【正文】 004 圖 36 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖 18 167。 F3 0 p F0.47181。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 的設(shè)計 1 確定時間常數(shù) ① 電流環(huán)等效時間常數(shù) 1IK,有電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計，取iIKT?=,，則 1IK=2iT?=2 = ② 轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù) onT 有已知得 onT = ③ 轉(zhuǎn)速環(huán)小時間 常數(shù) nT? 按小時間常數(shù)近似處理，取 nT? = 1IK+ onT =+= 2 調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 和電流調(diào)節(jié)器一樣，我們選用 PI調(diào)節(jié)器， 其 傳遞函數(shù)為 ? ?ARSWS= ? ?1nnnKss?? ? （ 32） 3 計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù) 按跟隨和抗擾性都較好的原則，取 h=5,則 ASR 的超前時間常數(shù)為 n? =h nT? =5 = 有式 NK =2212 nhhT??得轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為 NK = 2262 5 ?? 2s? = 2s? 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) α= *maxmaxnUn = 10200 /minVr = (33） 電流反饋系數(shù) β= *imdmUI = (34) nK = ? ?12 emnh CTh RT???? (35) 由式 (33)(34)(35)可得 nK =[(5+1) 10/ ]/[2 5 (8+) ]= 4 檢驗近似條件 17 ① 轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率為 ? =1NK? = NnK? = 1s? = 1s? ② 電流環(huán)傳遞函數(shù)的簡化條件為 13 iIKT?= 1 2503 1s?= 1s? ? 滿足近似條件 ③ 轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理的條件為 13 iIonKT=1 2503 1s?= 1s? ? 滿足近似條件 5 計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 的電阻和電容 由電流調(diào)節(jié)器計算，取 0R =40KΩ，則 6R = nK 0R = 40KΩ=216 KΩ 取 220 KΩ； 1R = 234R R R??= 0R /2=20 KΩ 取 20 KΩ； 3C =6nR? =45/220= 取 ； 1C = 2C =04onTR = 34 10?? = 取 。F0.1181。 F3 0 p F0.1181。 6R = iK 0R = 40KΩ = ，取 190KΩ ； 1C = 2C =6iR? =，取 ； 3C =64oiTR = 34 10 sK???=，取 。 ③ 電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件： 13 1s oiTT=13 01 01ss? ?= 1s? ciW 滿足近似條件。 ? = *imdmUI =10/ iK =[250 （ 6+） ]/（ 10/） = 4 檢驗近似條件 電流環(huán)截止頻率為 ciW = IK =250 1s? ① 晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件為： 13sT= 1/（ 3 ） = 1s? ciW 滿足近似條件。 liTT?= =， 由 表（ 1）可知各項指標(biāo)均可接受。 ? ?1 / 1oiTs ?A C R? ?* SIU+? ?C SU ? ?0 SdU ? ?SdI? ?/1ssK T s ?1/ 1l RTs ?1oiTs ? ? a） 忽略反電動勢的動態(tài)影響 A C R+? ?*SIU?? ?dIs/sKR? ? ? ?11slT s T s??? ?cUs1oiTs ????? ??? b) 等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng) A C R+? ?SdI? ?* SIU? ? ? ? ?/11sslKRT s T s??? c) 小慣性環(huán)節(jié)近似處理 圖 34 電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖及簡化 圖 34 c)表明，電流環(huán)的控制對象是雙慣性型的，要校正成典型 ? 系統(tǒng)，應(yīng)采取 P? 型的電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為： 14 ? ? ? ?1iiA C RiKsWss???? （ 31） 式中 iK —— 電流調(diào)節(jié)器的比列系數(shù)； i? —— 電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。再從動態(tài)要求上看，實際系統(tǒng)不允許點數(shù)電流在突加控制作用時有太大的超調(diào)，以保證電流在動態(tài)過程中不超過允許值，而對電網(wǎng)電壓波動 的及時抗擾作用只是次要因素。 電流調(diào)節(jié)器 ACR 的設(shè)計 1 確定時間參數(shù) 因為我們選用的電力晶體管的開關(guān)頻率為 f=1kHz,所以 sT = 所以可得電流環(huán)小時間常熟之和為： 13 i s oiT T T? ?? 即 iT? =+=. 2 選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu) 我們首先考慮的是把電流環(huán)校正成哪一類典型系統(tǒng)。 當(dāng)給定電壓和轉(zhuǎn)速反饋電壓均為零時（即停止工作），兩個放大器輸出均為低電平，這個信號經(jīng)過集成片 4001 的 與非 門以及 兩個 非 門后，輸出為低電平，此時三極管不導(dǎo)通，封鎖器的輸出電壓接近 0V， ACR 及 ASR的場效應(yīng)管導(dǎo)通，封鎖各調(diào)節(jié)器，實現(xiàn)封鎖功能。具體電路如圖 33 所示 ： 12 +L F 3 5 3+L F 3 5 32 A P 1 62 A P 1 62 A P 1 62 A P 1 62CP112CP112CP112CP112CP112CP112 C P 1 12 C P 1 1S+ 1 5+ 1 5 1 5 1 55 . 1 k Ω5 . 1 k Ω5 . 1 k Ω5 . 1 k Ω5.1kΩ5.1kΩ5.1kΩ5.1kΩ5.1kΩ5.1kΩ51kΩ510kΩ510kΩ510Ω510Ω2.4KΩ2.4KΩ2.4KΩ2.4KΩ510Ω510Ω510Ω510Ω3 K Ω2 M Ω3 K Ω2 M Ω3 0 p F3 0 p F10181。 給定器的設(shè)計 本課題要求只需給定一個正的 15V 電壓即可， 給定器 原理圖如下： + 1 5 V1 K Ω1KΩS A 圖 32 給定器原理圖 167。F0.5W3k0.5W3k+ 1 5 V 1 5 V~220V~ 1 9 V~ 1 9 V 圖 31 穩(wěn)壓電源電路原理圖 用此電路來實現(xiàn)設(shè)計要求的直流穩(wěn)壓電源。F63V0.3181。F7 9 1 5I N 4 0 0 4++IN4004IN400425V2200181。F7 8 1 5保 險 絲 1 A50V2200181。 穩(wěn)壓電源的設(shè)計 本課題要求正負(fù) 15V 的直流電壓，故選用集成芯片 7815 和 7915 來實現(xiàn)課題的要求，具體電路如圖 31 所示 ： 11 A CQ L 8 0 . 5Q L 8 0 . 563V0.3181。 電力晶體管的開關(guān)頻率f=1kHz,PWM 環(huán)的放大 系數(shù) Ks=。調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓 *nmU = *imU =10V。 min/r；電磁時間常數(shù) lT =；機電時間常數(shù) mT =。 NI =。 10 0tn*0 dIdlIⅠ Ⅱ ⅢdmI1t 2t 3t 4tt圖 25 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動過程的轉(zhuǎn)速和電流波形 第 三 章 各個模塊的設(shè)計 167。但由于在起動過程Ⅰ、Ⅲ兩個階段中電流不能突變，實際起動過程與理想起動過程相比還 有一些差距，不過這兩段時間只占全部起動時間中很小的成分，無傷大局，可稱作“準(zhǔn)時間最優(yōu)控制”。 3） 準(zhǔn)時間最優(yōu)控制。當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 采用 PI 調(diào)節(jié)器時，轉(zhuǎn)速必然超調(diào)。隨著 ASR 的飽和與不飽和，整個系統(tǒng)處于完全不同的兩種狀態(tài)，在不同的情況下表現(xiàn)不同的線性系統(tǒng) ，只能采用分段線性化的方法來分析，不能簡單地用線性控制理論來分析整個起動過程，也不能簡單地用線性控制理論來籠統(tǒng)地設(shè)計這樣的控制系統(tǒng)。在最后的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段內(nèi)， ASR 和 ACR 都不飽和，ASR 起主導(dǎo)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)作用，而 ACR 則力圖使 dI 盡快地跟隨其給定值 *iU ，或者說，電流環(huán)是一個電流隨動子系統(tǒng)。此后，電動機開始在負(fù)載的阻力下減速，與此相應(yīng)，在 3t ~ 4t 時間內(nèi)， dI ＜ dlI ，直到穩(wěn)定。但是，只要 dI 仍大于負(fù)載電流 dlI ，轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。 當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給定值 *n = 0n 時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 的輸入偏差減小到零，但其輸出卻由于 積分作用還維持在限幅值 *imU ，所以電動機仍在加速，使轉(zhuǎn)速超調(diào)。此外還應(yīng)指出，為了保證電流環(huán)的這種調(diào)節(jié)作用，在起動過程中 ACR 不應(yīng)飽和，電力電子裝置 UPE 的最大輸出電壓也需留有余地，這些都是設(shè)計時必須注意的。與此同時 ,電動機的反電動勢 E 也按線性增長（見圖 24） , 9 對電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)來說， E 是一個線性漸增的擾動量。 第Ⅱ階段（ 1t ~ 2t ）是恒流升速階段， 是起動過程中的主要階段。直到dI ? dlI ， iU ? *imU ，電流調(diào)節(jié)器很快就壓制了 dI 的增長，標(biāo)志著這以階段的結(jié)束。當(dāng) dI ≥ dlI 后，電動機開始起動。 第Ⅰ階段（ 0~ 1t ）是電流上升階段。 3. 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動過程分析 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓 *nU 由靜止?fàn)顟B(tài)起動時，轉(zhuǎn)速和電流的動態(tài)過程如圖 25 所示。在起動或堵轉(zhuǎn)時，負(fù)載電流達(dá)到 dmI 后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和，電 流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)器作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差，得到過電流的自動保護。 ② 電流調(diào)節(jié)器起輔助調(diào)節(jié)作用，負(fù)載電流大小與電流給定值 成正比，兩調(diào)節(jié)器輸入偏差電壓都為零， 2） AB 段 電機在起動或堵轉(zhuǎn)時， ASR 飽和，電流達(dá)到 最大值 dmI ，此時轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)成為恒電流無靜差調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在最大電流給定作用下，依靠電流環(huán)的自動調(diào)節(jié)，從而獲得很好的下垂特性（ AB 段），起到了過流保護作用 。這樣的下垂特性只適合于 n? 0n ,則 nU ? *nU ， ASR 將退出飽和狀態(tài)。穩(wěn)態(tài)時 dI = *imU /β = dmI （ 22）其中，最大電流 dmI 是設(shè)計者選定的，取決于電動機的容許過載能力和拖動系統(tǒng)允許的最大加速度。 這時， ASR 輸出達(dá)到限幅值 *imU ，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響。著就是說， CA 段特性從理想空載狀態(tài)的 dI =0一直延續(xù)到 dI = dmI ,而 dmI 一般都是大于額定電流 dnI 的。 1．轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和 這時，兩個調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時，它們的輸入偏差電壓都是零，因此 * 0nnU U n n??? ? ? *i i dU U I??? 由第一個關(guān)系式可得 *0nUnn??? （ 21） 從而得到圖 24 所示靜特性的 CA 段。 βαRn1 / C eK sREI dI dU cU d 0+++U nA C RA S R*iU*nU 圖 23 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 α 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) β 電流反饋系數(shù) 7 實際上 ,正常運行時，電流調(diào)節(jié)器是不會達(dá)到飽和狀態(tài)的。 PI 調(diào)節(jié)器限幅特征：一旦 PI 調(diào)節(jié)器限幅（即飽