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pwm-m可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(參考版)

2024-09-02 18:59本頁(yè)面
  

【正文】 武漢理工大學(xué)《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 35 七、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) .北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2020 [2]高鵬,安濤,寇懷誠(chéng)等 .Protel 99 入門 與提高 .北京:人民郵電出版社, 2020 [3]李發(fā)海,王巖 .電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ) .第二版 .北京:清華大學(xué)出版社, 2020 [4]張世銘,王振和 .直流調(diào)速系統(tǒng) .武漢:華中理工大學(xué)出版社, 1993 [5]胡壽松 .自動(dòng)控制原理 .長(zhǎng)沙:國(guó)防科技大學(xué)出版社, 1995 。對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)性能及其控制 也 有 了 一定的認(rèn)識(shí)。由于要求轉(zhuǎn)速無(wú)靜差,此轉(zhuǎn)速環(huán)按典型 II 型系統(tǒng)設(shè)計(jì)雙閉環(huán)可逆直流 PWM調(diào)速系統(tǒng)電樞電流的最大脈動(dòng)量與電源壓 sU 成正比,與電樞電感 L和開(kāi)關(guān)頻率 f成反比,電樞 PWM電壓的交變分量對(duì)轉(zhuǎn)速的影響是及其微小的。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)效正的設(shè)計(jì)與調(diào)試是先按內(nèi)環(huán)(電流環(huán))后外環(huán)(轉(zhuǎn)速環(huán))的順序進(jìn)行的,因?yàn)樵趧?dòng)態(tài)過(guò)程中可以認(rèn)為外環(huán)對(duì)內(nèi)環(huán)幾乎沒(méi)有影響,而內(nèi)環(huán)是外環(huán)的一個(gè)組環(huán)節(jié)。電流內(nèi)環(huán)還起到改造轉(zhuǎn)速外環(huán)中調(diào)節(jié)對(duì)象結(jié)構(gòu)及參數(shù)的作用,加快了轉(zhuǎn)速環(huán)的調(diào)節(jié)響應(yīng)過(guò)程。當(dāng)轉(zhuǎn)速超調(diào)后,速度調(diào)節(jié)器退出飽和,對(duì)轉(zhuǎn)速起主要調(diào)節(jié)作用,電流環(huán)成為電流隨動(dòng)系統(tǒng)。在起、制動(dòng)過(guò)程中,速度調(diào)節(jié)器很快入飽和,輸出限幅值為電流環(huán)提供了最大電流給定,電流調(diào)節(jié)器為 PI 調(diào)節(jié)器,在它的調(diào)節(jié)作用下使電流保持在最大值,這時(shí)系統(tǒng)實(shí)際上為一個(gè)恒值電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)。速度調(diào)節(jié)器的輸出即為電流給定,其輸出限幅值即為最大電流給定值。 仿真結(jié)果符合實(shí)際情況,說(shuō)明參數(shù)的選擇設(shè)計(jì)較為合適。 轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真中, ASR 調(diào) 節(jié)器經(jīng)過(guò)了不飽和、飽和、退飽和三個(gè)階段,最終穩(wěn)定運(yùn)行于給定轉(zhuǎn)速。 圖 52 雙閉環(huán)仿真 波形 武漢理工大學(xué)《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 33 其中,紅色曲線為電流環(huán),黃色曲線為轉(zhuǎn)速環(huán)波形。 雙閉環(huán)仿真模型 電流環(huán)、轉(zhuǎn)速 環(huán),雙閉環(huán)仿真模型如圖 51 所示。 (3) 將設(shè)計(jì)的開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)輸入各個(gè)模塊,運(yùn)行調(diào)試功能,如果無(wú)誤武漢理工大學(xué)《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 32 后就可以運(yùn)行系統(tǒng)。 Simulink 仿真步驟 (1) 在 MATLAB 命令窗口中輸入 simulink, 桌面上出現(xiàn)一個(gè)稱為 Simulink Library Browser 的窗口,在這個(gè)窗口中列出了按功能分類的各種模塊的名稱。 . 構(gòu)架在 Simulink 基礎(chǔ)之上的其他產(chǎn)品擴(kuò)展了 Simulink 多領(lǐng)域建模功能,也提供了用于設(shè)計(jì)、執(zhí)行、驗(yàn)證和確認(rèn)任務(wù)的相應(yīng)工具。 Simulink 是用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計(jì)工具。 Simulink 可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模,它也支持多速率系統(tǒng),也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。 2) 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件 onI sTK ????? ? 滿足近似條件。這一準(zhǔn)則表明,對(duì)于一定的 h 值,只有一個(gè)確定的 c? 可以得到最小的閉環(huán)幅頻特性峰值 minrM ,這時(shí) c? 和 1? , 2? 之間的關(guān)系是 122 ??hhc?? 211 ??hc?? 以上兩式稱 作 minrM 準(zhǔn)則的“最佳頻比”,因而有 ccc hhh ????? 2121221 ?????? )11(21)(21 21 Tc ???? ???? 確定 h 之后根據(jù)上式即可分別求得 ? 和 c? 。由于中頻段的狀態(tài)對(duì)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)器決定性的作用,因此 h 是一個(gè)很重要的參數(shù)。 由此可見(jiàn) ASR 也應(yīng)該采用 PI調(diào)節(jié)器,其傳遞函數(shù)為: ssKsW nnnASR ?? )1()( ?? 式中 nK 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) 調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)環(huán) 傳遞函數(shù)為: )1( )1()1( /)1()( 2 ?????? ?? sTsTC sRKsTsTC RssKsW nmen nnnmennnn ?? ?????? 令轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益 NK 為: mennN TCRKK ?? ?? )1( )1()( 2 ??? ? sTs sKsW nnNn ? 在典型 Ⅱ系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)中,時(shí)間常數(shù) T 是控制對(duì)象固定的,待定的參數(shù)有 K 和 ? ?,F(xiàn)在擾動(dòng)作用點(diǎn)后面已經(jīng)有了一個(gè)積分環(huán)節(jié),因此轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個(gè)積分環(huán)節(jié),所以應(yīng) 該設(shè)計(jì)成 典型Ⅱ系統(tǒng),這樣的系統(tǒng)同時(shí)也能滿足動(dòng)態(tài)抗擾性能好的要求。 轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)的化簡(jiǎn)和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)后,整個(gè)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖47所示。 武漢理工大學(xué)《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 24 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容 圖 46 含給定濾波和反饋濾波的 PI型電流調(diào)節(jié)器 電流調(diào)節(jié)器原理圖如圖 46 所示,按所用運(yùn)算放大器取 0 40kR ??,各電阻和電容值計(jì)算如下: i i 0 1. 03 40 k 41 .2 kR K R? ? ? ? ? ? 取 40k? ii 3i0 .0 3= F = 0 .7 5 F4 0 1 0C R? ?? ? 取 F? oioi 304 4 0 .0 0 2= F = 0 .2 F4 0 1 0TC R ??? ? 取 ? 按照上述參數(shù),電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)為 i =%5%? 滿足設(shè)計(jì)要求 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù) 電流環(huán)經(jīng)化簡(jiǎn)后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的 一個(gè)環(huán)節(jié),為此需要求出它的閉環(huán)傳遞函數(shù) )(sWcli ,由圖 34可知: 武漢理工大學(xué)《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 25 111)1(1)1(/)()()(2 ???????????? sKsKTsTsKsTsKsUsIsWIIiiIiIidc li ? 忽略高此項(xiàng), )(sWcli 可降階近似為: 111)(?? sKsWIcli 接入轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi),電流環(huán)等效環(huán)節(jié)的輸入量應(yīng)為 )(sUi? ,因此電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應(yīng)等效為: 111)()()(????sKsWsUsIIc liid ?? 這樣,原來(lái)是雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對(duì)象,經(jīng)閉環(huán)控制后,可以近似地等效成 只有較小時(shí)間常數(shù) IK1 的一階慣性環(huán)節(jié)。 3) 忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件, 已知 ?eC 機(jī)電時(shí)間 : sTm ? cilm sTT ?????? ? 1313 滿足近似條件。 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù): rVnU Nn m in/ ?????? 電流反饋系數(shù): AVIU dmim /04 10* ????? 電流調(diào)節(jié)器超 前時(shí)間: sTl ??? 75?Ks取 , 則電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù): 4 ?????? ?? sIi KRKK 武漢理工大學(xué)《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 23 參數(shù)校驗(yàn) 1)檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能: ???ilTT , 查 表典型Ⅰ型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能都是可以接受的。設(shè)計(jì)要求電流超調(diào)量%5?i? ,查表可選 ?? , ??iITK , 已知 三相橋式電路的平均失控時(shí)間 sTs ? oisi TTT ??? = s0 0 3 0 1 ?? 電流環(huán)開(kāi)環(huán)增益: 3 50 0 3 ?? ??? sTK iI 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中,當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)。 武漢理工大學(xué)《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 21 )( sU i? )( sU c )( sI d )(0 sU d 1?sToi??? 11 ?sT oi ACR 1?sT Ks s 1/1 ?sT Rl 圖 44 忽略反電動(dòng)勢(shì)的動(dòng)態(tài)影響 如果把給定濾波和反饋濾波兩個(gè)環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi),同時(shí)把給定信號(hào)改成 ?/)(sUi? ,則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng) sT 和 oiT 比 lT 小得多,可以當(dāng)作小慣性群而近似地看作是一個(gè)慣性環(huán)節(jié),其時(shí)間常數(shù)為: oisi TTT ??? 則電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖最終簡(jiǎn)化 成圖 45。實(shí)際上,反電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)速成正比,它代表轉(zhuǎn)速對(duì)電流環(huán)的影響。當(dāng) 12?? 時(shí), ? 為正,電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn);當(dāng) 12?? 時(shí), ? 為負(fù),電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn);當(dāng) 12?? 時(shí), 0?? ,電動(dòng)機(jī)停止。 雙極式控制可逆 PWM 變換器的輸出平均電壓為 o n o n o nd s s s2= = ( 1 )t T t tU U U UT T T??? 若占空比 ? 和電壓系數(shù) ? 的定義與不可逆變換器中相同,則在雙極式控制的可逆變換器中 21???? 就和不可逆變換器中的關(guān)系不一樣了。 d2i 電流中的線段 3 和 4 是工作在第 Ⅱ 象限的制動(dòng)狀態(tài)。 d1i 相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)負(fù)載較重的情況,這時(shí)負(fù)載電流大,在續(xù)流階段電流仍維持
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