【正文】 日臻成熟并日漸成為實際應(yīng)用的主流，但這并不意味著傳統(tǒng)的直流調(diào)速技術(shù)已經(jīng)完全退出了實際應(yīng)用的舞臺。直流調(diào)速仍然是目前最可靠，精度最高的調(diào)速方法。鑒于直流調(diào)速系統(tǒng)在國民經(jīng)濟(jì)和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及國防事業(yè)中的重要作用，有必要對直流調(diào)速系統(tǒng)作進(jìn)一步的研究和開發(fā)。 PWM單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)拖動方案的確定方案選擇的原則是在滿足生產(chǎn)機(jī)械工藝要求并確保產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，力求投資少、效益高和操作方便。PWM直流調(diào)速系統(tǒng)拖動方案的確定主要根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械對調(diào)速的要求來確定，它直接關(guān)系到系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能的優(yōu)劣，是系統(tǒng)設(shè)計中至關(guān)重要的一環(huán)。 直流電機(jī)的選擇及調(diào)速方法直流他勵電動機(jī)：功率Pe＝4KW，額定電流Ie=，磁極對數(shù)P=1，ne=1500r/min,勵磁電壓220V,電樞繞組電阻Ra=,主電路總電阻R＝7Ω，L∑＝(電樞電感、平波電感和變壓器電感之和)，Ks=40，機(jī)電時間常數(shù)Tm=，濾波時間常數(shù)Ton=Toi=，過載倍數(shù)λ＝，電流給定最大值，速度給定最大值根據(jù)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速方程式中 — 轉(zhuǎn)速（r/min）；— 電樞電壓（V）； — 電樞電流（A）；— 電樞回路總電阻（W）；— 勵磁磁通（Wb）； — 由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電動勢常數(shù)。對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，這種方法最好。2. 減弱勵磁磁通 F：改變磁通可以實現(xiàn)無級平滑調(diào)速，但只能減弱磁通進(jìn)行調(diào)速（簡稱弱磁調(diào)速），從電機(jī)額定轉(zhuǎn)速向上調(diào)速，屬恒功率調(diào)速方法。3. 改變電樞回路電阻 R：在電動機(jī)電樞回路外串電阻進(jìn)行調(diào)速的方法，設(shè)備簡單，操作方便。改變電阻調(diào)速缺點很多，目前很少采用，僅在有些起重機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)及電車等調(diào)速性能要求不高或低速運轉(zhuǎn)時間不長的傳動系統(tǒng)中采用。對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。因此，自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主。2. 靜止式可控整流器：用靜止式的可控整流器，以獲得可調(diào)的直流電壓。由于旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組缺點太多，采用汞弧整流器和閘流管這樣的靜止變流裝置來代替旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，形成所謂的離子拖動系統(tǒng)。目前，采用晶閘管整流供電的直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（即晶閘管－電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，簡稱VM系統(tǒng)，又稱靜止WardLeonard系統(tǒng)）已經(jīng)成為直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。必須實現(xiàn)四象限可逆運行時，只好采用開關(guān)切換或正、反兩組全控型整流電路，構(gòu)成VM可逆調(diào)速系統(tǒng)，后者所用變流設(shè)備要增多一倍。(3) 晶閘管的控制原理決定了只能滯后觸發(fā)，因此，晶閘管可控制整流器對交流電源來說相當(dāng)于一個感性負(fù)載，吸取滯后的無功電流，因此功率因素低，特別是在深調(diào)速狀態(tài)，即系統(tǒng)在較低速運行時，晶閘管的導(dǎo)通角很小，使得系統(tǒng)的功率因素很低，并產(chǎn)生較大的高次諧波電流，引起電網(wǎng)電壓波形畸變，殃及附近的用電設(shè)備。 為此，應(yīng)采取相應(yīng)的無功補(bǔ)償、濾波和高次諧波的抑制措施。如果主電路電感不是非常大，則輸出電流總存在連續(xù)和斷續(xù)兩種情況，因而機(jī)械特性也有連續(xù)和斷續(xù)兩段，連續(xù)段特性比較硬，基本上還是直線；斷續(xù)段特性則很軟，而且呈現(xiàn)出顯著的非線性。根據(jù)以上的知識理論觀點，所以本次設(shè)計選擇了脈寬調(diào)制控制器進(jìn)行改變電樞電壓的直流調(diào)速系統(tǒng)。在生產(chǎn)實際中，各種不同類型的生產(chǎn)機(jī)械，由于其生產(chǎn)要求和工藝特點不同，因而對調(diào)速系統(tǒng)提出的控制要求和靜、動態(tài)性能指標(biāo)要求側(cè)重點就有所不同，故控制系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)形式也隨之有很大差別。由于開環(huán)控制其機(jī)械特性軟，所能提供的調(diào)速范圍小，往往不能滿足穩(wěn)態(tài)調(diào)速指標(biāo)要求，所以生產(chǎn)實際中一般都采用閉環(huán)控制方式。根據(jù)系統(tǒng)中使用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（P或PI）的不同，可設(shè)計成單閉環(huán)有靜差或無靜差調(diào)速系統(tǒng)。如造紙機(jī)和紡織機(jī)械之類的分布傳動系統(tǒng)，主要要求對于電網(wǎng)電壓波動有較強(qiáng)的抗干擾能力。這些均可采用雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)的控制方式?？赡婵刂凭€路應(yīng)根據(jù)電動機(jī)可逆運行的供電方式及兩套變流裝置的環(huán)流控制方案來確定。磁場方向不變，改變電樞電壓的極性實現(xiàn)可逆運行的系統(tǒng)，叫電樞可逆系統(tǒng)；電樞電壓極性不變，改變勵磁電流方向?qū)崿F(xiàn)可逆運行的系統(tǒng)，叫磁場可逆系統(tǒng)。因此，在確定控制線路時，要充分考慮上述各方案的特點，根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械對調(diào)速系統(tǒng)靜，動態(tài)性能的要求，仔細(xì)比較，推敲各種控制方案的優(yōu)點和缺點，揚(yáng)長避短，擇優(yōu)選用。這類系統(tǒng)就要求按快速可逆系統(tǒng)去考慮。(5) 如果生產(chǎn)機(jī)械要求具有很寬廣的調(diào)速范圍，則可采用調(diào)壓和弱磁調(diào)速相配合，控制方式采取非獨立控制勵磁的調(diào)速系統(tǒng)。(7) 如要求系統(tǒng)建立電壓約束或電流變化率約束條件，改造調(diào)節(jié)對象特性，使系統(tǒng)具有更為理想的動態(tài)品質(zhì)，可采用串級聯(lián)接的三環(huán)控制方案。(9) 確定控制方案時必須注意對各種信號（如電壓、電流、轉(zhuǎn)速等）的檢測及檢測元件的精度要求等?？傊?，系統(tǒng)控制方案確定，應(yīng)在滿足生產(chǎn)要求的前提下，工作可靠、安全，線路力求簡單、經(jīng)濟(jì)，系統(tǒng)易于實現(xiàn)，操作、維修方便，并盡量使控制單元通用性好，設(shè)備投資少。本設(shè)計采用轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。如果負(fù)載的生產(chǎn)工藝對運行時的靜差率要求不高，這樣的開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)都能實現(xiàn)一定范圍內(nèi)的無級調(diào)速，可以找到一些用途。在這些情況下，開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)往往不能滿足要求，根據(jù)以上敘述轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以很好解決直流調(diào)速系統(tǒng)的各種問題，獲得很好的調(diào)速性能，但其設(shè)計十分麻煩，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，如果轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)就可以滿足調(diào)速系統(tǒng)的要求而采用雙環(huán)調(diào)速必然會增加系統(tǒng)錯誤的幾率，所以本設(shè)計采用轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。PWM系統(tǒng)在很多方面具有較大的優(yōu)越性 ：(1) PWM調(diào)速系統(tǒng)主電路線路簡單，需用的功率器件少。開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗及發(fā)熱都較小。低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍廣，可達(dá)到1：10000左右。(5) (6) 變頻調(diào)速很快為廣大電動機(jī)用戶所接受，成為了一種最受歡迎的調(diào)速方法，在一些中小容量的動態(tài)高性能系統(tǒng)中更是已經(jīng)完全取代了其他調(diào)速方式。在變頻調(diào)速方式中，PWM調(diào)速方式尤為大家所重視，這是我們選取它作為研究對象的重要原因。 　　特征: 　　接近無限大的靜態(tài)輸入阻抗特性，非?？斓拈_關(guān)時間，導(dǎo)通　　電阻正溫度系數(shù)，近似常數(shù)的跨導(dǎo)， 高dV/dt。如圖21所示。因為PI調(diào)節(jié)器作為校正裝置既可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，使系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運行時得到無靜差調(diào)速，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；作為控制器時又能兼顧快速響應(yīng)和消除靜差兩方面的要求。反饋控制系統(tǒng)的規(guī)律是：一方面能夠有效地抑制一切被包在負(fù)反饋環(huán)內(nèi)前向通道上的擾動作用；另一方面，則緊緊地跟隨著給定作用，對給定信號的任何變化都是唯命是從的。歸納起來，對于調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制要求有以下三個方面：(1) 調(diào)速—在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，分擋地（有級）或 平滑地（無級）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；(2) 穩(wěn)速—以一定的精度在所需轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運行，在各種干擾下不允許有過大的轉(zhuǎn)速波動，以確保產(chǎn)品質(zhì)量；(3) 加、減速—頻繁起、制動的設(shè)備要求加、減速盡量快，以提高生產(chǎn)率；不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機(jī)械則要求起，制動盡量平穩(wěn)。(2) 靜差率：當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運行時，負(fù)載由理想空載增加到額定值時所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落，與理想空載轉(zhuǎn)速之比，稱作靜差率s，即或