【正文】 所以電動機仍在最大電流下加速，必然使轉(zhuǎn)速超調(diào)。但是，由于Id仍大于負載電流IdL，在一段時間內(nèi)，轉(zhuǎn)速仍繼續(xù)上升。此后，電動機才開始在負載的阻力下減速，與此相應(yīng)，電流Id也出現(xiàn)一小段小與IdL的過程，直到穩(wěn)定。當(dāng)ASR飽和時，轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)。在不同情況下，表現(xiàn)為不同結(jié)構(gòu)的現(xiàn)行系統(tǒng)，這就是飽和非線性控制的特征。它的特征是電流保持恒定，一般選擇為允許的最大值，以便充分發(fā)揮電動機的過載能力，使啟動過程盡可能更快。 3）轉(zhuǎn)速超調(diào)：由于采用了飽和非線性控制,啟動過程結(jié)束進入第III階段即轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段后,必須使轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退出飽和狀態(tài)。這就是說，采用PI調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速動態(tài)響應(yīng)必然有超調(diào)[6]。2．電流調(diào)節(jié)器的作用：1）對電網(wǎng)電壓波動起及時抗擾作用；2）起動時保證獲得允許的最大電流；3）在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中，使電流跟隨起給定電壓Um*變化；4）當(dāng)電動機過載甚至于堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最大值，從而起到快速的安全保護最用。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)主電路的數(shù)學(xué)模型 主電路及其化簡見圖25:圖25 主電路的原理圖及化簡a) 三相橋式整流電路的主電路b)等效電路c)化簡后的等效電路其中： Rb—變壓器兩相繞阻的等效內(nèi)阻 Ra—變壓器兩相繞阻漏抗引起換向壓降所對應(yīng)的電阻 Rn—兩個可控硅原件的正相等效電阻 Rp—平波電抗器等效電阻 Rd—電動機電樞等效內(nèi)阻 Lb—變壓器兩相繞阻的漏感 Lp—平波電抗器電感 Ld—電動機電樞繞阻電感 Ud0=—理想空載整流電壓 E=Ce*n—直流電動機電勢 RN=Rb+Ra+Rn—整流裝置內(nèi)阻 RS =Rp+Rd—電動機電樞電阻 R=RN+RS—主電路總電阻 L=Lb+Lp+Ld—主電路總電感 額定勵磁下的直流電動機的數(shù)學(xué)描述 由圖25中的c)可列出微分方程如下： (主電路,假定電流連續(xù)) (額定勵磁下的感應(yīng)電動勢) (牛頓動力學(xué)定律,忽略粘性摩擦) (額定勵磁下的電磁轉(zhuǎn)矩)式中 TL—包括電機空載轉(zhuǎn)矩在內(nèi)的負載轉(zhuǎn)矩，單位為Nm；GD2—電力拖動系統(tǒng)運動部分折算到電機軸上的飛輪轉(zhuǎn)矩，單位為Nm2； Cm=30Ce/Л—電動機額定勵磁下的轉(zhuǎn)矩電流比，單位為Nm/A；定義下列時間常數(shù)： TL=L/R—電樞回路電磁時間常數(shù)，單位為s； Tm=(GD2R)/(375CeCm)—電力拖動系統(tǒng)機電時間常數(shù)，單位為s。一個是理想空載整流電壓Ud0，另一個是負載電流IdL。如果不需要在結(jié)構(gòu)圖中把電流Id表現(xiàn)出來，可將擾動量IdL的綜合點前移，并進行等效變換，如圖27所示圖27 直流電動機動態(tài)結(jié)構(gòu)圖的簡化和變換a) b) 晶閘管觸發(fā)和整流裝置傳函 失控時間 以單相全波純電阻負載整流電路為例來討論滯后時間的大小。設(shè)Vct2對應(yīng)的控制角為а2，則另一對晶閘管在t4時刻才導(dǎo)通，平均整流電壓變成Vd02。本設(shè)計采用三相橋式整流電路，平均失控時間Ts =(ms)，(ms) 用單位階躍函數(shù)來表示滯后，則晶閘管觸發(fā)和整流裝置的輸入輸出為 Ud0=KsUct1(tTs)按拉氏變換的位移定理,則傳遞函數(shù)為 (25)考慮到Ts很小,忽略其高次項,則晶閘管觸發(fā)和整流裝置的傳遞函數(shù)可近似成一階慣性環(huán)節(jié) (26)式中 Ks=—觸發(fā)和整流裝置的放大倍數(shù)； Ts= —觸發(fā)和整流裝置的平均失控時間。這一部分已有成熟理論，所以本文在此處只是簡要的給予部分計算過程。 整流變壓器的計算 整流變壓器的次級相電壓的有效值U2 變壓器初級電流、電壓和次級電流、電壓的有效值變壓器接成Δ/ Y 形，可以得到零線，同時濾除三次諧波。=(A)選用MY31440V/500A的壓敏電阻,其殘壓比（2）直流側(cè)過壓保護: 利用電組和電容吸收操作過壓A. 電容C的參數(shù): C = 2LBKL2ID2 /[(KV21)UD2]= 2**103**[(221)*2202] = (181。FUC 2UD = 2*220 = 440(V)取 UC = 630(V)B. 電阻R的參數(shù):R = UD(KV1) / KIID =220*(21)/* = 28(Ω)取 R = 30ΩPR ≥ PD/800 = *103/800 = (W)取 PR = 10W所以選定CD = 4181。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理及控制單元見圖28:圖2－8 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理圖其中GL—給定器 LSF—零速封鎖器ASR—轉(zhuǎn)速調(diào)速器材 ACR—電流調(diào)節(jié)器SB—轉(zhuǎn)速變速器材 LB—電流變送器GL—過流保護器材 CF—觸發(fā)器本小節(jié)有助于加深對電氣組成部分的工作原理的整體理解。其關(guān)鍵取值在電流和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器中，他們保證了系統(tǒng)性能指標(biāo)的實現(xiàn)。 過流保護器(GL)、電流變送器(LB)見圖29:圖29 過流保護器(GL)、電流變送器(LB)(ACR)見圖210:圖210 電流調(diào)節(jié)器(ACR) 零速封鎖器(LSF)見圖211:圖211 零速封鎖器(LSF) 給定器(GD)見圖212:圖212 給定器(GD) 轉(zhuǎn)速變送器(SB)見圖213:圖213 轉(zhuǎn)速變送器(SB) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器(ASR)見圖214:圖214 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器(ASR) 鋸齒波觸發(fā)器(GT)本調(diào)速系統(tǒng)須6個可控硅輪流觸發(fā)，圖215是1GT的觸發(fā)器電路，其余五個可類推。他們的理論根據(jù)在第三章具體闡述。由于電流檢測信號中常含有交流分量，須加低通濾波，其濾波時間常數(shù)Toi按需要給定。為了平衡這一延滯作用，在給定信號通道中加入一個相同時間常數(shù)Toi的慣性環(huán)節(jié)，稱作給定濾波環(huán)節(jié)。同樣，由測速發(fā)電機得到的轉(zhuǎn)速反饋電壓含有電機的換向紋波，因此也需要濾波，濾波時間常數(shù)由Ton表示。所以實際的電路需增加電流濾波、轉(zhuǎn)速濾波、和兩個給定濾波環(huán)節(jié)，見圖216:圖216 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 本章小結(jié)本章在簡要介紹了本設(shè)計所涉及的參數(shù)測定后，重點分析了雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理及數(shù)學(xué)模型，得出了其動態(tài)結(jié)構(gòu)圖。第3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 設(shè)計要求本論文首先應(yīng)用經(jīng)典控制理論的工程設(shè)計方法,設(shè)計出轉(zhuǎn)速和電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng),然后利用現(xiàn)代控制理論中的線性二次型性能指標(biāo)最優(yōu)設(shè)計方法, 設(shè)計此調(diào)速系統(tǒng)。作為工程設(shè)計方法,首先要使問題簡化,突出主要矛盾。第二步，再選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以滿足動態(tài)性能指標(biāo)這樣做，就把穩(wěn)、準(zhǔn)、快抗干擾之間互相交叉的矛盾問題分成兩步來解決，第一步先解決主要矛盾—動態(tài)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)精度，然后在第二步中進一步滿足其它動態(tài)性能指標(biāo)。這樣就使設(shè)計犯法規(guī)范化，大大減少了設(shè)計工作量[6]。 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計 電流環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖的簡化 設(shè)計電流環(huán)首先遇到的問題是反電動勢產(chǎn)生的交叉反饋作用。實際系統(tǒng)中的電磁時間常數(shù)TL一般遠小于機電時間常數(shù)Tm，因而電流的調(diào)節(jié)過程往往比轉(zhuǎn)速的變化過程快得多，也就是說，比反電動勢E的變化快得多。這樣，在設(shè)計電流環(huán)時，可以暫不考慮反電動勢變化的動態(tài)作用，而將電動勢反饋作用斷開，從而得到忽略電動勢影響的電流環(huán)近似結(jié)構(gòu)圖。最后，Ts和Toi一般比Tl小的多，可以當(dāng)作小慣性環(huán)節(jié)處理，看作一個慣性環(huán)節(jié)，取T∑i=Ts+Toi[6]。 Ts= 電流濾波時間常數(shù)Toi Toi =5ms 電流環(huán)小時間常數(shù)T∑I = Ts+Toi= (31) 電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇首先應(yīng)決定要把電流環(huán)校正成哪一類典型系統(tǒng),電流環(huán)的一項重要作用就是保持電樞電流在動態(tài)過程中不超過允許值,因而在突加控制作用時不希望有超調(diào),或者超調(diào)量越小越好?？呻娏鳝h(huán)還有另一個對電網(wǎng)電壓波動及時調(diào)節(jié)的作用,為了提高其抗擾性能,又希望把電流環(huán)校正成典Ⅱ系統(tǒng)。因此,一般多按典Ⅰ系統(tǒng)來設(shè)計電流環(huán)[6]。所以 按典Ⅰ系統(tǒng)設(shè)計,選PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 (32)式中 Ki—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)。 忽略反電動勢對電流環(huán)影響的條件 (38)3(1/TmTl)1/2=3*(1/(*))1/2=≤ωci =KI = 小時間常數(shù)近似處理條件 (39)1/3(1/TsToi)1/2=1/3*(1/(*))1/2=ωci =按上述參數(shù),電流環(huán)可以達到動態(tài)指標(biāo)σI%=%5%。 (311)Φ(ω)=90otg1T∑iω (312)γ(ω)=90otg1T∑iω (313)根據(jù)典型I型系統(tǒng)動態(tài)跟隨指標(biāo)和頻域指標(biāo)的參數(shù)的關(guān)系,當(dāng)KIT∑i=, 阻尼比ξ=，振蕩指標(biāo)MP=1，截止頻率 ωci=KI=因此 Φ(ω)=90otg1T∑iω= γ(ωci)=180Φ(ω)= 跟隨性能指標(biāo) σi%=%5% 上升時間tr=∑i=*= 超調(diào)時間tm=∑i=*= 調(diào)節(jié)時間tS=6T∑i=6*= 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計