【導(dǎo)讀】能可控電力拖動(dòng)的領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)在理論上和實(shí)踐上。都比較成熟，它是交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所以首先應(yīng)該掌握直流系統(tǒng)。是通過(guò)控制轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因而調(diào)速系統(tǒng)是最基本的拖動(dòng)控制系統(tǒng)。須采用可逆調(diào)速系統(tǒng)。精度和響應(yīng)速度、節(jié)約能源等都具有重要意義。較重要的問(wèn)題之一。不同領(lǐng)域?qū)τ陔姍C(jī)的調(diào)速性能有著不同的要求，因此，不同的。何狀態(tài)、任何條件下只有一組整流裝置工作。錯(cuò)位無(wú)環(huán)流直流可逆調(diào)速系統(tǒng)是直流可逆調(diào)速系統(tǒng)中較為完。電流環(huán)和電壓內(nèi)環(huán)三閉環(huán)的結(jié)構(gòu)，三環(huán)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行都有影響。的作用和意義非常重要：，提高切換的快速性；，保證電流安全換向；

　　

【正文】 (45) 3(1/TmTl)1/2=3*(1/(*))1/2=≤ωcv=KV = 小 時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件 oisTTW 131cv ? (46) iσis 8 00 0 *0 0 1 131TT 131 ??? = 按上述參數(shù) ,電流環(huán)可以達(dá)到動(dòng)態(tài)指標(biāo) σI%=%5%。 電 壓 環(huán)的動(dòng)態(tài) 性能指標(biāo) （ 1） 頻域指標(biāo) 電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖 32所示 ,其開(kāi)環(huán)頻率特性為 : )1()( ??? vVK jTj KjG ??? (47) L(ω)=20lgKI20lgω20lg(1+T∑i2ω2)189。 (48) Φ(ω)=90otg1T∑iω (49) γ(ω)=90otg1T∑iω (410) 根據(jù)典型 I 型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)跟隨指標(biāo)和頻域指標(biāo)的參數(shù)的關(guān)系 ,當(dāng) KVT∑V= 時(shí) , 阻尼比 ξ=，振蕩指標(biāo) MP=1，截止頻率 ωcv=KV= 因此 Φ(ω)=900tg1T∑iω= 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 20 γ(ωci)=180Φ(ω)= （ 2）跟隨性能指標(biāo) σi%=%5% 上升時(shí)間 tr=∑i=*= 超調(diào)時(shí)間 tm=∑i=*= 調(diào) 節(jié)時(shí)間 tS=6T∑i=6*= 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 電流環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的簡(jiǎn)化 設(shè)計(jì)電流環(huán)首先遇到的問(wèn)題是反電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的交叉反饋?zhàn)饔?。它代表轉(zhuǎn)速環(huán)輸出量對(duì)電流環(huán)的影響。實(shí)際系統(tǒng)中的電磁時(shí)間常數(shù) TL一般遠(yuǎn)小于機(jī)電時(shí)間常數(shù) Tm，因而電流的調(diào)節(jié)過(guò)程往往比轉(zhuǎn)速的變化 過(guò)程快得多，也就是說(shuō) 比反電動(dòng)勢(shì) E的變化快得 。反電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流環(huán)來(lái)說(shuō)只是一個(gè)變化緩慢的擾動(dòng)作用，在電流調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)過(guò)程中可以近似的認(rèn)為 E不變，即 △ E=0。這樣，在設(shè)計(jì)電流環(huán)時(shí)，可以暫不考慮反電動(dòng)勢(shì)變化的動(dòng)態(tài)作用， 而將電動(dòng)勢(shì)反饋?zhàn)饔脭嚅_(kāi)，從而得到忽略電動(dòng)勢(shì)影響的電流環(huán)近似結(jié)構(gòu) 。再把給定濾波和反饋濾波兩個(gè)環(huán)節(jié)等效地移到環(huán)內(nèi)。最后， Ts和 Toi一般比 Tl小的多，可以當(dāng)作小慣性環(huán)節(jié)處理，看作一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，取 T∑i=Ts+Toi。 )(* sU i ?? )(sU ct )(0 sU d )(sI dAC R 1?ST Ks s 1/1 ?sT Rl 1?sToi?11 ?soi )a )(* sU i?? )( sU ctAC R)b )( sI d1?sT oi ? )1)(1( / ??? sTsTRKils? 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 21 ?)(* sU i??AC R)c )( sI d )1)(1( / ?? ? sTsT RK il s? 圖 41 電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其化簡(jiǎn) 確定電流環(huán)的時(shí)間常數(shù) 以下數(shù)據(jù) Ts和 Toi,已給定 。 （ 1） 平均失控時(shí)間。參閱相關(guān)數(shù)據(jù) ，三相橋式電路的平均時(shí)空時(shí)間 Ts= （ 2） 電流濾波時(shí)間常數(shù) Toi 三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是 ,為了基本慮平波頭，應(yīng)有 Toi,=,因此取 Toi,=2ms (3) 電流環(huán)時(shí)間常數(shù) T∑I = Ts+Toi= 電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 首先應(yīng)決定要把電流環(huán)校正成哪一類典型系統(tǒng) ,電流環(huán)的一項(xiàng)重要作用就是保持電樞電流在動(dòng)態(tài)過(guò)程中不超過(guò)允許值 ,因而在突加控制作用時(shí)不希望有超調(diào) ,或者超調(diào)量越小越好。從這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā) ,應(yīng)該把電流環(huán)校正成典 Ⅰ 系統(tǒng)?？呻娏鳝h(huán)還有另一個(gè)對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)及時(shí)調(diào)節(jié)的作用 ,為了提高其抗擾性能 ,又希望把電流環(huán)校正成典 Ⅱ 系統(tǒng)。一般情況下 ,當(dāng)控制對(duì)象的兩個(gè)時(shí)間常數(shù)之比 TL/T∑I ≥10時(shí) ,典 Ⅰ 系統(tǒng)的抗擾恢復(fù)時(shí)間還是可以接受的。因此 ,一般多按典 Ⅰ 系統(tǒng)來(lái)設(shè)計(jì)電流環(huán)。 本設(shè)計(jì) 因?yàn)? δi% ≥5%且 TL/T∑I =10。所以 按典 Ⅰ 系統(tǒng)設(shè)計(jì) ,選 PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 ? ?ssKW iiA C R ?? 1s i ?? (411) 式中 iK —電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 22 i? —電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。 為了 讓調(diào)節(jié)器零點(diǎn)對(duì)消掉控制對(duì)象的大時(shí)間常數(shù)極點(diǎn)，選擇 i? =TL, 則電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖可以化簡(jiǎn)為 圖 42： 圖 42 電流環(huán)簡(jiǎn)化成典 型 Ⅰ 系統(tǒng) 電流調(diào)節(jié)器參數(shù)的計(jì)算 (1) 計(jì)算時(shí)間常數(shù)和比例系數(shù) 電流調(diào)節(jié)器積分時(shí)間常數(shù) : τI =Tl = 電流開(kāi)環(huán)增益 : 要求 σi%≤5%,應(yīng)取 ξ= KIT∑i= 因此 KI = ∑i=（ 1/s） 電流反饋系數(shù) β * 10 0 . 0 4 9 ( V /A )1 . 5 1 3 6i i m i md d m n o mU U UI I I? ?? ? ? ? ?? (412) 于是， ACR的比例系數(shù) : ?? ???? SiI KRKK ?? (413) (2)計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容 ???s?IU )1(s ??sT Ki I Id(s) 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 23 按所用運(yùn)放取 R0 =40k(Ω)， 則 Ri = KiR0 = (Ω) Ci =τi /Ri= Coi =4Toi /R0 =4*在工程實(shí)際中 Ri取 6kΩ, iC =1μF, oiC =。 電流環(huán) 校驗(yàn)近似條件 電流環(huán)的截止頻率 ωci =KI = （ 1） 晶閘管裝置傳遞函數(shù)近似條件 ωci ≤1/3Ts (414)現(xiàn)在 ， 1/3TS=1/3*=ωci ，滿足近似條件 。 （ 2） 忽略反電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流環(huán)影響的條件 imTTW 13ct ? (415) 3(1/TmTl)1/2=3*(1/(*))1/2=≤ωci =KI = 小 時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件 oisTTW 131ci ? (416) iσis 8 00 0 *0 0 1 131TT 131 ??? = 按上述參數(shù) ,電流環(huán)可以達(dá)到動(dòng)態(tài)指標(biāo) σI%=%5%。 電流環(huán)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) （ 1） 頻域指標(biāo) 電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖 32所示 ,其開(kāi)環(huán)頻率特性為 : )1()( ??? iIK jTj KjG ??? (417) 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 24 L(ω)=20lgKI20lgω20lg(1+T∑i2ω2)189。 Φ(ω)=90otg1T∑iω γ(ω)=90otg1T∑iω 根據(jù)典型 I型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)跟隨指標(biāo)和頻域指標(biāo)的參數(shù)的關(guān)系 ,當(dāng) KIT∑i= 時(shí) , 阻尼比ξ=，振蕩指標(biāo) MP=1，截止頻率 ωci=KI= 因此 Φ(ω)=90otg1T∑iω= γ(ωci)=180Φ(ω)= （ 2） 跟隨性能指標(biāo) σi%=%5% 上升時(shí)間 tr=∑i=*= 超調(diào)時(shí)間 tm=∑i=*= 調(diào) 節(jié)時(shí)間 tS=6T∑i=6*= 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù) 在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào) 節(jié)器時(shí)，可把已設(shè)計(jì)好的電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)。為此，需求出它的等效傳遞函數(shù)： ? ?? ? ?/cli sU sIWid?? (418) 則 近似條件 : ? ?? ? ? ?12 /1 ????? sTsWsU sI ic l iid ?? (419) ???? ii TTW 5123 1 (420) 式中 ω 為轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率 ,其一般較低。在后續(xù)計(jì)算完成后 ,需校驗(yàn)此近似條件 。 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其近似處理 用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代替電流閉環(huán)后，整個(gè)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如 44（ a） 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 25 所示。把給定濾波和反饋濾波環(huán)節(jié)等效地移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)將給定信號(hào)改為 U*n(s)/α；再把時(shí)間常數(shù)為 Ton 和 2T∑i的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并起來(lái)，近似成一個(gè)時(shí)間常數(shù)為 T∑n 的慣性環(huán)節(jié)，且 T∑n=Ton+2T∑I,， 則轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)圖可轉(zhuǎn)化成圖 44（ b）。 )(* sU n ?? )( sU i )( sI d )(snASR 12 /1 ?? sT i ? 1?sTon?11 ?sTon )a ?? )( sI dL sCeTRm )b?)(* sU n?? )( sIdASR ? 12 / ?? sT n ?? )( sn? )( sI dL sC eTRm )c?)(* sU i?? )( sn)1()1(2 ??? sTssKnnN ? 圖 44 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其近似處理 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 (1) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)選用典型 Ⅱ 型系統(tǒng)的原因 為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，在負(fù)載擾動(dòng)作用點(diǎn)前面必須加上一個(gè)積分環(huán)節(jié)，它應(yīng)該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 中，由于在擾動(dòng)作用點(diǎn)后面已經(jīng)有了一個(gè)積分環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng)該設(shè)計(jì)成典型 Ⅱ 型系統(tǒng)。 這樣的系統(tǒng)同時(shí)也能滿足動(dòng)態(tài)抗擾性能好的要求。 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 26 (2) 典型 Ⅱ 型系統(tǒng)參數(shù)和性能指標(biāo)的關(guān)系 為了分析方便起見(jiàn)，引入一個(gè)新的變量中頻寬 h， 令 h=τ/T=ω2/ω1 (421) h 是斜濾為 20dB/dec 的中頻斷的寬度 (對(duì)數(shù)坐標(biāo) )，稱作 “中頻寬 ”。由于中頻段的狀況對(duì)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)起著決定性的作用，因此 h 只是一個(gè)很關(guān)鍵的參數(shù)。從頻率特性上還可看出，由于 T 一定，改變 τ就等于改變了中頻寬 h；在 τ確定以后，再改變K 相當(dāng)于是開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性上下平移，從而改變了截止頻率 ωc。因此 在設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器時(shí)，選擇兩個(gè)參數(shù) h 和 ωc， 就相當(dāng)于選擇參數(shù) τ和 K。 由 “振蕩指標(biāo)法 ”中所用的閉環(huán)幅頻特性峰值 Mr 最小準(zhǔn)則，對(duì)于一定的 h 值，只有一個(gè)確定的 ωc(或 K)，可以得到最小的閉環(huán)幅頻特性峰值 Mrmin，這時(shí) ωc和 ω1， ω2 之間的關(guān)系是 ω2/ωc = 2h/(h+1) (422) ωc/ω1 = (h+1)/2 (423) 而 ω1+ω2 = 2ωc/(h+1)+2hωc/(h+1)=2ωc 因此 ωc=(1/2)(ω1+ω2)=(1/2)(1/τ+1/T) 對(duì)應(yīng)的最小 M 峰值是 Mrmin=(h+1)/(h1) (424) 確定了 h 和 ωc 以后 ,可以很容易的計(jì)算 τ和 K。由 h 的定義知 τ=hT () (426) n ( 1)K 2nemh C Th R T???