【正文】 設(shè)置雙閉環(huán)控制的一個重要目的就是要獲得接近理想起動過程，因此在分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能時，首先探討它的起動過程。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓 nU? 由靜止?fàn)顟B(tài)起動時，轉(zhuǎn)速和電流的動態(tài)過程示于下圖。由于在起動過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個動態(tài)過程就分成圖中標(biāo)明的 I、 II、 III 三個階段。 第 I 階段電流上升的階段（ 10~t ） 突加給定電壓 nU? 后，通過兩個調(diào)節(jié)器的控制作用，使 cU 、 0dU 、 dI 都上升，但是在當(dāng) dI 沒有達(dá)到負(fù)載電流 dLI 以前，電動機(jī)還不能轉(zhuǎn)動。當(dāng) d dLII? 后，電動機(jī)開始轉(zhuǎn)動。由于機(jī)電慣性的作用，轉(zhuǎn)速的增長不會很快，因而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 的輸入偏差電壓 n n nU U U?? ? ? 數(shù)值較大，其輸出很快達(dá)到限幅值imU? ，強(qiáng)迫電流 dI 迅速上升。當(dāng) d dmII? 時， i imUU?? ，電流調(diào)節(jié)器的作用使 dI北京化工大學(xué) 繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 不在迅速增長，標(biāo)志著這一階段的結(jié)束。在這一階段中， ASR 由不飽和很快達(dá)到飽和，而 ACR 一般應(yīng)該不飽和，以保證電流環(huán)的調(diào)節(jié)作用。 圖 45 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動過程的轉(zhuǎn)速和波形 第 II 階段 ( 12~tt)是恒流升速階段。 該 階段是起動過程中的主要階段。在這個階段中， ASR 始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)，系統(tǒng)成為在恒值電流 imU? 給定下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流 dI 恒定，因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長。與此同時，電機(jī)的反電動勢 E 也按線性增長，對電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)來說， E 是一個線性漸增的擾動量，為了克服它的擾動， 0dU 和 cU 也必須基 本上按線性增長， dI 才能保持恒定。當(dāng) ACR 采用 PI 調(diào)節(jié)器時，要使其輸出量按線性增長，其輸入偏差電壓 i im iU U U?? ? ? 必須維持一定的恒值，也就是說， dI 應(yīng)略低于 dmI 。 第 Ⅲ 階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段（ 2t 以后） 北京化工大學(xué) 繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給定值時 0nn?? ，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 的輸入偏差減少到零，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值 imU? ，所以電機(jī)仍在加速 ,使轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后， ASR 輸入偏差電壓變負(fù)，使它開始退出飽和狀態(tài)， iU? 和 dI很快下降。但是，只要仍大于負(fù)載電流 dLI ，轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。直到 dI = dLI 時，轉(zhuǎn)矩 eLTT? ，則 dndt =0，轉(zhuǎn)速 n 才到達(dá)峰值（ 3t = t 時）。此后，電動機(jī)開始在負(fù)載的阻力下減速，與此相應(yīng)，在 34tt段時間內(nèi)， dI dlI? ，直到穩(wěn)定。 在這最后的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段內(nèi)， ASR 和 ACR 都不飽和， ASR 起主導(dǎo)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)作用，而 ACR 則力圖使 dI 盡快地跟隨其給定值 iU? ，或者說，電流內(nèi)環(huán)是一個電流隨動子系統(tǒng)。 綜上所述，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動過程有以下三個特點： 1． 飽和非線性控制 根據(jù) ASR 的飽和與不飽和，整個系統(tǒng)處于完全不同的兩種狀態(tài)：當(dāng) ASR飽和時，轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流調(diào)節(jié)的單閉環(huán)系統(tǒng)；當(dāng) ASR 不飽和時，轉(zhuǎn)速環(huán)閉環(huán)，整個系統(tǒng)是一個無靜差調(diào) 速系統(tǒng)，而電流內(nèi)環(huán)表現(xiàn)為電流隨動系統(tǒng)。 2． 轉(zhuǎn)速超調(diào) 由于 ASR 采用了飽和非線性控制，起動過程結(jié)束進(jìn)入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段后，必然使轉(zhuǎn)速超調(diào)， ASR 的輸入偏差電壓 △ Un 為負(fù)值，才能使 ASR 退出飽和。這樣，采用 PI 調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速響應(yīng)必然有超調(diào)。 3． 準(zhǔn)時間最優(yōu)控制 起動過程中的主要階段是第 II 階段的恒流升速，它的特征是電流保持恒定。一般選擇為電動機(jī)允許的最大電流，以便充分發(fā)揮電動機(jī)的過載能力，使起動過程盡可能最快。這階段屬于有限制條件的最短時間控制。因此，整個起動過程可看作為是一個準(zhǔn)時間最優(yōu)控制。 北京化工大學(xué) 繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器的作用 綜上所述，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中的作用可以分別歸納如下： 1． 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用 （ 1） ．轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速 n 很快地跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用 PI 調(diào)節(jié)器，則可實現(xiàn)無靜差。 （ 2） ．對負(fù)載變化起抗擾作用。 （ 3） ．其輸出限幅值決定電機(jī)允許的最大電流。 2． 電流調(diào)節(jié)器的作用 （ 1） ．作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在外環(huán)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化； （ 2） ．對電網(wǎng)電壓的波 動起及時抗擾的作用； （ 3） ．在轉(zhuǎn)速動態(tài)過程中，保證獲得電機(jī)允許的最大電流，從而加快動態(tài)過程； （ 4） ．當(dāng)電機(jī)過載甚至堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護(hù)作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動恢復(fù)正常。這個作用對系統(tǒng)的可靠運(yùn)行來說是十分重要的。對于調(diào)速系統(tǒng) ,最重要的動態(tài)性能是抗擾性能。在系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，電壓波動可以通過電流反饋得到比較及時的調(diào)節(jié)，不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才能反饋回來，抗擾性能大有改善。因此 ,在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中 ,由電網(wǎng)電壓波動引起的轉(zhuǎn)速動態(tài)變化會比單閉環(huán)系統(tǒng)小的多。 北京化工大學(xué) 繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 第 節(jié) 調(diào)速系統(tǒng)主、控電路圖 北京化工大學(xué) 繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 第 節(jié) 調(diào)試過程 經(jīng)過實驗室的調(diào)試，系統(tǒng)最終能較好地運(yùn)行，從零速開始速度給定，以及突加速度給定信號，系統(tǒng)都能夠正常地起動，升速至給定的速度值。 第一個問題是，突加速度給定信號時，電流速度的動態(tài)運(yùn)行曲線在示波器上看到，而且在未經(jīng)過系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試，即使從零開始升速啟動時出現(xiàn)過流報警現(xiàn)象，而當(dāng)時的轉(zhuǎn)速并不高，負(fù)載也不是很大。出現(xiàn)這種情形的，本人認(rèn)為是首先雖然各個單元已經(jīng)調(diào)試好，但不等于整個系統(tǒng)參數(shù)就已經(jīng)很好這是不同的。系統(tǒng)的各個模塊單元之間有一定的耦合關(guān)系，系統(tǒng)表現(xiàn)出來的性能與 各個模塊都相關(guān)的，它們之間的參數(shù)會互相牽制，一旦某個參數(shù)整定稍微不合理就有可能使得系統(tǒng)的性能大大降低，所以在此更顯出系統(tǒng)總體調(diào)試的必要性和關(guān)鍵性。針對出現(xiàn)的問題，本人反復(fù)整定， ACR 和 ASR 的 PI參數(shù)，特別是速度環(huán)的 PI 參數(shù)，稍微偏那么一點，系統(tǒng)表現(xiàn)出來的現(xiàn)象不一樣，由開始的在模擬電流表上看到指示針在比較大地左右擺動，而且幅度也比較大，到經(jīng)過反復(fù)的調(diào)整 ASR 的 PI參數(shù)， ACR 的 PI參數(shù)，速度反饋系數(shù)? 和電流的反饋系數(shù) ? ，系統(tǒng)的電流電壓波形在示波器上看到的曲線也比較平穩(wěn)，也基本沒有出現(xiàn)曲線的波動，速度也可以調(diào)上高速即額定轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行。 第二個問題是，系統(tǒng)突加給定時，開始這個速度給定難以調(diào)到很高，否則也同樣出現(xiàn)過流跳閘報警，速度也只能在 800 左右突加速度給定，鑒于這個問題，我認(rèn)為是系統(tǒng)的電流超調(diào)量過大， PI 參數(shù)中，增大比較有利于系統(tǒng)的快速性，但與此同時也增加了系統(tǒng)的超調(diào)量，從而必須加大反饋的作用或者增加 I 的作用，稍微減少 P 的強(qiáng)度，按照這樣，經(jīng)過調(diào)試果然效果不一樣，突加給定的信號可以給到很大，基本上是 0~額定速度的給定范圍 ，說明系統(tǒng)的參數(shù)經(jīng)過整定后比較好，而且系統(tǒng)在正反轉(zhuǎn)的下都可以突加給定，正常運(yùn)行。 第三個問題，就是電動機(jī)在零速時出現(xiàn)蠕動，現(xiàn)象是左右轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象有兩種可能性，一，系統(tǒng)的晶閘管的觸發(fā) 的偏置電壓未調(diào)整好，另外一種就北京化工大學(xué) 繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 是系統(tǒng)的回環(huán)比較整定不理想，針對這個，我專門調(diào)試了偏置電壓的問題，所以不會偏置電壓的問題，所以應(yīng)該是回環(huán)比較的問題。但在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)實驗的那個系統(tǒng)它的電位器出現(xiàn)了誤差太大，難以整定的。所以在 15 轉(zhuǎn) /MIN以下系統(tǒng)很難正常運(yùn)行。不過最終系統(tǒng)基本能達(dá)到控制的要求很技術(shù)指標(biāo)，滿足生產(chǎn)的要求。北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 33 總 結(jié) 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )工作是實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)的綜合性實踐教學(xué)環(huán)節(jié) ,是本科學(xué)生開始從事科學(xué)研究和工程設(shè)計的初步嘗試 ,是培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的基本理論、基本知識和基本技能解決實際問題能力、獨(dú)立工作能力和創(chuàng)新能力的重要途徑，是學(xué)生將所學(xué)知識深化和升華的重要過程，也是對學(xué)生四年的學(xué)習(xí)成果、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的全面檢驗。從最初的選題，開題到計算、繪圖直到完成設(shè)計。其間，查找資料，老師指導(dǎo)，與同學(xué)交流，反復(fù)修改圖紙，每一個過程都是對自己能力的一次檢驗和充實。 通過這次實踐，我了解了電動機(jī)調(diào)速的方法，知道了如何實現(xiàn)電動機(jī)的無級調(diào)速，鍛煉了工程設(shè)計實踐能力，培養(yǎng)了自己獨(dú)立設(shè)計能力。此次畢業(yè)設(shè)計是對我專業(yè)知識和專業(yè)基礎(chǔ)知識一次實際檢驗和鞏固，同時也是走向工作崗位前的一次熱身。但是畢業(yè)設(shè)計也暴露出自己專業(yè)基礎(chǔ)的很多不足之處。比如缺乏綜合應(yīng)用專業(yè)知識的能力，對電路器件功能不了解，對電動機(jī)運(yùn)行原理知識不理解，等等。 這次實踐是對自己大學(xué)四年所學(xué)的一次大檢閱，使我明白自己知識還很淺薄，雖然馬上要畢業(yè)了，但是自己的求學(xué)之路還很長，以后更應(yīng)該在工作中學(xué)習(xí)，努力使自己 成為一個對社會有所貢獻(xiàn)的人，為中國的發(fā)展添上自己的微薄之力。 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 34 參考文獻(xiàn) [1] 唐介 .電機(jī)與拖動 . 北京 :高等教育出版社 ,2021 年 [2] 趙影 .電機(jī)與電力拖動 . 北京 :國防工業(yè)出版社 ,2021 年 [3] 孟憲芳 .電機(jī)及拖動基礎(chǔ) . 西安 :西安電子科技大學(xué)出版社 ,2021 年 [4] 許翏 . 電機(jī)與電氣控制技術(shù) . 機(jī)械工業(yè)出版社， 2021 年 [5] 張家生 .電機(jī)原理與拖動基礎(chǔ) .北京郵電學(xué)院出版社， 2021 年 [6] 鄭立平 .電機(jī)與拖動技術(shù) .大連理工大學(xué)出版社， 2021 年 [7] 陳世元 .電機(jī)學(xué) .中國電力出版社， 2021 年 [8] 陳世元 .電機(jī)學(xué) .中國電力出版社， 2021 年 [9] 徐邦荃 .直流調(diào)速系統(tǒng)與交流調(diào)速系統(tǒng) .華中科技大學(xué)出版社 ,2021 年 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 35 致 謝 在本次設(shè)計過程中， 感謝導(dǎo) 師對該 設(shè)計 從選題，構(gòu)思到最后定稿的各個環(huán)節(jié)給予細(xì)心指引與教導(dǎo) ,使我得以最終完成畢業(yè)設(shè)計。在學(xué)習(xí)中 ,老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、豐富淵博的知識、敏銳的學(xué)術(shù)思維、精益求精的工作態(tài)度以及侮人不倦的師者風(fēng)范是我終生學(xué)習(xí)的楷模，導(dǎo)師們的高深精湛的造詣與嚴(yán)謹(jǐn)求實的治學(xué)精神，將永遠(yuǎn)激勵著我。這三年中還得到眾多老師的關(guān)心支持和幫助。在此，謹(jǐn)向老師們致以衷心的感謝和崇高的敬意！ 最后，我要向百忙之中抽時間對本文進(jìn)行審閱 ，評議和參與本人論文答辯的各位老師表示感謝。 精品文檔 36