【導(dǎo)讀】電動(dòng)機(jī)參數(shù)為：VUN750?，允許電流過(guò)載倍數(shù)為，??采用三相橋式整流電路，電磁時(shí)間常數(shù)sTL?穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差，電流超調(diào)量%5?，空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量。需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用?？赡嬲{(diào)速系統(tǒng)是性能很好、應(yīng)用廣的直流調(diào)速系統(tǒng)。根據(jù)晶閘管的特性，通過(guò)調(diào)。節(jié)觸發(fā)延遲角α大小來(lái)調(diào)節(jié)電壓。整流電路來(lái)供電。接著驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)包括觸發(fā)電路和脈沖變壓器的設(shè)。最后，即本文的重點(diǎn)設(shè)計(jì)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制器電路，本文采用轉(zhuǎn)速電流雙。閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)為對(duì)象來(lái)設(shè)計(jì)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制器。別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋，二者之間實(shí)行嵌套聯(lián)接。流環(huán)在里面，稱(chēng)作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱(chēng)作外環(huán)。先確定其結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)各部件，并對(duì)其參數(shù)的計(jì)算，包括給定電壓、三十多年來(lái)，直流電機(jī)調(diào)速控制經(jīng)歷了重大的變革。首先實(shí)現(xiàn)了整流器的更

　　

【正文】 要求，選用 PI 調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)式為 ( 1)() nnASR nKsWs s?? ?? （ 516） 3) 計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù) 按跟隨和抗擾性能都較好的原則，先取 h=5，則 ASR 的超前時(shí)間常數(shù)為 τn = hTΣn=5= （ 517） 則轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益 KN = h:12h2 Σn2= 6225=。2 （ 518） 可得 ASR 的比例系數(shù)為 Kn = (h:1)βCe m2hαR Σn=65= （ 519） 4) 檢驗(yàn)近似條件 轉(zhuǎn)速截止頻率為 ?? = KNω1= KNτn==。1 （ 520） 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為 111 1 1 3 5 . 1 6 3 . 73 3 0 . 0 0 3 7I iK ssT ????? ? ? （ 521） 滿(mǎn)足簡(jiǎn)化條件 。 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為 13√kI on =13√ s 1=。1 ?? （ 522） 滿(mǎn)足近似條件 。 5) 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 原理圖 如 圖 54 所示。 23 圖 54 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 原理圖 取 0 40Rk??，則 Rn = KnR0=40=452ΚΩ 取 460ΚΩ Cn = τnRn= = 取 Con = 4 onR0= 4 =2μF 取 2μF 6) 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量 當(dāng) h=5 時(shí)，查表 52 典型 ? 型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)得， %n? ? ，不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。實(shí)際上，由于表 52是按線(xiàn)性系統(tǒng)計(jì)算的，而突加階躍給定時(shí)， ASR 飽和，不符合線(xiàn)性系統(tǒng)的前提，應(yīng)該按 ASR 退飽和的情況重新計(jì)算超調(diào)量。 表 52 典型 II 型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)（按 minrM 準(zhǔn)則確定參數(shù)關(guān)系） h 3 4 5 6 7 8 9 10 ? % % % % % % % % /rtT 3 /stT k 3 2 2 1 1 1 1 1 表 53為 典型 II 型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系 。 24 表 53 典型 II 型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系 h 3 4 5 6 7 8 9 10 max/ bCC? % % % % % % % % /mtT /vtT 設(shè)理想空載起動(dòng)時(shí)，負(fù)載系數(shù) 0?Z ， 當(dāng) 5?h 時(shí)，由表 53 查得，%?? bCC 而調(diào)速系統(tǒng)開(kāi)環(huán)機(jī)械特性的額定穩(wěn)態(tài)速降 mnNbbbn TTnnZCCnnCC ??????????? ??????????? ?? *)(2* m a xm a x ?? （ 523） 調(diào)速系統(tǒng)開(kāi)環(huán)機(jī)械特性的額定穩(wěn)態(tài)速降 ?nN = INRCe= 780 = min 根據(jù)式（ 523）計(jì)算得 σn = 2 % =% 10% 能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求 。 7) 校核動(dòng)態(tài)最大速降 設(shè)計(jì)指標(biāo)要求動(dòng)態(tài)最大速降 8% ~ 10%n?? 。在實(shí)際系統(tǒng)中 maxmax bbCnnC?? ? ? （ 524） ?nb = 2（ λ z） Σn mΔnN=2 =（ 525） 查表可知， maxbCC? =%，所以 ?nmax=%= r/min ?n = ?nmaxnN==%10% （ 526） 能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求 。 25 6 調(diào)速系統(tǒng)的仿真 分析 系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置 通過(guò)對(duì)整個(gè)控制電路的設(shè)計(jì)， 用 MATLAB 對(duì)整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真。 首先建立雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型 ，可以參考該系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)形式，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框 如圖 61 所示。 圖 61 雙閉環(huán)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)框圖 把這些參數(shù)的值代入框圖中的公式就可得到 框圖 如圖 62 所示 。 圖 62 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 為了分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的特性，在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器的輸出端設(shè)置一個(gè)限幅值，限幅值的大小可以根據(jù)所選的運(yùn)算放大器的輸入電壓的大小來(lái)選定，本設(shè)計(jì)選取的限幅值為177。 15V。 26 仿真結(jié)果分析 根據(jù)動(dòng)態(tài)模型圖以及計(jì)算參數(shù)，用 MATLAB 進(jìn)行仿真 。最終得到的 電流、 轉(zhuǎn)速仿真 波形圖 如圖 63所示 。 圖 63 雙閉環(huán)直流電機(jī) 電流和 轉(zhuǎn)速輸出仿真圖形 從圖 63可以很明顯的看出 電流、 轉(zhuǎn)速的起動(dòng)和擾動(dòng)的現(xiàn)象。 啟動(dòng)過(guò)程的第一階段是電流上升階段，突加給定電壓， ASR 的輸入很大，其輸出很快達(dá)到限幅值，電流也很快上升，接近其最大值。第二階段， ASR 飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開(kāi)環(huán)狀態(tài)，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)，電流基本上保持不變，拖動(dòng)系統(tǒng)恒加速，轉(zhuǎn)速線(xiàn)形增長(zhǎng)。第三階段，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到給定值后。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的給定與反饋電壓平衡，輸入偏差為零，但是由于積分作用，其輸出還很大，所以出現(xiàn)超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后， ASR 輸入端出現(xiàn)負(fù)偏差電壓，使它退出飽和狀態(tài)，進(jìn)入線(xiàn)性調(diào)節(jié)階段，使轉(zhuǎn)速保持恒定，實(shí)際仿真結(jié)果基本上反映了這一點(diǎn)。 另外從圖中 也可以看到，系統(tǒng)是無(wú)靜差運(yùn)行的，符合設(shè)計(jì)的要求。 從仿真的結(jié)果來(lái)看，得到這樣結(jié)論： 1) 工程設(shè)計(jì)方法在推導(dǎo)過(guò)程中為了簡(jiǎn)化計(jì)算做了許多近似的處理 , 而這些簡(jiǎn)化處理必須在一定的條件下才能成立。例如 : 將可控硅觸發(fā)和整流環(huán)節(jié)近似地看作一階慣性環(huán)節(jié) , 設(shè)計(jì)電流環(huán)時(shí)不考慮反電勢(shì)變化的影響 。 將小時(shí)間 27 常數(shù)當(dāng)作小參數(shù)近似地合并處理 。 設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)時(shí)將電流閉環(huán)從二階振蕩環(huán)節(jié)近似地等效為一階慣性環(huán)節(jié)等。 2) 仿真實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果也并不是和系統(tǒng)實(shí)際的調(diào)試結(jié)果完全相同 , 因?yàn)榉抡鎸?shí)驗(yàn)在辨識(shí)過(guò)程中難免會(huì)產(chǎn)生模型參數(shù)的測(cè)量誤差 , 而且在建立模 型過(guò)程中為了簡(jiǎn)化計(jì)算 , 忽略了許多環(huán)節(jié)的非線(xiàn)性因素和次要因素。如 : 可控硅觸發(fā)和整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù) K S 和失控時(shí)間 sT , 這些都是非線(xiàn)性參數(shù) , 但在仿真中被近似看作常數(shù) 。 再如 , 設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器時(shí)只考慮電流連續(xù)時(shí)的情況 , 而忽略了電流斷續(xù)時(shí)的情況。 3) 添了微分負(fù)反饋使得快速的達(dá)到穩(wěn)態(tài)值，超調(diào)量也減少。但是微分容易引起振蕩所以要加死區(qū)環(huán)節(jié)。 以上一些原因 ,在應(yīng)用工程設(shè)計(jì)方法時(shí)應(yīng)該注意的 , 以減小理論設(shè)計(jì)與實(shí)際之間的差距 。 28 設(shè)計(jì)總結(jié) 本次設(shè)計(jì)是針對(duì) 直流 VM雙閉環(huán)不可逆調(diào)速系統(tǒng) 的 設(shè)計(jì) ，主要工作是設(shè)計(jì)直流調(diào)速控制器的電路，設(shè)計(jì)的電路都是模擬電路，同時(shí)相應(yīng)地介紹了器件的保護(hù)、電流調(diào)調(diào)節(jié)器、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器以及晶閘管的觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)過(guò)程，通過(guò)借用圖書(shū)館的書(shū)籍以及通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上的搜索，查閱了許多關(guān)于本設(shè)計(jì)的書(shū)籍和資料對(duì)該電路的設(shè)計(jì)有了較為深入的研究，也進(jìn)一步熟悉了雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式、工作原理及各個(gè)器件的作用和設(shè)計(jì)。同時(shí)，在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，并與有共同設(shè)計(jì)內(nèi)容的同學(xué)交流，分析、整理和研究課題，先確立了設(shè)計(jì)基本思路，遇到問(wèn)題及時(shí)與指導(dǎo)老師溝通，在老 師的指點(diǎn)和自己的努力，最后完成了整個(gè)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中也學(xué)會(huì)運(yùn)用了 protel 繪制電氣原理圖及簡(jiǎn)單電路圖和 MATLAB 對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行仿真。 本設(shè)計(jì)在有限的條件下和本人有限的學(xué)識(shí)，做出的設(shè)計(jì)還是存在著一些不足。本設(shè)計(jì)采用 PI 調(diào)節(jié)器，輸出的轉(zhuǎn)速存在這超調(diào)量比較大，而且快速性也相對(duì)受到影響。則今后可以采用 PID 調(diào)節(jié)器可以全面的提高系統(tǒng)的控制性能，但是具體實(shí)現(xiàn)與調(diào)試要復(fù)雜，做的工作比現(xiàn)在就更多。設(shè)計(jì)研究 是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，要想讓它真正的使用到現(xiàn)實(shí)中，還需要不斷的改善。 29 參考文獻(xiàn) [1] 朱仁初，萬(wàn)伯任 .電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè) [M].北京 ： 機(jī)械工業(yè)出版社，1994. [2] 王兆安，黃俊 .電力電子技術(shù) [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 20xx. [3] 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) [M],第三版 . 北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 , 20xx 年 6月． [4] 孔凡才．晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)［ M］．北京 :北京科技出版社， 1985． [5] 段文澤，童明倜 .電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)及其工程設(shè)計(jì)［ M］ .四川：重慶大學(xué)出版社 ,. 30 本科生課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表 姓 名 性 別 專(zhuān)業(yè)、班級(jí) 課程設(shè)計(jì)題目： 直流 VM 雙閉環(huán)不可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)答辯或質(zhì)疑記錄： 成績(jī)?cè)u(píng)定依據(jù)： 序號(hào) 評(píng)定項(xiàng)目 評(píng)分成績(jī) 1 選題合理、目的明確（ 10 分） 2 設(shè)計(jì)方案正確，具有可行性、創(chuàng)新性（ 20 分） 3 設(shè)計(jì)結(jié)果可信（例如：系統(tǒng)建模、求解，仿真結(jié)果）（ 25 分） 4 態(tài)度認(rèn)真、學(xué)習(xí)刻苦、遵守紀(jì)律（ 15 分） 5 設(shè)計(jì)報(bào)告的規(guī)范化、參考文獻(xiàn)充分（不少于 5 篇）（ 10 分） 6 答辯（ 20 分） 總分 最終評(píng)定成績(jī)（以?xún)?yōu)、良、中、及格、不及格評(píng)定） 指導(dǎo)教師 簽字 ： 20xx 年 12 月 30 日