【正文】 》課程設(shè)計(jì)說明書 7 二、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)介紹 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成 圖 21 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu) 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖 21 所示，兩個(gè)調(diào)節(jié)器均采用帶限幅作用的 PI 調(diào)節(jié)器。 動(dòng)態(tài)速降 它是指電機(jī)由空載突加額定負(fù)載時(shí)最大的速度跌落（下降），這個(gè)值越小 ，表明系統(tǒng)響應(yīng)快，系統(tǒng)特性硬。指標(biāo)越寬，調(diào)速范圍越大，系統(tǒng)性能越好。但是只能進(jìn)行有級調(diào)速，調(diào)速平滑性差，機(jī)械特性較軟；空載時(shí)幾乎沒什么調(diào)速作用；還會(huì)在調(diào)速電阻上消耗大量電能。 fI 變化時(shí)間遇到的時(shí)間常數(shù)同 ?I 變化遇到的相比要大得多，響應(yīng)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(shí)間常數(shù)較小，能快速響應(yīng)，但是需要大容量可調(diào)直流電源。 調(diào)速方法 調(diào)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(dòng)機(jī)額定 轉(zhuǎn)速向下變速，屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法。這樣的設(shè)計(jì)能夠達(dá)到任務(wù)要求的靜態(tài)指標(biāo)和動(dòng)態(tài)指標(biāo)。但是，如果對系統(tǒng)的動(dòng)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(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，然而直流拖動(dòng)系統(tǒng)在理論上和實(shí)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(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所以應(yīng)該很好地掌握直流調(diào)速系統(tǒng)。因此，調(diào)速技術(shù)一直是研究的熱點(diǎn)。 在實(shí)際應(yīng)用中，電動(dòng)機(jī)作為把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的主要設(shè)備，首先要具有較高的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換效率；其次應(yīng)能根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求控制和調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。生產(chǎn)機(jī)械的調(diào)速方法可以采用機(jī)械的方法取得，但是機(jī)械設(shè)備的變速機(jī)構(gòu)較復(fù)雜，所以在現(xiàn)代電力拖動(dòng)中，大多數(shù)采用電氣調(diào)速方法。武漢理工大學(xué)《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說明書 1 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 目錄 摘要 ....................................................... 4 一、直流調(diào)速介紹 ............................................ 5 調(diào)速定義 .................................................... 5 調(diào)速方法 .................................................... 5 調(diào)節(jié)電樞供電電壓 U ..................................... 5 改變電動(dòng)機(jī)主磁通 ? ..................................... 5 改變電樞回路電阻 R ..................................... 5 調(diào)速指標(biāo) .................................................... 6 調(diào)速范圍（包括：恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范 圍 /恒功率調(diào)速范圍） ........ 6 動(dòng)態(tài)速降 ............................................... 6 恢復(fù)時(shí)間 ............................................... 6 二、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)介紹 ................................... 7 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成 .............................. 7 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過程 .................................... 8 理想啟動(dòng)過程 ........................................... 8 實(shí)際啟動(dòng)過程分析 ...................................... 10 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過程三個(gè)特點(diǎn)： ......................... 12 飽和非線性控制 ........................................ 12 準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制 ........................................ 12 轉(zhuǎn)速超調(diào) .............................................. 12 武漢理工大學(xué)《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說明書 2 PI 調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征 ......................................... 13 速調(diào)節(jié)器不飽和 ........................................ 13 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和 ........................................ 14 各變量的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算 ........................... 15 三、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 ......................................... 16 設(shè)計(jì)初始條件 ............................................... 16 要求完成的主要任務(wù) ......................................... 16 四 、 PWMM 調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) ...................................... 17 直流 PWMM調(diào)速系統(tǒng) ......................................... 17 UPE環(huán)節(jié)的電路波形分析 ...................................... 18 電流調(diào)節(jié)器 的設(shè)計(jì) ........................................... 20 電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖的化簡 ................................. 20 電流調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算 .................................... 21 參數(shù)校驗(yàn) .............................................. 23 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容 .................................. 24 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) ........................................... 24 電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù) .............................. 24 轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)的化簡和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 ................ 25 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)的計(jì)算 ................................ 28 參數(shù)校驗(yàn) .............................................. 28 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容 .................................. 29 調(diào)速范圍靜差率的計(jì)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(huì)及小結(jié) ......................................... 34 七、參考文獻(xiàn) .............................................. 35 武漢理工大學(xué)《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說明書 3 武漢理工大學(xué)《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說明書 4 摘要 為了滿足生產(chǎn)工藝要求，需要改變工作速 度，在當(dāng)代工業(yè)上 PWM 控制調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)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(diǎn)還是日益突現(xiàn)，而帶有雙閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)更是受到廣泛歡迎。電氣調(diào)速就是對機(jī)械的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，在某一負(fù)載下人為地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)的調(diào) 速性能如何對提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和節(jié)省電能有著直接的決定性影響。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)性能，適宜在較大范圍內(nèi)調(diào)速，在許多需要高性能可控電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。 采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和 PI 調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。因此，為了使調(diào)速達(dá)到高精度、高準(zhǔn)度的要求，本次設(shè)計(jì)使用了電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，以此來組成雙閉環(huán)，電流環(huán)為內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速環(huán)為外環(huán)。 關(guān)鍵詞： PWM 調(diào)速、直流電動(dòng)機(jī)、雙閉環(huán)調(diào)速 武漢理工大學(xué)《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說明書 5 一、直流調(diào)速介紹 調(diào)速定義 調(diào)速是指在某一具體負(fù)載情況下，通過改變電動(dòng)據(jù)或電源參數(shù)的方法，使機(jī)械特性曲線得以改變，從而使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化或保持不變。對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，這種