【正文】 ..................... 2 、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理 ............................................................ 2 、轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標 ................................................ 2 、調(diào)速系統(tǒng)的兩個基本矛盾 .................................................... 3 、調(diào)速系統(tǒng)的雙閉環(huán)調(diào)節(jié)原理 ................................................ 5 、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動過程分析 ........................................ 5 、轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器的作用 ............................................ 6 、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)主電路的數(shù)學(xué)模型 ................................................ 7 、主電路 ................................................................................... 7 、額定勵磁下的直流電動機的數(shù)學(xué)描述 ................................. 7 、晶閘管觸發(fā)和整流裝置傳函 ................................................ 9 、調(diào)速系統(tǒng)主電路的設(shè)計 .................................................................. 10 、整流變壓器的計算 .............................................................. 10 、晶閘管組件的計算與選擇 .................................................. 11 、主電路的過電壓和過電流保護 .......................................... 11 、平波電抗器的參數(shù)計算 ...................................................... 12 、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理及控制單元 ...................................... 13 、過流保護器 (GL)、電流變送器 (LB)................................... 13 、電流調(diào)節(jié)器 (ACR) ................................................................ 13 、零速封鎖器 (LSF) ................................................................ 13 、給定器 (GD) ......................................................................... 13 、轉(zhuǎn)速變送器 (SB) .................................................................. 13 III 、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 (ASR) ................................................................ 13 、鋸齒波觸發(fā)器 (CF) .............................................................. 14 、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 ...................................................... 14 、電流調(diào)節(jié)器和電流變送器的傳函 ...................................... 14 、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 和轉(zhuǎn)速變送器 的傳函 ...................................... 14 、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 .......................................... 15 第二章、按工程設(shè)計方法設(shè)計雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 16 、設(shè)計要求 ......................................................................................... 16 、基本數(shù)據(jù)（其中包括銘牌數(shù)據(jù)和測試數(shù)據(jù)） ................... 16 、設(shè)計指標 ............................................................................. 17 、工程設(shè)計方法的基本思路 .............................................................. 17 、電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計 ......................................................................... 17 、電流環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖的簡化 .................................................. 17 、確定電流環(huán)的時間常數(shù) ...................................................... 18 、電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 ...................................................... 19 、電流調(diào)節(jié)器參數(shù)的計算 ...................................................... 20 、校驗近似條件 ...................................................................... 20 、電流環(huán)的動態(tài)性能指標 ...................................................... 21 、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計 ......................................................................... 22 、電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù) .............................................. 22 、轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其近似處理 ................................... 22 、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 ...................................................... 23 、轉(zhuǎn)速調(diào)解器參數(shù)的計算 ...................................................... 24 、轉(zhuǎn)速環(huán)的性能指標 .............................................................. 26 、系統(tǒng)的靜態(tài)綜合及靜態(tài)性能指標 .................................................. 28 、近似的 PI 調(diào)節(jié)器 ................................................................ 28 、系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖 .............................................................. 29 第三章、調(diào)速系統(tǒng)性 能指標的數(shù)字仿真 ........................................................ 30 、基于工程設(shè)計法的數(shù)字仿真 .......................................................... 30 、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 .......................................... 30 、時域分析 ............................................................................. 30 課程設(shè)計體會 ................................................................................................... 31 參考文獻 ........................................................................................................... 32 1 第一 章、 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理及數(shù)學(xué)模型 、數(shù)學(xué)模型的參數(shù)給 定 、 電樞回路的電磁時間常數(shù) TL TL= 、 電樞回路總電阻 R R＝ 、 電樞回路的總電感 L L∑ ＝ 、 電力拖動系統(tǒng)機電時間常數(shù) Tm Tm= 2 、 電動機的 Ce Ce= Vmin／ r 、 觸發(fā)和整流裝置的放大倍數(shù) KS Ks=22 、 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理 、 轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標 生產(chǎn)工藝對控制系統(tǒng)性能的要求經(jīng)量化和折算后可以表達為穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能指標。直流調(diào)速仍然是目前最可靠，精度最高的調(diào)速方法。盡管近年來直流電動機不斷受到交流電動機及其它電動機的挑戰(zhàn)，但至 今直流電動機 仍然是大多數(shù)變速運動控制和閉環(huán)位置伺服控制首 選。有效地控制電機，提高其運行性能，對國民經(jīng)濟具有十分重要的現(xiàn)實意義。 I 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 摘要 電機自動控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于機械，鋼鐵，礦山，冶金，化工，石油，紡織，軍工等行業(yè)。這些行業(yè)中絕大部分生產(chǎn)機械都采用電動機作原動機。 20 世紀 90 年代前的大約 50 年的時間里，直流電動機幾乎是唯一的一種能實現(xiàn)高性能拖動控 制的電動機，直流電動機的定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場相互獨立并且正交，為控制提供了便捷的方式 ，使得電動機具有優(yōu)良的起動，制動和調(diào)速性能。因為它具有良好的線性特性，優(yōu)異的控制性能，高效率等優(yōu)點。 本次設(shè)計的主要任務(wù)就是應(yīng)用自動控制理論和工程設(shè)計的方法對直流調(diào)速系統(tǒng)進行設(shè)計和控制，設(shè)計出能夠達到性能指標要求的電力拖動系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器，通過在 DJDK1型電力電子技術(shù)及電機控制試驗裝置上的調(diào)試 ,并應(yīng)用 MATLAB軟件對設(shè)計的系統(tǒng)進行仿真和校正以達到滿足控制指標的目的。設(shè)計任務(wù)書中給出了本系統(tǒng)調(diào)速指標的要求。在以下四項中，前兩項屬于穩(wěn)態(tài)性能指標，后兩項屬于動態(tài)性能指標 。 、 跟隨性能指標 在給定信號 R（ t）的作用下，系統(tǒng)輸出量 C(t)的變化情況可用 跟隨性能指標 來描述。 、 調(diào)速系統(tǒng)的兩個基本矛盾 在理解了本設(shè)計需滿足的各項指標之后，我們會發(fā)現(xiàn)在權(quán)衡這些基本指標的兩個矛盾，即 動態(tài)穩(wěn)定性與靜態(tài)準確性對系統(tǒng)放大倍數(shù)的要求互相矛盾； 起動快速性與防止電流的沖擊對電機電流的要求互相矛盾 [5]。但是，如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，例如要求快速啟制動，突加負載動態(tài)速降小等等，則單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。無法解決第二個基本矛盾 。在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，只有電流截 4 止負反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的，但它只是在超過臨界電流 Idcr 值以后，靠強烈的負反饋作用限制電流的沖擊，并不能很理想的控制電流的動態(tài)波形。 a) b) 圖 11 調(diào)速系統(tǒng)啟動過程的電流和轉(zhuǎn)速波形 a) 帶電流截止負反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的啟動過程 b) 理想快速啟動過程 當電流從最大值降低下來以后，電機轉(zhuǎn)矩也隨之減小，因而加速過程必然拖長。為此，在電機最大電流 (轉(zhuǎn)矩 )受限的條件下 ,希望充分地利用電機的過載能力 ,最 好是在過渡過程中始終保持電流 (轉(zhuǎn)矩 )為允許的最大值 ,使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動 ,到達穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后 ,又讓電流立即降低下來 ,使轉(zhuǎn)矩馬上與負載平衡 ,從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運行 .這樣的理想起動過程波形如圖 11b 所示 ,起動電流呈方形波 ,而轉(zhuǎn)速是線性增長的。 實際上，由于主電路電感的作用，電流不能突變，圖 22b 所示的理想波形只能得到近似的逼近，不能完全的實現(xiàn)。 n Id n Idl t 0 Idl n Id n 0 t 5 、 調(diào)速系統(tǒng)的雙閉環(huán)調(diào)節(jié)原理 見圖 12： Un*UnWA S R( s ) WA C R( s )Ui*UiUc tUd 01/1 ?sT Rl1?ST Ks sIdId lsTmnCe1?? 圖 12 雙閉