pwmm可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)動控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書(參考版)
2025-05-16 22:03本頁面
【正文】 七、參考文獻(xiàn)[1] 阮毅，：機(jī)械工業(yè)出版社，2000[2]高鵬，安濤， ：人民郵電出版社，2004[3]李發(fā)海，：清華大學(xué)出版社，2001[4]張世銘，：華中理工大學(xué)出版社，1993[5]：國防科技大學(xué)出版社，199535。對自動控制系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能及其控制也有了一定的認(rèn)識。由于要求轉(zhuǎn)速無靜差，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量與電源壓成正比，與電樞電感L和開關(guān)頻率f成反比，電樞PWM電壓的交變分量對轉(zhuǎn)速的影響是及其微小的。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動態(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)樵趧討B(tài)過程中可以認(rèn)為外環(huán)對內(nèi)環(huán)幾乎沒有影響，而內(nèi)環(huán)是外環(huán)的一個組環(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)過程。當(dāng)轉(zhuǎn)速超調(diào)后，速度調(diào)節(jié)器退出飽和，對轉(zhuǎn)速起主要調(diào)節(jié)作用，電流環(huán)成為電流隨動系統(tǒng)。在起、制動過程中，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，這時系統(tǒng)實(shí)際上為一個恒值電流調(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)過了不飽和、飽和、退飽和三個階段，最終穩(wěn)定運(yùn)行于給定轉(zhuǎn)速。圖52 雙閉環(huán)仿真波形 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)的開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)輸入各個模塊，運(yùn)行調(diào)試功能，如果無誤后就可以運(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)一個稱為Simulink Library Browser的窗口，在這個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)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進(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)小時間常數(shù)近似處理?xiàng)l件滿足近似條件。這一準(zhǔn)則表明，對于一定的值，只有一個確定的可以得到最小的閉環(huán)幅頻特性峰值，這時和，之間的關(guān)系是 以上兩式稱作準(zhǔn)則的“最佳頻比”，因而有 確定之后根據(jù)上式即可分別求得和。由于中頻段的狀態(tài)對控制系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)器決定性的作用，因此是一個很重要的參數(shù)。由此可見也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：式中 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：令轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為： 在典型Ⅱ系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)中，時間常數(shù)是控制對象固定的，待定的參數(shù)有和?，F(xiàn)在擾動作用點(diǎn)后面已經(jīng)有了一個積分環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個積分環(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)同時也能滿足動態(tài)抗擾性能好的要求。 轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)的化簡和轉(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，整個轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖47所示。 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，各電阻和電容值計(jì)算如下： 取 取 取按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動態(tài)跟隨性能指標(biāo)為 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)化簡后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個環(huán)節(jié)，為此需要求出它的閉環(huán)傳遞函數(shù)，由圖34可知：忽略高此項(xiàng)，可降階近似為：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，因此電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應(yīng)等效為：這樣，原來是雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對象，經(jīng)閉環(huán)控制后，可以近似地等效成只有較小時間常數(shù)的一階慣性環(huán)節(jié)。3） 忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件，已知 機(jī)電時間： 滿足近似條件。轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)： 電流反饋系數(shù)： 電流調(diào)節(jié)器超前時間：，則電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)： 參數(shù)校驗(yàn)1）檢查對電源電壓的抗擾性能：，查表典型Ⅰ型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能都是可以接受的。設(shè)計(jì)要求電流超調(diào)量，查表可選， 已知三相橋式電路的平均失控時間=電流環(huán)開環(huán)增益： 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當(dāng)兩個調(diào)節(jié)器都不飽和時。圖44 忽略反電動勢的動態(tài)影響如果把給定濾波和反饋濾波兩個環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi)，同時把給定信號改成，則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)和比小得多，可以當(dāng)作小慣性群而近似地看作是一個慣性環(huán)節(jié)，其時間常數(shù)為：則電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖最終簡化成圖45。實(shí)際上，反電動勢與轉(zhuǎn)速成正比，它代表轉(zhuǎn)速對電流環(huán)的影響。當(dāng)時，為正，電動機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)時，為負(fù)，電動機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)時，電動機(jī)停止。雙極式控制可逆PWM變換器的輸出平均電壓為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就和不可逆變換器中的關(guān)系不一樣了。電流中的線段3和4是工作在第Ⅱ象限的制動狀態(tài)。相當(dāng)于電動機(jī)負(fù)載較重的情況，這時負(fù)載電流大，在續(xù)流階段電流仍維持正方向，電動機(jī)始終工作在第Ⅰ象限的電動狀態(tài)。圖43 雙極式控制可逆PWM變換器波形直流電動機(jī)的電樞電壓的正、負(fù)變化，使電流波形隨之波動。如果正、負(fù)脈沖相等，平均輸出電壓為零，則電動機(jī)停止。電動機(jī)電樞電壓的平均值則體現(xiàn)在驅(qū)動電壓正、負(fù)脈沖的寬窄上。這樣就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個
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