V-M雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)要求：1．該調(diào)速系統(tǒng)能進(jìn)平滑的速度調(diào)節(jié)，負(fù)載電機(jī)不可逆運(yùn)行，較寬的調(diào)速范圍（d≥10），系統(tǒng)工作范圍內(nèi)能穩(wěn)定作2．系統(tǒng)靜特性良好，無靜差（靜差率s≤2）3．動(dòng)態(tài)性指標(biāo)：轉(zhuǎn)速超調(diào)量δn＜8%，電流超調(diào)量δi＜5%，動(dòng)態(tài)速降δn≤8-10%，調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程間（調(diào)節(jié)間）ts≤1s4．系統(tǒng)5%負(fù)載以變化的運(yùn)行范圍內(nèi)電流連續(xù)5．調(diào)速系統(tǒng)設(shè)置有過電壓、過電流等保護(hù)，并且制動(dòng)措施三．設(shè)計(jì)內(nèi)容：1．根據(jù)題目的技術(shù)求，分析論證并確定主電路的結(jié)構(gòu)型式閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成，畫出系統(tǒng)組成的原理框圖2．調(diào)速系統(tǒng)電路元部件的確定及其參數(shù)計(jì)算（包括變壓器、電力電子器件、平波電抗器保護(hù)電路等）3．驅(qū)動(dòng)控制電路選型設(shè)計(jì)（模擬觸電路、集成觸電路、數(shù)字觸器電路均）4．動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)計(jì)算：根據(jù)技術(shù)求，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正，確定asr調(diào)節(jié)器acr調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)型式及進(jìn)行參數(shù)計(jì)算，使調(diào)速系統(tǒng)作穩(wěn)定，并滿足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的求5．繪制v-m雙閉環(huán)直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理總圖（求計(jì)算機(jī)繪圖）6．整理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)資料，課程設(shè)計(jì)總結(jié)，撰寫設(shè)計(jì)計(jì)算明書四．技術(shù)數(shù)據(jù)：晶閘管整流裝置：rrec=0.032ωω，ks=45-48。負(fù)載電機(jī)額數(shù)據(jù)：pn=90kw，un=440v，in=220a，nn=1800r/min，ra=0.088ω，λ=1.5。系統(tǒng)電路：r∑=0.12ω，tm=0.1s一.設(shè)計(jì)方案的選擇速度和電流雙環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（雙環(huán)），是由單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展起來的，調(diào)速系統(tǒng)使用比例積分調(diào)節(jié)器，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的無靜差調(diào)速。又采用電流截止負(fù)載環(huán)節(jié)，限制了起（制）動(dòng)時(shí)的最大電流。這對(duì)一般的要求不太高的調(diào)速系統(tǒng)，基本上已能滿足要求。但是由于電流截止負(fù)反饋限制了最大電流，加上電動(dòng)機(jī)反電勢(shì)隨著轉(zhuǎn)速的上升而增加，使電流到達(dá)最大值后迅速降下來，這樣，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)距也減小了，使起動(dòng)加速過程變慢，起動(dòng)（調(diào)整時(shí)間ts）的時(shí)間就比較長(zhǎng)。在這些系統(tǒng)中為了盡快縮短過渡時(shí)間，所以希望能夠充分利用晶閘管元件和電動(dòng)機(jī)所允許的過載能力，使起動(dòng)的電流保護(hù)在最大允許值上，電動(dòng)機(jī)輸出最大轉(zhuǎn)矩，從而轉(zhuǎn)速可直線迅速上升，使過渡過程的時(shí)間大大縮短。另一方面，在一個(gè)調(diào)節(jié)器輸出端綜合幾個(gè)信號(hào)，各個(gè)參數(shù)互相調(diào)節(jié)比較困難。為了克服這一缺點(diǎn)就應(yīng)用轉(zhuǎn)速，電流雙環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速.電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖如下:該系統(tǒng)有兩個(gè)反饋回路,構(gòu)成兩個(gè)閉環(huán)回路(雙閉環(huán)).其中一個(gè)是由電流調(diào)節(jié)器ACR和電流檢測(cè)反饋環(huán)節(jié)構(gòu)成電流環(huán),另一個(gè)是由速度調(diào)節(jié)器ASR和轉(zhuǎn)速檢測(cè)反饋環(huán)節(jié)構(gòu)成速度環(huán).由于速度環(huán)包圍電流環(huán),因此稱電流環(huán)為內(nèi)環(huán),速度環(huán)稱外環(huán).在電路中,ASR和ACR實(shí)行串級(jí)聯(lián)接,即由ASR去”驅(qū)動(dòng)”ACR.再由ACR去“控制”觸發(fā)電路。上圖中的速度調(diào)節(jié)器ASR和電流調(diào)節(jié)器ACR均為比例加積分（PI）調(diào)節(jié)器，它的輸入與輸出均設(shè)有限幅電路。ASR的輸入電壓為偏差電壓△Un,△Un=Usn–Ufn=Usn-￡n(￡為轉(zhuǎn)速反饋系數(shù))，其輸出電壓為ACR的輸出電壓Usi,其限幅值為Usim.ACR輸出電壓為偏差電壓△Ui,△Ui=Usi–Ufi=Usi-＆Id(＆為電流反饋系數(shù))，其輸出電壓即為觸發(fā)電路控制電壓Uc,其限幅值為Ucm.ASR和ACR的輸入，輸出量的極性，主要把觸發(fā)電路看做對(duì)電壓Uc的要求而定的，這里假設(shè)觸發(fā)器要求Uc為正極性，由于運(yùn)放器為反相輸入端輸入！所以Usi應(yīng)該為負(fù)極性。由于電流為負(fù)反饋。所以Ufi為正極性。同樣，由于Usi要求為負(fù)極性，則Usn為正極性，又由于轉(zhuǎn)速為負(fù)反饋，所以Ufn也為負(fù)極性。各量的記性如上圖中的標(biāo)注所示。在上框圖中，為了簡(jiǎn)化，就將調(diào)節(jié)器看做正相端輸入，而將極性標(biāo)致放到具體的線路中去，這樣調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)的負(fù)號(hào)就沒有了！分析起來也很容易！另外，ASR和ACR均有輸入和輸出的限幅電路，輸入限幅是為了保護(hù)運(yùn)放器。ASR的輸出限制幅度值為Usim.它主要限制最大電流，ACR的輸出限幅值為Ucm。它主要限制晶閘管整流裝置的最大輸出電壓Udm.

二.單元電路分析:1.

給頂電位器

調(diào)節(jié)變阻器RP1可以改變輸出電壓Usn的大小，根據(jù)轉(zhuǎn)速n適量調(diào)節(jié)RP1，得出所需的轉(zhuǎn)速的電壓的大小2.轉(zhuǎn)速比較器

通過反饋轉(zhuǎn)速與設(shè)定轉(zhuǎn)速的比較，可以求得輸出Uo的大小

Uo=R1n*+R1n若n〈n*，則Uo>0，反之則Uo<03.

速度調(diào)節(jié)器ASR

速度調(diào)節(jié)器ASR的調(diào)節(jié)作用：S速度環(huán)是由ASR和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋組成的閉環(huán)。它的主要作用是駁斥轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，并最后消除轉(zhuǎn)速靜差。由于ASR屬于PI調(diào)節(jié)器，因此在穩(wěn)態(tài)的時(shí)候△Un=Usn-＆n=0所以在穩(wěn)態(tài)的時(shí)候，n=Usn/＆它表示當(dāng)Usn一定時(shí)，ASR的作用，轉(zhuǎn)速n穩(wěn)定在Usn/＆假設(shè)n＜Usn/＆從上面的分析可以卡出，當(dāng)轉(zhuǎn)速環(huán)要求電流迅速響應(yīng)轉(zhuǎn)速n的變化而變化的時(shí)候，而電流環(huán)則要維持電流不變，這種性能會(huì)不利于電流對(duì)轉(zhuǎn)速變化的響應(yīng)，有使靜特性邊軟的趨勢(shì)。但由于轉(zhuǎn)速環(huán)是外環(huán)，電流環(huán)的作用只相當(dāng)于轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)部一種擾動(dòng)。不起主導(dǎo)作用。只是轉(zhuǎn)速環(huán)的開環(huán)放大倍數(shù)足夠大，最后還是只靠ASR的積分作用，消除轉(zhuǎn)速偏差。4.電路比較電路

工作原理與轉(zhuǎn)速比較出相類似。5.電流調(diào)節(jié)器ACR電流調(diào)節(jié)器ACR的調(diào)節(jié)作用：電流環(huán)由ACR和電流負(fù)反饋組成的閉環(huán)。其主要作用是穩(wěn)定電流。由于ACR為PI調(diào)節(jié)器。所以在問臺(tái)的時(shí)候，它的輸入電壓△Ui必須為0。即△Ui=Usi-§Id=0所以在問臺(tái)的時(shí)候Id=Usi/§此式的含義:當(dāng)Usi一定的情況下，由于電流調(diào)節(jié)器ACR的調(diào)節(jié)作用，整流裝置將保持在Usi/§的數(shù)值上。假設(shè)Id>Usi/§它的自動(dòng)調(diào)節(jié)過程如下：它可以保持電流特性不便使得:自動(dòng)限制最大電流,能有效抑制電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響.1.由于ASR有輸出限幅,限幅值為Usim,這樣電流的最大值為Im>Usim/§.當(dāng)Id＞Im時(shí).電流環(huán)將使電流下降.調(diào)節(jié)電位器RP3的電流反饋系數(shù)§或整定ASR限幅值Usim可以整定Im的數(shù)值.Im=2.0—2.5IN2.能夠有效的抑制電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響。當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起的電流波動(dòng)，通過電流調(diào)節(jié)器ACR的調(diào)節(jié)作用，使得電流很快的恢復(fù)原值。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓波動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)速的影響很小，可以忽略。6.整流電路

三相全橋控制整流電路任一時(shí)刻必須有兩只晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，才能形成負(fù)載電流，其中一只在共陽極組，另一個(gè)在共陰極組。

整流輸出電壓Ud是由電源線電壓Uuv,Uuw,Uvw,Uvu,Uwu,Uwv的輪流輸出所組成的。晶閘管的導(dǎo)通順序及輸出關(guān)系如圖：7.電動(dòng)機(jī)固有特性他勵(lì)直流電機(jī)原理如圖：

電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

Ea=CeΦn

電磁轉(zhuǎn)矩

T=CTΦn

電樞電路電壓平衡方程U=Ea+RIa

電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性方程

n=(U-RIa)/CeΦ由電磁轉(zhuǎn)矩方程可得到Ia=T/CTΦ，代入轉(zhuǎn)速特性方程式中，就得到電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性方程式：

n=U/CeΦ-RT/CeCTΦ^2式中R=Ra+RΩ.在式中，若U，Φ，R均為常數(shù)，機(jī)械特性是一條向下傾斜的直線他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有特性機(jī)械方程式為：

n=U/CeΦ-RT/CeCTΦ^2其固有機(jī)械特性具有的特點(diǎn)：1）.由于Ra很小，斜率β=Ra/CeCTΦN^2也很小，特性比較平，稱為硬特性，當(dāng)轉(zhuǎn)矩變化時(shí)，轉(zhuǎn)速變化較小。2）.當(dāng)T=0時(shí)，n=n0=UN/CeΦN為理想空栽轉(zhuǎn)速，此時(shí)Ia=0,Ea=UN.3）.當(dāng)T=TN時(shí)，n=nN,轉(zhuǎn)速ΔnN=no–nN=βTN稱為額定轉(zhuǎn)速降固有特性是電動(dòng)機(jī)最重要的特性。8.測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)就是微型直流發(fā)電機(jī)。電磁式直流發(fā)電機(jī)由他勵(lì)方式勵(lì)磁。其原理圖如下：

直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的重要特性是輸出特性：當(dāng)定子每極磁通Φ為常數(shù)時(shí)發(fā)電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)為Ea=CeΦn

其中Ce為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。當(dāng)電樞回路電阻Ra，發(fā)電機(jī)接負(fù)載電阻RL時(shí)。輸出電壓為：

U=Ea-RaIa=Ea--(U/RL)RaU=Ea/(1+Ra/RL)=CeΦ/(1+Ra/RL)*n=βn

β=CeΦ/(1+Ra/RL)為常數(shù)三.參數(shù)分析圖中速度調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為KnTs+1/Tns電流調(diào)速器的傳遞函數(shù)為KiTi+1/TisKn–速度調(diào)節(jié)器的增益。Kn=Rn/RoTn–速度調(diào)節(jié)時(shí)間常數(shù)。Tn=Rn/CnKi–電流調(diào)節(jié)器增益。Ki=Ri/RoTi–電流調(diào)節(jié)器時(shí)間常數(shù)。Ti=RiCiKs–晶閘管整流裝置增益Rd–電動(dòng)機(jī)電樞回路電阻Td–電動(dòng)機(jī)電樞回路時(shí)間常數(shù)，Td=Ld/Rd,Ld為電樞回路電感KT–電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩恒量Ke–電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)恒量∮--電動(dòng)機(jī)工作磁通量JG—電動(dòng)機(jī)，機(jī)械負(fù)載折合到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的機(jī)械轉(zhuǎn)速慣量￠--轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)﹩--電流反饋系數(shù)Usn給定量N轉(zhuǎn)速Tl—負(fù)載阻力轉(zhuǎn)矩（擾動(dòng)量）Ufn—轉(zhuǎn)速反饋電壓（反饋量）Ufi–電流反饋電壓（反饋量）△Un和△Ui偏差電壓Uc—控制電壓Ud–整流電壓Ua–電動(dòng)機(jī)電樞電壓Ia--電樞電流E—電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)Te–電磁轉(zhuǎn)矩在這個(gè)系統(tǒng)框圖中有9個(gè)環(huán)節(jié)，其中反映了電磁慣性，機(jī)械慣量。除了電機(jī)內(nèi)部的閉環(huán)外，它還有兩個(gè)閉環(huán)，系統(tǒng)框圖把圖中9個(gè)環(huán)節(jié)功能框和它們之間相互聯(lián)系很好的描述出來四.原理總圖

五．若干問題的回答1.無靜差是什么意思，在設(shè)計(jì)中是如何實(shí)現(xiàn)的。

當(dāng)系統(tǒng)從一個(gè)穩(wěn)態(tài)過程過度到一個(gè)新的穩(wěn)態(tài)，或系統(tǒng)受擾動(dòng)作用又重新達(dá)到平衡狀態(tài)后，體統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)偏差。這種偏差稱為穩(wěn)態(tài)誤差ess,當(dāng)ess=0時(shí)叫無靜差。Ess越小，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度越高！要想實(shí)現(xiàn)無靜差系統(tǒng)?？梢栽谇昂笸ǖ乐羞m量的增加積分環(huán)節(jié)個(gè)數(shù)V和提高開環(huán)增益K。這樣可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定精度。2.為什么要有電流環(huán)如沒有電流環(huán)只有速度環(huán)的話。那么在速度變化時(shí)，跟蹤速度慢，抗干擾能力差六.設(shè)計(jì)總結(jié)

通過一段時(shí)間的努力，終于搞好自動(dòng)控制課程設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)期間，在圖書館里查了許多有關(guān)資料，并從中看到自己學(xué)的知識(shí)是按么微不足道。通過課程設(shè)計(jì)，以前一些不懂的知識(shí)點(diǎn)現(xiàn)在明白了。比如，電路可逆與不可逆的異同，閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電路原理與性能分析等。但是也有幾個(gè)知識(shí)點(diǎn)不知如何處理。超調(diào)量怎么分析？調(diào)整時(shí)間Ts與振蕩次數(shù)N的關(guān)系？

該系統(tǒng)中調(diào)速系