【正文】 其原理框圖見圖 810。 直接張力控制 直接張力控制，需要張力傳感器直接測量卷徑張力，張力傳感器的輸出信號作為張力實際值信號反饋到張力調(diào)節(jié)器的輸入端。其現(xiàn)實對張力調(diào)控的過程屬于開環(huán) 控制。 間接張力控制和直接張力控制 間接張力控制 間接張力控制，不需要張力傳感器或張力測量裝置，控制系統(tǒng)中不用張力調(diào)節(jié)器，張力給定值乘以卷徑實際值，作為轉(zhuǎn)矩設(shè)定值作用于系統(tǒng)，電動機電流隨著卷徑的增加而線性增加，張力保持恒定。 由于這種系統(tǒng)無論是線速度是多少，卷徑多大，在基速以下調(diào)速時，電動機均在滿磁下工作。這種系統(tǒng)和通常的非獨立控制調(diào)速系統(tǒng)一樣，不管是卷取線速度升高還是卷徑減少，要求電動機轉(zhuǎn)速隨著卷徑減少而升高，轉(zhuǎn)速變化按照在基速以下采用調(diào)壓和在基速以上采用弱磁的方法。 3） 采用這種方式，電動機容量要由最大張力和最大線速度的乘積來決定，但實際上，大張力僅在低速時需要，也使得電動機的功率不能充分利用。這種方案的缺 點是： 1） 不論在高速還是低速，卷取過程的調(diào)速全由磁場路來實現(xiàn)，因此在低速時電動機的功率不能充分利用。隨著帶卷直徑變化，淚如卷取工作時時從小到大，則勵磁電運控課程設(shè)計報告 37 流輸出也相應(yīng)逐漸增大，電動機的磁通也隨之增大，以維持 /D 恒定。卷徑計算，根據(jù) 關(guān)系進行計算，卷徑計算環(huán)節(jié)的輸出，就和卷徑 D 成比例。隨著卷徑的變化，為了維持張力恒定，要求電動機磁通 隨著變化，并維持 /D 恒定，這是通過電動機勵磁調(diào)節(jié)器 AMR 來實現(xiàn)的。當(dāng)鋼帶咬入后，電流調(diào)節(jié)器進入飽和，其飽和值由張力（電流）給定決定。 （ 2） 磁場控制部分 調(diào)節(jié)電動機勵磁電流，使磁通隨著卷徑變化而變化，從而維持 /D 的比值不變。 （ 1） 電樞電流控制部分 用調(diào)節(jié)電動機電樞電壓隨卷徑變化，改變電動機轉(zhuǎn)速，維持電樞電流不變。 I 恒定和 /D 恒定 按式 (825)的關(guān)系，分別控制電樞和勵磁。這種系統(tǒng)較為簡單，隨線速度或卷徑變化，調(diào)節(jié)電樞電壓。 當(dāng)帶材咬入后，產(chǎn)生張力，使 ASR得反饋值小于給定值，處于飽和狀態(tài)，其限幅值就是功率（張力）給定值。功率反饋信號用電壓和電流的乘積得到，功率給 定（即張力給定）信號由線速度檢測經(jīng)過張力給定點位器送到速度調(diào)節(jié)器 ASR 的限幅輸入中。 此方案不需調(diào)節(jié)電動機的勵磁。 從式 (823)知，控制卷取機的功率（近似用其電壓和電流的乘積代替）與加工線的基準(zhǔn)速度成正比，就可以使張力維持恒定。電動機 M2 工作在制動狀態(tài)。張力自動投入后，卷取 機與張力輥間建立張力，張力輥系統(tǒng)速度調(diào)節(jié)器飽和。當(dāng)引帶時，兩個系統(tǒng)都作為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)而起作用，控制張力輥的傳帶速度和卷取機的線速度相一致。 在對張力調(diào)節(jié)不高的場合，從式 (824)知，課采用調(diào)節(jié)電動機電流并保持恒定的方法（此時，電動機的端電壓應(yīng)與帶材線速度成比例）。張力控制方法可分為間接法和直接法兩種，目前普遍采用間接法。各部分由單獨的電動機分布傳動，全線被帶材連為一體，形成一定的張力，進行協(xié)調(diào)工作。 634 4 0 . 0 1 2 1 0 22 0 1 0ononoTC F FR ???? ? ? ? ?? ，取 2onCF?? 至此，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的理論設(shè)計初步完成，但還需實際調(diào)試和修正。 (4)計算調(diào)節(jié)器電阻和電容 已知轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié) 器的輸入電阻 0 20Rk??，則 0 18. 25 20 365nnR K R k? ? ? ? ?，取 360nRk??。 2)轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件為 ： 111 1 1 3 5 . 1 3 8 . 73 3 0 . 0 1I onK s s wT ??? ? ?，滿足簡化條件。 這樣調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為： 2( 1 ) ( 1 )()( 1 ) ( 1 )n n n nn n e m n n e m nRK s K R sWss C T s T s C T s T s?? ? ??? ? ????????? (432) (2)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的選取 由圖 433與式 (421)比較可得： nN n e mKRK CT???? (433) 按 三階最佳系統(tǒng)設(shè)計， 跟隨和抗擾動性能都較好的原則，取 5h? ，則 ASR的超前時間常數(shù)為： 5 0. 01 74 0. 08 7nnhT s??? ? ? ?。 顯然，欲校正成典運控課程設(shè)計報告 33 II系統(tǒng)，速度調(diào)節(jié)器應(yīng)選用 PI 調(diào)節(jié)器 。 (2)速度調(diào)節(jié)器的設(shè)計 和電流環(huán)中一樣，把轉(zhuǎn)速給定濾波和反饋濾波環(huán)節(jié)移到環(huán)內(nèi)，同時將給定信號改成 *( )/nUs? ，再把時間常數(shù)為 1IK和 onT 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 nT? 的慣性環(huán)節(jié)，其中 11 0 . 0 1 0 . 0 1 7 41 3 5 . 1n o nIT T sK? ? ? ? ? ?，則速度換結(jié)構(gòu)框圖可簡化為圖 432。這就表明，電流的閉環(huán)控制改造了控制對象，加快了電流的跟隨作用，這是局部閉環(huán)（內(nèi)環(huán)）控制的一個重要功能。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)該為 *()iUs，因此電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應(yīng)等效為 d c li*iI1( ) ( )1() 1I s W sUs sK???? ? 。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計 1)轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)框圖的建立及化簡 圖 431 轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 （ 用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)） 圖 432 轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 （ 等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng) 和 小慣性環(huán)節(jié)近似處理 ） 運控課程設(shè)計報告 32 圖 433 轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu) 簡化 圖 （ 校正后成為典型 II 型系統(tǒng)） 電流環(huán)簡化后可視為轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個環(huán)節(jié)，為此需求出它的閉環(huán)傳遞函數(shù)()cliWs。 （ 2）速度調(diào)節(jié)器的選擇 顯然，欲校正成典 II 系統(tǒng)，速度調(diào)節(jié)器應(yīng)選用 PI 調(diào)節(jié)器。 速度調(diào)節(jié)器的設(shè)計 （ 1）確定系統(tǒng)的類型 對速度環(huán)，可以校正成典 I 系統(tǒng)，也可以校正成典 II系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)機械的要求而定，大多數(shù)調(diào)速系統(tǒng)的速度環(huán)都按典 II系統(tǒng)進行設(shè)計。同理，可把兩個小慣性環(huán)節(jié)合并。 電流調(diào)節(jié)器的選擇 顯然，欲校正成典 I 系統(tǒng)，電流調(diào)節(jié)器應(yīng)選用 PI 調(diào)節(jié)器。 TΣ i=+= 2. 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計 a) 確定系統(tǒng)的類型 對電流環(huán)，可以校正成典 I 系統(tǒng)，也可以校正成典 II 系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)機械的要求而定，一般對抗擾性能要求不是特別嚴(yán)格時均采用典 I 系統(tǒng)設(shè)計即可。 將非單位負(fù)反饋變換成單位負(fù)反饋系統(tǒng)。 本例中取 Toi=2ms= Ton=10ms= 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計 1. 電流環(huán)框圖的建立及化簡 電流環(huán)框圖如圖所示，由于轉(zhuǎn)速對給定信號的響應(yīng)時間較電流對給定信號的響應(yīng)時間長得多，因此在計算電流的動態(tài)響應(yīng)時，可以把電動機的轉(zhuǎn)速看成恒量。對濾波時間常數(shù)，若取得過小，則濾不掉 信號中的諧波，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。濾波環(huán)節(jié)可以抑制反饋信號中的諧波分量，但同時也給反饋信號帶來慣性的影響，為了平衡這一慣性的影響，在調(diào)節(jié)器給定輸入端也加入一個同樣參數(shù)的給定濾波環(huán)節(jié)。 系統(tǒng)固有部分的主要參數(shù)計算 （ 1）電動機的電磁時間常數(shù) sRLT a ??? ?? （ 2）電動機的電動勢常量 rVn RIUC N aNNe m i n/ ??????? （ 3）電動機的轉(zhuǎn)矩常量 AmNCC em /1 .2 9 2 11 3 5 ????? （ 4）轉(zhuǎn)速慣量 rsmNGDJ G m i n/ 2 ?????? （ 5）機電時間常數(shù) sCC RJT meGm ????? 2．預(yù)先選定的參數(shù) 運控課程設(shè)計報告 29 （ 1）調(diào)節(jié)器輸入回路電阻 R0 為簡化起見，調(diào)節(jié)器的輸入電阻一般均取相同數(shù)值，通常選用 10~60KΩ，本實例取 R0=(10 KΩ +10 KΩ ) =20KΩ （ 2）電流反饋系數(shù)β 設(shè)最大允許電流 Idm=，有 Idm= 92= AVIU dmsim /13 ???? （ 3）速度反饋系數(shù)α rVnU Nsnm m in/ ????? （ 4）電流濾波時間常數(shù) Tfi 及轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù) Tfn 由于電流檢測信號和轉(zhuǎn)速檢測信號中含有諧波分量，而這些諧波分量會使系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩。 平波電抗器電阻電感 Ls=*220/（ *IN） =。 m2。 運控課程設(shè)計報告 28 第四 章 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的常規(guī)工程設(shè)計 設(shè)計準(zhǔn)備 圖 411 直流電動機變流裝置 系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)框圖 設(shè)直流電動機的規(guī)格如下： PN=17KW， IN=92A， nN=1500r/min， Ra= ， R= 。 (4)推β環(huán)節(jié) 在正、反橋切換時，邏輯控制器中的 G8輸出“ 1”狀態(tài)信號，將此信號送入調(diào)節(jié) 器的輸入端作為脈沖后移推β信號，從而可避免切換時電流的沖擊。加入邏輯保護環(huán)節(jié)后。 (3)邏輯保護環(huán)節(jié) 邏輯保護環(huán)節(jié)也稱為“多一”保護環(huán)節(jié)。即當(dāng) UM變號后，零電平檢測到主電路電流過零 (UI =“ 1” )時，邏輯判斷電路立即翻轉(zhuǎn)，同時應(yīng)保證在任何時刻邏輯判斷電路的輸出 UZ和 UF狀態(tài)必須相反。其主要由邏輯判斷電路、延時電路、邏輯保護電路、推 ?電路和功放電路等環(huán)節(jié)組成。 圖 3210 零電平檢測器原理 圖 3211零電平檢測器輸入輸出特性 邏輯控制 (DLC) 運控課程設(shè)計報告 27 邏輯控制用于邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)，其作用是對轉(zhuǎn)矩極性和主回路零電平信號進 行邏輯運算，切換加于正橋或反橋晶閘管整流裝置上的觸發(fā)脈沖，以實現(xiàn)系統(tǒng)的無環(huán)流運行。 圖 328 轉(zhuǎn)矩極性鑒別原理圖 圖 329轉(zhuǎn)矩極性鑒別器的輸入輸出特性 零電平檢測 (DPZ) 零電平檢測器也是一個電平檢測器，其工作原理與轉(zhuǎn)矩極性鑒別器相同，在控制系統(tǒng)中進行零電流檢測，當(dāng)輸出主電路的電流接近零時，電平檢測器檢測到電流反饋的電壓值也接近零，輸出高電平。繼電特性的回環(huán)寬度為 : Uk = Usr2一 Usr1 = K1(Uscm2一 Uscm1) 式中， K1為正反饋系數(shù)， K1越大，則正反饋越強，回環(huán)寬度就越小； Usr2和 Usr1分別為輸出由正翻轉(zhuǎn)到負(fù)及由負(fù)翻轉(zhuǎn)到正所需的最小輸入電壓； Uscm1和 Uscm2分別為反向和正向輸出電壓。轉(zhuǎn)矩極性鑒別器的輸入輸出特性如圖 H所 示，具有繼電特性。它是一個由比較器組成的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可將控制系統(tǒng)中連續(xù)變化的電平信號轉(zhuǎn)換成邏輯運算所需的“ 0”、“ 1”電平信號。 面板上裝有 S1 開關(guān)，當(dāng)開關(guān)撥到“封鎖”時，零速封鎖器處于工作狀態(tài)；當(dāng) S1 開關(guān)撥到“解除”時，零速封鎖器處于關(guān)閉狀態(tài)。兩個電平檢測器的輸出經(jīng)與門和非門后， V2 的基極為低電平， V2導(dǎo)通，零速封鎖器輸出約為 15V的電壓加到電壓調(diào)節(jié)器反饋環(huán)節(jié)場效應(yīng)管的柵極，使其關(guān)斷，從而使電壓調(diào)節(jié)器開放工作，在出現(xiàn)故障時，電平檢測器輸出低電平“ 1”，V2 基極為低電平，則 V2 截止，零速封鎖器輸出 0V 電壓加到電壓調(diào)節(jié)器反饋環(huán)節(jié)場效應(yīng)管的柵極，使其導(dǎo)通，使調(diào)節(jié)器的反饋環(huán)節(jié)短路，輸出為“ 0”。因此可得到如圖328所示的“山”型繼電特性。 兩個“山”型電平檢測器分別對給定和速度反饋信號進行檢測，當(dāng)輸入信號為正值時，通過二極管 VD1 和 VD3 分別進入運放的反向輸入端，而當(dāng)輸入信號為負(fù)值時，則通過 VD2和 VD4 進入運放的正相輸入端。 零速封鎖器 零速封鎖器的 原理圖如下： 運控課程設(shè)計報告 25 圖 327 零速封鎖器原理圖 零速封鎖器由兩個具有“山”型繼電器特性的電平檢測器，邏輯門及延時環(huán)節(jié)組成，其原理如圖 327。此外由一只 3位半的直流數(shù)字電壓表指示輸出電壓值。當(dāng) S1從“負(fù)給定”側(cè)打到“正給定”側(cè)，得到從負(fù)電壓到正電壓的跳變。 (2)將 S2打到“運行”側(cè)， S1打到“負(fù)給定”側(cè)，調(diào)節(jié) RP2使給定輸出一定的負(fù)電壓，撥動 S2到“停止”側(cè)，此時可獲得從負(fù)電壓突跳到 0V的階躍信號，再撥動 S2到“運行”側(cè)，此時可獲得從 0V突跳到負(fù)電壓的階躍信號。 S1為正、負(fù)極性切換開關(guān)，輸出的正、負(fù)電壓的大小分別由 RP RP2來調(diào)節(jié)，其輸出電壓范圍為 0～士 l5V， S2為輸出控制開關(guān)，打到“運行”側(cè)，允許電壓輸出，打到“停止”側(cè)，則輸出為零。輸入電壓經(jīng) R1 和 RP1 分壓，調(diào)節(jié)電位器 RP1可改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。 轉(zhuǎn)速變換 轉(zhuǎn)速變換用于有轉(zhuǎn)速反饋的調(diào)速系統(tǒng)中，它將反映轉(zhuǎn)速變化并與轉(zhuǎn)速成正比的電壓信號變換成適用于控制單元的電壓信號。當(dāng)過流動作后，電源通過 SB、 R VD8及 C2維持 V2導(dǎo)通， V3截止、 V4導(dǎo)通