【正文】 25 又有 ???KT 查表可知電流內(nèi)環(huán)等效的典型 Ⅰ 型系統(tǒng)超調(diào)量 %5%% ??i? 滿足系統(tǒng)要求 而對于電流調(diào)節(jié)器有 ????kRCRRRKiiiii20/00? 所以 FC kRii ?? ?? 圖 41 電流內(nèi)環(huán)的起動(dòng)波形 %5%% % ????? A AAi? 43 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的整定和轉(zhuǎn)速環(huán)的校正，簡化 電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù) 四川大學(xué)電氣信息學(xué)院自動(dòng)化系課程設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 26 sTK iI 0073 ?? ? 根據(jù)測速發(fā)電機(jī)的紋波情況，可以取sTon ? 確定轉(zhuǎn)速環(huán)的小時(shí)間常數(shù)sKTT Ionn 0173 ???? 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為 ssKsW nnnAS R ?? )1()( ?? 要求的跟隨和抗擾動(dòng)性 能較好，選取系統(tǒng)開環(huán)傳函的中頻帶寬 5?h，則 ASR的超前時(shí)間常數(shù)為 shT nn ?? ?? 同時(shí)求出轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為 122 1 ????? sThhKnN 44852 )1( ?? ??????????? sRTh TChnmen ? ? 得到轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為 ssssW A SR 116. )(16. 36)( ???? 對于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器有 0RRK nn ? nnn CR?? ?? kR 200 所以 FC kRnn ? ?? 由中頻帶寬 h=5 查表得到轉(zhuǎn)速超調(diào)量為 %，但實(shí)際上由于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在起動(dòng)時(shí)出現(xiàn)飽和，其超調(diào)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá) 不到 % 四川大學(xué)電氣信息學(xué)院自動(dòng)化系課程設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 27 圖 42 轉(zhuǎn)速環(huán)的起動(dòng)波形圖 轉(zhuǎn)速超調(diào)量 %10%%1001450 14501535% ????? rpm rpmrpmn? 得到計(jì)算出的轉(zhuǎn)速電流調(diào)節(jié)器參數(shù) ACR FC kRii ?? ?? ASR FC kRnn ?? ?? 而在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中兩個(gè)調(diào)節(jié)器都是 PI調(diào)節(jié)器，電路圖可以參考圖 23 44 系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行整定 計(jì)算得到 理論的參數(shù)后，進(jìn)行 simulink 仿真發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流的超調(diào)量都滿足系統(tǒng)性能要求，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，對系統(tǒng)進(jìn)行整定。 電流內(nèi)環(huán)的要求主要是快速跟隨，轉(zhuǎn)速外環(huán)的主要要求是抗擾動(dòng)，消除轉(zhuǎn)速靜差，由此確定內(nèi)環(huán)簡化為典型 Ⅰ 型系統(tǒng)，外環(huán)為典型 Ⅱ 型。 綜上所述，模型的偏差是由于得到參數(shù)的實(shí)驗(yàn)和得 到轉(zhuǎn)速的實(shí)驗(yàn)勵(lì)磁磁通不同帶來，這是可以接受的，因?yàn)閷?shí)際中勵(lì)磁磁通本來就會(huì)不斷改變。 ②改變電樞電阻，觀察轉(zhuǎn)速的變化 圖 35 改變電樞電阻后的電機(jī)起動(dòng)（空載 /負(fù)載） 可以看到，在存在負(fù)載時(shí)，電樞電阻偏大會(huì)降低最后的轉(zhuǎn)速，但是計(jì)算模型時(shí)的電阻只包括電樞內(nèi)阻，電抗阻值和電源內(nèi)阻，實(shí)驗(yàn)時(shí)還存在起動(dòng)電阻沒有完全切 除的可能，所以電阻測量的偏差不是模型誤差的來源。 ③電源放大系數(shù)的非線性性帶來模型的偏差，由之前的模型計(jì)算可以看出，電阻和電感的測量都是相對精確的，但是測量計(jì)算得到的電源放大系數(shù)sK卻隨給定電壓ctU的變化存在明顯的非線性性，這會(huì)導(dǎo)致模型中的電源端電壓和實(shí)驗(yàn)中的電源端電壓不一致，從而影響電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 ctU/v 0dU/v n/ rpm dI/A 0dU/v n/ rpm 83 582 111 756 127 891 159 1086 163 1137 187 1283 223 1560 2 222 1530 模型仿真結(jié)果 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 四川大學(xué)電氣信息學(xué)院自動(dòng)化系課程設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 20 晶閘管整流器輸出的電源電壓較大時(shí)，也是電機(jī)轉(zhuǎn)速較高的時(shí)候，對應(yīng)的給定電壓也較大，可以看到，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立的模型仿真結(jié)果又較大的差異，可能有以下一些原因帶來了 模型偏差 ①實(shí)驗(yàn)中勵(lì)磁磁通可能改變了，導(dǎo)致測量轉(zhuǎn)速時(shí)的勵(lì)磁磁通和建立模型某一參量時(shí)的勵(lì)磁磁通不相匹配，也就是說在這一模型中電動(dòng)勢系數(shù)是不合適的。 線性區(qū)s 平均s 表 36 sK的線性化 (5)直接測量得到的量 平波電抗器直流電阻dR/? 平波電抗器電感dL/mH 電樞電感aL/mH 758 318 四川大學(xué)電氣信息學(xué)院自動(dòng)化系課程設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 17 測得平波電抗器的電阻后就可以得到電樞回路的總電阻 ?????? 48dan RRRR 由直接測量得到的兩個(gè)電感值和電樞回路總電阻就可以得到電機(jī)的電磁時(shí)間常數(shù) 4??? ?R LLT dal (6)示波器采集到的轉(zhuǎn)速 時(shí)間波形 圖 31 突加給定后的電機(jī)電流響應(yīng) 由以上的波形圖可以大致求出系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù) 求出陰影部分的面積為 縱坐標(biāo)一格代表 ms183. 75A10. 5 ?????s AIdl ? AIdm ? 機(jī)電時(shí)間常數(shù)為 四川大學(xué)電氣信息學(xué)院自動(dòng)化系課程設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 18 ??? dldmm II sT 綜上，典型話后系統(tǒng)各結(jié)構(gòu)的系數(shù)為 電動(dòng)勢系數(shù)eC 電源放大倍數(shù) sK 電磁時(shí)間常數(shù) lT 機(jī)電時(shí)間常數(shù) mT 失控時(shí)間（三相橋式）sT 表 37 模型參數(shù)的取值 系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖為 圖 32 VM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 33 系統(tǒng)模型仿真和誤差分析 利用求取電動(dòng)勢系數(shù)的轉(zhuǎn)速 給定表和，不同電樞電流對應(yīng)的電源放大系數(shù)表可以對已經(jīng)建立的模型進(jìn)行檢驗(yàn)，雖然求電源放大系數(shù)時(shí)沒有加入勵(lì)磁磁通，電機(jī)沒有轉(zhuǎn)速，但鑒于轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速帶來的反電動(dòng)勢不影響電源環(huán)節(jié)的輸入輸出，所以ctU和sK的關(guān)系是可以使用的。 sK在0dct U?的關(guān)系中表現(xiàn)為兩者的斜率，這個(gè)斜率應(yīng)該隨著ctU的增加而先變大后變小，但在ctU為 1V 時(shí)出現(xiàn)了一些反復(fù)，這應(yīng)該是由于測量過程中的誤差帶來的，是由于在記錄這一點(diǎn)數(shù)據(jù)時(shí)沒有將電樞電流調(diào)回 導(dǎo)致的。此外實(shí)驗(yàn)區(qū)線中的線性區(qū)也遠(yuǎn)不如期望曲線那樣直。通常系統(tǒng)工作在死區(qū)和飽和區(qū)中間的線性區(qū)內(nèi)。但是實(shí)驗(yàn)時(shí)求取的電樞電流不夠精確，導(dǎo)致求不出精確的電源內(nèi)阻，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，電源內(nèi)阻在 10~20?之間，所以所得的電阻值可以勉強(qiáng)使用。 四川大學(xué)電氣信息學(xué)院自動(dòng)化系課程設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 13 原始數(shù)據(jù)中的nUct和建立模型后仿真得到的結(jié)果又較大差異，這一點(diǎn)有可能是勵(lì)磁變化導(dǎo)致的，在后面的模型偏差分析中會(huì)做較詳細(xì)的討論。電動(dòng)勢系數(shù)直接反映了勵(lì)磁的強(qiáng)弱，實(shí)驗(yàn)中沒有改變勵(lì)磁回路的電阻，所以這個(gè)電動(dòng)勢系數(shù)是一直適用的。 突加給定的轉(zhuǎn)速變化圖 表 31 各模型參數(shù)的測量方法 32 模型測定實(shí)驗(yàn)的計(jì)算分析 四川大學(xué)電氣信息學(xué)院自動(dòng)化系課程設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 12 (1) 測量參數(shù)aR 測量結(jié)果 1 測量結(jié)果 2 測量結(jié)果 3 平均值 標(biāo)準(zhǔn)差 ? ? 相對偏差 % % % 表 32 電樞內(nèi)阻的測量結(jié)果 測量結(jié)果的不同主要是由于電機(jī)轉(zhuǎn)軸的偏心，導(dǎo)致?lián)Q向片和電樞間接觸或緊或松，接觸電阻或小或大，實(shí)際電機(jī)運(yùn)行中還存在氣隙偏心等問題 ，但是只要對電樞電阻的影響小于 2%就可以忽略。 電感內(nèi)阻 dR 電樞回路總電阻 ?R dan RRRR ???? 電磁時(shí)間常數(shù)lT 用電感表測出電樞回路的總電感再除以總電阻，即 要斷開，否則就會(huì)偏小，相當(dāng)于并聯(lián)了其他電感 電樞電感 dI 平波電感 四川大學(xué)電氣信息學(xué)院自動(dòng)化系課程設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 11 ??? R LLT dal dL 電樞回路總電阻 ?R 機(jī)電時(shí)間常數(shù) mT 連上勵(lì)磁回路，斷開負(fù)載回路，突加給定使電機(jī)的峰值電樞電流達(dá)到堵轉(zhuǎn)電流（實(shí)驗(yàn)中是 ），記錄轉(zhuǎn)速 n和時(shí)間 t 的波形圖，利用以下公式可以計(jì)算出機(jī)電時(shí)間常數(shù) dzdmttABZamamZamemZazaamzeaIIttIdtIdtdiTIdtdiCCRGDCTidtdnGDICiCTTCRIU