【導(dǎo)讀】是雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)揮著極為重要的作用。20世紀(jì)60年代在國外出現(xiàn)的一種新型調(diào)速系統(tǒng)。70年代以來,在我國的冶金、機(jī)械、制造以及印染工業(yè)等領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。它通過轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)。反饋和電流負(fù)反饋，并構(gòu)成雙閉環(huán)系統(tǒng)。從而有效的改善電機(jī)性能，使電機(jī)特。性曲線變硬，以滿足復(fù)雜環(huán)境下對電機(jī)性能的要求。

　　

【正文】 系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器也應(yīng)采用 PI調(diào)節(jié)器，傳遞函數(shù)為： ? ? ? ? ssKW nnnSA S R ?? 1?? (46) Kn — 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； ?n — 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。 轉(zhuǎn)速開環(huán)增益 KN 為： TCRKK mennN ???? (47) 第 27 頁 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電路實(shí)現(xiàn) 含給定濾波和反饋濾波的 PI 型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理如圖 43所示，圖中 Un* 為轉(zhuǎn)速給定電壓， n?? 為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓，調(diào)節(jié)器的輸出是電流調(diào)節(jié)器的給定電壓 Ui* 。 圖 43 含給定濾波和反饋濾波的 PI 型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 與電流調(diào)節(jié)器相似，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)與電阻、電容值得關(guān)系： RRK nn 0? (48) CR nnn?? (49) CRTonon 041? (410) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算 （ 1）確定時(shí)間常數(shù) 1）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù) KI1 。從電流調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算中得知，已取 TK iI ? =，則 KI1 = Ti?2 = ?? 2)轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù) Ton = 3）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù) Tn? 。按小時(shí)間常數(shù)近似處理 第 28 頁 Tn? = KI1 +Ton =+= （ 2）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選擇 PI調(diào)節(jié)器。 （ 3）計(jì)算調(diào)節(jié)器參數(shù) 按跟隨性能和抗擾性能都要較好的原則，取 h=5,則 ASR 的超前時(shí)間常數(shù)為Th nn ??? = ? = 轉(zhuǎn)速開環(huán)增益為ThhKnN 222 1??? = 622??=? 知 ASR 比 例 系 數(shù) 為 ? ?TRh TChK n men ??? ??2 1= ???? ??? = ? (為轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)，由整定的到 ) （ 4）校驗(yàn)近似條件 轉(zhuǎn)速環(huán)截至頻率 ?? ?? nN K ?? s1? 1）電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件 TKiI?31 ?=? ,滿足近似條件。 轉(zhuǎn)速小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為 TKonI31= =〉 ? ，滿足近似條件。 （ 5）計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻電容 RKR nn 0? = ? =246 ?K RC nnn ?? = ? = F? RTC onOn 04? = ? =2 F? 第 29 頁 5 系統(tǒng)調(diào)試 一個(gè)設(shè)計(jì)好的調(diào)速系統(tǒng)，最終目的是為了讓它很好的按設(shè)計(jì)者預(yù)期目標(biāo)運(yùn)行起來。我將通過對此次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的調(diào)試，繪制出系統(tǒng)的特性曲線，并通過對特性曲線的觀察來評判系統(tǒng)的性能，修正相關(guān)數(shù)據(jù)以完善本次設(shè)計(jì)。如圖 51為雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖。 圖 51 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖 系統(tǒng)調(diào)試原則 ①先單元、后系統(tǒng)，即先將單元的參數(shù)調(diào)好，然后才能組成系統(tǒng)。 ②先開環(huán)、后閉環(huán)，即先使系統(tǒng)運(yùn)行在開環(huán)狀態(tài)，然后在確定電流和轉(zhuǎn)速均為負(fù)反饋后，才可組成閉環(huán)系統(tǒng)。 ③先內(nèi)環(huán)，后外環(huán)，即先調(diào)試電流內(nèi)環(huán)，然后調(diào)試轉(zhuǎn)速外環(huán)。 ④先調(diào)整穩(wěn)態(tài)精度，后調(diào)整動(dòng)態(tài)指標(biāo)。 第 30 頁 各控制單元調(diào)試 移相控制電壓 Uct 調(diào)節(jié)范圍的確定 直接將給定電壓 Ug接入移相控制電壓 Uct的輸入端，三相全控整流”輸出接電阻負(fù)載為 R，當(dāng)給定電壓 Ug由零調(diào)大時(shí)，電樞電壓 Ud將隨給定電壓的增大而增大，直至 Ud =220V，轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速 1600r/min,時(shí)記錄 Uctmax ，在試驗(yàn)調(diào)試中得到 Uctmax = 調(diào)節(jié)器的調(diào)零 將圖中“調(diào)節(jié)器 I”所有輸入端接地，再將可調(diào)電阻 246K 接到“調(diào)節(jié)器 I”的“ 4”、“ 5”兩端，用導(dǎo)線將“ 5”、“ 6” 短接，使“調(diào)節(jié)器 I”成為 P (比例 )調(diào)節(jié)器。用萬用表的毫伏檔測量調(diào)節(jié)器 I的“ 7”端的輸出，調(diào)節(jié)面板上的調(diào)零電位器 RP3，使之電壓盡可能接近于零。 將圖中“調(diào)節(jié)器 II”所有輸入端接地，再將可調(diào)電阻 10K 接到“調(diào)節(jié)器 II”的“ 8”、“ 9”兩端，用導(dǎo)線將“ 9”、“ 10”短接，使“調(diào)節(jié)器 II”成為 P（比例）調(diào)節(jié)器。用萬用表的毫伏檔測量調(diào)節(jié)器 II 的“ 11”端，調(diào)節(jié)面板上的調(diào)零電位器 RP3，使之輸出電壓盡可能接近于零。 調(diào)節(jié)器正、負(fù)限幅值的調(diào)整 把 ACR、 ASR 都接成 PI調(diào)節(jié)器，加入正給定將電流調(diào)節(jié)器的負(fù)限幅 限制在，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的負(fù)限幅限制在 6V。調(diào)節(jié)器輸入負(fù)給定時(shí)，調(diào)整正限幅電位器 RP1，將電流調(diào)節(jié)器正限幅限制在 +，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器正限幅限制在 +6V。 電流反饋系數(shù)的整定 直接將“給定”電壓 Ug接入移相控制電壓 Uct的輸入端，整流橋輸出接電阻負(fù)載 R，負(fù)載電阻放在最大值，輸出給定調(diào)到零。 按下啟動(dòng)按鈕，從零增加給定，使輸出電壓升高，當(dāng) Ud=220V 時(shí)，減小負(fù)載的阻值，調(diào)節(jié)“電流反饋與過流保護(hù)”上的電流反饋電位器 RP1，使得負(fù)載電流 Id= 時(shí)，“ 2”端 If的的電流反饋電壓 Ufi=4V，這時(shí)的電流反饋系數(shù)β = Ufi/Id= 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)的整定 第 31 頁 直接將“給定”電壓 Ug接移相控制電壓 Uct的輸入端，“三相全控整流”電路接直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載， Ld用 200mH，輸出給定調(diào)到零。 按下啟動(dòng)按鈕，接通勵(lì)磁電源，從零逐漸增加給定，使電機(jī)提速到額定轉(zhuǎn)速 1600r/min 時(shí)，調(diào)節(jié)“轉(zhuǎn)速變換”上轉(zhuǎn)速反饋電位器 RP1，使得該轉(zhuǎn)速時(shí)反饋電壓 Ufn=6V，這時(shí)的轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) α =Ufn/n = rV min? 系統(tǒng)調(diào)試 系統(tǒng)開環(huán) 外特性測定 ①控制電壓 Uct 由定輸出 Ug 直接接入，“三相全控整流”電路接電動(dòng)機(jī)， Ld 用700mH，直流發(fā)電機(jī)接負(fù)載電阻 R，負(fù)載電阻放在最大值，輸出給定調(diào)到零。 ②按下啟動(dòng)按鈕，先接通勵(lì)磁電源，然后從零開始逐漸增加“給定”電壓 Ug，使電機(jī)啟動(dòng)升速，轉(zhuǎn)速到達(dá) 1200rpm。 ③增大負(fù)載 (即減小負(fù)載電阻 R阻值 )，使得電動(dòng)機(jī)電流 Id=Ied，可測出該系統(tǒng)的開環(huán)外特性 n =f（ Id），記錄于下表中： ? ?minrn 1200 1185 1157 1142 1130 1098 ??AId 將給定退到零，斷開勵(lì)磁電源，按下停止按鈕，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。 據(jù)以上數(shù)據(jù)繪制的系統(tǒng)開環(huán)外特性圖如圖 52 所示： 圖 52 n=l200rpm 的系統(tǒng)開環(huán)外特性圖 由系統(tǒng)開環(huán)外特性圖所知，當(dāng)開環(huán)時(shí)系統(tǒng)的特性曲線較軟，抗干擾能力非常差。 系統(tǒng)靜特性測試 ①機(jī)械特性 n =f(Id)的測定 第 32 頁 A、發(fā)電機(jī)先空載，從零開始逐漸調(diào)大給定電壓 Ug，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近 n=l200rpm，然后接入發(fā)電機(jī)負(fù)載電阻 R，逐漸改變負(fù)載 電阻，直至 Id=Ied，即可測出系統(tǒng)靜態(tài)特性曲線 n =f(Id)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 : ? ?minrn 1200 1199 1199 1199 1198 1198 1198 ??AId 由以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制雙閉環(huán)不可逆系統(tǒng)靜特性如圖 53 所示： 圖 53 n=l200rpm 的靜態(tài)特性曲線 B、降低 Ug，再測試 n=800rpm 時(shí)的靜態(tài)特性曲線。 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理： ? ?minrn 800 798 797 799 789 788 785 ??AId 由以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制雙閉環(huán)不可逆系統(tǒng)靜特性如圖 54 所示： 圖 54 n=800rpm 的靜態(tài)特性曲線 C、閉環(huán)控制系統(tǒng) n=f(Ug)的測定 調(diào)節(jié) Ug及 R，使 Id=Ied、 n= l200rpm，逐漸降低 Ug，測出閉環(huán)控制特性 n = f(Ug)。 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理： 第 33 頁 ? ?minrn 1200 1100 ??VUg 由以上數(shù)據(jù)繪制系統(tǒng)給定與轉(zhuǎn)速對應(yīng)關(guān)系曲線圖如圖 55 所示： 圖 55給定與轉(zhuǎn)速對應(yīng)關(guān)系曲線圖 第 34 頁 6 結(jié)果分析 本次設(shè)計(jì)中，通過對系統(tǒng)的實(shí)際調(diào)試發(fā)現(xiàn)應(yīng)用工程設(shè)計(jì)法計(jì)算得到的參數(shù)結(jié)果與實(shí)際實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的參數(shù)是有一定誤差的?，F(xiàn)對原因分析如下： （ 1）工程設(shè)計(jì)法本身是一種近似化處理后的設(shè)計(jì)方法，雖然在經(jīng)過效驗(yàn)后符合近似條件，但 畢竟與實(shí)際系統(tǒng)還是有差別的，特別是我們在進(jìn)行調(diào)試系統(tǒng)時(shí)應(yīng)用的系統(tǒng)不是大功率系統(tǒng)，本身應(yīng)用工程設(shè)計(jì)法就會(huì)有一定誤差。 （ 2）在測定電動(dòng)機(jī)參數(shù)時(shí)，由于實(shí)驗(yàn)環(huán)境的限制，使得的實(shí)驗(yàn)測定參數(shù)不是非常準(zhǔn)確，這導(dǎo)致了計(jì)算參數(shù)與實(shí)際參數(shù)間的差距 ,這一部分也引起了一定的誤差。 經(jīng)反復(fù)調(diào)試獲得最后系統(tǒng)的性能指標(biāo)，滿足給定指標(biāo)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 小結(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)這門課程是自動(dòng)化專業(yè)迄今為止所接觸課程中綜合性最強(qiáng)的課程。它是電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制原理、運(yùn)動(dòng)控制等多門課程的綜合應(yīng)用。 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中我設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速 系統(tǒng)，這個(gè)課題給了我一個(gè)把相關(guān)知識(shí)綜合并加以應(yīng)用得機(jī)會(huì)。通過這兩個(gè)月的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)調(diào)試，我不僅復(fù)習(xí)鞏固了相關(guān)知識(shí)，還鍛煉了實(shí)際動(dòng)手能力。 此次設(shè)計(jì)采用的是理論設(shè)計(jì)配合實(shí)驗(yàn)調(diào)試的形式，從中鍛煉了我獨(dú)立思考和分析問題的能力和實(shí)際動(dòng)手能力。將理論設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)結(jié)合的過程中我看到了理論和實(shí)際的差別，領(lǐng)悟到了一些理論結(jié)合實(shí)際的方法，即：通過實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)理論，校正理論。 在這兩個(gè)月時(shí)間里，指導(dǎo)老師每次都不辭勞苦的為我們指導(dǎo)。為我們深入分析問題并啟發(fā)我們自己動(dòng)腦解決問題，給與了我們很大的幫助。在此我悉心指導(dǎo)我的盧老師致以深深的謝 意。 第 35 頁 參考文獻(xiàn) [1]陳伯時(shí)．電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) [M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021 第二章 [3]莫正康 ． 半導(dǎo)體變流技術(shù) [M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1999 [4]王兆安．電力電子技術(shù) [M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021 [5]李發(fā)海 ， 王巖 ． 電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ) [M]． 清華大學(xué) 出版社， 2021 [6]錢平 ． 伺服系統(tǒng) [M]．北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 ， 2021 [7]任彥碩 ．自動(dòng)控制系統(tǒng) [M]．北京： 郵電大學(xué)出版社 ， 2021 [8]陳治明．電力電子器件 [M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1992 [9]邵丙衡．北京電力電子技術(shù) [M]．北京：中國鐵道出版社， 1997 [10]黃家善，王廷才．電力電子技術(shù) [M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021 [11]李友善 ,自動(dòng)控制原理 .北京 :國防工業(yè)出版社 , 1987 [12]文亞鳳 ,可控硅雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的研制 .現(xiàn)代電力 , 1998, 15 (4) :80～ 84 [13]孫虎章．自動(dòng)控制系統(tǒng) [M]．北京：中央廣播電視大學(xué)出版社， 1984 [14]Fang Response Techniques for Digital Control Transactions on Industrial Electronics,1985 [15]Philips Semiconductors and Electronics North America Corporation. 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