【正文】 圖 速度方框圖 其中： nN n e mKRK CT??? ?? 電動機 2GD? 110 公斤 2米 ，取主傳動系統(tǒng)的總的 2GD? 為電動機的二倍，即 2GD? =220 公斤 2米 電動機激磁常數(shù) eC 由下式求出 eC 4 4 0 8 5 0 . 5 1 2 0 . 3 9 61。參數(shù)計算主要是確定 nK 和 n? 的數(shù)值。忽略高次項，并取等效一階慣性環(huán)節(jié)的時間常數(shù)為傳遞函數(shù)分母愈分子時間常數(shù)之差，得出 式中， 0 .0 0 2 7 0 .0 7 9 40 .0 3 4iLTm T?? ? ? 22 1hmh? 225 0 .0 7 9 4 0 .6 6 251?? ? ?? ? ?? ? 10. 66 2 1dgi iISu S T S??? ? 上式即為化簡后的電流內(nèi)環(huán)等效傳函。在最大容許電流 max 2dNII? 的電流反饋電壓 fiu 與最大電流給定電壓 maxgiu 相等，即 ? maxdI maxgiu? SSK iii ?? )1( ? )1)(1( 2/ ??? STST RK Li S?+ _ Bugi dI中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè) 設(shè)計說明書 第 36 頁 共 45 頁 ? m a xm a x8 0 .0 4 7 /2 8 5gidu VAI? ? ?? 式中取maxgiu=8V，取 0 ? 0 0 .0 0 1 7 0 .0 0 1 0 .0 0 2 7i s iT T T? ? ? ? ? ? 0 .0 3 4 1 2 .5 90 .0 0 2 7LiTT? ??＞ 10 所以可以把電樞回路看成是幾分環(huán)節(jié)，即 111LLRRT S T S???? 此時，電流閉環(huán)的方框圖可進一步簡化為 圖 電流閉環(huán)簡化框圖 圖中 isIiLKKK RT???? 取 h=5，則 ? ?22 2 2 21 5 1 1 6 4 3 0 1 / s e c2 2 5 0 . 0 0 2 7ihK hT ???? ? ??? 5 027 135 se ciihT? ?? ? ? ? 1 6 4 3 0 0 . 0 1 3 5 1 . 2 2 9 0 . 0 3 4 2 . 3 88 2 . 8 0 . 0 4 7i i LiSK R TK K? ?? ? ? ?? ? ?? 取 0R =20K，選用 BG305 運算放大器，若電位計 1W 的位置處于 1? = 2? 處，則 011 2 . 3 8 2 0 2 3 . 822iiR K R K K? ? ? ? ? )1( )1(2 ???iiI TS SK ?— ?giu Id 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè) 設(shè)計說明書 第 37 頁 共 45 頁 30 .0 1 3 5 0 .5 8 72 3 1 0ii iCFR? ?? ? ?? 600 304 4 0 .0 0 1 1 0 0 .22 0 1 0ii TR ??? ? ? ?? 速度環(huán)參數(shù)計算 由于電流閉環(huán)是速度閉環(huán)的內(nèi)環(huán)，在計算速度環(huán)參數(shù)時，為了簡單起見，將電流環(huán)化簡成一個簡單的等效環(huán)節(jié)，便于計算。為此，需要先知道電動機和可控硅的參數(shù)： 0 2 .3 4 1 4 1 4 1 .38dskuK u ?? ? ? 1 1 1 1 0 . 0 0 1 7 s e c2 2 6 5sT qf? ? ? ?? 其中， q 為整流電壓的波頭數(shù)，三相全控橋 q=6， ku 為最大移相電壓，取 ku =8V 34 2 . 5 5 1 0 0 . 0 3 4 s e c1 . 2 2 9L LT R????? ? ? 其中， L? B P KL L L m H? ? ? ? ? ? ? B P K SC R DR R R R R R? ? ? ? ? ? ?? 其中 DR 、 BR 、 PKR 、 SCRR 分別為電動機電樞、整流變壓器、平波電抗器及可控硅正向?qū)〞r的電阻 。此時，電流內(nèi)環(huán)的方框圖可以簡化為： a） b) 1?SToi?1?ST ioi SSK iii ?? )1( ? 1?STKS S 1/1 ??ST RL+ _ giu dI1?SToi? SSK iii ?? )1( ? )1)(1( / ?? ?STST RK LS S+ _ BugidI中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè) 設(shè)計說明書 第 35 頁 共 45 頁 c) 圖 電流閉環(huán)方框圖 圖中 0i s iT T T? ?? 為電流環(huán)小時間常數(shù)和 ，L LT R???為電動機電樞回路電磁時間常數(shù)。 電流閉環(huán)參數(shù)計算 電流閉環(huán)參數(shù)計算主要是計算電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)。為了保證調(diào)節(jié)精度和較好的過渡過程品質(zhì)，電流調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器均采用比例積分調(diào)節(jié)器， PI 調(diào)節(jié)器屬于串聯(lián)校正裝置，不僅改善動態(tài)特性，而且可使系統(tǒng)無穩(wěn)態(tài)誤差。 系統(tǒng)動態(tài)參數(shù)計算和調(diào)試 所謂動態(tài)設(shè)計，是指當(dāng)系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)確定后，選擇動態(tài)校正環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)形式并計算其參數(shù)，以期滿足系統(tǒng)動態(tài)指標(biāo)。 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè) 設(shè)計說明書 第 32 頁 共 45 頁 圖 系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖 根據(jù)系統(tǒng)已知的參數(shù)，各環(huán)節(jié)的放大的倍數(shù)計算如下： 1) 速度調(diào)節(jié)器靜態(tài)放大倍數(shù) 1 .5 2 0 7620noR M KK RK?? ? ? 2) 電流調(diào) 節(jié)器靜態(tài)放大倍數(shù) 1 .5 7520ioRMK RK? ? ? 3) 觸發(fā)器和可控硅靜態(tài)放大倍數(shù) max 30dokUK U?? 4) 回路的總電阻 ? ? ? 5) 電動機的電勢系數(shù) 220 0 .5430NNuCe n? ? ? ?伏 /轉(zhuǎn) /分 6) 電流反饋系數(shù) 10 0 .1 /100iU VAI? ? ? ? 7) 深度反饋系數(shù) 220 NUn? ? ? ?伏 /轉(zhuǎn) /分 靜態(tài)速降計算 由結(jié)構(gòu)圖可直接寫出系統(tǒng) 的靜特性方程式： ( 1 ) ( 1 )n i o i ogoeeK K K K Kn U I n nC K C K???? ? ? ? ??? 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè) 設(shè)計說明書 第 33 頁 共 45 頁 式中 1n i o eK K K K C? ?? ——系統(tǒng)開環(huán)放大倍數(shù) = 75 76 30 / 8550? ? ? ? 額定負載時，靜態(tài)轉(zhuǎn)速降為： 0 . 1 7 5 3 0 1 0 5 8 . 9( 1 ) 0 . 5 ( 1 8 8 5 0 )ioeneKKnICK?? ??? ? ? ? ???轉(zhuǎn) /分 刨床刨制速度一般為 ，相應(yīng)電動機轉(zhuǎn)速為 500 轉(zhuǎn) /分，故系統(tǒng)低速時的靜差度： m in8 .9 1 .7 %5 0 0 8 .9eonS n?? ? ?? 滿足系統(tǒng)對靜差度的要求（ ≤）。因此，本設(shè)計決定采用比例積分調(diào)節(jié)器，從理論上它可以達到無靜差，完全可以滿足低速刨制時的靜差率要求。 式中 maxV 為最大刨制速度 ， minV 為最低刨制速度，等于喂料速度。 調(diào)節(jié)器的型式選擇。本系統(tǒng)由給定積分器環(huán)節(jié)，給定信號均勻上升，限制了他的超調(diào)。因此，決定速度環(huán)參數(shù)按照 II 型系統(tǒng)設(shè)計。對于速度環(huán)來說，應(yīng)該按典型 II 型系統(tǒng)設(shè)計，因為速度閉環(huán)的擾動量主要是負載，要求抗干擾能力強。 因此，在設(shè)計控制系統(tǒng)時，系統(tǒng)所要求的靜、動態(tài)性能指標(biāo)是設(shè)計的主要依據(jù)。 控制系統(tǒng)的電源 本控制系統(tǒng)的電源為 ? 15 伏穩(wěn)壓電源 圖 ? 15電源原理圖 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè) 設(shè)計說明書 第 30 頁 共 45 頁 作為調(diào)節(jié)器，觸發(fā)器的脈沖形成部分，速度給定環(huán)節(jié)，無環(huán)流邏輯裝置，軟換向環(huán)節(jié)，過流保護環(huán)節(jié)的電源，這些環(huán)節(jié)對電源的穩(wěn)定要求都比較高，而負載不大，故共用穩(wěn)壓 電壓，如圖 所示。當(dāng) BG1 導(dǎo)通時繼電器 oJ 吸合，一方面自鎖，另一方面是繼電器 1J 得電吸合， 1J 在交流側(cè)線路接觸器 S—B 線圈回路中的常開觸頭打開，使 S—B 跳閘切斷主回路交流電。不影響正反組可控硅觸發(fā)的正常工作。 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè) 設(shè)計說明書 第 29 頁 共 45 頁 圖 過流監(jiān)視保護環(huán)節(jié) 過流保護環(huán)節(jié)的電路，如圖 所示。 過流監(jiān)視保護環(huán)節(jié) 由于 SCR 元件熱容量小，過載能力熱，一旦過載，結(jié)溫升高，很容易促成 SCR 元件燒壞，所以必須設(shè)置過載保護措施，一方面從主電路入手，利用瞬時動作的過流繼電器，一旦電流超過整定值，繼電器動作，斷開主電路交流電源。同理，將軋向選擇開關(guān) KK 推向右方，即可進行右向軋制。這時，電流經(jīng)+15V? 1JZX? 1JQD? 1JQS? 電阻 10K? gdu 。當(dāng)需要低速時，按低速按鈕 DA，這時高速繼電器 1JQS 斷電，低速繼電器 1JQD 接通并進行自鎖。此時， gdu 為正電壓，送給給定積分器，使電動機起動。此時高速繼電器 1JQS 接通，它在速度給定環(huán)節(jié)的常開觸點 1JQS 接通 gdu 的電源。左推時，左向軋制繼電器 1JZX 接通。 在操作電路中 JXL 為系統(tǒng)聯(lián)索繼電器常開觸點，當(dāng)系統(tǒng)正常時， JXL 接通，表示可以進行軋制。 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè) 設(shè)計說明書 第 28 頁 共 45 頁 速度給定環(huán)節(jié) 速度給定環(huán)節(jié)的作用是實現(xiàn)軋制方向選擇、高低速度選擇和停車等作用。 電流檢測裝 置 本系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，電流調(diào)節(jié)器需要檢測主回路的電流信號，其次系統(tǒng)采用邏輯控制需要零電流信號，發(fā)生過流時，應(yīng)發(fā)出過流信號，根據(jù)以上要求和主電路的接線方式，采用交流互感器作電流檢測裝置，其接線圖如圖 所示。 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè) 設(shè)計說明書 第 27 頁 共 45 頁 D?D I O D E _16 2A P 13RRR3D K 4C3D K 4C正組脈沖封鎖613606反組脈沖封鎖U1U2+ 15 V 15 V 圖 邏輯保護電路 檢測裝置 測速發(fā)電機 系統(tǒng)采用速度負反饋，選用永磁式的直流測速發(fā)電機作為轉(zhuǎn)速檢測元件。無環(huán)流邏輯裝置的工作原理是： 轉(zhuǎn)矩級性鑒別器和零電流檢測分別把控制信號送給電平檢測，電平檢測把模擬信號變成數(shù)字信號送給邏輯運算電路，對是否觸發(fā)和觸發(fā)哪一組進行邏輯判斷，經(jīng)過延時電路延時兩個時間，即關(guān)斷等待延時和觸發(fā)等待延時。 邏輯保護環(huán)節(jié)取了邏輯運算電路經(jīng)延時電路后的兩個輸入信號作為一個 “或非 ”門的輸入信號。 兩個信號總是相反，但是，一旦電路發(fā)生故障，有可能兩個信號同時為 “1”態(tài)，這將造成正反兩組整流橋短路事故。 邏輯保護 邏輯電路正常工作時，邏輯與延時電路的輸出 uZ 39。其延時時間由 R1C 來決定，這里整定為 3 毫秒。延時電路如圖 所示，其工作原理如下： 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè) 設(shè)計說明書 第 26 頁 共 45 頁 R2R5R8R1R3 R6R4 R7B G 1 B G 2B G 3CD1+ 15VU s c 15VU s r 圖 延時電路 當(dāng)延時電路輸入為 0 時，輸出也為 “0”態(tài)（ BG1 截止、 BG2 導(dǎo)通），相應(yīng)的整流橋脈沖開放。 延時電路 前面的邏輯運算電路保證了零電流切換，但是僅采用零電流切換是不夠的，必須在切換過程中設(shè)置兩段延時，即關(guān)斷等待延時 和觸發(fā)等待延時 2t 。 邏輯判斷電路 邏輯判斷電路的作用是根據(jù)轉(zhuǎn)矩極性鑒別器和零電流檢測器的輸出信號 M? 和 I?信號，正確地發(fā)出封鎖正組可控硅的信號 2? 或者是封鎖反組可控硅的信號 F? （見圖）。轉(zhuǎn)矩極性鑒別 器的輸入信號為速度調(diào)節(jié)器的輸出 sU ，其輸出為 noU 電機正轉(zhuǎn)時 sU 為負， nU 為低電位（ “0”態(tài)）；反轉(zhuǎn)時 sU 為正，中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè) 設(shè)計說明書 第 25 頁 共 45 頁 nU 為高電位（ “1”態(tài)）。 圖 電平檢測器原理圖 由于速度調(diào)節(jié)器的輸出和電流檢測器的輸出都具有交流分量，除入口有濾波器外，電平檢測還需要一定寬度的回環(huán)特性，以防止由于交變分量使邏輯裝置誤動作，本系統(tǒng)電平檢測器回環(huán)特性的動作電壓 1srU =100 毫伏，釋放電壓 2srU =80 毫伏。 下面采用射極耦合觸發(fā)器作電平檢測器。 電平檢測 邏輯裝置的輸入信號有兩個：一個是反映轉(zhuǎn)矩極性信號的速度調(diào)節(jié)器的輸出電 壓sU ，另一個是來自電流檢測器的零電流信號 ioU ，它們都是連續(xù)變化的模擬量，而邏輯電路卻只需要高低兩個狀態(tài)的數(shù)字量。 2) 當(dāng)要求兩組整流橋切換時