【導(dǎo)讀】到實(shí)踐的橋梁作用。因此，必須認(rèn)真組織，周密布置，積極實(shí)施，以期達(dá)到下述教。工作，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)和實(shí)際查閱相關(guān)設(shè)計(jì)資料能力的目的。際工作打下良好基礎(chǔ)。進(jìn)行方案論證和設(shè)計(jì)計(jì)算，要求概念清楚、方案合理、方法正確、步驟完整。要求掌握交直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容、方法和步驟。要求會(huì)查閱有關(guān)參考資料和手冊(cè)等。要求學(xué)會(huì)選擇有關(guān)元件和參數(shù)。要求學(xué)會(huì)繪制有關(guān)電氣系統(tǒng)圖和編制元件明細(xì)表。學(xué)生分組、布置題目。

　　

【正文】 滿足條件。 忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響條件： 1113 3 22 .3 60. 18 0. 1 ciml STT ??? ? ? ???， 滿足條件。 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件： 11 1 1 1 3 cis oi sTT ??? ? ? ? ???， 滿足條件。 ⑧計(jì)算調(diào)節(jié)器的電阻和電容 取運(yùn)算放大器的 3 0iR =40 ?k ，有 0RKR ii ?? =?40=?k ，取 220?k ， 3 0 .1 0 .4 5220ii iCFRk? ?? ? ??，取 F? ， 3 FkRTC oioi ? 0 ?????，取 F? 。故 ? ? ? ?sKsW iiiACR ?? 1??= ? ? ss??。 22 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)和校驗(yàn) ① 電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù) 1/IK 在前面的計(jì)算中，已取 ?? ，則 1 2 2 0 .0 0 3 7 0 .0 0 7 4I TsK ?? ? ? ?。 ② 轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù) onT 根據(jù)所用沒(méi)速發(fā)電機(jī)紋波情況，取 ? 。 ③ 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù) 1 0 . 0 0 7 4 0 . 0 1 0 . 0 1 7 4n o nIT T sK? ? ? ? ? ?。 ④ 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的選擇 按設(shè)計(jì)要求，選用 PI 調(diào)節(jié)器，其傳函為 ? ? ? ?ssKsW nnnAS R ? ?? ?? 1， 其模擬電路圖如圖 52 所示。其結(jié)構(gòu)與電流調(diào)節(jié)器一樣。在此不再重述。 ⑤ 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的 參數(shù)計(jì)算 按跟隨和抗干擾性能較好原則，取 h=5,則 ASR 的超前時(shí)間常數(shù)為：5 0 .0 1 7 4 0 .0 8 7nnhT s? ?? ? ? ?， 轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益 12 2 2 216 3 9 6 . 3 52 2 5 0 . 0 1 7 4NnhKshT ???? ? ???。 ASR 的比例系數(shù)為： ? ?1 6 0 . 1 2 0 . 1 9 3 0 . 1 8 1 4 . 42 2 5 0 . 0 1 1 0 . 0 1 7 4emn nh C TK h R T?? ??? ? ? ?? ? ?? ? ? ?。 ⑥ 檢驗(yàn)近似條件 轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為11 3 9 6 . 4 0 . 0 8 7 3 4 . 5Nc n N nK Ks??? ?? ? ? ? ? ?。 圖 52 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 3 R 0 n / 2 3 R 0 n / 23 R 0 n / 2 3 R 0 n / 23 R b a l3 R n 3 C n3 R 23 R W 33 R W 43 V D 53 V D 63 V D 73VD8+ 1 5 V 1 5 V3 C o n3 C o n*nU nU *iU 23 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為iI WsTK ??? ?? 0 3 ，滿足條件。 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為 ：onI WsTK ??? ? 3 53131， 滿足近似條件。 ⑦ 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容： 取 0R =40 ?k ，則 0 1 4 .4 4 0 5 7 6nnR K R k? ? ? ? ? ?，取 620?k 。 3 0 .0 8 7 0 .1 4620nn nCFRk? ?? ? ??，取 F? 3 FkCon ?140 ?????，取 1 F? 。 故 ? ? ? ? ? ?1 1 4 . 4 0 . 0 8 7 10 . 0 8 7nnA S R nK s sWs ss?? ? ? ????。 ⑧ 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量： 由 h=4，查得 % 10%n? ??，不滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)使 ASR 退 飽和重 計(jì)算 n? 。設(shè)理想空載 z=0， h=5時(shí)，查得bCCmax? =%，所以 n? =2（bCCmax? ）（ z?? ）mnN TTnn ?? ?? = 2 8 5 0 . 0 1 7 42 8 1 . 2 % 1 . 5 0 . 0 6 7 6 . 7 % 1 0 %1 0 0 0 0 . 1 8? ? ? ? ? ? ?，滿足設(shè)計(jì)要求。 24 6 系統(tǒng) MATLAB 仿真 本次系統(tǒng)仿真采用目前比較流行的控制系統(tǒng)仿真軟件 MATLAB，使用 MATLAB 對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真的主要方法有兩種，一是以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，使用 MATLAB 的 Simulink 工具箱對(duì)其進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真研究。另外一種是面向控制系統(tǒng)電氣原理結(jié)構(gòu)圖，使用 Power System 工具箱進(jìn)行調(diào)速系統(tǒng)仿真的新方法。本次系統(tǒng)仿真采用后一種方法。 系統(tǒng)的建模與 參數(shù)設(shè)置 系統(tǒng)的建模 采用 Simulink 工具箱中的 Power System 模塊組成的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)如圖 61 所示。模型由晶閘管 直流電動(dòng)機(jī)組成的主回路和轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器組成的控制回路兩部分組成。其中的主電路部分，交流電源、晶閘管整流器、觸發(fā)器、移相控制環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)等環(huán)節(jié)使用 Power System 模型庫(kù)的模塊?？刂苹芈返闹黧w是轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器。模型中轉(zhuǎn)速反饋和電流反饋均取自電動(dòng)機(jī)測(cè)量單元的轉(zhuǎn)速和電流輸出端，減小了測(cè)速和電流檢測(cè)環(huán)節(jié)，這不會(huì)影響仿真的真實(shí)性。電流調(diào)節(jié)器 ACR 的輸 出端其后面的環(huán)節(jié)運(yùn)算后，得到移相控制電壓，去控制整流橋的輸出電壓。而電流調(diào)節(jié)器 ACR 的輸出限幅就決定控制角的最大和最小限制。 圖 61 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型 負(fù)載 25 模型參數(shù)設(shè)置 （ 1） 交流電路電源的參數(shù)設(shè)置 由于整流變壓器的二次電壓為 110V，其峰值電壓為 22 2 110 155 .56UV? ? ?， 將 U 相、 V 相、 W 相電壓發(fā)生器的峰值設(shè)為 ，頻率設(shè)為 50Hz，相位依次設(shè)為 0176。、 120176。、 120176。 （ 2）晶閘管的參數(shù)設(shè)置 ??， ? ， 0fV? ， 50Rs??， 250 9Cs e??（ 250 109） F （ 3）同步觸發(fā)脈沖模塊的參數(shù)設(shè)置 頻率設(shè)為 50Hz，脈沖寬度設(shè)為 10176。，選擇雙脈沖觸發(fā) 方式。 （ 4）電機(jī)模型的設(shè)置 勵(lì)磁電阻為 / 2 2 0 / 1 .6 1 3 7 .5ffUI ? ? ?。 求電樞繞組和勵(lì)磁繞組的互感 afL 因?yàn)? 2 2 0 0 . 5 5 5 0 . 1 9 3 m i n /1000N a Ne NU R IC V rn? ??? ? ? ?， 6 0 6 0 0 .1 9 3 1 .8 4 322EeKC??? ? ? ? 所以 / 1 .8 4 3 / 1 .6 1 .1 5a f E fL K I H? ? ? 電機(jī)的額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩 9 . 5 5 9 . 5 5 0 . 1 9 3 5 5 1 0 1 . 3 7L e nT C I N m? ? ? ? ? ? 按以上計(jì)算出的參數(shù)，設(shè)置好電機(jī)模型。 系統(tǒng)仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析 當(dāng)建模和參數(shù)設(shè)置完成后，在開(kāi)始仿真前，需要對(duì)仿真器參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，選擇“ Simulation”菜單中的“ Simulation parameters”命令，出現(xiàn)仿真參數(shù)設(shè)置對(duì)話框。選擇 ode23tb 算法，將相對(duì)誤差設(shè)置為 1e3（ 1 103），開(kāi)始時(shí)間設(shè)置為 ，停止時(shí)間設(shè)置為 ，然后 點(diǎn)擊“ OK”退出設(shè)置。單擊工具欄的 按鈕，即可進(jìn)行仿真。 （ 1）空載起動(dòng) 將圖 61中的負(fù)載給定設(shè)為 0，轉(zhuǎn)速給定設(shè)為 1000，啟動(dòng)仿真，得到如圖 62所示的結(jié)果，從圖可看出，剛起動(dòng)時(shí)，電樞電流各電磁轉(zhuǎn)矩很大，并被限制在最大值，轉(zhuǎn)速上升很快，轉(zhuǎn)速超調(diào)后，電樞電流幾乎下降到 0，轉(zhuǎn)速很快穩(wěn)定到給定轉(zhuǎn) 26 圖 64 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，低速時(shí)運(yùn)行過(guò)程 圖 65 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，負(fù)載變化時(shí)運(yùn)行過(guò)程 速，在穩(wěn)態(tài)時(shí)，電樞電流基本為 0。 （ 2）負(fù)載起動(dòng) 將圖 61 中的負(fù)載給定設(shè)為 10，轉(zhuǎn)速給定設(shè)為 1000，啟動(dòng)仿真，得到如圖63 所示的結(jié)果，從圖可看出，剛起動(dòng)，電樞電流各電磁轉(zhuǎn)矩很大，并被限制在最大值，轉(zhuǎn)速上升很快 ，轉(zhuǎn)速超調(diào)后，電樞電流下降很快，轉(zhuǎn)速很快穩(wěn)定到給定轉(zhuǎn)速，在穩(wěn)態(tài)時(shí)，電樞電流約為 15A。 （ 3）低速動(dòng)行過(guò)程 將圖 61 中的負(fù)載給定設(shè)為 10，轉(zhuǎn)速給定設(shè)為 100，啟動(dòng)仿真，得到如圖 64所示的結(jié)果。從圖可看出，起動(dòng)時(shí)電樞電流各電磁轉(zhuǎn)矩沒(méi)達(dá)到最大允許值，轉(zhuǎn)速也沒(méi)有超調(diào)，穩(wěn)態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)速仍穩(wěn)定中給定轉(zhuǎn)速。 （ 4）負(fù)載變化 將圖 61 中的負(fù)載給定模塊換為一個(gè)階躍函數(shù)模塊，并設(shè)置延時(shí)時(shí)間為 1s，初值為 10，終值為 50。轉(zhuǎn)速給定設(shè)為 1000，啟動(dòng)仿真，得到如圖 65所示的結(jié)果。從圖可看出，系統(tǒng)穩(wěn)定后突增負(fù)載 ，轉(zhuǎn)速略有下降，但很快又穩(wěn)定在給定轉(zhuǎn)速。電樞電流增大很多。 從以下的仿真結(jié)果可看出，所設(shè)計(jì)的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)滿足要求。 27 7 設(shè)計(jì)心得 通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我基本上掌握了直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。具體的說(shuō)，第一，了解了調(diào)速的發(fā)展史的同時(shí)，進(jìn)一步了解了交流調(diào)速系統(tǒng)所蘊(yùn)涵的發(fā)展?jié)摿?，掌握了這一方面未來(lái)的發(fā)展動(dòng)態(tài)；第二，了解了雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的基本組成以及其靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性；第三，基本掌握了 ASR、 ACR（速度、電流調(diào)節(jié)器）為了滿足系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)指標(biāo)在結(jié)構(gòu)上的選取，包括其參數(shù)的計(jì)算；第四，運(yùn)用 MATLAB 仿真系 統(tǒng)對(duì)所建立的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行的仿真，與此同時(shí)，進(jìn)一步熟悉了 MATLAB 的相關(guān)功能，掌握了其使用方法。 本課程設(shè)計(jì)綜合運(yùn)用了自動(dòng)控制原理、電力電子技術(shù)、電力拖動(dòng)與控制技術(shù)等的知識(shí)，為了更好的完成設(shè)計(jì)，我又重新復(fù)習(xí)了一遍原來(lái)所學(xué)的知識(shí)，加深了對(duì)知識(shí)的理解，提高了對(duì)知識(shí)的應(yīng)用能力，同時(shí)使我認(rèn)識(shí)到了各個(gè)課程之間是緊密聯(lián)系的。 總之，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我不僅學(xué)到了以前從未接觸過(guò)的新知識(shí)，而且學(xué)會(huì)了獨(dú)立的去發(fā)現(xiàn)，面對(duì)，分析，解決新問(wèn)題的能力，不僅學(xué)到了知識(shí)，又鍛煉了自己的能力，使我受益非淺，同時(shí)感謝在設(shè)計(jì)中提供幫助的 老師和同學(xué)們。 28 參考文獻(xiàn) 【 1】 陳伯時(shí) . 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) —— 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020 【 2】 楊蔭福 . 段善旭、朝澤云 .電力電子裝置及系統(tǒng) .北京：清華大學(xué)出版社， 2020 【 3】 王兆安 . 黃俊 .電力電子技術(shù) . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020 【 4】 李發(fā)海 . 王巖 .電機(jī)拖動(dòng)基礎(chǔ) . 第三版 . 北京：清華大學(xué)出版社， 2020 【 5】 李友善 . 自動(dòng)控制原理 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020 【 6】 周淵深 . 交直流調(diào)速系統(tǒng)與 MATLAB 仿真 . 北京：中國(guó)電力出版社， 2020