運動控制系統(tǒng)課程設(shè)計——直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計-在線瀏覽
2025-03-02 19:48本頁面
【正文】 流濾波時間常數(shù)，轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)，電流超調(diào)量，空載啟動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量。采用PI調(diào)節(jié)的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。 圖1理想快速啟動過程電流和轉(zhuǎn)速波形如題1所示，為了實現(xiàn)在允許條件下的最快啟動，關(guān)鍵是要獲得一段使電流保持為最大值的恒流過程。所以，我們希望達(dá)到的控制：啟動過程只有電流負(fù)反饋，沒有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋；達(dá)到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不讓電流負(fù)反饋發(fā)揮作用。為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別在系統(tǒng)中起作用，可以在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋。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)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。這就組成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。圖中ASR為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，ACR為電流調(diào)節(jié)器，TG表示測速發(fā)電機(jī)，TA表示電流互感器，GT是觸發(fā)電路，UPE是電力電子變換器。圖中還標(biāo)出了兩個調(diào)節(jié)器的輸出都是帶限幅作用的，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓決定了電流給的電壓的最大值，電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓限制了電力電子變換器的最大輸出電壓。按照設(shè)計多環(huán)控制系統(tǒng)先內(nèi)環(huán)后外環(huán)的一般原則，從內(nèi)環(huán)開始，逐步向外擴(kuò)展。根據(jù)圖3直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖可以方便的繪出系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，如圖4所示。圖4直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖在考慮雙閉環(huán)控制的結(jié)構(gòu)（見圖4直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖）的基礎(chǔ)上，即可繪出直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，如圖5所示。為了引出電流反饋，在電動機(jī)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖中必須把電樞電流顯示出來。這樣的濾波環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)可以用一階慣性環(huán)節(jié)來表示，其濾波時間常數(shù)按需要選定，以濾平電流檢測信號為準(zhǔn)。其意義是，讓給定信號和反饋信號經(jīng)過相同的延時，使二者在時間上得到恰當(dāng)?shù)呐浜?，從而帶來設(shè)計上的方便。根據(jù)和電流環(huán)一樣的道理，在轉(zhuǎn)速給定通道上也加入時間常數(shù)為的給定濾波環(huán)節(jié)。如圖6所示。實際上，反電動勢與轉(zhuǎn)速成正比，它代表轉(zhuǎn)速對電流環(huán)的影響。這樣，在按動態(tài)性能設(shè)計電流環(huán)時，可以暫不考慮反電動勢變化的動態(tài)影響，也就算說，可以暫且把反電動勢的作用去掉，得到電流環(huán)的近似結(jié)構(gòu)框圖，如圖7所示。圖7忽略反電動勢的動態(tài)影響時的電流環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如果把給定濾波和反饋濾波兩個環(huán)節(jié)都等效的移到環(huán)內(nèi)，同時把給定信號改成，則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)，如圖8所示。簡化的近似條件是圖9小慣性環(huán)節(jié)近似處理的電流環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖首先考慮把電流環(huán)校正成哪一類典型系統(tǒng)。再從動態(tài)要求上看，實際系統(tǒng)不允許電樞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。圖9的表明，電流環(huán)的控制對象是雙慣性型的，要校正成典型Ⅰ型系統(tǒng)，顯然應(yīng)采用PI型的電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可以寫成：式中 ——電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； ——電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。通過表1可得出，三相橋式電路的平均失控時間。根據(jù)初始條件有。按小時間常數(shù)近似處理，取。已知電樞回路電感，則：根據(jù)設(shè)計要求，并保證穩(wěn)態(tài)電壓無差，按典型Ⅰ型系統(tǒng)設(shè)計電流調(diào)節(jié)器。表2典型Ⅰ型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系電流反饋系數(shù)。電流開環(huán)增益：要求時，按表3，取，因此于是，ACR的比例系數(shù)為：表3典型Ⅰ型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系參數(shù)關(guān)系阻尼比超調(diào)量0%%%%%上升時間峰值時間相角穩(wěn)定裕度176。176。176。2） 忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件滿足近似條件。由圖11，按所用運算放大器取，各電阻和電容值為：，取， ，取 ，取按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動態(tài)跟隨性能指標(biāo)為，滿足設(shè)計要求。圖中為電流給的電壓，為電流負(fù)反饋電壓，調(diào)節(jié)器的輸出就是電力電子變換器的控制電壓。接入轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，電流環(huán)等效環(huán)節(jié)的輸入量應(yīng)為，因此電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應(yīng)等效成這樣，原來是雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對象，經(jīng)閉環(huán)控制后，可以近似的等效成只有較小時間常數(shù)的一階慣性環(huán)節(jié)。圖12用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)后轉(zhuǎn)速環(huán)的代替結(jié)構(gòu)框圖把轉(zhuǎn)速給定濾波和反饋濾波環(huán)節(jié)移到環(huán)內(nèi)，同時將給定信號改為，再把時間常數(shù)為和的兩個小慣性環(huán)節(jié)合并起來，近似成
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