pwmm可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書-文庫吧資料
2025-05-19 22:03本頁面
【正文】 調(diào)節(jié)器，分別是轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串級(jí)聯(lián)接，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制PWM調(diào)制器。在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，當(dāng)時(shí)，電樞電流沿回路1流通；當(dāng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電壓反號(hào)，沿回路2經(jīng)二極管續(xù)流。根據(jù)自動(dòng)控制原理，反饋控制的閉環(huán)系統(tǒng)是按被調(diào)量的偏差進(jìn)行控制的系統(tǒng)，只要被調(diào)量出現(xiàn)偏差，它就會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生糾正偏差的作用。對(duì)于較大容量的系統(tǒng)，可采用其他電力電子開關(guān)器件，如GTO、IGCT等。 圖41雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖直流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如上圖所示，其中UPE是電力電子器件組成的變換器，其輸入接三相(或單相)交流電源，輸出為可控的直流電壓鑄。主電路部分采用了以GTR為可控開關(guān)元件、H橋電路為功率放大電路所構(gòu)成的電路結(jié)構(gòu)。為了獲得良好的動(dòng)、靜態(tài)品質(zhì)，調(diào)節(jié)器均采用PI調(diào)節(jié)器并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了校正。在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串級(jí)連接，即以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出作為PWM的控制電壓。電機(jī)參數(shù)：uN=220V，IN=136A，Nn=1460r/min；電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)系數(shù)晶閘管放大系數(shù)電樞回路總電阻R=；電磁時(shí)間常數(shù)TL=；電力拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm=額定轉(zhuǎn)速時(shí)給定電壓為10V；穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調(diào)量σi≤5%；空載啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的過度過程時(shí)間ts≤ 要求完成的主要任務(wù)（1）PWMM可逆調(diào)速系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)；（2）系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)；（3）過程分析,參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算與校驗(yàn)。鑒于這一點(diǎn)，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算與單閉環(huán)有靜差系統(tǒng)完全不同，而是和無靜差系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)計(jì)算相似，即根據(jù)各調(diào)節(jié)器的給定與反饋值計(jì)算有關(guān)的反饋系數(shù)：轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 電流反饋系數(shù) 兩個(gè)給定電壓的最大值和是受運(yùn)算放大器的允許輸入電壓限制的。比例環(huán)節(jié)的輸出量總是正比于其輸入量，而PI調(diào)節(jié)器則不然，其輸出量的穩(wěn)態(tài)值與輸入無關(guān)，而是由它后面環(huán)節(jié)的需要決定的。無靜差系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)計(jì)算相似，即根據(jù)各調(diào)節(jié)器的給定反饋值計(jì)算有關(guān)的反饋系數(shù)： 各變量的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)，各變量之間有下列關(guān)系 上述關(guān)系表明，在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)上，轉(zhuǎn)速n是由給定電壓決定的，ASR的輸出量是由負(fù)載電流決定的，而控制電壓的大小則同時(shí)取決于n和，或者說，同時(shí)取決于和。這樣的靜特性顯然比帶電流至負(fù)反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)靜特性好。當(dāng)負(fù)載電流達(dá)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)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差，得到過電流的自動(dòng)保護(hù)。這樣的下垂特性只適合于n的情況。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個(gè)電流無靜差的單閉環(huán)系統(tǒng)。而一般都是大于額定電流的，這就是靜特性的運(yùn)行段。因此由第一關(guān)系式可得：與此同時(shí)，由于ASR不飽和， ，從上述第二個(gè)關(guān)系式可知：。只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，PI作用使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時(shí)總是零。 PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征一般存在兩種狀況：飽和——輸出達(dá)到限幅值；不飽和——輸出未達(dá)到限幅值。類似的問題還可能在空載起動(dòng)時(shí)出現(xiàn)。如果必須加快制動(dòng)，只能采用電阻能耗制動(dòng)或電磁抱閘。最后，應(yīng)該指出，晶閘管整流器的輸出電流是單方向的，不可能在制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生負(fù)的回饋制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。在一般情況下，轉(zhuǎn)速略有超調(diào)對(duì)實(shí)際運(yùn)行影響不大。按照PI調(diào)節(jié)器的特性，只有使轉(zhuǎn)速超調(diào)，ASR的輸人偏差電壓為負(fù)值，才能使ASR退出飽和。 采用飽和非線性控制方法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制是一種很有實(shí)用價(jià)值的控制策略，在各種多環(huán)控制系統(tǒng)中普遍地得到應(yīng)用。不過這兩段的時(shí)間只占全部起動(dòng)時(shí)間中很小的成份，已無傷大局，所以雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過程可以稱為“準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制”過程。這個(gè)階段屬于電流受限制條件下的最短時(shí)間控制，或稱“時(shí)間最優(yōu)控制”。如果初始狀態(tài)不同，即使控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)都不變，過渡過程還是不一樣的。決不能簡(jiǎn)單地應(yīng)用線性控制理論來分析和設(shè)計(jì)這樣的系統(tǒng)，可以采用分段線性化的方法來處理。當(dāng)ASR飽和時(shí)，轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流調(diào)節(jié)的單閉環(huán)系統(tǒng)；當(dāng)ASR不飽和時(shí)，轉(zhuǎn)速環(huán)閉環(huán)，整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)無靜差調(diào)速系統(tǒng)，而電流內(nèi)環(huán)則表現(xiàn)為電流隨動(dòng)系統(tǒng)。由于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)在外環(huán)，ASR處于主導(dǎo)地位，而ACR的作用則是力圖使盡快地跟隨ASR的輸出量，或者說，電流內(nèi)環(huán)是一個(gè)電流隨動(dòng)子系統(tǒng)。此后，電動(dòng)機(jī)才開始在負(fù)載的阻力下減速，與此相應(yīng)，電流也出現(xiàn)一段小于的過程，直到穩(wěn)定(設(shè)調(diào)節(jié)器參數(shù)已調(diào)整好)。但是，由于仍大于負(fù)載電流，在一段時(shí)間內(nèi)，轉(zhuǎn)速仍繼續(xù)上升。（3）第Ⅲ階段 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段在這階段開始時(shí)，轉(zhuǎn)速已經(jīng)達(dá)到給定值，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的給定與反饋電壓相平衡，輸入偏差為零，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值，所以電動(dòng)機(jī)仍在最大電流下加速，必然使轉(zhuǎn)速超調(diào)。由于電流調(diào)節(jié)器ACR是PI調(diào)節(jié)器，要使它的輸出量按線性增長(zhǎng)，其輸入偏差電壓必須維持一定的恒值，也就是說，應(yīng)略低于。與此同時(shí)，電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)正也按線性增長(zhǎng)。（2）第Ⅱ階段 恒流升速階段從電流升到最大值開始，到轉(zhuǎn)速升到給定值為止，屬于恒流升速階段，是起動(dòng)過程中的主要階段。當(dāng)時(shí)，電流調(diào)節(jié)器的作用使不再迅猛增長(zhǎng)，標(biāo)志著這一階段的結(jié)束。（1）第Ⅰ階段 電流上升的階段突加給定電壓后，通過兩個(gè)調(diào)節(jié)器的控制作用，電動(dòng)機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)。 實(shí)際啟動(dòng)過程分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓，由靜止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速和電流的過渡過程示于圖25。問題是希望在起動(dòng)過程中只有電流負(fù)反饋，而不能讓它和轉(zhuǎn)矩負(fù)反饋同時(shí)加到一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入端，到達(dá)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后，又希望只要轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不再靠電流負(fù)反饋發(fā)揮主要的作用。圖24 理想快速啟動(dòng)過程實(shí)際上，由于主電路電感的作用，電流不能突變，圖24所示的理想波形只能得到近似的逼近，不能完全實(shí)現(xiàn)。這樣的理想起動(dòng)過程波形見圖24，這時(shí)，起動(dòng)電流呈方形波，而轉(zhuǎn)速是呈線性增長(zhǎng)的。當(dāng)電流從最大值降下來以后，電機(jī)轉(zhuǎn)矩也隨之減小，因而加速過程必然拖長(zhǎng)。在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，只有電流截至負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的，但
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