F u FR?? ? ??，取 304 4 0 .0 0 2 5 0 .2 54 0 1 0onon TC F u FR ?? ? ??，取 6)校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量 當(dāng) 5h? 時(shí)， %n? ? ，不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。應(yīng)按 ASR 退飽和的情況重新計(jì)算超調(diào)量。 7)按 ASR退飽和重新計(jì)算超調(diào)量 過(guò)載倍數(shù) 2dm dbldN dNII? ? ? ? m a x * ( ) ( ) 2 % 2 % 8%150 0 5NnnbmC n TzC n T?? ????? ? ? ? ? ? ? ? ? 能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 emnn( 1 ) ( 5 1 ) 0 . 2 3 0 . 1 3 2 7 0 . 3 6 5 0 . 7 92 2 5 0 . 5 7 1 . 5 0 . 0 0 9 9h C TK h R T???? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? 12 轉(zhuǎn)速檢測(cè)和電流檢測(cè)的電路設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速的檢測(cè)可把 nU 接到一個(gè)測(cè)速發(fā)電機(jī)上即可檢測(cè)轉(zhuǎn)速，如圖 37所示： TG U2UnR P 4. 圖 37 轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路 使用霍爾電流傳感器可以檢測(cè)電流，把 iU 接到霍爾傳感器上?；魻栃?yīng)傳感器，可以測(cè)量任意波形的電流和電壓。輸出端能真實(shí)地反映輸入端電流或電壓的波形參數(shù)。如圖 38所示： 圖 38 電流檢測(cè)電路 沈陽(yáng)航空航 天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 3 常規(guī) PID 控制設(shè)計(jì)及仿真 根據(jù)偏差的比例（ P）、積分（ I）、微分（ D）進(jìn)行控制（簡(jiǎn)稱(chēng) PID 控制），是控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的一種的一種控制規(guī)則。實(shí)際運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)和理論的分析都表明，運(yùn)用這種控制規(guī)律的許多工業(yè)過(guò)程進(jìn)行控制時(shí)，都能得到滿(mǎn)意的效果。 常規(guī) PID控制器理論 常規(guī) PID控制器大量應(yīng)用于工業(yè)控制中，并取得了較好的控制效果。采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的常規(guī) PID 控制算法，其離散控制規(guī)律為： )()()()( 11 kekjekkekku j dip ??? ???? 式中： u(k)———— 系統(tǒng)輸出量 e(k)———— 系統(tǒng)偏差 ce (k)———— 系統(tǒng)偏差變化率 pk ———— 比例系數(shù) ik ———— 積分作用系數(shù) dk ———— 微分作 用系數(shù) 從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)精度等各方面來(lái)考慮，參數(shù) pk 、 ik 和 dk 的作用如下： （ 1）比例系數(shù) pk 與系統(tǒng)的響應(yīng)速度、系統(tǒng)的精度有密切關(guān)系。 pk 越大，系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度越高，但易產(chǎn)生超調(diào)，而且 pk 過(guò)大會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。 pk 如果取值過(guò)小，則會(huì)降低系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，使響應(yīng)變慢、延長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)間，使系統(tǒng)靜、動(dòng)特性變壞。 （ 2）積分系數(shù) ik 用來(lái)消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。 ik 越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差消除越快，但 ik 過(guò)大，在響應(yīng)過(guò)程的初期會(huì)產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象，從而引起響應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生較大超調(diào)。如果 ik 過(guò)小，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差將難以消除，影響系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度。 （ 3）微分系數(shù) dk 可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，其作用主要是在影響過(guò)程中抑 14 制偏差向任何方向變化，對(duì)偏差變化進(jìn)行提前預(yù)報(bào)。但 dk 過(guò)大，會(huì)使響應(yīng)過(guò)程提前制動(dòng)，從而延長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)間，而且還會(huì)降低系統(tǒng)的抗干擾能力。 這三個(gè)參數(shù)的選擇原則除了要考慮到這三個(gè)參數(shù)對(duì)控制系統(tǒng)的影響，還要考慮這三個(gè)參數(shù)相互間的作用關(guān)系。 系統(tǒng)仿真 仿真舉例：某晶閘管供電的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，整理裝置采用三相橋式 電路，基本數(shù)據(jù)如下：直流電動(dòng)： 220V,136A,1460r/min,Ce=? min/r,允許過(guò)載倍數(shù)? =； 晶閘管裝置放大系數(shù)： SK =40； 電樞回路總電阻： R=? ； 時(shí)間常數(shù)： lT =， mT =； 電流反饋系數(shù)： ? =(? 10V/ )； 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)： ? =? min/r(? 10V/ Nn ) 設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器，要求電流超調(diào)量 i? ? 5%,同時(shí)要求轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量 %10?n? 。 （ 1）確定時(shí)間常數(shù) 1)整流裝置之后時(shí)間常數(shù) sT ，三相橋式電路的平均失控時(shí)間 sT =。 2)電流濾波時(shí)間常數(shù) oiT ，三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是 ,為了基本濾平波頭，應(yīng)有（ 1— 2） oiT =，因此取 oiT =2ms=。 3)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和 sTTT oisi 0 0 3 ???? 。 (2)選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)： 根據(jù)設(shè)計(jì)要求 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，因此可用 PI 型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為( 1)() iiACRiKsWs s?? ?? 。 檢查對(duì)電流電壓的抗繞性能： ??? ilTT，參見(jiàn)相關(guān)資料中各 項(xiàng)指標(biāo)都是可沈陽(yáng)航空航 天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 以接受的。 （ 3）計(jì)算電流調(diào)節(jié)參數(shù) 電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)： sTli ??? 。 電流環(huán)開(kāi)環(huán)增益：要求 i? ? 5%時(shí)，參見(jiàn)資料 ??iITK ，因此 11 ??? ??? ssTK iI 于是， ACR 的比例系數(shù)為 ?? ???? ??S iIi K RKK (4)校驗(yàn)近似條件 電流環(huán)截止頻率： ??? sK Ici? 1)校驗(yàn)晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件 cis ssT ????? ?? 11 13 1 滿(mǎn)足近似條件 2)校驗(yàn)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 cilm ssTT ?????? ?? 11 1313 滿(mǎn)足近似條件 3）校驗(yàn)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件 ciois ssTT ?????? ?? 11 131131 滿(mǎn)足近似條件 （ 5）計(jì)算調(diào)節(jié)器電容和電阻 電流調(diào)節(jié)器原理圖如圖 24所示，按所用運(yùn)算放大器取 ?? kR 400 ，各電阻和電容值計(jì)算如下： ?????? kkRKR ii 1 取 40k? FFFRC iii ?? 63 ?????? ? 取 F? 16 FFFRTC ooioi ? 63 ??????? ? 取 F? 按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)為 %5% ??i? 滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求 31所示： 圖 31 電流環(huán)的仿真模型 在仿真模型中增加了一個(gè)飽和非線(xiàn)性模塊（ saturation),它來(lái)自于Discontinuities 組，雙擊該模塊，把飽和上界（ Upper limit)和下界 (Lower limit)參數(shù)分別設(shè)置為所給條件的限幅值 +10 和 10. 仿真的結(jié)果為： 沈陽(yáng)航空航 天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 圖 32 電流環(huán)的仿真結(jié)果 33所示： 圖 33 轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真模型 雙擊階躍輸入模塊把階躍值設(shè)置為 10，得到起動(dòng)