【導讀】師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加。而使用過的材料。均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文。不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品。究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權大學可以將本學位。印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。程序清單等），文科類論文正文字數不少于萬字。有圖紙應符合國家技術標準規(guī)范。直流電機具有優(yōu)良的調速特性,調速平滑、方便、調速范圍廣,過載能力強,不同的特殊運行要求,因此在工業(yè)控制領域,直流電機得到了廣泛的應用。金屬加工專用生產機械上，拖動機械設備，是金屬加工工程作業(yè)的動力核心?？刂齐娐钒刂浦噶钛b置、控制器、反饋信號檢測裝置等部件，其

　　

【正文】 送到放大器 2 的方向輸入端。 放大器 2 為一個積分調節(jié)器，輸出經過 R7反饋到放大器 1 的輸入端，構成負反饋。 調節(jié)電位器 R3，即可調節(jié)系統(tǒng)的加速度，電阻 R8 決定加速度上限， R10 和R11 決定加速度下限。當系統(tǒng)起動后， K1 常開觸點閉合， R10 和 R11 并聯(lián)，這時放大器 1 的輸出較小，起動加速度也比較低。當系統(tǒng)停車時， K1 常開觸點斷開，放大器 1 的輸出變大，于是停車加速度就較高，系統(tǒng)迅速而平穩(wěn)地減速停車。 通過調節(jié)電位器 R3 可手動調節(jié)系統(tǒng)給定轉速。 轉速信號的檢測 轉速信號的檢測方法有直接檢測 和間接檢測兩種：直接檢測是采用各種傳感器直接獲取檢測信號；間接檢測是用其他可測信號通過數學模型和函數關系推算出難以直接測量的所需信號。本系統(tǒng)采用直接檢測。 課程設計說明書 27 常用的轉速檢測傳感器有測速發(fā)電機、旋轉編碼器等。測速發(fā)電機輸出的是轉速的模擬信號；旋轉編碼器則為數字測速裝置。本系統(tǒng)采用測速發(fā)電機。 圖 直流測速發(fā)電機的轉速檢測電路 直流測速發(fā)電機的基本結構和工作原理與普通直流發(fā)電機相同，檢測電路如圖 所示，通過調節(jié)取樣電阻，可以調節(jié)速度反饋系數 α 。 電流信號的檢測 為了準確地取出電流反饋信號，而又能使主回路與控制回路隔離 ，以保證設備和操作安全，在較大功率直流調速系統(tǒng)中，通常采用交流電流互感器作為電流反饋信號的檢測器。 圖 交流信號檢測電路 如圖 所示采用交流互感器檢測主電路的電流，三相分別用三個交流互感器；取樣電阻使用阻值很小的標準電阻串接在被測電路中，將被測電流轉換成被測電壓；電流反饋信號整流為三相橋式電路，因此電流反饋信號波形與主回路波形具有相同的重復頻率，無需很大的濾波環(huán)節(jié)來濾平反饋信號。這種方法簡單可靠，沒有時間延遲。 課程設計說明書 28 ASR、 ACR 的設計和工程計算 ASR、 ACR 的設計 按照工程設計方法設計時，先從電流環(huán)開始，對其進行變換和簡化，然后根據電流環(huán)控制的要求，選擇 ACR 的類型并計算其參數。電流環(huán)設計完成后，把電流環(huán)等效成一個環(huán)節(jié)，作為轉速環(huán)的一個組成部分，再用同樣的方法設計轉速環(huán)。 圖 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的動態(tài)結構圖 圖 所示 為雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的實際動態(tài)結構圖。圖中在電流環(huán)、轉速環(huán)的反饋通道和輸入端增加了電流濾波、轉速濾波和給定濾波。因為電流檢測信號中常含有交流成分，需加低通濾波器，其濾波時間常數 Toi 按需要而定。因為濾波環(huán)節(jié)可以抑制信號中的交流分量，但同時也給反饋檢測信號帶來延遲，所以在給定信號通道中加入一個給定濾波環(huán)節(jié)，使給定信號與反饋信號同步，并可使設計簡化。由測速發(fā)電機得到的轉速反饋電壓含有電動機的換向紋波，因此也需要濾波，其時間常數用 Ton 表示。 ASR 和 ACR 的電路實現見圖 。 課程設計說明書 29 圖 ASR、 ACR 電路原理圖 調速系統(tǒng)的靜態(tài)計算 1) 電流反饋系數?的計算 設：速度調節(jié)器的限幅值 Uim*為 V10?； 電動機的啟動、制動電流為 Ndm II 2?，即為 208A。 則 電流反饋系數?為： 2) 速度反饋系數 ?的計算 設：最大給定電壓*nmU為 V10?， 電動機運行于額定轉速 min/1000rnN ?. 則 速度反饋系數 ?為： 3) 電動機的電勢系數 eC 已知 電樞電阻 ?? 設：電動機的磁通在運行過程中保持不變，則電動機的電勢系數 eC為： r p mVn RIUCNaNNe /4 0 8 0 0 0 0 44 4 0 ?????? 4) 可控整流裝置的放大系數 sK的計算 課程設計說明書 30 電流調節(jié)器限幅值 Uc=10V， 整流裝置的輸出電壓 Ud0 取額定電壓 440V 整流裝置的放大系數 Ks為： ACR 的工程計算 根據設計 要求，要使系統(tǒng)超調量小、跟隨性能好，若采用 II 型系統(tǒng)，將會產生過大的超調量，因此選擇將電流環(huán)校正成 I 型系統(tǒng)。將電流環(huán)按工程設計方法變換和簡化，簡化后最終的動態(tài)結構圖如圖 所示。 圖 電流環(huán) 最終簡化 動態(tài)結構圖 1) 計算電流調節(jié)器 ACR 的 參數 整流裝置滯后時間常數 sT ， 三相全橋 電路的平均失控時間 sTs ? 電流濾波時間常數 oiT ， 三相橋式電路每個波頭的時間是 ，為了基本濾平波頭，應有 msToi )2~1( ，因此取 smsToi ?? 。 電 流 環(huán) 小 時 間 常 數 之 和 iT? 。 按 小 時 間 常 數 近 似 處 理 ， 取sTTT oisi ???? 。 主電路總電感 L=， R= 電樞回路電磁時間常數。 電力拖動系統(tǒng)機電時間常數 sCCRGDCCRGDTeemem 22 ???? ? 電流調節(jié)器超前時間常數： 。 系統(tǒng)的設計的要求 電流超調量 %5?i? ，查表可取 ,KIT= 課程設計說明書 31 則電流環(huán)開環(huán)放大系數為： 于是， ACR的 參數 為 ： 2) ACR 的 電路 實現 圖 ACR電路 含給定濾波和反饋濾波的模擬式 PI調節(jié)器原理圖如圖 所示，圖中 ?iU 為電流給定電壓， dI?? 為電流負反饋電壓，調節(jié)器的輸出就是電力電子變換器的控制電壓 cU 。按所用運算放大器取 ?? kR 400 ，各電阻和電容值為 FFRTC oioi ? 30 ????? 3) 校驗近似條件 電流環(huán)截止頻率： ??? sK Ici? ① 晶閘管整流裝置傳遞函數的近似條件cis ssT ????? ? 9 60 0 1 13 1，條件滿足。 ② 忽 略 反 電 動 勢 變 化 對 電 流 環(huán) 動 態(tài) 影 響 的 近似 條件， 課程設計說明書 32 , 條件滿足。 ③ 電 流 環(huán) 小 時 間 常 數 近 似 處 理 條 件ciois sssTT ????? ? 8 00 0 0 1 131131，條件滿足。 因此，按照上述參數，電流環(huán)滿足動態(tài)設計指標 %5?i? 的 要求和近似條件。 ASR 的工程計算 根據調速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時無靜差和動態(tài)時有良好的抗擾性能兩項要求，在負載擾動點之前必須含有一個積分環(huán)節(jié)，因此轉速環(huán)應該按照典型 II 型系統(tǒng)來設計，以 使系統(tǒng)具有良好的抗擾性能。 實際系統(tǒng)的 ASR 飽和特性會抑制典型 II型系統(tǒng)的階躍響應超調量大的問題。 將轉速環(huán)按工程設計方法變換和簡化，簡化后最終的動態(tài)結構圖如圖 所示。 圖 轉速環(huán)最終簡化動態(tài)結構圖 1) 轉速調節(jié)器的參數計算 電流環(huán)等效時間常數為 2 iT? = 轉速濾波時間常數 onT ， 根據所用測速發(fā)電機波紋情況，取 sTon ? 。 轉速環(huán)小時間常數 nT? ， 按小時間常數近似處理， 課程設計說明書 33 取 。 根據系統(tǒng)設計要求 %10?n? ，跟隨和抗干擾性能都較好的原則，取 5?h ，則 ASR的超前時間常數為 sshT nn 0 8 1 7 ???? ?? 。 轉速開環(huán)增益 222222 62 1 ??? ?????? ssThhK nN。 于 是， ASR的比例系數為 2) ASR 的 電路 實現 圖 ACR電路 含給定濾波和反饋濾波的 PI型轉速調節(jié)器原理圖如圖 所示，圖中 ?nU 為轉速給定電壓， n?? 為轉速負反饋電壓，調節(jié)器的輸出時電流調節(jié)器的給定電壓?iU 。按所用運算放大器取 ?? kR 400 ，各電阻和電容值為 FFRTC onon ?11040 30 ????? 3) 檢驗近似條件 課程設計說明書 34 轉速環(huán)截止頻率為 111 ?? ????? ssKK nNN ??? ① 電流環(huán)傳遞函數簡化條件為 ,，滿足條件。 ② 轉速環(huán)小時間常數近似處理條件為onI ssTK ???? ?? 11 3 53131，滿足條件。 ③ 轉速 超調量mnNbn TTnnzCC ?????? ))((2 m a x ?? ，（ λ z） = 當 5?h 時 , ， 而 因此 能滿足設計要求。 所以，按照上述參數，轉速環(huán)滿足動態(tài)設計指標 的 要求和近似條件。 課程設計說明書 35 結論 本設計對圓盤拉伸機直流調速系統(tǒng) 理論進行了較為深入的研究，從調速系統(tǒng)的可控直流電源出發(fā)，逐步建立了雙閉環(huán)電樞電壓調速控制的 圓盤拉伸機直流調速系統(tǒng) 的模型，并對調速方案、主電路、控制電路的設計進行了探討，在此基礎上完成了系統(tǒng)電路原理總圖的設計。 參考文獻 [1] 阮毅，陳伯時 . 電力拖動自動控制系統(tǒng) —— 運動控制系統(tǒng) .機械工業(yè)出版社， 20xx(04)：9114 [2] 周淵深，陳濤等 . 電力拖動自動控制系統(tǒng) . 機械工業(yè)出版社， 20xx(01)： 652 [3] 浣喜明，姚為正 . 電力電子技術 . 高等教育出版社， 20xx(02): 117120 [4] 賀益康，潘再平 . 電力電子技術 . 科學出版社， 20xx(02):106125 [5] 張金男 . 基于 PLC 控制技術的大功率直流電機調速系統(tǒng)的研究與設計 . 中國知網，碩士學位論文，大連：大連海事大學， [6] 顧繩谷 . 電機及拖動基礎 . 機械工業(yè)出版社， 20xx(04): 109115