【導讀】第四章工程設計方法設計和整定轉(zhuǎn)速，電流反饋調(diào)速系統(tǒng)…………………的控制規(guī)律是建立在經(jīng)典控制規(guī)律的基礎上的，用傳遞函數(shù)建立動態(tài)數(shù)學模型，指標去衡量它的動靜態(tài)性能。建立模型并整定出帶濾波的電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)，投入運行。暑期實踐及國際交流周，我們將用兩周的時間來完成參數(shù)測定實驗，系統(tǒng)建模，調(diào)節(jié)器整定和系統(tǒng)投入運行。應用現(xiàn)代控制理論，經(jīng)典控制理論雖然物理概念明確，理論分析直觀，但。存在不能實現(xiàn)最優(yōu)控制和大系統(tǒng)控制等問題。隨著離散控制器及其理論的發(fā)展，識，參數(shù)估計和算法魯棒性上的應用，大幅改善了控制效果。研發(fā)新型的電力電子器件，隨著電力電子器件走向耐高壓，大功率，高頻。與嵌入式操作系統(tǒng)結合，嵌入式操作系統(tǒng)的加入能使電力拖動系統(tǒng)擁有更。的數(shù)字伺服系統(tǒng)無疑是目前的研究熱點。T,K分別為系統(tǒng)的慣性時間常數(shù)和開環(huán)增益。線以上，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。的設置和調(diào)整是否恰當，就需要一些相應的指標。

　　

【正文】 曲線 ① 將整定后的參數(shù)調(diào)整好并記錄下來。 ② 調(diào)節(jié)電機的給定分別到 5V，改變負載電機串入的電阻值，記錄電機的電流和轉(zhuǎn)速。 ③ 改變電機給定電壓到 ，將以上步驟重復。 靜特性數(shù)據(jù)和曲線見 Ⅰ .測定過程中的操作和靜特性曲線的定義緊密相關，給定電壓，電樞電阻和勵磁磁通均不能改變，利用負載電機特性與電機特性的穩(wěn)定工作點來確定一組靜特性。 6 得到系統(tǒng)的電流，轉(zhuǎn)速起動波形 ① 將給定調(diào)到最大，突加給定，在示波器上顯示轉(zhuǎn)速（nU)和電樞電流（iU)的起動波形，得到調(diào)整后系統(tǒng)的暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)參數(shù)。 轉(zhuǎn)速電流起動波形見 Ⅰ .繼續(xù)調(diào)整 ASR，ACR 的電容得到較光滑的曲線。 表 43 系統(tǒng)的整定 四川大學電氣信息學院自動化系課程設計 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設計 31 測定的靜特性數(shù)據(jù)為 ctU/V dI/A n/rpm 1458 1461 1460 1459 1455 1454 456 456 454 455 454 453 表 44 系統(tǒng)的靜特性原始數(shù)據(jù) 圖 43 系統(tǒng)的靜特性曲線 系統(tǒng)動態(tài)起動 波形如下 四川大學電氣信息學院自動化系課程設計 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設計 32 圖 44 雙閉環(huán)系統(tǒng)的電流轉(zhuǎn)速起動波形 調(diào)整后的系統(tǒng)的 ASR， ACR 參數(shù)為 ASR ACR nR/?k FCn ?/ ?kRi/ /iC 電流 轉(zhuǎn)速 四川大學電氣信息學院自動化系課程設計 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設計 33 45 關于 ASR和 ACR 調(diào)節(jié)器的進一步探討 圖 45 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的 simulink 仿真和起動波形圖 用計算出來的參數(shù)調(diào)節(jié)測定出的 VM模型，轉(zhuǎn)速，電流超調(diào)量都滿足要求。 四川大學電氣信息學院自動化系課程設計 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設計 34 ASR ACR nR/?k FCn ?/ ?kRi/ FCi ?/ 計算值 327 最終整定值 通過 42 和 43 中計算得到的 ASR 和 ACR 參數(shù)和最終整定出的參數(shù)有較大的區(qū)別，這個區(qū)別有可能是計算中的等效和簡化造成的，當然實際調(diào)試過程中也存在很多偶然性，所以這里只探討參數(shù)數(shù)量級上的差別，不探討具體差多少。 ① 為了簡化設計工作，我們在計算電流內(nèi)環(huán)傳遞函數(shù)時忽略了反電動勢的影響，但是反電動勢和轉(zhuǎn)速成正比，雙閉環(huán)環(huán)系統(tǒng)起動過程中反電動勢的變化會引起起動電流的波動，并且會給電流帶來靜差。忽略轉(zhuǎn)速對電流的影響會減少電流波 動，影響 ACR 和 ASR的比例，時間常數(shù)。 忽略反電動勢對電流環(huán)影響的條件是 lmci TT13?? 實驗中用到的是小電機，機電時間常數(shù)mT偏小，又由于電樞電流偏小 （?)，所用的電感值小，電樞電阻大，所以電磁時間常數(shù)lT也較小，所以忽略反電動勢的條件可能使不穩(wěn)定的，會帶來較大的誤差。 ② 小慣性環(huán)節(jié)的近似，在得到電流內(nèi)環(huán)的簡化中 oisi TTT ??? 小慣性環(huán)節(jié)近似的條件是 oisci TT131?? 由于實際系統(tǒng)階數(shù)比簡化系統(tǒng)高，所以簡化系統(tǒng)的伯德圖截止頻率較低，這個條件不一定滿足。 ③ 高階系統(tǒng)低階化成為一階慣性環(huán)節(jié)，加快了電流的跟隨作用，這樣設計出四川大學電氣信息學院自動化系課程設計 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設計 35 來的系統(tǒng)超調(diào)量會減小，實際運行會出現(xiàn)更大的 超調(diào)。 ④ 計算 ASR 和 ACR 參數(shù)所用的方法主要是針對大電機的，大電機的電感大，電樞電阻?。??2以下），電磁時間常數(shù)大，機電時間常數(shù)也大，而實驗中用到的是小電機，電樞電阻大（ ?48），而且電樞電流也小，所以計算出的參數(shù)只能作為參考。 第五章 設計分析和心得總結 51 實驗中出現(xiàn)的問題 模型參數(shù)測定實驗和工程方法整定過程中出現(xiàn)的問題都已經(jīng)在表 31 和表 41 中列出了。 投入運行后實驗中出現(xiàn)了一系列問題，如 ① 轉(zhuǎn)速反饋線接反。轉(zhuǎn)速反饋環(huán)必須構成負反饋，一旦環(huán)內(nèi)沒有一個環(huán)節(jié)取反，系統(tǒng)就會失去對轉(zhuǎn)速的控制作用，轉(zhuǎn)速很快會上升到 2200rpm 左右。 ② 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的電容過大。在整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)時，為了將系統(tǒng)的波動消除，超調(diào)減少，會出現(xiàn)矯枉過正，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電容過大，積分作用變?nèi)酰到y(tǒng)消除靜差的能力小時間，最大給定電壓時調(diào)不到額定轉(zhuǎn)速上。 ③ 調(diào)節(jié)器調(diào)整不當，引起輸出電流和轉(zhuǎn)速波形出現(xiàn)大量紋波，主要是要把握 ASR 和 ACR 阻值，容值的大概范圍，在這個范圍內(nèi)調(diào)整。 ④ 在 給定電壓太小時，空載或者負載過輕時出現(xiàn)了電流斷續(xù)的現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速也隨之大幅波動。系統(tǒng)的調(diào)速范圍為 3，也就給定電壓對應的額定轉(zhuǎn)速不能低于 483rpm。 ⑤ 同樣是空載，加入負載電機，切除負載電阻和直接切除負載電機對系統(tǒng)靜特性的影響，即使扣除負載電機存在空載轉(zhuǎn)矩，仍然不同，這可能是負載電機等效成拖動端的模型是一個阻抗模型而不是一個簡單的電阻的緣故。 52 實驗心得體會 四川大學電氣信息學院自動化系課程設計 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設計 36 這次實驗是一次按部就班的課程設計，但是讓我們對平常沒有注意到的已知參數(shù)有了更多地了解，和更深刻的認識。 首先是傳遞函數(shù)模型，以往傳遞函數(shù)模型都是 題設中已知的，這次是第一次讓我們自己來測量分析雙閉環(huán)系統(tǒng)各個部分的模型，讓我認識到，模型就是對環(huán)節(jié)主要參數(shù)的突出和對次要參數(shù)或者復雜參數(shù)的忽略，例如電機的模型，我們只抓住了電機的慣性特性（電機的起動需要時間，起動過程電流和轉(zhuǎn)速都有一個變化過程）和電磁特性（電機在電路中就等效為一個實際電感）。對于晶閘管整流電源，我們就抓住了整流類型對輸出的影響（平均失控時間）和電源輸出電壓與控制電壓的關系（電源放大系數(shù)）。 同時，自己建立和化簡傳遞函數(shù)模型的過程也使自己加深了對傳遞函數(shù)作用的理解，傳遞函數(shù)的存在可以大致描述但 輸入單輸出的系統(tǒng)，對于可能存在的耦合，傳遞函數(shù)模型無法準確地描述，這也是為什么電流環(huán)的簡化模型忽略了反電動勢。傳遞函數(shù)模型的簡化大大降低了描述的精度，特別是對于不合適的簡化，例如本次實驗中所用的電機，一定程度上不符合所有的簡化過程，造成了較大的偏差。 然后是工程方法整定調(diào)節(jié)器，我們第一次對限幅有了體會，實際系統(tǒng)中的積分器一定有飽和，為了防止飽和，有必要人為設置限幅，限幅值的大小取決于輸出端的兩個正負鉗位電阻，與輸入無關。然后是電流反饋和轉(zhuǎn)速反饋，都是以前運動控制實驗中涉及到的，值得記住的是調(diào)節(jié)電流反饋系數(shù)時所用的方法，利用傳感器輸入輸出的線性性，用一半的輸入去調(diào)一半的輸出，防止電路長時間過流。 最后是參數(shù)整定，計算得到的調(diào)節(jié)器參數(shù)只能作為參考，實際整定的結果和計算有相當大的差距，這是簡化過程和計算偏差帶來的，測定靜特性方程和動態(tài)起動波形圖的方法都是以往涉及的的，這次只是再溫習罷了。 作為本科生涯的最后一次課程實驗，我覺得自己還是缺乏準備的，導致實驗完成得比較凌亂，對于實驗平臺也沒有去查找資料，做一些理解，以后無論是學習還是工作中遇事還是要多做準備，實驗能力相比前兩次在同一實驗平臺的經(jīng)歷還是有所提高的，至少自己 試著去尋找問題了，但是由于沒有理清實驗的思路，只是搬套老師的步驟，這就顯得意義不大了，真正的實驗四川大學電氣信息學院自動化系課程設計 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設計 37 應該是自己需要實驗驗證自己的想法，實驗前就要羅列實驗中要驗證或者尋找的說法。自己要理解老師的實驗要求，變成自己在做實驗。 關于實驗報告的完成，這次實驗報告相比自己以前的，無論是在排版還是在思路上都有提高，排版上保持實驗過程，分析過程，計算推導過程結構化，特別是實驗過程，用表格的形式，可以給需要完成實驗的人一目了然的說明。在實驗報告的思路上，大致順序是按實驗的時間順序完成的，不過同樣實驗部分的實驗前分析，實驗過程和 實驗結論是寫在一起的，便于查閱。然而，實驗報告的概括性仍然不夠，以后提高的方向是用更少的話寫更多地步驟過程和分析想法。在這里還是感謝一下肖勇老師，感謝他在百忙之中為我們悉心指導。 四川大學電氣信息學院自動化系課程設計 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設計 38 第六章 實驗原始數(shù)據(jù) 51 建模測定數(shù)據(jù) 四川大學電氣信息學院自動化系課程設計 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設計 39 52 系統(tǒng)調(diào)試實驗數(shù)據(jù) 四川大學電氣信息學院自動化系課程設計 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設計 40