雙閉環(huán)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計報告-在線瀏覽
2024-09-13 10:27本頁面
【正文】 B5紙打印，全文不少于2000字。故障處理能力（15）優(yōu)：能夠自行對硬件和程序出現(xiàn)的問題，進(jìn)行合理、高效的解決；良：在教師指導(dǎo)下能夠較好處理硬件和程序出現(xiàn)的問題，并能夠消化吸收；中：在教師指導(dǎo)下能夠基本處理硬件和程序出現(xiàn)的問題，有一定的分析能力；及：教師指導(dǎo)參與過多，才能夠完成硬件和程序出現(xiàn)的問題；不及：不能在教師指導(dǎo)下完成故障的處理。它具有動態(tài)響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。這主要是因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來控制動態(tài)過程的電流或轉(zhuǎn)矩。但它只是在超過臨界電流Idcr值以后，靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，并不能很理想的控制電流的動態(tài)波形。當(dāng)電流從最大值降低下來以后，電機(jī)轉(zhuǎn)矩也隨之減小，因而加速過程必然拖長。這樣的理想起動過程波形如圖1（b）所示，這時，啟動電流成方波學(xué)習(xí)好幫手而轉(zhuǎn)速是線性增長的。實(shí)際上，由于主電路電感的作用，電流不能突跳，為了實(shí)現(xiàn)在允許條件下最快啟動，關(guān)鍵是要獲得一段使電流保持為最大值Idm的恒流過程，按照反饋控制規(guī)律，采用某個物理量的負(fù)反饋就可以保持該量基本不變，那么采用電流負(fù)反饋就能得到近似的恒流過程。這樣就能做到既存在轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋?zhàn)饔糜帜苁顾鼈冏饔迷诓煌碾A段。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，叫做內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外面，叫做外環(huán)。該雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個調(diào)節(jié)器ASR和ACR一般都采用PI調(diào)節(jié)器。一般的調(diào)速系統(tǒng)要求以穩(wěn)和準(zhǔn)為主，圖12 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)學(xué)習(xí)好幫手圖中U*n、Un—轉(zhuǎn)速給定電壓和轉(zhuǎn)速反饋電壓；U*i、Ui—電流給定電壓和電流反饋電壓； ASR—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器； ACR—電流調(diào)節(jié)器；TG—測速發(fā)電機(jī)；TA—電流互感器；UPE—電力電子變換器 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性圖13雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖雙閉環(huán)直流系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖13所示，分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜特性的關(guān)鍵是掌握PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征。當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，相當(dāng)與使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。實(shí)際上，在正常運(yùn)行時，電流調(diào)節(jié)器是不會達(dá)到飽和狀態(tài)的。1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和這時，兩個調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時，它們的輸入偏差電壓都是零，因此，Un*=Un=an=an0 Ui*=Ui=βId可得：n=Un*/a=n0從而得到靜特性曲線的CA段。而Idm一般都是大于額定電流Idn的。2）轉(zhuǎn)速器飽和這時，ASR輸出達(dá)到限幅值Uim*，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響。穩(wěn)態(tài)時：Id=Uim*/β=Idm 其中最大電流Idm取決于電動機(jī)的容許過載能力和拖動系統(tǒng)允許的最大加速度，由上式可得靜特性的AB段，它是一條垂直的特性。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖15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Id顯露出來。由于在起動過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個動態(tài)過程就分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個階段。當(dāng)突加給定電壓Ugn時，由于電動機(jī)的機(jī)電慣性較大，電動機(jī)還來不及轉(zhuǎn)動（n=0），轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓Ufn=0，這時△Un=UgnUfn很大，使ASR的輸出突增為Ugio，ACR的輸出為Uko，可控整流器的輸出為Udo使電樞電流Ia迅速增加。速度調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅值正是按這個要求來整定的。從電流升到最大值Iam開始，到轉(zhuǎn)速升到給定值為止，這是啟動過程的主要階段，在這個階段中，ASR一直是飽和的，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋不起調(diào)節(jié)作用，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒流調(diào)節(jié)。 第三階段是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。開始時轉(zhuǎn)速已經(jīng)上升到給定值，ASR的給定電壓Ugn與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓Ufn相平衡，輸入偏差△Un等于零。超調(diào)后，Ufn0，△Un0，使ASR退出飽和，其輸出電壓（也就是ACR的給定電壓）Ugi 才從限幅值降下來，Uk與Ud 也隨之降了下來，但是，由于Ia仍大于負(fù)載電流Il，在開始一段時間內(nèi)轉(zhuǎn)速仍繼續(xù)上升。在這個階段中ASR與ACR同時發(fā)揮作用，由于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在外環(huán)，ASR處于主導(dǎo)地位，而ACR的作用則力圖使Ia盡快地跟隨ASR輸出Ugi的變化。ASR的輸出電壓為：Ugi=Ufi=βIl，ACR的輸出電壓為：Uk=（Ceng+IlR∑）/Ks。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速響應(yīng)一定有超調(diào)，只有在超調(diào)后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器才能退出飽和，使在穩(wěn)定運(yùn)行時ASR發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，從而使在穩(wěn)態(tài)和接近穩(wěn)態(tài)運(yùn)行中表現(xiàn)為無靜差調(diào)速。綜上所述，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動過程有以下三個特點(diǎn)：（1）飽和非線形控制：隨著ASR的飽和與不飽和，整個系統(tǒng)處于完全不同的兩種狀態(tài)，在不同情況下表現(xiàn)為不同結(jié)構(gòu)的線形系統(tǒng)，只能采用分段線形化的方法來分析，不能簡單的用線形控制理論來籠統(tǒng)的設(shè)計這樣的控制系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速略有超調(diào)一般是容許的，對于完全不允許超調(diào)的情況，應(yīng)采用其他控制方法來抑制超調(diào)。但由于在起動過程Ⅰ、Ⅱ兩個階段中電流不能突變，實(shí)際起動過程與理想啟動過程相比還有一些差距，不過這兩段時間只占全部起動時間中很小的成分，無傷大局，可稱作“準(zhǔn)時間最優(yōu)控制”。.. . . ..第二章 調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計 調(diào)節(jié)器的設(shè)計原則為了保證轉(zhuǎn)速發(fā)生器的高精度和高可靠性，系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速變化率反饋和電流反饋的雙閉環(huán)電路主要考慮以下問題：1）保證轉(zhuǎn)速在設(shè)定后盡快達(dá)到穩(wěn)速狀態(tài)；2）保證最優(yōu)的穩(wěn)定時間；3）減小轉(zhuǎn)速超調(diào)量。建立調(diào)節(jié)器工程設(shè)計方法所遵循的原則是：1）概念清楚、易懂；2）計算公式簡明、好記；3）不僅給出參數(shù)計算的公式，而且指明參數(shù)調(diào)整的方向；4）能考慮飽和非線性控制的情況，同樣給出簡明的計算公式；5）適用于各種可以簡化成典型系統(tǒng)的反饋控制系統(tǒng)。在選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)時，只采用少量的典
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