1、 ?運動控制系統(tǒng)?課程設(shè)計報告設(shè)計題目：帶轉(zhuǎn)速微分負反應(yīng)的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計與實踐指導(dǎo)教師：劉學(xué) 號：2006550405設(shè)計時間：目 錄摘要2一、 概 述2二、 設(shè)計任務(wù)與要求 32.1 設(shè)計任務(wù)32.2 設(shè)計要求3三、 理論設(shè)計 43.1 方案論證 43.2 系統(tǒng)設(shè)計4 電流調(diào)節(jié)器設(shè)計 4.1 電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖的化簡5.2 確定時間常數(shù)6.3 選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)6.4 校驗近似條件6.5 計算調(diào)節(jié)器電阻和電容6 速度調(diào)節(jié)器設(shè)計 7.1 確定時間常數(shù)8.2 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)9.3 檢驗近似條件9.4 計算調(diào)節(jié)器電阻和電容9.5 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量9 轉(zhuǎn)速微分負反應(yīng)設(shè)計 10四、 系統(tǒng)建模及

2、仿真實驗 114.1 MATLAB 仿真軟件介紹 114.2 仿真建模及實驗 11 單閉環(huán)仿真實驗12 雙閉環(huán)仿真實驗14 帶轉(zhuǎn)速微分負反應(yīng)的雙閉環(huán)仿真實驗16 仿真波形分析17五、 實際系統(tǒng)設(shè)計及原理195.1 系統(tǒng)組成及工作原理 195.2 設(shè)備及儀器 195.3 實驗過程 20 實驗內(nèi)容20 實驗步驟20六、 總結(jié)與體會 21參考文獻 22. 摘 要從七十年代開始，由于晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的高效、無噪音和快速響應(yīng)等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)就是一個典型的系統(tǒng)，該系統(tǒng)一般含晶閘管可控整流主電路、移相控制電路、轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速控制電路、以及缺相和過流保護電路等給定信號為010V直

3、流信號，可對主電路輸出電壓進行平滑調(diào)節(jié)。采用雙PI調(diào)節(jié)器，可獲得良好的動靜態(tài)效果。電流環(huán)校正成典型I型系統(tǒng)。為使系統(tǒng)在階躍擾動時無穩(wěn)態(tài)誤差，并具有較好的抗擾性能，速度環(huán)設(shè)計成典型型系統(tǒng)。根據(jù)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計方法，用Simulink做了帶轉(zhuǎn)速微分負反應(yīng)的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)進行仿真綜合調(diào)試，分析系統(tǒng)的動態(tài)性能，并進行校正，得出正確的仿真波形圖。另外本文還介紹了實物制作的一些情況。關(guān)鍵詞：直流調(diào)速 雙閉環(huán) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 電流調(diào)節(jié)器 轉(zhuǎn)速微分負反應(yīng) 一、 概 述 我們都知道，對于調(diào)速系統(tǒng)來說，閉環(huán)調(diào)速比開環(huán)調(diào)速具有更好的調(diào)速性能。而雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)又要比單環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有更好的動態(tài)性能和抗擾性

4、能。根本的雙環(huán)就是轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)，相應(yīng)的要運用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器對轉(zhuǎn)速和電流進行調(diào)節(jié)。為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負反應(yīng)分別起作用，可在V-M調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)計兩個調(diào)節(jié)器，分別引入轉(zhuǎn)速負反應(yīng)和電流負反應(yīng)。二者之間實行嵌套聯(lián)接。把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)，形成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。采用PI調(diào)節(jié)的單個轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。略有缺乏之處就是轉(zhuǎn)速必然超調(diào)，而且抗擾性能的提高也受到限制。解決這個問題的一個簡單的有效的方案就是在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器上增設(shè)轉(zhuǎn)

5、速微分負反應(yīng)，參加這個環(huán)節(jié)可以抑制甚至消滅超調(diào)，同時可以大大降低動態(tài)速降。 二、設(shè)計任務(wù)及要求設(shè)計一個帶轉(zhuǎn)速微分負反應(yīng)的直流調(diào)速系統(tǒng)，要求利用晶閘管供電，整流裝置采用三相橋式電路。直流電動機：額定功率3KW，額定電壓220V，額定電流A，額定轉(zhuǎn)速 1950r/m，3Vmin/r， 允許過載倍數(shù)=晶閘管裝置放大系數(shù)：=30電樞回路總電阻：Ra= L=200mH時間常數(shù)：機電時間常數(shù)=0.162s， 電磁時間常數(shù)=0.07s電流反應(yīng)系數(shù)：=V/A轉(zhuǎn)速反應(yīng)系數(shù)：=v min/r轉(zhuǎn)速反應(yīng)濾波時間常數(shù)：1s，2s總飛輪力矩：GDeq o(sup 7(2),sdo 3( )=h=5di/dt=10Inom

6、/s調(diào)速范圍D=10，靜差率S 5；穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調(diào)量 i 5%,電流脈動系數(shù)Si 10；啟動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速退飽和超調(diào)量 n 10，空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的過渡過程時間ts 0.5s。 系統(tǒng)具有過流、過壓、過載和缺相保護。 觸發(fā)脈沖有故障封鎖能力。 對拖動系統(tǒng)設(shè)置給定積分器。三、理論設(shè)計按照設(shè)計多環(huán)控制系統(tǒng)先內(nèi)環(huán)后外環(huán)的一般原那么，從內(nèi)環(huán)開始，逐步向外擴展設(shè)計原那么本課題設(shè)計先設(shè)計電流內(nèi)環(huán)，后設(shè)計轉(zhuǎn)速外環(huán),再設(shè)計轉(zhuǎn)速微分負反應(yīng)環(huán)。在雙閉環(huán)系統(tǒng)中應(yīng)該首先設(shè)計電流調(diào)節(jié)器，然后把整個電流環(huán)看作轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個內(nèi)環(huán)節(jié)，再設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。然后在此根底上參加轉(zhuǎn)速微分負反應(yīng),這樣的系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)良好

7、的靜態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，設(shè)計和調(diào)試方便，到達本課程設(shè)計的要求?，F(xiàn)代的電力拖動自動控制系統(tǒng)，除電機外，都是由慣性很小的電力電子器件、集成電路等組成的。經(jīng)過合理的簡化處理，整個系統(tǒng)一般都可以近似為低階系統(tǒng)，而用運算放大器或數(shù)字式微處理器可以精確地實現(xiàn)比例、積分、微分等控制規(guī)律，于是就有可能將多種多樣的控制系統(tǒng)簡化或近似成少數(shù)典型的低階結(jié)構(gòu)。如果事先對這些典型系統(tǒng)作比擬深人的研究，把它們的開環(huán)對數(shù)頻率特性當做預(yù)期的特性，弄清楚它們的參數(shù)與系統(tǒng)性能指標的關(guān)系，寫成簡單的公式或制成簡明的圖表，那么在設(shè)計時，只要把實際系統(tǒng)校正或簡化成典型系統(tǒng)，就可以利用現(xiàn)成的公式和圖表來進行參數(shù)計算，設(shè)計過

8、程就要簡便得多。這樣，就有了建立工程設(shè)計方法的可能性。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖: 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 U*n Uc-IdLnUd0Un+- +-UiWASR(s)WACR(s)Ks Tss+11/RTl s+1RTmsU*iId1/Ce+E電流調(diào)節(jié)器設(shè)計電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計一般來說包含：時間常數(shù)確實定、電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇、電流調(diào)節(jié)器參數(shù)的計算、近似條件的檢驗和實際電路中電阻和電容的計算。本設(shè)計中考慮到電流檢測信號中常含有交流分量，為了使它不影響到調(diào)節(jié)器的輸入，我們按要求在反應(yīng)通道中加了低通濾波器。為了平衡該調(diào)節(jié)器的延遲作用，我們又在電流調(diào)節(jié)器的前面加了一個同等時間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié)，

9、為的是將延遲抵消。.1電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖的化簡參閱參考文獻1的76、77頁，為了解決反電動勢與電流反應(yīng)的作用的相互交叉，簡化設(shè)計過程，我們將系統(tǒng)的作用過程做一定的簡化處理。首先我們可以得到，對電流環(huán)來說，反電動勢是一個變化緩慢的擾動，因此，在電流的瞬變過程中，可以認為反電動勢根本不變，即有。這樣，在按動態(tài)性能設(shè)計電流環(huán)時，我們可以暫且把反電動勢的作用去掉，得到電流環(huán)的近似結(jié)構(gòu)框圖，如圖一(a)所示。其條件是。 如果把給定濾波和反應(yīng)濾波兩個環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi)，同時把給定信號改成，那么電流環(huán)變等效成單位負反應(yīng)，如圖一(b)所示。最后，由于和一般都比小得多，可以當作小慣性群而近似地看作是一個慣性環(huán)節(jié)，

10、其時間常數(shù)為那么電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖最終簡化成圖一(c)。簡化的近似條件為。ACR(a) 忽略反電動勢的動態(tài)影響ACR(b) 等效成單位負反應(yīng)系統(tǒng) ACR(c) 小慣性環(huán)節(jié)近似處理 電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖及其化簡.2選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計要求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。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，因此可用PI電流調(diào)節(jié)器，它的傳遞函數(shù)為： = 3-1檢查對電源電壓的抗擾性能： 3-2符合典型I型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能，并且各項性能指標都是可以接受的。.3確定時間常數(shù)(1) 整流裝置滯后時間常數(shù)。按書表1-2，三相電路的平均失控時間：7s 3-3(2) 電流濾波時間常數(shù)。2s

11、3-4(3) 電流環(huán)小時間常數(shù)之和。按小時間常數(shù)近似處理，取為：=+037s (3-5 .4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)：=0.07s 3-6電流環(huán)開環(huán)增益：要求5%是按書表2-2，應(yīng)取=0.5，因此： 3-7于是，ACR的比例系統(tǒng)為： 3-8.5校驗近似條件電流環(huán)截至頻率： 3-9晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)近似的條件為： 3-10忽略反電動勢對電流環(huán)動態(tài)影響的近似條件為： 3-11電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件為： 3-12.6 計算調(diào)節(jié)器電阻和電容按所用的運算放大器取得。各電容和電阻值為：、 3-13 Ri=40k 3-14按照上面計算所得的參數(shù)，電流環(huán)內(nèi)環(huán)可以到達的動態(tài)跟隨性能指標

12、為=4.3%5%,滿足課題所給要求。K 取Ri=100K Ci=0.68uF 速度調(diào)節(jié)器設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計類似電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計過程，其詳細過程參閱文獻1的第80頁到83頁，以下僅給出轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖的化簡及傳遞函數(shù)。 如圖(a)，即為未經(jīng)化簡的轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖。和電流環(huán)一樣，把轉(zhuǎn)速給定濾波和反應(yīng)濾波環(huán)節(jié)移到環(huán)內(nèi)，同時將給定信號改成，再把時間常數(shù)為和的兩個小慣性環(huán)節(jié)合并起來，近似成一個時間常數(shù)為的慣性環(huán)節(jié)，其中 =+(b)所示。校正后的轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如下列圖(c)所示。ASR(a) 用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)ASR (b) 等效成單位負反應(yīng)系統(tǒng)和小慣性的近似處理(c) 校正后成為典型型

13、系統(tǒng) 圖 轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖及其簡化.1 確定時間常數(shù)(1)電流環(huán)等效時間常數(shù)。取=0.5，那么：s 3-15(2)轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)。根據(jù)所用測速發(fā)電機波紋情況，?。?s。 3-16 (3)轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)。按小時間常數(shù)近似處理，?。簊 3-17 .2 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按設(shè)計要求，選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為： 3-18 .3 計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)按跟隨性能和抗擾性能都較好的原那么，現(xiàn)取h=5，那么ASR的超前時間常數(shù)為： 3-19并且求得轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為： 3-20那么可得ASR的比例系數(shù)為： 3-21.4 校驗近似條件轉(zhuǎn)速截止頻率為： 3-22電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為： 3-23轉(zhuǎn)速環(huán)外

14、環(huán)的小時間常數(shù)近似處理條件為： (3-24).5 計算調(diào)節(jié)器電阻和電容按所用的運算放大器取=40。各電容和電阻值為： 3-25 3-26 3-27取 0.47uF Uf.6 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量當h=4時，由書可以查得：%，這并不能滿足課題所給要求。實際上，由于表2-6是按線性系統(tǒng)計算的，而突加階躍給定時，ASR已經(jīng)飽和，不符合如今系統(tǒng)的前提要求，所以應(yīng)該按ASR退飽和的情況重新計算超調(diào)量。如下： =37.6% 3-27 轉(zhuǎn)速微分負反應(yīng)環(huán)節(jié)設(shè)計雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，設(shè)計和調(diào)試方便，實踐證明，它是一種性能很好、應(yīng)用最廣的調(diào)速系統(tǒng)。然而，略有缺乏之處就是，轉(zhuǎn)速必然有

15、超調(diào)，而且抗擾性能的提高也受到限制。解決這個問題的一個簡單有效的方案是在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器上增設(shè)轉(zhuǎn)速微分負反應(yīng)。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，參加轉(zhuǎn)速微分負反應(yīng)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如下圖 它是在轉(zhuǎn)速負反應(yīng)的根底上疊加了轉(zhuǎn)速微分負反應(yīng)信號,在轉(zhuǎn)速變化過程中,只要有轉(zhuǎn)速超調(diào)和動態(tài)速降的趨勢,微分負反應(yīng)就開始進行調(diào)節(jié)。這種方法可以抑制甚至消除轉(zhuǎn)速超調(diào),同時也可以降低負載擾動引起的動態(tài)速降,但過強的微分負反應(yīng)會使系統(tǒng)的響應(yīng)速度變慢。其中 取 那么只要求出，那么微分電容和微分電阻就可求出。按?電力拖動自動控制系統(tǒng)?中的工程設(shè)計方法，當時，得四、系統(tǒng)建模及仿真實驗 MATLAB 仿真軟件介紹MATLAB是MATLAB 是美國

16、MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大局部。MATLAB是矩陣實驗室Matrix Laboratory的簡稱，和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計算方面首屈一指。MATLAB可以進行矩陣運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)立用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計算、控制設(shè)計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設(shè)計與分析等領(lǐng)域。MATLAB的根本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十

17、分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言完相同的事情簡捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點,使MATLAB成為一個強大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也參加了對C，F(xiàn)ORTRAN，C+ ，JAVA的支持?？梢灾苯诱{(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進行下載就可以用。 開放性使MATLAB廣受用戶歡送.除內(nèi)部函數(shù)外,所有MATLAB主包文件和各種工具包都是可讀可修改的文件,用戶通過對源程序的修改或參加自己編寫程序構(gòu)造新的專用工具包. 4.2.1雙閉環(huán)

18、仿真實驗為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負反應(yīng)分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負反應(yīng)和電流負反應(yīng)，如下圖。ASR-轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR-電流調(diào)節(jié)器 TG-測速發(fā)電機 TA-電流互感器 UPE-電力電子變換器圖 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖中，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)綜上所述，采用轉(zhuǎn)速，電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)能更好的完成此題的設(shè)計要求，現(xiàn)采用轉(zhuǎn)速，電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)進行設(shè)計，如圖4.9所示： 圖 雙

19、閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 U*n Uc-IdLnUd0Un+- +-UiWASR(s)WACR(s)Ks Tss+11/RTl s+1RTmsU*iId1/Ce+E用MATLAB的SUMLINK模塊搭建轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真模型圖如 圖4.6所示。圖 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真模型波形如圖4.7所示： 雙閉環(huán)轉(zhuǎn)速仿真波形圖 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電流波形經(jīng)過雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)上升時間最大波形與雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)上升時間最小波形比照可知：限幅值越大上升時間越小，限幅值越小上升時間越大；同時值越大，超調(diào)越??；值越小，超調(diào)越大。在符合設(shè)計要求的情況下，經(jīng)過屢次的參數(shù)調(diào)整，得到一組較好的調(diào)節(jié)參數(shù)，如表4.2和圖4.1

20、3所示：晶閘管放大系數(shù)Ks機電時間常數(shù)電磁時間常數(shù)電流反應(yīng)系數(shù)轉(zhuǎn)速反應(yīng)系數(shù)允許過載倍數(shù)300. 162s0.07sV/Avmin/rRASR限幅值s0.13Vmin/rsVACRASRACR限幅值0.087 s6120.07s由此可得：雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)采用PI調(diào)節(jié)規(guī)律，它不同于P調(diào)節(jié)器的輸出量總是正比與其輸入量，PI調(diào)節(jié)器它的輸出量在動態(tài)過程中決定于輸入量的積分，到達穩(wěn)態(tài)時，輸入為零，輸出的穩(wěn)態(tài)值與輸入無關(guān)，是由它后面的環(huán)節(jié)的需要來決定的。帶轉(zhuǎn)速微分負反應(yīng)的雙閉環(huán)仿真實驗 圖4-10為帶轉(zhuǎn)速微分負反應(yīng)的雙閉環(huán)仿真實驗的MATLAB仿真模型圖，與雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)比擬，帶轉(zhuǎn)速微分負反應(yīng)的雙閉環(huán)直流

21、調(diào)速系統(tǒng)在轉(zhuǎn)速外環(huán)上增加了一個微分負反應(yīng)環(huán)節(jié)，以消除轉(zhuǎn)速超調(diào)，增強抗干擾能力。 帶轉(zhuǎn)速微分負反應(yīng)的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的MATLAB仿真模型 如下列圖為上圖所示仿真模型的運行結(jié)果，很直觀的，我們可以看出，增加轉(zhuǎn)速微分負反應(yīng)環(huán)之后，轉(zhuǎn)速沒有了超調(diào)。 帶轉(zhuǎn)速微分負反應(yīng)的雙閉環(huán)轉(zhuǎn)速仿真波形 (b) 帶轉(zhuǎn)速微分負反應(yīng)的雙閉環(huán)電流仿真波形.2.1系統(tǒng)抗擾性能分析 主要模擬電網(wǎng)電壓波動、負載變化、電動機勵磁變化、測速電機勵磁變化等。電網(wǎng)電壓波動、負載變化、電動機勵磁變化這些擾動均在反應(yīng)環(huán)內(nèi)，故系統(tǒng)能克服擾動.1、改變Ks=33，仿真結(jié)果如下列圖所示 3 從圖中可以看出，波形每什么變化，證明系統(tǒng)能克服電網(wǎng)電壓波動

22、2、改變Ce=0.15，仿真結(jié)果如下列圖所示 4從圖中可以看出，波形每什么變化，證明系統(tǒng)能克服電動機勵磁擾動。3、負載擾動的模擬。 在網(wǎng)上搜到挖土機的負載特性，下列圖為其挖掘臂遇到堅硬石壁時的負載特性。在Signal Buider里面模擬如如下從圖中可以看出，轉(zhuǎn)速降落在10%以內(nèi)，符合要求。4、測速電機勵磁擾動模擬測速電機勵磁擾動會造成電壓反應(yīng)系數(shù)的變化，由于擾動在反應(yīng)環(huán)上，不在反應(yīng)包含的前向通道上，故系統(tǒng)不能克服其干擾。勵磁擾動模擬仿真如下列圖所示：4.2.3仿真波形分析從圖4.12的波形中，我們分析可知其起動過程可分三個階段來分析：第階段：電流上升階段。突加給定電壓Un*后，通過兩個調(diào)節(jié)器

23、的控制，使Ua，Ud，Ud0都上升。由于機電慣性的作用，轉(zhuǎn)速的增長不會很快。在這一階段中,ASR由不飽和很快到達飽和,而ACR不飽和,確保電流環(huán)的調(diào)節(jié)作用.第階段：是恒流升速階段。從電流升到最大值開始，到轉(zhuǎn)速升到給定值n*為止，這是起動過程中的重要階段。在這個階段，ASR一直是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)表現(xiàn)為在恒值電流給定Uim*作用下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，根本上保持恒定。因而拖動系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長。第階段：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。在這階段開始，轉(zhuǎn)速已到達給定值，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的給定與反應(yīng)電壓平衡，輸入偏差為零。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR輸入端出現(xiàn)負的偏差電壓，使他退出飽和狀態(tài)，其輸出電壓的給定電壓

24、Ui*立即下降，主電流Id也因而下降。但在一段時間內(nèi)，轉(zhuǎn)速仍繼續(xù)上升。到達最大值后，轉(zhuǎn)速到達峰值。此后，電機才開始在負載下減速，電流Id也出現(xiàn)一段小于Id0的過程，直到穩(wěn)定。在這最后的階段，ASR和ACR都不飽和，同時起調(diào)節(jié)作用。根據(jù)仿真波形，我們可以對轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中的作用歸納為： 1). 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用1轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速 n 很快地跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用PI調(diào)節(jié)器，那么可實現(xiàn)無靜差。 2對負載變化起抗擾作用。 3其輸出限幅值決定電機允許的最大電流。2). 電流調(diào)節(jié)器的作用1作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在外環(huán)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)過

25、程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量變化。2對電網(wǎng)電壓的波動起及時抗擾的作用。3在轉(zhuǎn)速動態(tài)過程中，保證獲得電機允許的最大電流，從而加快動態(tài)過程4當電機過載甚至堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動恢復(fù)正常。這個作用對系統(tǒng)的可靠運行來說是十分重要的。五、實際系統(tǒng)設(shè)計及實驗5.1 系統(tǒng)組成及工作原理雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的特征是系統(tǒng)的電流和轉(zhuǎn)速分別由兩個調(diào)節(jié)器控制，由于調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)的主要參量是轉(zhuǎn)速，故轉(zhuǎn)速環(huán)作為主環(huán)放在外面，而電流環(huán)作為副環(huán)放在里面，可以及時抑制電網(wǎng)電壓擾動對轉(zhuǎn)速的影響。實際系統(tǒng)的組成如圖5.1所示 圖5.1 實物連接圖主電路

26、采用三相橋式全控整流電路供電。系統(tǒng)工作時，首先給電動機加上額定勵磁，改變轉(zhuǎn)速給定電壓可方便地調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。速度調(diào)節(jié)器ASR、電流調(diào)節(jié)器ACR均設(shè)有限幅電路，ASR的輸出作為ACR的給定，利用ASR的輸出限幅起限制啟動電流的作用；ACR的輸出作為觸發(fā)器GT的移相控制電壓，利用ACR的輸出限幅Ucm起限制電力電子變換器的最大輸出電壓的作用。當突加給定電壓時，ASR立即到達飽和輸出*，使電動機以限定的最大電流加速啟動，直到電動機轉(zhuǎn)速到達給定轉(zhuǎn)速并出現(xiàn)超調(diào)，使ASR退出飽和，最后穩(wěn)定運行在給定轉(zhuǎn)速上。5.2 設(shè)備及儀器DJK01 電源控制屏含“三相電源輸出、“勵磁電源等模塊DJK02三相變流橋路含

27、“觸發(fā)電路、“正橋功放、“三相全控整流模塊DJK04 電機調(diào)速控制含“給定、“電流調(diào)節(jié)器、“速度變換等模塊DJK08 可調(diào)電容DD03-2 電機導(dǎo)軌、測速發(fā)電機及轉(zhuǎn)速表或DD03-3電機導(dǎo)軌、光碼盤測速系統(tǒng)及數(shù)顯轉(zhuǎn)速表 DJ14 直流他勵電機 銘牌參數(shù)：額定功率0.185KW，額定電壓220V，額定電流，額定轉(zhuǎn)速 1600r/m，Ce=0.113Vmin/r， DK04 滑線變阻器串聯(lián)形式/2K；并聯(lián)形式/500慢掃描示波器萬用表5.3 實驗過程 實驗內(nèi)容1理論設(shè)計：根據(jù)所學(xué)的理論知識和實踐技能，了解帶轉(zhuǎn)速微分負反應(yīng)的雙閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)的根本原理，解決積分調(diào)節(jié)器的飽和非線性問題；采用工程設(shè)計

28、方法設(shè)計一個帶轉(zhuǎn)速微分負反應(yīng)的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)(含主電路和控制電路,選擇的元器件，系統(tǒng)的電氣原理圖)。 2仿真實踐：根據(jù)所設(shè)計系統(tǒng)，利用MATLAB/Simulink建立各個組成局部相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，并對系統(tǒng)仿真模型進行綜合調(diào)試，分析系統(tǒng)的動態(tài)性能，并進行校正，得出正確的仿真實驗波形和適宜控制器參數(shù)，為搭建實際系統(tǒng)提供參考。3動手實踐：根據(jù)所設(shè)計系統(tǒng)，完成單元電路安裝、系統(tǒng)組裝、單元及系統(tǒng)調(diào)試可利用實驗臺的某些掛件，得出實物實驗波形和系統(tǒng)動、靜態(tài)性能 實驗步驟1單元部件參數(shù)整和調(diào)試1觸發(fā)器整定。2調(diào)節(jié)器調(diào)零。3調(diào)節(jié)器輸出限幅整定。2電流環(huán)調(diào)試1電流反應(yīng)極性的測定及過電流保護環(huán)節(jié)整定。2系統(tǒng)限流性能的檢查和電流反應(yīng)系數(shù)的測定。3電流環(huán)動態(tài)特性的