【正文】 運動控制系統(tǒng)》課程設計說明書 7 二、雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)介紹 轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的組成 圖 21 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結構 穩(wěn)態(tài)結構圖如圖 21 所示，兩個調節(jié)器均采用帶限幅作用的 PI 調節(jié)器。 動態(tài)速降 它是指電機由空載突加額定負載時最大的速度跌落（下降），這個值越小 ，表明系統(tǒng)響應快，系統(tǒng)特性硬。指標越寬，調速范圍越大，系統(tǒng)性能越好。但是只能進行有級調速，調速平滑性差，機械特性較軟；空載時幾乎沒什么調速作用；還會在調速電阻上消耗大量電能。 fI 變化時間遇到的時間常數(shù)同 ?I 變化遇到的相比要大得多，響應速度較慢，但所需電源容量小。)(sUi? )(sE)(sIdL??1sTon)(n?ASR1?oicdACR1?TKss0Ud/1RlTmeC1oi?n1?sTon?電 流 環(huán)變化遇到的時間常數(shù)較小，能快速響應，但是需要大容量可調直流電源。 調速方法 調節(jié)電樞供電電壓 U 改變電樞電壓主要是從額定電壓往下降低電樞電壓，從電動機額定 轉速向下變速，屬恒轉矩調速方法。這樣的設計能夠達到任務要求的靜態(tài)指標和動態(tài)指標。但是，如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要在。近年來交流調速系統(tǒng)發(fā)展很快，然而直流拖動系統(tǒng)在理論上和實踐上都比較成熟，而且從反饋閉環(huán)控制的角度來看，它是交流拖動控制系統(tǒng)的基礎，所以應該很好地掌握直流調速系統(tǒng)。因此，調速技術一直是研究的熱點。 在實際應用中，電動機作為把電能轉換為機械能的主要設備，首先要具有較高的機電能量轉換效率；其次應能根據生產機械的工藝要求控制和調節(jié)電動機的旋轉速度。生產機械的調速方法可以采用機械的方法取得，但是機械設備的變速機構較復雜，所以在現(xiàn)代電力拖動中，大多數(shù)采用電氣調速方法。武漢理工大學《運動控制系統(tǒng)》課程設計說明書 1 PWMM 可逆調速系統(tǒng)設計 《運動控制系統(tǒng)》課程設計說明書 目錄 摘要 ....................................................... 4 一、直流調速介紹 ............................................ 5 調速定義 .................................................... 5 調速方法 .................................................... 5 調節(jié)電樞供電電壓 U ..................................... 5 改變電動機主磁通 ? ..................................... 5 改變電樞回路電阻 R ..................................... 5 調速指標 .................................................... 6 調速范圍（包括：恒轉矩調速范 圍 /恒功率調速范圍） ........ 6 動態(tài)速降 ............................................... 6 恢復時間 ............................................... 6 二、雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)介紹 ................................... 7 轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的組成 .............................. 7 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的起動過程 .................................... 8 理想啟動過程 ........................................... 8 實際啟動過程分析 ...................................... 10 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的起動過程三個特點： ......................... 12 飽和非線性控制 ........................................ 12 準時間最優(yōu)控制 ........................................ 12 轉速超調 .............................................. 12 武漢理工大學《運動控制系統(tǒng)》課程設計說明書 2 PI 調節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征 ......................................... 13 速調節(jié)器不飽和 ........................................ 13 轉速調節(jié)器飽和 ........................................ 14 各變量的穩(wěn)態(tài)工作點和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算 ........................... 15 三、設計任務及要求 ......................................... 16 設計初始條件 ............................................... 16 要求完成的主要任務 ......................................... 16 四 、 PWMM 調速系統(tǒng)設計 ...................................... 17 直流 PWMM 調速系統(tǒng) ......................................... 17 UPE 環(huán)節(jié)的電路波形分析 ...................................... 18 電流調節(jié)器 的設計 ........................................... 20 電流環(huán)結構框圖的化簡 ................................. 20 電流調節(jié)器參數(shù)計算 .................................... 21 參數(shù)校驗 .............................................. 23 計算調節(jié)器電阻和電容 .................................. 24 轉速調節(jié)器的設計 ........................................... 24 電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù) .............................. 24 轉速環(huán)結構的化簡和轉速調節(jié)器結構的選擇 ................ 25 轉速調節(jié)器的參數(shù)的計算 ................................ 28 參數(shù)校驗 .............................................. 28 計算調節(jié)器電阻和電容 .................................. 29 調速范圍靜差率的計算 ....................................... 29 五、系統(tǒng)仿真 .............................................. 31 仿真軟件 Simulink 介紹 ...................................... 31 Simulink 仿真步驟 ........................................... 31 雙閉環(huán)仿真模型 ............................................. 32 雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真波形圖 ....................................... 32 六、心得體會及小結 ......................................... 34 七、參考文獻 .............................................. 35 武漢理工大學《運動控制系統(tǒng)》課程設計說明書 3 武漢理工大學《運動控制系統(tǒng)》課程設計說明書 4 摘要 為了滿足生產工藝要求，需要改變工作速 度，在當代工業(yè)上 PWM 控制調速系統(tǒng)已經被廣泛地應用，軋制品種和材料厚度的不同，也要求采用不同的速度。其優(yōu)點還是日益突現(xiàn)，而帶有雙閉環(huán)的調速系統(tǒng)更是受到廣泛歡迎。電氣調速就是對機械的電動機進行轉速調節(jié)，在某一負載下人為地改變電動機的轉速。電動機的調 速性能如何對提高產品質量、提高勞動生產率和節(jié)省電能有著直接的決定性影響。直流電動機具有良好的起動、制動性能，適宜在較大范圍內調速，在許多需要高性能可控電力拖動領域中得到廣泛的應用。 采用轉速負反饋和 PI 調節(jié)器的單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實現(xiàn)轉速無靜差。因此，為了使調速達到高精度、高準度的要求，本次設計使用了電流調節(jié)器和轉速調節(jié)器，以此來組成雙閉環(huán)，電流環(huán)為內環(huán)，轉速環(huán)為外環(huán)。 關鍵詞： PWM 調速、直流電動機、雙閉環(huán)調速 武漢理工大學《運動控制系統(tǒng)》課程設計說明書 5 一、直流調速介紹 調速定義 調速是指在某一具體負載情況下，通過改變電動據或電源參數(shù)的方法，使機械特性曲線得以改變，從而使電動機轉速發(fā)生變化或保持不變。對于要求在一定范圍內無級平滑調速的系統(tǒng)來說，這種方法最好。 改變電動機主