【正文】 抑制電流 脈動，消除因脈動電流引起的電機(jī)發(fā)熱以及產(chǎn)生的脈動轉(zhuǎn)矩對生產(chǎn)機(jī)械的不利影響。晶閘管可控整流器的功率放大倍數(shù)在 410 以上，門極電流可以直接用電子控制；響應(yīng)時間是毫秒級，具有快速的控制作用；運行損耗小效率高；這些優(yōu)點使 VM系統(tǒng)獲得了優(yōu)越的性能。 電動勢系數(shù) 2 2 0 1 7 . 5 1 . 2 0 . 1 3 2 7 m in /1500N N ae NU I RC V rn? ??? ? ? ? 平波電抗器 2m i n1 1 4 . 90 . 6 9 3 0 . 6 9 3 4 5 . 50 . 1 1 7 . 5dUL m HI? ? ? ?? 其中 m in (5 % ~ 1 0 % )dNII? ，這里取 10%。這樣的濾波傳遞函數(shù)可用一階慣性環(huán)節(jié)來表示，其濾波時間常數(shù) oiT 按需要選定，以濾平電流檢測信號為準(zhǔn)。由測速發(fā)電機(jī)得到的轉(zhuǎn)速反饋電壓含有換向紋波，因此也需要濾波，濾波時間常數(shù)用 onT 表示，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 onT 的給定濾波環(huán)節(jié)。在這里，首先設(shè)計電流調(diào)節(jié)器，然后把整個電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)，再設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。 1）確定時間常數(shù) ? 。 s oiT T T s? ? ? ? 。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，因此可用 PI型電流調(diào)節(jié)器其傳遞函數(shù)為： ( 1)() iiACRiKsWs s?? ?? 電磁時間常數(shù) 0 .0 6 0 .0 41 .5l LTsR? ? ?。 3)計算電流調(diào)節(jié)器參數(shù) 電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)： ? ?? 。 1113 3 2 4 . 8 30 . 3 6 5 0 . 0 4 cimlsT T s s ??? ? ? ?? 滿足近似條件。 5)計算調(diào)節(jié)器電阻和電容 由圖 24，按所用運算放大器取 0 40Rk??，各電阻和電容值為 0 1 40 56. 4iiR K R k k? ? ? ? ? ?，取 56k? 30 . 0 4 0 . 7 1 45 6 1 0ii iC F u FR?? ? ??， 取 304 4 0 . 0 0 2 0 . 24 0 1 0oioi TC F u FR ?? ? ??，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 % 5%i? ??，滿足設(shè)計要求。 1）確定時間常數(shù) 1 2 2 0 .0 0 3 7 0 .0 0 7 4iI T s sK ?? ? ? ? ，即 ? 間常數(shù) 1 0 . 0 0 7 4 0 . 0 0 2 5 0 . 0 0 9 9n o nIT T s s sK? ? ? ? ? ? 2)選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu) 按照設(shè)計要求，選用 PI 調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 : 3)計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù) 按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取 5h? ，則 ASR 的超前時間常數(shù)為： 5 099 495nnhT s s? ?? ? ? ? n n n nn 2n e m n n e m n( 1 ) ( 1 )()( 1 ) ( 1 )RK s K R sWss C T s T s C T s T s?? ? ??? ? ?????? ? ???沈陽航空航 天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 轉(zhuǎn)速開環(huán)增益 22N 2 2 2 2n1 5 1 1 2 2 4 . 42 2 5 0 . 0 0 9 9hK s shT ?????? ? ??? ASR 的比例系數(shù)為 4） 檢驗近似條件 轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率 111 1 2 2 4 . 4 0 . 0 4 9 5 6 0 . 6Nc n N nK K s s??? ??? ? ? ? ? 111 1 1 3 5 . 1 6 3 . 73 3 0 . 0 0 3 7I iK ssT ????? ? ? 滿足簡化條件。 5)計算調(diào)節(jié)器電阻和電容 取 0 40Rk??，則 0 40 K R k k? ? ? ? ? ?，取 33k? 30 .0 4 9 5 1 .53 3 1 0nn nC F u FR?? ? ??，取 304 4 0 .0 0 2 5 0 .2 54 0 1 0onon TC F u FR ?? ? ??，取 6)校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量 當(dāng) 5h? 時， %n? ? ，不能滿足設(shè)計要求。 7)按 ASR退飽和重新計算超調(diào)量 過載倍數(shù) 2dm dbldN dNII? ? ? ? m a x * ( ) ( ) 2 % 2 % 8%150 0 5NnnbmC n TzC n T?? ????? ? ? ? ? ? ? ? ? 能滿足設(shè)計要求。霍爾效應(yīng)傳感器，可以測量任意波形的電流和電壓。如圖 38所示： 圖 38 電流檢測電路 沈陽航空航 天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 3 常規(guī) PID 控制設(shè)計及仿真 根據(jù)偏差的比例（ P）、積分（ I）、微分（ D）進(jìn)行控制（簡稱 PID 控制），是控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的一種的一種控制規(guī)則。 常規(guī) PID控制器理論 常規(guī) PID控制器大量應(yīng)用于工業(yè)控制中，并取得了較好的控制效果。 pk 越大，系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度越高，但易產(chǎn)生超調(diào)，而且 pk 過大會導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。 （ 2）積分系數(shù) ik 用來消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。如果 ik 過小，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差將難以消除，影響系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度。但 dk 過大，會使響應(yīng)過程提前制動，從而延長調(diào)節(jié)時間，而且還會降低系統(tǒng)的抗干擾能力。 系統(tǒng)仿真 仿真舉例：某晶閘管供電的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，整理裝置采用三相橋式 電路，基本數(shù)據(jù)如下：直流電動： 220V,136A,1460r/min,Ce=? min/r,允許過載倍數(shù)? =； 晶閘管裝置放大系數(shù)： SK =40； 電樞回路總電阻： R=? ； 時間常數(shù)： lT =， mT =； 電流反饋系數(shù)： ? =(? 10V/ )； 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)： ? =? min/r(? 10V/ Nn ) 設(shè)計要求：設(shè)計電流調(diào)節(jié)器，要求電流超調(diào)量 i? ? 5%,同時要求轉(zhuǎn)速無靜差，空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量 %10?n? 。 2)電流濾波時間常數(shù) oiT ，三相橋式電路每個波頭的時間是 ,為了基本濾平波頭，應(yīng)有（ 1— 2） oiT =，因此取 oiT =2ms=。 (2)選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)： 根據(jù)設(shè)計要求 i? ? 5%，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，可按典型 I 型系統(tǒng)設(shè)計電流調(diào)節(jié)器。 檢查對電流電壓的抗繞性能： ??? ilTT，參見相關(guān)資料中各 項指標(biāo)都是可沈陽航空航 天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 以接受的。 電流環(huán)開環(huán)增益：要求 i? ? 5%時，參見資料 ??iITK ，因此 11 ??? ??? ssTK iI 于是， ACR 的比例系數(shù)為 ?? ???? ??S iIi K RKK (4)校驗近似條件 電流環(huán)截止頻率： ??? sK Ici? 1)校驗晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件 cis ssT ????? ?? 11 13 1 滿足近似條件 2)校驗忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件 cilm ssTT ?????? ?? 11 1313 滿足近似條件 3）校驗電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件 ciois ssTT ?????? ?? 11 131131 滿足近似條件 （ 5）計算調(diào)節(jié)器電容和電阻 電流調(diào)節(jié)器原理圖如圖 24所示，按所用運算放大器取 ?? kR 400 ，各電阻和電容值計算如下： ?????? kkRKR ii 1 取 40k? FFFRC iii ?? 63 ?????? ? 取 F? 16 FFFRTC ooioi ? 63 ??????? ? 取 F? 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 %5% ??i? 滿足設(shè)計要求 31所示： 圖 31 電流環(huán)的仿真模型 在仿真模型中增加了一個飽和非線性模塊（ saturation),它來自于Discontinuities 組，雙擊該模塊，把飽和上界（ Upper limit)和下界 (Lower limit)參數(shù)分別設(shè)置為所給條件的限幅值 +10 和 10. 仿真的結(jié)果為： 沈陽航空航 天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 圖 32 電流環(huán)的仿真結(jié)果 33所示： 圖 33 轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真模型 雙擊階躍輸入模塊把階躍值設(shè)置為 10，得到起動時的轉(zhuǎn)速與電流響應(yīng)曲線，如圖 34所示，最終穩(wěn)定運行于給定轉(zhuǎn)速。 圖 35 轉(zhuǎn)速環(huán)滿載高速起動波形圖 在空載起動穩(wěn)定運行后突加額定負(fù)載得到的仿真結(jié)果圖 36： 沈陽航空航 天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 圖 36 轉(zhuǎn)速環(huán)的抗擾波形 20 4 模糊控制 器設(shè)計及仿真 模糊控制基本理論 在傳統(tǒng)的控制領(lǐng)域里，控制系統(tǒng)動態(tài)模式的精確與否是影響控制優(yōu)劣的最主要關(guān)鍵，系統(tǒng)動態(tài)的信息越詳細(xì)，則越能達(dá)到精確控制的目的。換言之，傳統(tǒng)的控制理論對于明確系統(tǒng)有強(qiáng)而有力的控制能力，但對于過于復(fù)雜或難于精確描述的系統(tǒng)，則顯得無能為力了。 自從 發(fā)展出模糊數(shù)學(xué)之后，對于不明確系統(tǒng)的控 制有極大的貢獻(xiàn)，自七十年代后，便有一些實用的模糊控制器相繼完成，使得我們在控制領(lǐng)域中又向前邁進(jìn)了一大步。 測量值 控制值 圖 41模糊邏輯系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)框圖 圖 41為一般模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，此框圖包含了四個主要部分，即：模糊化、控制規(guī)則、模糊推理及模糊裁決，下面將就每一部分做詳細(xì)化地說明。依適合的自然語言值（ linguisitc value)求該值相對之隸屬度，此自然語言變量我們稱之為模糊子集合（ fuzzy subsets). 模糊變量通常劃分為 3 及上，比如 7 級劃分的情況是：負(fù)大（ NB)、負(fù)中 (NM)、負(fù)小 (NS)、零 (0)、正小 (PS)、正中 (PM)、正大 (PB)。若從 7 級中去掉負(fù)中（ NM)和正中（ PM)就是 5級；若將 5級劃分中間的零（ 0）改為 正零（ NO)和