【正文】 這也是我順利完成畢業(yè)設(shè)計的一大動力。他從最初就為我們制定了周密科學(xué)的工作任務(wù)安排，每次都很認(rèn)真的查看我們的工作日志完成情況，對于我們的提問也總給予耐心的解答?？v觀整個設(shè)計，經(jīng)典部分是已學(xué)過的知識，通過畢業(yè)設(shè)計深入理解了工程設(shè)計方法，擴展了知識面，各門課程綜合應(yīng)用，收益頗多，使我對直流調(diào)速系統(tǒng)的控制有了更深的認(rèn)識。結(jié) 論本設(shè)計――“雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計” ，對于給定的DJDK－1型電力電子技術(shù)及電機控制實驗裝置，測定直流電動機的各項電氣參數(shù)和時間常數(shù)，并應(yīng)用經(jīng)典控制理論的工程設(shè)計方法設(shè)計轉(zhuǎn)速和電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，最后應(yīng)用MATLAB軟件對設(shè)計的系統(tǒng)進行仿真和校正以達到滿足控制指標(biāo)的目的。從仿真結(jié)果我們可以看到：仿真結(jié)果與理論設(shè)計具有一定的差距，比如1．電流動態(tài)響應(yīng)的超調(diào)量σi%=%(%)；2．%(要求值為10%)；3． ASR與ACR的參數(shù)與理論設(shè)計值也有差距。h為5*7=35時, %。2) ACR從啟動到穩(wěn)態(tài)運行的過程中只工作在一種狀態(tài)，即線性調(diào)節(jié)狀態(tài)。另外，為了和工程實際情況相一致，其中ASR與ACR的參數(shù)在理論設(shè)計的基礎(chǔ)上已作適當(dāng)調(diào)整。第4章 調(diào)速系統(tǒng)性能指標(biāo)的數(shù)字仿真 基于工程設(shè)計法的數(shù)字仿真 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖在第4章基于工程設(shè)計方法中, 我們已經(jīng)設(shè)計出了雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng),并得到以下參數(shù)直流電動機：=220V = =1500r/min Ce=；電動機總飛輪矩：主回路總電阻：R= = = Tl= =,Tm=；反饋系數(shù)：α=應(yīng)用MATLAB工具箱及其SIMULINK仿真工具，按其規(guī)則，可以非常方便的繪制出控制系統(tǒng)的SIMULINK動態(tài)結(jié)構(gòu)圖以及各種仿真曲線。 本章小結(jié)本章主要研究雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計。 (338)式中KP/=Ri//R0，ρ=(R1+R’1)/R11,τ1=R1C1。為了抑制“零漂”，往往采用近似的PI調(diào)節(jié)器，即在運放的輸出端和輸入端并聯(lián)一個較大的硬反饋電阻，把靜態(tài)放大倍數(shù)壓下來，同時又不影響動態(tài)放大倍數(shù)。由任務(wù)書可知，該直流電機的起動方式為空載起動到額定轉(zhuǎn)速，此時分析典型Ⅱ型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標(biāo)的的基準(zhǔn)值： （334）當(dāng)h=5時，查典型Ⅱ型抗擾性能指標(biāo)表得所以，有 （335）滿足設(shè)計要求。由“振蕩指標(biāo)法”中所用的閉環(huán)幅頻特性峰值Mr最小準(zhǔn)則，對于一定的h值，只有一個確定的ωc(或K)，可以得到最小的閉環(huán)幅頻特性峰值Mrmin，這時ωc和ω1，ω2之間的關(guān)系是 ω2/ωc = 2h/(h+1) (318) ωc/ω1 = (h+1)/2 (319)而 ω1+ω2 = 2ωc/(h+1)+2hωc/(h+1)=2ωc 因此 ωc=(1/2)(ω1+ω2)=(1/2)(1/τ+1/T) (320)對應(yīng)的最小M峰值是 Mrmin=(h+1)/(h1) (321)確定了h和ωc以后,可以很容易的計算τ和K。 典型Ⅱ型系統(tǒng)參數(shù)和性能指標(biāo)的關(guān)系為了分析方便起見，引入一個新的變量h，令 h=τ/T=ω2/ω1 (317)h是斜濾為20dB/dec的中頻斷的寬度(對數(shù)坐標(biāo))，稱作“中頻寬”。把給定濾波和反饋濾波環(huán)節(jié)等效地移到環(huán)內(nèi)，同時將給定信號改為U*n(s)/α；再把時間常數(shù)為Ton和2T∑i的兩個小慣性環(huán)節(jié)合并起來，近似成一個時間常數(shù)為T∑n的慣性環(huán)節(jié)，且T∑n=Ton+2T∑I,，則轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)圖可轉(zhuǎn)化成圖33（b）。 (311)Φ(ω)=90otg1T∑iω (312)γ(ω)=90otg1T∑iω (313)根據(jù)典型I型系統(tǒng)動態(tài)跟隨指標(biāo)和頻域指標(biāo)的參數(shù)的關(guān)系,當(dāng)KIT∑i=, 阻尼比ξ=，振蕩指標(biāo)MP=1，截止頻率 ωci=KI=因此 Φ(ω)=90otg1T∑iω= γ(ωci)=180Φ(ω)= 跟隨性能指標(biāo) σi%=%5% 上升時間tr=∑i=*= 超調(diào)時間tm=∑i=*= 調(diào)節(jié)時間tS=6T∑i=6*= 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計 電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù) 在設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器時，可把已設(shè)計好的電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)。所以 按典Ⅰ系統(tǒng)設(shè)計,選PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 (32)式中 Ki—電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)—電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)?？呻娏鳝h(huán)還有另一個對電網(wǎng)電壓波動及時調(diào)節(jié)的作用,為了提高其抗擾性能,又希望把電流環(huán)校正成典Ⅱ系統(tǒng)。最后，Ts和Toi一般比Tl小的多，可以當(dāng)作小慣性環(huán)節(jié)處理，看作一個慣性環(huán)節(jié)，取T∑i=Ts+Toi[6]。實際系統(tǒng)中的電磁時間常數(shù)TL一般遠小于機電時間常數(shù)Tm，因而電流的調(diào)節(jié)過程往往比轉(zhuǎn)速的變化過程快得多，也就是說，比反電動勢E的變化快得多。這樣就使設(shè)計犯法規(guī)范化，大大減少了設(shè)計工作量[6]。作為工程設(shè)計方法,首先要使問題簡化,突出主要矛盾。所以實際的電路需增加電流濾波、轉(zhuǎn)速濾波、和兩個給定濾波環(huán)節(jié)，見圖216:圖216 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 本章小結(jié)本章在簡要介紹了本設(shè)計所涉及的參數(shù)測定后，重點分析了雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理及數(shù)學(xué)模型，得出了其動態(tài)結(jié)構(gòu)圖。為了平衡這一延滯作用，在給定信號通道中加入一個相同時間常數(shù)Toi的慣性環(huán)節(jié)，稱作給定濾波環(huán)節(jié)。他們的理論根據(jù)在第三章具體闡述。其關(guān)鍵取值在電流和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器中，他們保證了系統(tǒng)性能指標(biāo)的實現(xiàn)。FUC 2UD = 2*220 = 440(V)取 UC = 630(V)B. 電阻R的參數(shù):R = UD(KV1) / KIID =220*(21)/* = 28(Ω)取 R = 30ΩPR ≥ PD/800 = *103/800 = (W)取 PR = 10W所以選定CD = 4181。 整流變壓器的計算 整流變壓器的次級相電壓的有效值U2 變壓器初級電流、電壓和次級電流、電壓的有效值變壓器接成Δ/ Y 形，可以得到零線，同時濾除三次諧波。本設(shè)計采用三相橋式整流電路，平均失控時間Ts =(ms)，(ms) 用單位階躍函數(shù)來表示滯后，則晶閘管觸發(fā)和整流裝置的輸入輸出為 Ud0=KsUct1(tTs)按拉氏變換的位移定理,則傳遞函數(shù)為 (25)考慮到Ts很小,忽略其高次項,則晶閘管觸發(fā)和整流裝置的傳遞函數(shù)可近似成一階慣性環(huán)節(jié) (26)式中 Ks=—觸發(fā)和整流裝置的放大倍數(shù)； Ts= —觸發(fā)和整流裝置的平均失控時間。如果不需要在結(jié)構(gòu)圖中把電流Id表現(xiàn)出來，可將擾動量IdL的綜合點前移，并進行等效變換，如圖27所示圖27 直流電動機動態(tài)結(jié)構(gòu)圖的簡化和變換a) b) 晶閘管觸發(fā)和整流裝置傳函 失控時間 以單相全波純電阻負(fù)載整流電路為例來討論滯后時間的大小。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)主電路的數(shù)學(xué)模型 主電路及其化簡見圖25:圖25 主電路的原理圖及化簡a) 三相橋式整流電路的主電路b)等效電路c)化簡后的等效電路其中： Rb—變壓器兩相繞阻的等效內(nèi)阻 Ra—變壓器兩相繞阻漏抗引起換向壓降所對應(yīng)的電阻 Rn—兩個可控硅原件的正相等效電阻 Rp—平波電抗器等效電阻 Rd—電動機電樞等效內(nèi)阻 Lb—變壓器兩相繞阻的漏感 Lp—平波電抗器電感 Ld—電動機電樞繞阻電感 Ud0=—理想空載整流電壓 E=Ce*n—直流電動機電勢 RN=Rb+Ra+Rn—整流裝置內(nèi)阻 RS =Rp+Rd—電動機電樞電阻 R=RN+RS—主電路總電阻 L=Lb+Lp+Ld—主電路總電感 額定勵磁下的直流電動機的數(shù)學(xué)描述 由圖25中的c)可列出微分方程如下： (主電路,假定電流連續(xù)) (額定勵磁下的感應(yīng)電動勢) (牛頓動力學(xué)定律,忽略粘性摩擦) (額定勵磁下的電磁轉(zhuǎn)矩)式中 TL—包括電機空載轉(zhuǎn)矩在內(nèi)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，單位為Nm；GD2—電力拖動系統(tǒng)運動部分折算到電機軸上的飛輪轉(zhuǎn)矩，單位為Nm2； Cm=30Ce/Л—電動機額定勵磁下的轉(zhuǎn)矩電流比，單位為Nm/A；定義下列時間常數(shù)： TL=L/R—電樞回路電磁時間常數(shù)，單位為s； Tm=(GD2R)/(375CeCm)—電力拖動系統(tǒng)機電時間常數(shù)，單位為s。這就是說，采用PI調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速動態(tài)響應(yīng)必然有超調(diào)[6]。它的特征是電流保持恒定，一般選擇為允許的最大值，以便充分發(fā)揮電動機的過載能力，使啟動過程盡可能更快。當(dāng)ASR飽和時，轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)。但是，由于Id仍大于負(fù)載電流IdL，在一段時間內(nèi)，轉(zhuǎn)速仍繼續(xù)上升。在這個階段中ASR始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)表現(xiàn)為在恒值電流給定Uim*作用下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流Id恒定，因而拖動系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速成線性增長。當(dāng)Id≈Idm時，Ui≈Uim*，電流調(diào)節(jié)器的作用使I