【正文】 1，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和：此時兩個調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時，他們的輸入偏差電壓都為零，即（式 ）nUn??*(式 )diiI?（）0*n 0A段。由 ，且ASR不飽和diiI??*得： ，說明n 0A段靜特性從 (理想空載狀態(tài)) 一直延續(xù)到*imiU??dmI?0，而 一般都大于額定電流 的。dI?d dnomI2，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和：此時，ASR 輸出達到限幅值 ，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，*imU沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）33轉(zhuǎn)速的變化對系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響。雙閉環(huán)變成一個電流無靜差的單閉環(huán)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時有：（）dmidIUI??*。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負載電流小于 時dmI表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，轉(zhuǎn)速負反饋起主要調(diào)節(jié)作用。當負載電流達 到后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)dmI器飽和，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差，得到過電流的自動保護。圖 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型U*n? UctIdLnUd0Un+? UiWASR(s) WACR(s) Ks Tss+11/RTl s+1RTmsU*i Id1/Ce+E圖 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖雙閉環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的主要形式仍然是以傳遞函數(shù)或零極點模型為基礎(chǔ)的沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）34系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖。圖中和 分別表示轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。為了引出電流反)(sWASR)(sACR饋，在電動機的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖中必須把電樞電流 顯露出來。dI 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動過程分析設(shè)置雙閉環(huán)控制的一個重要目的就是要獲得接近于理想的起動過程，因此在分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能時，有必要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 由靜止狀態(tài)起動時，轉(zhuǎn)速和電流的動態(tài)過程如圖 。*iU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、退飽和三個階段，整個動態(tài)過程就分成圖中標明的I、II、III三個階段。1，第I階段（0～t 1）是電流上升階段。突加給定電壓 后，通過兩個調(diào)節(jié)器的跟隨作用，使 、 、 都上升，*nUctU0dI但是在 沒有達到負載電流 之前，電動機還不能轉(zhuǎn)動。當 后，電動機開dIdLI LI?始轉(zhuǎn)動。由于機電慣性的作用，轉(zhuǎn)速不會很快增長，因而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差電壓 的數(shù)值仍較大，其輸出電壓保持限幅值 ，強迫電樞電流nn???* *im迅速上升。直到 ， ,電流調(diào)節(jié)器很快就壓制了 不再迅速增長，dIdmI?*imiUdI標志著這一階段的結(jié)束。在這一階段中，ASR很快進入并保持飽和狀態(tài)，而ACR一般不飽。2，第II階段（t 1～t 2）是恒流升速階段。恒流升速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)相當于開環(huán)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流給定 作用下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上*imU保持電流 恒定，因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長（圖 ） 。與此同時，dI電動機的反電動勢 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（圖 ） 。為了克服這個擾動， 和 也必須基本上按線性增長，才能保持0dcId 恒定。當 ACR 采用 PI 調(diào)節(jié)器時，要使其輸出量按線性增長，其輸入偏差電壓沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）35必須維持一定的恒值，也就是說， 應(yīng)略低于 。此外還應(yīng)指出，iimiU???* dIdmI為了保證電流環(huán)的這種調(diào)節(jié)作用，在起動過程中 ACR 不應(yīng)飽和。3，第 III 階段（t 2 以后）是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。當轉(zhuǎn)速上升到給定值 時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 的輸入偏差減少到零，但其0*n?輸出卻由于積分作用還維持在限幅值 ，所以電動機仍在最大電流下加速，必然*imU使轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR 輸入偏差電壓變負，使它開始退出飽和狀態(tài)，輸出電壓 和主電流 也因而下降。但是，由于 仍大于負載電流 ，轉(zhuǎn)速將在一段*iUdI dIdLI時間內(nèi)繼續(xù)上升。直到 = 時，轉(zhuǎn)矩 = ，則 dn/dt=0，轉(zhuǎn)速 n 才能到達峰值。dLIeTL此后，電動機開始在負載的阻力下減速，與此相應(yīng),電流出現(xiàn)一段小于 的過程,直dLI到穩(wěn)定。圖 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動時的轉(zhuǎn)速和電流波形雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動過程的三個特點：1．飽和非線性控制當 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 ASRnOOttIdnIdLId I II IIIt4 t3 t2 t1 *沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）36不飽和時，轉(zhuǎn)速環(huán)閉環(huán)，整個系統(tǒng)是一個無靜差系統(tǒng)，而電流內(nèi)環(huán)則表現(xiàn)為電流隨動系統(tǒng)。2．準時間最優(yōu)控制在恒流升速階段，系統(tǒng)電流為允許最大值，并保持恒定，使系統(tǒng)最快起動，即在電流受限制條件下使系統(tǒng)最短時間內(nèi)起動。3．轉(zhuǎn)速超調(diào)由于 PI 調(diào)節(jié)器的特性，只有使轉(zhuǎn)速超調(diào)，即在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段，ASR 的輸入偏差電壓 為負值，才能使 ASR 退出飽和。所以采用 PI 調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)nU?的轉(zhuǎn)速動態(tài)響應(yīng)必然有超調(diào)。 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能分析一般來說，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有比較滿意的動態(tài)性能。動態(tài)性能可分為動態(tài)跟隨性能和動態(tài)抗擾性能兩種。其中動態(tài)抗擾性能對于調(diào)速系統(tǒng)更為重要，它主要表現(xiàn)為抗負載擾動和抗電網(wǎng)電壓擾動。（一） 動態(tài)跟隨性能，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在起動和升速過程中，能夠在電流受電機過載能力約束的條件下，表現(xiàn)出很快的動態(tài)跟隨性能。在減速過程中，由于主電路電流的不可逆性，跟隨性能變差。在設(shè)計 ACR 時，應(yīng)強調(diào)具有良好的跟隨性能。? 1/CeU*n177。?IdLnUn+ ASR1/R Tl s+1R TmsIdKsTss+1ACR? U*iUi EUd0圖 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的抗負載擾動（二） 動態(tài)抗擾性能：1．抗負載擾動：由圖 可以看出，負載擾動作用在電流環(huán)之后，因此只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié) ASR 來產(chǎn)生抗負載擾動的作用。在突加（突減）負載時，必然會引起動態(tài)速降（速升） 。為了減少動態(tài)速降（速升） ，所以要求 ASR 具有較好的抗擾性能。沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）372．抗電網(wǎng)電壓擾動：由于電網(wǎng)電壓擾動和負載擾動在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖中作用的位置不同，系統(tǒng)對它們的動態(tài)抗擾效果就不同。如圖 所示的雙閉環(huán)系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓擾動 和負載擾動 都作用在被轉(zhuǎn)速負反饋環(huán)包圍的前向通道上，就靜特性dU??dLI而言，系統(tǒng)對它們的抗擾效果是一樣的。從動態(tài)性能上看，負載擾動 作用在被調(diào)dLI量 n 的前面，可以通過測速發(fā)電機檢測出來，使負載擾動通過轉(zhuǎn)速負反饋得到及時調(diào)節(jié)。而電網(wǎng)電壓擾動作用在離被調(diào)量 n 更遠的位置，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 不能及時對它進行調(diào)節(jié)，但是因為它作用在被電流負反饋環(huán)包圍的前向通道上，使電壓波動可以直接通過電流反饋得到及時的調(diào)節(jié)，不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才能反饋回來，抗擾性能高。在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電壓波動引起的轉(zhuǎn)速動態(tài)變化比起單閉環(huán)系統(tǒng)小得多。? 1/CeU*n nUd0Un+ ASR1/R Tl s+1R TmsKsTss+1ACR? U*iUi E177。?Ud IdLId圖 直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)抗擾作用 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)兩個調(diào)節(jié)器的作用1．轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用：（1）使轉(zhuǎn)速 n 跟隨給定電壓 變化，當偏差電壓為零*mU時，實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無靜差。 （2）對負載變化起抗擾作用。 （3）其輸出限幅值決定允許的最大電流。2．電流調(diào)節(jié)器的作用：（1）在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中，使電流跟隨其給定電壓 變*iU化。 （2）對電網(wǎng)電壓波動起及時抗擾作用。 （3）起動時保證獲得允許的最大電流，使系統(tǒng)獲得最大加速度起動。 （4）當電機過載甚至于堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最大沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）38值，從而起大快速的安全保護作用。當故障消失時，系統(tǒng)能夠自動恢復(fù)正常。第 5 章 硬件實驗部分 不可逆單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)靜特性實驗 實驗前的準備1，本實驗的目的及進行試驗前需了解的知識：本實驗?zāi)康臑檠芯烤чl管直流電動機調(diào)速系統(tǒng)在反饋控制下的工作；研究直流調(diào)速系統(tǒng)中速度調(diào)節(jié)器 ASR 的工作及其對系統(tǒng)靜特性的影響；學(xué)習(xí)反饋控制系統(tǒng)的調(diào)試技術(shù)。之前應(yīng)了解速度調(diào)節(jié)器在比例工作與比例—積分工作時的輸入—輸出特性；弄清不可逆單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理。實驗線路及原理見附錄Ⅰ。2，實驗設(shè)備及儀表MCL 系列教學(xué)實驗臺主控制屏。MCL—18 組件（適合 MCL—Ⅱ)或 MCL—31 組件（適合 MCL—Ⅲ） 。MCL—33(A)組件或 MCL—53 組件。MEL11 掛箱 MEL—03 三相可調(diào)電阻（或自配滑線變阻器） 。電機導(dǎo)軌及測速發(fā)電機、直流發(fā)電機 M01（或電機導(dǎo)軌及測功機、MEL—13 組件） 。直流電動機 M03。雙蹤示波器。3，注意事項直流電動機工作前，必須先加上直流激磁。接入 ASR 構(gòu)成轉(zhuǎn)速負反饋時，為了防止振蕩，可預(yù)先把 ASR 的 RP3 電位器逆時針旋到底，使調(diào)節(jié)器放大倍數(shù)最小，同時，ASR 的“5” 、 “6”端接入可調(diào)電容（預(yù)置 7μF） 。測取靜特性時，須注意主電路電流不許超過電機的額定值（1A） 。三相主電源連線時需注意，不可換錯相序電源開關(guān)閉合時，過流保護發(fā)光二極管可能會亮，只需按下對應(yīng)的復(fù)位開關(guān) SB1 即可正常工作。系統(tǒng)開環(huán)連接時，不允許突加給定信號 Ug 起動電機。起動電機時，需把 MEL13 的測功機加載旋鈕逆時針旋到底，以免帶負載起動。改變接線時，必須先按下主控制屏總電源開關(guān)的“斷開”紅色按鈕，同時使系統(tǒng)的給定為零。雙蹤示波器的兩個探頭地線通過示波器外殼短接，故在使用時，必須使兩探頭的地線同電位（只用一根地線即可） ，以免造成短路事故。沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）39 實驗的操作1．移相觸發(fā)電路的調(diào)試（主電路未通電）（a）用示波器觀察 MCL—33 的雙脈沖觀察孔，應(yīng)有雙脈沖，且間隔均勻，幅值相同；觀察每個晶閘管的控制極、陰極電壓波形，應(yīng)有幅值為 1V～2V 的雙脈沖。（b）觸發(fā)電路輸出脈沖應(yīng)在 30176?！?0176。范圍內(nèi)可調(diào)?？赏ㄟ^對偏移電壓調(diào)節(jié)單位器及 ASR 輸出電壓的調(diào)整實現(xiàn)。2．求取調(diào)速系統(tǒng)在無轉(zhuǎn)速負反饋時的開環(huán)工作機械特性。a．斷開 ASR 的“3”至 Uct的連接線，G（給定）直接加至 Uct，且 Ug 調(diào)至零，直流電機勵磁電源開關(guān)閉合。b．合上主控制屏的綠色按鈕開關(guān)，調(diào)節(jié)三相調(diào)壓器的輸出，使Uuv、Uvw、Uwu=200V。c．調(diào)節(jié)給定電壓 Ug，使直流電機空載轉(zhuǎn)速 n0=1500 轉(zhuǎn)/分，調(diào)節(jié)測功機加載旋鈕，在空載至額定負載的范圍內(nèi)測取 7～8 點，讀取整流裝置輸出電壓 Ud，輸出電流id以及被測電動機轉(zhuǎn)速 n。表 系統(tǒng)開環(huán)機械特性id（A） Ud（V） 220 211 209 207 207 206 205 206n（r/min） 1500 1426 1406 1380 1372 1360 1348 13353．帶轉(zhuǎn)速負反饋有靜差工作的系統(tǒng)靜特性a．斷開 G（給定）和 Uct的連接線，ASR 的輸出接至 Uct，把 ASR 的“5” 、 “6”點短接。b．合上主控制屏的綠色按鈕開關(guān)，調(diào)節(jié) Uuv，U vw，U wu為 200 伏。c．調(diào)節(jié)給定電壓 Ug至 2V，調(diào)整轉(zhuǎn)速變換器 RP 電位器，使被測電動機空載轉(zhuǎn)速n0=1500 轉(zhuǎn)/分，調(diào)節(jié) ASR 的調(diào)節(jié)電容以及反饋電位器 RP3，使電機穩(wěn)定運行。調(diào)節(jié)測功機加載旋鈕（或直流發(fā)電機負載電阻） ，在空載至額定負載范圍內(nèi)測取7～8 點，讀取 Ud、i d、n。表 帶轉(zhuǎn)速負反饋有靜差工作的系統(tǒng)靜特性id（A） 沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）40Ud（V） 166 161 147 132 128 126 123 121n（r/min） 1372 1318 1200 1051 1001 974 942 8264．測取調(diào)速系統(tǒng)在帶轉(zhuǎn)速負反饋時的無靜差閉環(huán)工作的靜特性a．斷開 ASR 的“5” 、 “6”短接線， “5”、 “6”端接 MEL—11 電容器，可預(yù)置7μF，使 ASR 成為 PI（比例—積分）調(diào)節(jié)器。b．調(diào)節(jié)給定電壓 Ug，使電機空載轉(zhuǎn)速 n0=1500 轉(zhuǎn)/分。在額定至空載范圍內(nèi)測取 7～8 個點。 帶轉(zhuǎn)速負反饋無靜差工作的系統(tǒng)靜特性id（A） Ud（V） 168 154 148 138 128 126 124 122n（r/min） 1413 1272 1222 1130 1020 1000 966 949 雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實驗 實驗前的準備1，實驗?zāi)康模罕緦嶒災(zāi)康臑椋毫私怆p閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的原理，組成及各主要單元部件的原理。熟悉電力電子及教學(xué)實驗臺主控制屏的結(jié)構(gòu)及調(diào)試方法。熟悉 MCL18, MCL33 的結(jié)構(gòu)及調(diào)試方法。掌握雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)試步驟，方法及參數(shù)的整定。2，實驗內(nèi)容各控制單元調(diào)試；測定電流反饋系數(shù)；測定開環(huán)機械特性及閉環(huán)靜特性；閉環(huán)控制特性的測定；觀察，記錄系統(tǒng)動態(tài)波形。3，實驗設(shè)備及儀器MCL 系列教學(xué)實驗臺主控制屏。MCL—18 組件。MCL—33 組件。MEL11 掛箱。MEL—03 三相可調(diào)電阻。電機導(dǎo)軌及測速發(fā)電機