【正文】 數(shù)設(shè)計和計算 ....................................... 10 確定時間常數(shù) ............................................. 10 選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu) ....................................... 10 計算電流調(diào)節(jié)器參數(shù) ....................................... 10 校驗(yàn)近似條件 ............................................. 10 計算調(diào)節(jié)器電阻和電容 ..................................... 11 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)計和計算 ...................................... 11 確定時間常數(shù) ............................................. 12 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu) ....................................... 12 計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié) 器參數(shù) ....................................... 12 校驗(yàn)近似條件 ............................................. 12 計算調(diào)節(jié)器電阻和電容 ..................................... 13 4 雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng) Simulink 仿真 .............................. 13 系統(tǒng)模型及相關(guān)原理 ............................................. 13 PI 控制參數(shù)整定 ............................................... 15 PID控制參數(shù)整定 .............................................. 17 電流環(huán) PID 參數(shù)整定 ....................................... 17 轉(zhuǎn)速環(huán) PID 參數(shù)整定 ....................................... 19 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán) PID 參數(shù)整定 ............................. 21 結(jié) 論 ................................................................ 26 致 謝 ................................................................ 27 參 考 文 獻(xiàn) ........................................................... 28 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 1 頁 共 29 頁 1 引言 目前， 絕大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)都離不開電機(jī)，而且隨著社會的發(fā)展，各行業(yè)的工藝要 求越來越高，許多生產(chǎn)機(jī)械要求在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行速度的平滑調(diào)節(jié)，且要求具有良好的穩(wěn)、動態(tài)性能。其中，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是直流調(diào)速控制系統(tǒng)中發(fā)展得最為成熟、應(yīng)用非常廣泛的電力傳動系統(tǒng)，具有動態(tài)響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。從 機(jī)械特性上看 ,就是通過改變電 動機(jī)的參數(shù)或外加 電壓等方法來改變電動機(jī)的 機(jī)械 特性 ,從而改變電動機(jī)機(jī)械特性和工作特性機(jī)械特性的交點(diǎn) ,使電動機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化。 近年來，交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快 ，交流調(diào)速系統(tǒng)正在逐步取代直流調(diào)速系統(tǒng)。調(diào)速傳動的控制裝置主要是各種電力電子變流器 ，它為電動機(jī)提供可控的直流或交流電流，并成為弱電控制強(qiáng)電的媒介， 可以說，電力電子技術(shù)的進(jìn)步 有力地推動 了 電氣傳動調(diào)速系統(tǒng) 的 發(fā)展。 本次設(shè)計的課題 是雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)，本文旨在從雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理著手，將系統(tǒng)控制參數(shù)設(shè)計過程進(jìn) 行說明并選擇最優(yōu)參數(shù) ,且將系統(tǒng)分別在 PID 和 PI控制下的靜、動態(tài)性能進(jìn)行對比，比較兩種控制方法的區(qū)別和優(yōu)缺點(diǎn)。主電路由三相交流電源、電動機(jī)以及由晶閘管構(gòu)成的整流電路部分構(gòu)成，控制回路主要由檢測電路，驅(qū)動電路構(gòu)成，檢測電路又包括轉(zhuǎn)速檢測和電流檢測等部分。的六個脈沖觸發(fā)三相全控橋內(nèi)相應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通，通過調(diào)節(jié)整流電路的觸發(fā)角以實(shí)現(xiàn)整流調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)直流電動機(jī)的電樞供電電壓來實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的無級平滑調(diào)速?？刂齐妷?Uc與觸發(fā)角的移相特性關(guān)系如圖 所示 [19]。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，為內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外面，即為外環(huán)；這樣就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 圖 雙閉環(huán)直流調(diào)速 系統(tǒng)設(shè)計原理圖 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 3 頁 共 29 頁 其中 ， Un?、 Un— 轉(zhuǎn)速給定電壓和轉(zhuǎn)速反饋電壓； ?????、 ???? — 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 圖 移相特性曲線 系統(tǒng) 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性 雙閉環(huán)直流系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖 所示，分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 靜 特性的關(guān)鍵是調(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)于 使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。 需要指出的是，在 正常運(yùn)行時， ACR 不會達(dá)到飽和， ASR存在飽和、不飽和兩種情況 [15]。 CA段表現(xiàn)為水平特性。故直線由 ???? = ??延伸至 ??????處 。當(dāng) ASR 飽和，即轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)，此時系統(tǒng)為一個單閉環(huán)電流調(diào)速系統(tǒng)，系統(tǒng)將獲得很好的下垂特性。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖 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。設(shè)置雙閉環(huán)控制的一個重要目的就是要獲得接近理想的起動過程。整個 起動過程 可 分為 電流上升、恒流升速和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)三個階段，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在此三個階段中經(jīng)歷了不飽和、飽和以及退飽和 三種情況 ,整個動態(tài)過程分成圖中標(biāo)明的 Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ 三個階段。 突加給定電壓 ?????后， ????上升，當(dāng) ????小于負(fù)載電流?????? 時，電機(jī)還不能轉(zhuǎn)動。本階段， ASR 由不飽和到迅速飽和（ ????增長慢） ACR 不飽和（ ????增長快 ）； 第 Ⅱ 階段：此階段為恒流升速階段。由于 n 的線性增長，使 E 為一個線性漸增的干擾量，對電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)來說，為了克服 E的擾動， ????0和 ????也必須基本上按線性增長，才能保 持 ????恒定。恒流升速階段是起動過程中的主要階段。轉(zhuǎn)速超調(diào)后， ASR 輸入偏差電壓變負(fù)，使它開始退出飽和狀態(tài)， ?????和 ????很快下降。直到 ???? = ??????時，轉(zhuǎn)矩 Te = TL，則 dn dt = 0? ，轉(zhuǎn)速 n 才到達(dá)峰值（ t = t3時）。本階段 ASR 和 ACR 都不飽和， ASR 起主導(dǎo)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)作用，而 ACR 則力圖使 Id盡快地跟隨其給定值 Ui?，或者說，電流內(nèi)環(huán)是一個電流隨動子系統(tǒng)。 綜上所述，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的啟動過程有如下三個特點(diǎn)：即飽和非 線性控制、轉(zhuǎn)速超調(diào)以及準(zhǔn)時間最優(yōu)控制。 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中 最主要的抗擾性能是指抗負(fù)載擾動 性能和抗電網(wǎng)電壓擾動性能。 對抗電網(wǎng)電壓擾動而言， 在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓擾動的作用點(diǎn)離被調(diào)量較遠(yuǎn)，調(diào)節(jié)作用受到多個環(huán)節(jié)的延滯，因此單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)抵抗電壓擾動的性能要差一些。 電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用 使轉(zhuǎn)速 n 跟隨給 定電壓 ??????? 變化，當(dāng)偏差電壓 ?????為零時，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速無靜差；對負(fù)載變化起到抗擾作用；其輸出限幅值決定允許的最大電流。 PID 控制 在設(shè)計閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)時， 常會有動態(tài)穩(wěn)定性與穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)發(fā)生矛盾的情況，則必須有合適的動態(tài)校正裝置，使其同時滿足動態(tài)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)兩方面的要求。 PID 調(diào)節(jié)器中有比例微分 (PD)、比例積分 (PI)以及比例積分微分 (PID)三種類型。一般調(diào)速 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 8 頁 共 29 頁 系統(tǒng)的要求以動態(tài)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)精度為主，對快速性的要求可以差一些，故而主要采用 PI 調(diào)節(jié)器，尤其當(dāng)有高頻干擾時，微分會放大干擾，需用 PI 調(diào)節(jié)器；而在隨動系統(tǒng)中，快速性則是主要要求，必須用 PD 或是 PID 調(diào)節(jié)器 [15]。當(dāng)轉(zhuǎn)速變化，測速反饋電壓也變化，與給定值間的偏差電壓增加，輸出電壓也隨著上升，因而電動機(jī)的轉(zhuǎn)速也隨之有所回升。從閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降公式 △?????? = ??????????(1:??)可知，只有當(dāng) K → ∞時，才能使 △?????? = 0，但是這是不可能的。 2) 積分調(diào)節(jié)器（ I） 在進(jìn)行調(diào)速時，一般都希望調(diào)速系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn) 無靜差調(diào)速，即指調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時，系統(tǒng)的給定值與被調(diào)量的反饋值保持相等，即 △U = ????? ? ???? = 0。通過采用積分調(diào)節(jié)器可以很好地解決靜態(tài)與動態(tài)的矛盾。延緩性即積分調(diào)節(jié)器的輸出不像比例調(diào)節(jié)器那樣輸出和輸入為比例線性關(guān)系，假設(shè)輸入為階躍信號，則調(diào)節(jié)器輸出按積分線性增長；積累性則是說調(diào)節(jié)器只要有輸入信號，不管信號大小如何變化，積分作用都會持續(xù)下去，只不過輸出值上升速率不同?？刂葡到y(tǒng)利用積分調(diào)節(jié)器的記憶特性，使得穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速在速度設(shè)定值上保持不變?？梢?，微分 調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)是超前