【導(dǎo)讀】師的指導(dǎo)下進(jìn)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(guò)的材料。均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文。不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位。印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于萬(wàn)字。有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。直流電機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性,調(diào)速平滑、方便、調(diào)速范圍廣,過(guò)載能力強(qiáng),不同的特殊運(yùn)行要求,因此在工業(yè)控制領(lǐng)域,直流電機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。金屬加工專用生產(chǎn)機(jī)械上，拖動(dòng)機(jī)械設(shè)備，是金屬加工工程作業(yè)的動(dòng)力核心?？刂齐娐钒刂浦噶钛b置、控制器、反饋信號(hào)檢測(cè)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(gè)積分調(diào)節(jié)器，輸出經(jīng)過(guò) R7反饋到放大器 1 的輸入端，構(gòu)成負(fù)反饋。 調(diào)節(jié)電位器 R3，即可調(diào)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(dāng)系統(tǒng)起動(dòng)后， K1 常開觸點(diǎn)閉合， R10 和 R11 并聯(lián)，這時(shí)放大器 1 的輸出較小，起動(dòng)加速度也比較低。當(dāng)系統(tǒng)停車時(shí)， K1 常開觸點(diǎn)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(guò)調(diào)節(jié)電位器 R3 可手動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)給定轉(zhuǎn)速。 轉(zhuǎn)速信號(hào)的檢測(cè) 轉(zhuǎn)速信號(hào)的檢測(cè)方法有直接檢測(cè) 和間接檢測(cè)兩種：直接檢測(cè)是采用各種傳感器直接獲取檢測(cè)信號(hào)；間接檢測(cè)是用其他可測(cè)信號(hào)通過(guò)數(shù)學(xué)模型和函數(shù)關(guān)系推算出難以直接測(cè)量的所需信號(hào)。本系統(tǒng)采用直接檢測(cè)。 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 27 常用的轉(zhuǎn)速檢測(cè)傳感器有測(cè)速發(fā)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)編碼器等。測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出的是轉(zhuǎn)速的模擬信號(hào)；旋轉(zhuǎn)編碼器則為數(shù)字測(cè)速裝置。本系統(tǒng)采用測(cè)速發(fā)電機(jī)。 圖 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路 直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理與普通直流發(fā)電機(jī)相同，檢測(cè)電路如圖 所示，通過(guò)調(diào)節(jié)取樣電阻，可以調(diào)節(jié)速度反饋系數(shù) α 。 電流信號(hào)的檢測(cè) 為了準(zhǔn)確地取出電流反饋信號(hào)，而又能使主回路與控制回路隔離 ，以保證設(shè)備和操作安全，在較大功率直流調(diào)速系統(tǒng)中，通常采用交流電流互感器作為電流反饋信號(hào)的檢測(cè)器。 圖 交流信號(hào)檢測(cè)電路 如圖 所示采用交流互感器檢測(cè)主電路的電流，三相分別用三個(gè)交流互感器；取樣電阻使用阻值很小的標(biāo)準(zhǔn)電阻串接在被測(cè)電路中，將被測(cè)電流轉(zhuǎn)換成被測(cè)電壓；電流反饋信號(hào)整流為三相橋式電路，因此電流反饋信號(hào)波形與主回路波形具有相同的重復(fù)頻率，無(wú)需很大的濾波環(huán)節(jié)來(lái)濾平反饋信號(hào)。這種方法簡(jiǎn)單可靠，沒(méi)有時(shí)間延遲。 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 28 ASR、 ACR 的設(shè)計(jì)和工程計(jì)算 ASR、 ACR 的設(shè)計(jì) 按照工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)時(shí)，先從電流環(huán)開始，對(duì)其進(jìn)行變換和簡(jiǎn)化，然后根據(jù)電流環(huán)控制的要求，選擇 ACR 的類型并計(jì)算其參數(shù)。電流環(huán)設(shè)計(jì)完成后，把電流環(huán)等效成一個(gè)環(huán)節(jié)，作為轉(zhuǎn)速環(huán)的一個(gè)組成部分，再用同樣的方法設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)。 圖 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 圖 所示 為雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)際動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。圖中在電流環(huán)、轉(zhuǎn)速環(huán)的反饋通道和輸入端增加了電流濾波、轉(zhuǎn)速濾波和給定濾波。因?yàn)殡娏鳈z測(cè)信號(hào)中常含有交流成分，需加低通濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù) Toi 按需要而定。因?yàn)闉V波環(huán)節(jié)可以抑制信號(hào)中的交流分量，但同時(shí)也給反饋檢測(cè)信號(hào)帶來(lái)延遲，所以在給定信號(hào)通道中加入一個(gè)給定濾波環(huán)節(jié)，使給定信號(hào)與反饋信號(hào)同步，并可使設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化。由測(cè)速發(fā)電機(jī)得到的轉(zhuǎn)速反饋電壓含有電動(dòng)機(jī)的換向紋波，因此也需要濾波，其時(shí)間常數(shù)用 Ton 表示。 ASR 和 ACR 的電路實(shí)現(xiàn)見(jiàn)圖 。 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 29 圖 ASR、 ACR 電路原理圖 調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)計(jì)算 1) 電流反饋系數(shù)?的計(jì)算 設(shè)：速度調(diào)節(jié)器的限幅值 Uim*為 V10?； 電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)電流為 Ndm II 2?，即為 208A。 則 電流反饋系數(shù)?為： 2) 速度反饋系數(shù) ?的計(jì)算 設(shè)：最大給定電壓*nmU為 V10?， 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于額定轉(zhuǎn)速 min/1000rnN ?. 則 速度反饋系數(shù) ?為： 3) 電動(dòng)機(jī)的電勢(shì)系數(shù) eC 已知 電樞電阻 ?? 設(shè)：電動(dòng)機(jī)的磁通在運(yùn)行過(guò)程中保持不變，則電動(dòng)機(jī)的電勢(shì)系數(shù) 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(shù) sK的計(jì)算 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 30 電流調(diào)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(shù) Ks為： ACR 的工程計(jì)算 根據(jù)設(shè)計(jì) 要求，要使系統(tǒng)超調(diào)量小、跟隨性能好，若采用 II 型系統(tǒng)，將會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的超調(diào)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(shè)計(jì)方法變換和簡(jiǎn)化，簡(jiǎn)化后最終的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 圖 電流環(huán) 最終簡(jiǎn)化 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 1) 計(jì)算電流調(diào)節(jié)器 ACR 的 參數(shù) 整流裝置滯后時(shí)間常數(shù) sT ， 三相全橋 電路的平均失控時(shí)間 sTs ? 電流濾波時(shí)間常數(shù) oiT ， 三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是 ，為了基本濾平波頭，應(yīng)有 msToi )2~1( ，因此取 smsToi ?? 。 電 流 環(huán) 小 時(shí) 間 常 數(shù) 之 和 iT? 。 按 小 時(shí) 間 常 數(shù) 近 似 處 理 ， 取sTTT oisi ???? 。 主電路總電感 L=， R= 電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)。 電力拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù) sCCRGDCCRGDTeemem 22 ???? ? 電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)： 。 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的要求 電流超調(diào)量 %5?i? ，查表可取 ,KIT= 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 31 則電流環(huán)開環(huán)放大系數(shù)為： 于是， ACR的 參數(shù) 為 ： 2) ACR 的 電路 實(shí)現(xiàn) 圖 ACR電路 含給定濾波和反饋濾波的模擬式 PI調(diào)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(fù)反饋電壓，調(diào)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(yùn)算放大器取 ?? kR 400 ，各電阻和電容值為 FFRTC oioi ? 30 ????? 3) 校驗(yàn)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(shù)的近似條件cis ssT ????? ? 9 60 0 1 13 1，條件滿足。 ② 忽 略 反 電 動(dòng) 勢(shì) 變 化 對(duì) 電 流 環(huán) 動(dòng) 態(tài) 影 響 的 近似 條件， 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 32 , 條件滿足。 ③ 電 流 環(huán) 小 時(shí) 間 常 數(shù) 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(shù)，電流環(huán)滿足動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)指標(biāo) %5?i? 的 要求和近似條件。 ASR 的工程計(jì)算 根據(jù)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)無(wú)靜差和動(dòng)態(tài)時(shí)有良好的抗擾性能兩項(xiàng)要求，在負(fù)載擾動(dòng)點(diǎn)之前必須含有一個(gè)積分環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)速環(huán)應(yīng)該按照典型 II 型系統(tǒng)來(lái)設(shè)計(jì)，以 使系統(tǒng)具有良好的抗擾性能。 實(shí)際系統(tǒng)的 ASR 飽和特性會(huì)抑制典型 II型系統(tǒng)的階躍響應(yīng)超調(diào)量大的問(wèn)題。 將轉(zhuǎn)速環(huán)按工程設(shè)計(jì)方法變換和簡(jiǎn)化，簡(jiǎn)化后最終的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 圖 轉(zhuǎn)速環(huán)最終簡(jiǎn)化動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 1) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算 電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)為 2 iT? = 轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù) onT ， 根據(jù)所用測(cè)速發(fā)電機(jī)波紋情況，取 sTon ? 。 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù) nT? ， 按小時(shí)間常數(shù)近似處理， 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 33 取 。 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shí)間常數(shù)為 sshT nn 0 8 1 7 ???? ?? 。 轉(zhuǎn)速開環(huán)增益 222222 62 1 ??? ?????? ssThhK nN。 于 是， ASR的比例系數(shù)為 2) ASR 的 電路 實(shí)現(xiàn) 圖 ACR電路 含給定濾波和反饋濾波的 PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖 所示，圖中 ?nU 為轉(zhuǎn)速給定電壓， n?? 為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓，調(diào)節(jié)器的輸出時(shí)電流調(diào)節(jié)器的給定電壓?iU 。按所用運(yùn)算放大器取 ?? kR 400 ，各電阻和電容值為 FFRTC onon ?11040 30 ????? 3) 檢驗(yàn)近似條件 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 34 轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為 111 ?? ????? ssKK nNN ??? ① 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為 ,，滿足條件。 ② 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為onI ssTK ???? ?? 11 3 53131，滿足條件。 ③ 轉(zhuǎn)速 超調(diào)量mnNbn TTnnzCC ?????? ))((2 m a x ?? ，（ λ z） = 當(dāng) 5?h 時(shí) , ， 而 因此 能滿足設(shè)計(jì)要求。 所以，按照上述參數(shù)，轉(zhuǎn)速環(huán)滿足動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)指標(biāo) 的 要求和近似條件。 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 35 結(jié)論 本設(shè)計(jì)對(duì)圓盤拉伸機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng) 理論進(jìn)行了較為深入的研究，從調(diào)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(diào)速控制的 圓盤拉伸機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng) 的模型，并對(duì)調(diào)速方案、主電路、控制電路的設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，在此基礎(chǔ)上完成了系統(tǒng)電路原理總圖的設(shè)計(jì)。 參考文獻(xiàn) [1] 阮毅，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) .機(jī)械工業(yè)出版社， 20xx(04)：9114 [2] 周淵深，陳濤等 . 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) . 機(jī)械工業(yè)出版社， 20xx(01)： 652 [3] 浣喜明，姚為正 . 電力電子技術(shù) . 高等教育出版社， 20xx(02): 117120 [4] 賀益康，潘再平 . 電力電子技術(shù) . 科學(xué)出版社， 20xx(02):106125 [5] 張金男 . 基于 PLC 控制技術(shù)的大功率直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) . 中國(guó)知網(wǎng)，碩士學(xué)位論文，大連：大連海事大學(xué)， [6] 顧繩谷 . 電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ) . 機(jī)械工業(yè)出版社， 20xx(04): 109115