1、自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告雙閉環(huán)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 班級(jí)： 組別： 組員： 時(shí)間： 摘 要 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)是性能很好、應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)。根據(jù)晶閘管的特性，通過(guò)調(diào)節(jié)控制角大小來(lái)調(diào)節(jié)電壓?；谠O(shè)計(jì)題目，直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制器選用了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速控制電路。在設(shè)計(jì)中調(diào)速系統(tǒng)的主電路采用了單相全控橋整流電路來(lái)供電。本文首先確定整個(gè)設(shè)計(jì)的方案和框圖。然后確定主電路的結(jié)構(gòu)形式和各元部件的設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)其參數(shù)的計(jì)算，包括整流變壓器、晶閘管、電抗器和保護(hù)電路的參數(shù)計(jì)算。接著驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)包括觸發(fā)電路和脈沖變壓器的設(shè)計(jì)。最后，即本文的重點(diǎn)設(shè)計(jì)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制器電路，本文采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)

2、直流調(diào)速系統(tǒng)為對(duì)象來(lái)設(shè)計(jì)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制器。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)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(fù)反饋和電流負(fù)反饋，二者之間實(shí)行嵌套聯(lián)接。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，稱做外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。先確定其結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)各元部件，并對(duì)其參數(shù)的計(jì)算，包括給定電壓、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、檢測(cè)電路、觸發(fā)電路和穩(wěn)壓電路的參數(shù)計(jì)算然后最后采用MATLAB/SIMULINK對(duì)整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析，最后畫(huà)出了調(diào)速控制電路電氣原理圖。關(guān)鍵詞： 雙閉環(huán)； 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器；電流調(diào)節(jié)器目 錄一、 緒 論41.1 直流調(diào)速系

3、統(tǒng)的概述41.2 為何要采用直流雙閉環(huán)調(diào)速41.3 研究課題的目的和意義5二、 直流調(diào)速系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)62.1設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求62.1.1設(shè)計(jì)內(nèi)容62.1.2設(shè)計(jì)要求62.1.3課程設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)72.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)總設(shè)計(jì)框圖72.3 主電路的結(jié)構(gòu)形式8三、 調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)103.1電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)103.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)13四、 基于MATLAB/SIMULINK的調(diào)速系統(tǒng)的仿真16五、 設(shè)計(jì)總結(jié)19參考文獻(xiàn)191、 緒 論1.1 直流調(diào)速系統(tǒng)的概述 三十多年來(lái)，直流電機(jī)調(diào)速控制經(jīng)歷了重大的變革。首先實(shí)現(xiàn)了整流器的更新?lián)Q代，以晶閘管整流裝置取代了習(xí)用已久的直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)組及水銀整流裝置使

4、直流電氣傳動(dòng)完成了一次大的躍進(jìn)。同時(shí)，控制電路已經(jīng)實(shí)現(xiàn)高集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技術(shù)的應(yīng)用，使直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)大幅提高，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。直流調(diào)速技術(shù)不斷發(fā)展，走向成熟化、完善化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，在可逆脈寬調(diào)速、高精度的電氣傳動(dòng)領(lǐng)域中仍然難以替代。直流調(diào)速是指人為地或自動(dòng)地改變直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以滿足工作機(jī)械的要求。從機(jī)械特性上看，就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的參數(shù)或外加工電壓等方法來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,從而改變電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性和工作特性機(jī)械特性的交點(diǎn)，使電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在軋鋼機(jī)、礦井卷?yè)P(yáng)機(jī)、挖掘機(jī)、海洋鉆機(jī)、

5、金屬切削機(jī)床、造紙機(jī)、高層電梯等需要高性能可控電力拖動(dòng)的領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，然而直流拖動(dòng)系統(tǒng)無(wú)論在理論上和實(shí)踐上都比較成熟，并且從反饋閉環(huán)控制的角度來(lái)看，它又是交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所以直流調(diào)速系統(tǒng)在生產(chǎn)生活中有著舉足輕重的作用。1.2 為何要采用直流雙閉環(huán)調(diào)速 同開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)相比，閉環(huán)控制具有一系列優(yōu)點(diǎn)。在反饋控制系統(tǒng)中，不管出于什么原因（外部擾動(dòng)或系統(tǒng)內(nèi)部變化），只要被控制量偏離規(guī)定值，就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的控制作用去消除偏差。因此，它具有抑制干擾的能力，對(duì)元件特性變化不敏感，并能改善系統(tǒng)的響應(yīng)特性。由于閉環(huán)系統(tǒng)的這些優(yōu)點(diǎn)因此選用閉環(huán)系統(tǒng)。 單閉環(huán)速度反饋調(diào)速系

6、統(tǒng)，采用PI控制器時(shí)，可以保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)速度誤差為零。但是如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，如果要求快速起制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。這主要是因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照要求來(lái)控制動(dòng)態(tài)過(guò)程的電流或轉(zhuǎn)矩。另外，單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗干擾性較差，當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，必須待轉(zhuǎn)速發(fā)生變化后，調(diào)節(jié)作用才能產(chǎn)生，因此動(dòng)態(tài)誤差較大。 在要求較高的調(diào)速系統(tǒng)中，一般有兩個(gè)基本要求：一是能夠快速啟動(dòng)制動(dòng)；二是能夠快速克服負(fù)載、電網(wǎng)等干擾。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，如果要求快速起動(dòng)，必須使直流電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中輸出最大的恒定允許電磁轉(zhuǎn)矩，即最大的恒定允許電樞電流，當(dāng)電樞電流保持最大允許值時(shí)，電動(dòng)機(jī)以恒加速度

7、升速至給定轉(zhuǎn)速，然后電樞電流立即降至負(fù)載電流值。如果要求快速克服電網(wǎng)的干擾，必須對(duì)電樞電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。以上兩點(diǎn)都涉及電樞電流的控制，所以自然考慮到將電樞電流也作為被控量，組成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。1.3 研究課題的目的和意義 在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的作用點(diǎn)離被調(diào)量較遠(yuǎn)，調(diào)節(jié)作用受到多個(gè)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(dòng)的性能要差一些。雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，電壓波動(dòng)可以通過(guò)電流反饋得到比較及時(shí)的調(diào)節(jié)，不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才能反饋回來(lái)，抗擾性能大有改善因此，在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起的轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)變化會(huì)比單閉環(huán)系統(tǒng)小得多。用經(jīng)典的動(dòng)態(tài)校正方法設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器須同時(shí)解

8、決穩(wěn)、準(zhǔn)、快、抗干擾等各方面相互有矛盾的靜、動(dòng)態(tài)性能要求，需要設(shè)計(jì)者有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，而初學(xué)者則不易掌握，于是有必要建立實(shí)用的設(shè)計(jì)方法。大多數(shù)現(xiàn)代的電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)均可由低階系統(tǒng)近似。若事先深入研究低階典型系統(tǒng)的特性并制成圖表，那么將實(shí)際系統(tǒng)校正或簡(jiǎn)化成典型系統(tǒng)的形式再與圖表對(duì)照，設(shè)計(jì)過(guò)程就簡(jiǎn)便多了。這樣，就有了建立工程設(shè)計(jì)方法的可能性。2、 直流調(diào)速系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求2.1.1設(shè)計(jì)內(nèi)容1. 根據(jù)題目的技術(shù)要求，分析論證并確定主電路的結(jié)構(gòu)形式和閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成，畫(huà)出系統(tǒng)組成的原理框圖。2. 調(diào)速系統(tǒng)主電路元部件的確定及其參數(shù)計(jì)算。3. 驅(qū)動(dòng)控制電路的選型設(shè)

9、計(jì)。4動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)計(jì)算：根據(jù)技術(shù)要求，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正，確定ASR調(diào)節(jié)器與ACR調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)形式及進(jìn)行參數(shù)計(jì)算，使調(diào)速系統(tǒng)工作穩(wěn)定，并滿足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的要求。5 繪制VM雙閉環(huán)直流不可逆調(diào)速系統(tǒng)電器原理圖，并研究參數(shù)變化時(shí)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)性能的影響。2.1.2設(shè)計(jì)要求 1、使學(xué)生進(jìn)一步熟悉和掌握單、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)工作原理，了解工程設(shè)計(jì)的基本方法和步驟。 2、熟練掌握主電路結(jié)構(gòu)選擇方法，主電路元器件的選型計(jì)算方法。 3、熟練掌握過(guò)電壓、過(guò)電流保護(hù)方式的配置及其整定計(jì)算。 4、掌握觸發(fā)電路的選型、設(shè)計(jì)方法。 5、掌握同步電壓相位的選擇方法。 6、掌握速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器的典型設(shè)計(jì)方法。 7、掌

10、握電氣系統(tǒng)線路圖繪制方法。 8、掌握撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告的方法。2.1.3課程設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)D組：直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)：功率Pe1.45KW，額定電壓Ue=220V，額定電流Ie=8A,磁極對(duì)數(shù)P=1，=1500r/min，勵(lì)磁電壓220V，電樞繞組電阻Ra=3.7，主電路總電阻R7.4，Ks=27.5，電磁時(shí)間常數(shù)TL=0.033s，機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm=0.26s，濾波時(shí)間常數(shù)Toi=0.003s，Ton=0.01s，過(guò)載倍數(shù)1.5，電流給定最大值，速度給定最大值，控制電壓最大值Uctm=8V。要求轉(zhuǎn)速和電流穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差，電流超調(diào)量，轉(zhuǎn)速超調(diào)量。2.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)總設(shè)計(jì)框圖 在生活中，直接提供的是單相

11、交流220V電源，而直流電機(jī)的供電需要單相直流電，因此要進(jìn)行整流，本設(shè)計(jì)采用單相橋式整流電路將單相交流電源變成單相直流電源，最后達(dá)到要求把電源提供給直流電動(dòng)機(jī)。如圖2-1設(shè)計(jì)的總框架。直流電機(jī)單相直流電源單相交流電源供電整流 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路保護(hù)電路 圖2-1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)總框架 單相交流電路的交、直流側(cè)及單相橋式整流電路中晶閘管中電路保護(hù)有電壓、電流保護(hù)。一般保護(hù)有快速熔斷器，壓敏電阻，阻容式。根據(jù)不同的器件和保護(hù)的不同要求采用不同的方法。 驅(qū)動(dòng)電路是電力電子主電路與控制電路之間的接口，是電力電子裝置的重要環(huán)節(jié)， 它將信息電子電路傳來(lái)的信號(hào)按照其控制目標(biāo)的要求，轉(zhuǎn)換為加在電力

12、電子器件控制端和公共端之間，可以使其開(kāi)通或關(guān)斷的信號(hào)。本設(shè)計(jì)使用的是晶閘管，即半控型器件。驅(qū)動(dòng)電路對(duì)半控型只需要提供開(kāi)通控制信號(hào)，對(duì)于晶閘管的驅(qū)動(dòng)電路叫作觸發(fā)電路。 直流調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用最普遍的方案是轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，采用串級(jí)控制的方式。轉(zhuǎn)速負(fù)反饋環(huán)為外環(huán)，其作用是保證系統(tǒng)的穩(wěn)速精度；電流負(fù)反饋環(huán)為內(nèi)環(huán)，其作用是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)距控制，同時(shí)又能實(shí)現(xiàn)限流以及改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)在突加給定下的跟隨性能、動(dòng)態(tài)限流性能和抗擾動(dòng)性能等，都比單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)好。2.3 主電路的結(jié)構(gòu)形式 在直流調(diào)速系統(tǒng)中，我們采用的是晶閘管-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱V-M系統(tǒng))的原理圖如圖2-2所示。

13、它通過(guò)調(diào)節(jié)處罰裝置GT的控制電壓來(lái)移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，即可改變平均整流電壓，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。與旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組及離子拖動(dòng)變流裝置相比，晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上都很大提高，而且在技術(shù)性能上也顯現(xiàn)出較大的優(yōu)越性。 圖2-2 V-M 系統(tǒng)原理 對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，自動(dòng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主，根據(jù)晶閘管的特性，可以通過(guò)調(diào)節(jié)控制角大小來(lái)調(diào)節(jié)電壓。當(dāng)整流負(fù)載容量較小可以采用單相全控橋整流電路，其交流側(cè)由單相電源供電。 該電路輸出電壓波動(dòng)小，適合小容量直流電動(dòng)機(jī)的負(fù)載，并且該電路組成的調(diào)速裝置調(diào)節(jié)范圍廣，能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)連續(xù)、平滑地轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、電動(dòng)機(jī)不可逆運(yùn)行等技術(shù)

14、要求。 圖2-3 主電路原理圖 單相全控橋整流電路由晶閘管VT1、VT2接成共陽(yáng)極組，晶閘管VT3、VT4接成共陰極組，在電路控制下，只有接在電路共陰極組中電位為最高又同時(shí)輸入觸發(fā)脈沖的晶閘管，以及接在電路共陽(yáng)極組中電位最低而同時(shí)輸入觸發(fā)脈沖的晶閘管，同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，才構(gòu)成完整的整流電路。 為了使元件免受在突發(fā)情況下超過(guò)其所承受的電壓電流的侵害，在單相交流電路的交、直流側(cè)及單相橋式整流電路中晶閘管中電路保護(hù)有電壓、電流保護(hù)。一般保護(hù)有快速熔斷器，壓敏電阻，阻容式。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是建立在單閉環(huán)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)上的，實(shí)際的調(diào)速系統(tǒng)除要求對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整外，很多生產(chǎn)機(jī)械還提出了加快啟動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程的要求,這就需

15、要一個(gè)電流截止負(fù)反饋系統(tǒng)。 由2-4圖啟動(dòng)電流的變化特性可知，在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流很快加大到許過(guò)載能力值，并且保持不變，在這個(gè)條件下，轉(zhuǎn)速得到線性增長(zhǎng)，當(dāng)開(kāi)到需要的大小時(shí)，電機(jī)的電流急劇下降到克服負(fù)載所需的電流值,對(duì)應(yīng)這種要求可控硅整流器的電壓在啟動(dòng)一開(kāi)始時(shí)應(yīng)為，隨著轉(zhuǎn)速的上升， 也上升，達(dá)到穩(wěn)轉(zhuǎn)速時(shí)，。 圖2-4 帶截止負(fù)反饋系統(tǒng)啟動(dòng)電流波形 這就要求在啟動(dòng)過(guò)程中把電動(dòng)機(jī)的電流當(dāng)作被調(diào)節(jié)量，使之維持在電機(jī)允許的最大值，并保持不變。這就要求一個(gè)電流調(diào)節(jié)器來(lái)完成這個(gè)任務(wù)。帶有速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)便是在這種要求下產(chǎn)生的。 圖2-5轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖（注: AS

16、R轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR電流調(diào)節(jié)器 TG直流測(cè)速發(fā)電機(jī) TA電流互感器 UPE電力電子裝置 Un*轉(zhuǎn)速給定電壓 Un轉(zhuǎn)速反饋電壓 Ui*電流給定電壓 Ui 電流反饋電壓） 為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串級(jí)聯(lián)接，如圖2-5所示。這就是說(shuō)把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，叫內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)在外邊，叫做外環(huán)，這樣就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。3、 調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)3.1電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)1.時(shí)間常數(shù)的確定（1）整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)。 即單相橋式電路

17、的平均失控時(shí)間 （2）電流濾波時(shí)間常數(shù)。 =3ms=0.003s。（3） 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和。 按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取。2. 選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，并保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)靜差，可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性型的，因此可用PI型調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 式中 -電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；-電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。 檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能：，參照表3-1的典型I型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能，各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的，因此基本確定電流調(diào)節(jié)器按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 表3-1 典型I型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系 參數(shù)關(guān)系KT0.250.390.50.691.0阻尼比1.

18、00.80.7070.60.5超調(diào)量0%1.5%4.3%9.5%16.3%上升時(shí)間6.6T4.7T3.3T2.4T峰值時(shí)間8.3T6.2T4.7T3.6T相角穩(wěn)定裕度截止頻率0.243/T0.367/T0.455/T0.596/T0.786/T3. 計(jì)算電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)： =0.033s，電流開(kāi)環(huán)增益：要求時(shí)，取，所以 于是，ACR的比例系數(shù)為 式中，為電流反饋系數(shù)其值為；晶閘管裝置放大系數(shù)Ks=27.5。4. 校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率：1) 晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件 滿足近似條件2）忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件 滿足近似條件3）電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處

19、理?xiàng)l件 滿足近似條件5. 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容由圖3-3，按所用運(yùn)算放大器取R0=40k，各電阻和電容值為取圖3-3 含濾波環(huán)節(jié)的PI型電流調(diào)節(jié)器照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)為，滿足設(shè)計(jì)要求。3.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)1. 確定時(shí)間常數(shù)（1）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)1/KI。由前述已知，則 （2）轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)，根據(jù)所用測(cè)速發(fā)電機(jī)紋波情況，取 .（3） 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)。按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取 2. 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按照設(shè)計(jì)要求，選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)式為 3. 計(jì)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，先取h=5，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為 則轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益 可得ASR的

20、比例系數(shù)為 式中 電動(dòng)勢(shì)常數(shù) 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 4.檢驗(yàn)近似條件轉(zhuǎn)速截止頻率為 （1）電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為 滿足簡(jiǎn)化條件 （2） 轉(zhuǎn)速環(huán)時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為 滿足近似條件 5計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容根據(jù)圖5-4 所示，取，則 取圖3-4 含濾波環(huán)節(jié)的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 取 取 6. 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量當(dāng)h=5時(shí)，查表3-2典型型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)得，不能滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)際上，由于表3-2是按線性系統(tǒng)計(jì)算的，而突加階躍給定時(shí)，ASR飽和，不符合線性系統(tǒng)的前提，應(yīng)該按ASR退飽和的情況重新計(jì)算超調(diào)量。表3-2 典型II型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)（按準(zhǔn)則確定參數(shù)關(guān)系）h34567891052.60%4

21、3.60%37.60%33.20%29.80%27.20%25.00%23.30%2.42.652.8533.13.23.33.3512.1511.659.5510.4511.312.2513.2514.2k32211111表3-3 典型II型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系h34567891072.20%77.50%81.20%84.00%86.30%88.10%89.60%90.80%2.452.702.853.003.153.253.303.4013.6010.458.8012.9516.8519.8022.8025.85 設(shè)理想空載起動(dòng)時(shí)，負(fù)載系數(shù)，已知，。當(dāng)時(shí)，由表3-3查得，而調(diào)速

22、系統(tǒng)開(kāi)環(huán)機(jī)械特性額定穩(wěn)態(tài)速降 式中 電機(jī)中總電阻 調(diào)速系統(tǒng)開(kāi)環(huán)機(jī)械特性的額定穩(wěn)態(tài)速降 為基準(zhǔn)值，對(duì)應(yīng)為額定轉(zhuǎn)速根據(jù)上式計(jì)算得 能滿足設(shè)計(jì)要求4、 基于MATLAB/SIMULINK的調(diào)速系統(tǒng)的仿真 通過(guò)對(duì)整個(gè)控制電路的設(shè)計(jì)，用MATLAB/SIMULINK對(duì)整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真。 首先建立雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，可以參考該系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)形式，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖4-1所示： 圖4-1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 把這些參數(shù)的值代入框圖中的公式就可得到以下框圖4-2。圖4-2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖圖4-3 ASR圖4-4 ACR 為了分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的特性，在轉(zhuǎn)

23、速調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器的輸出端設(shè)置一個(gè)限幅值，限幅值的大小可以根據(jù)所選的運(yùn)算放大器的輸入電壓的大小來(lái)選定，本設(shè)計(jì)選取的限幅值為10V。 根據(jù)動(dòng)態(tài)模型圖以及計(jì)算參數(shù)，用MATLAB/SIMULINK進(jìn)行仿真，主要是仿真電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速和電流。最終得到的轉(zhuǎn)速仿真圖形如圖4-3所示。圖4-3 雙閉環(huán)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速電流輸出仿真圖形 從圖4-3可以很明顯的看出轉(zhuǎn)速的起動(dòng)和擾動(dòng)的現(xiàn)象。從仿真得到的轉(zhuǎn)速曲線圖中可以得出轉(zhuǎn)速超調(diào)量為，基本滿足設(shè)計(jì)的要求，但是與設(shè)定值相比還是有誤差。在0.9秒的時(shí)候，轉(zhuǎn)速達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值，系統(tǒng)無(wú)靜差運(yùn)行，其中在3秒的時(shí)候輸入一個(gè)負(fù)載擾動(dòng)量，在3.1秒的時(shí)候擾動(dòng)消失，速降達(dá)到了，過(guò)了0.3秒之后轉(zhuǎn)速又達(dá)到穩(wěn)定值。從圖中可以看出，擾動(dòng)很快得到了調(diào)節(jié)，這是兩個(gè)PI型調(diào)節(jié)器自動(dòng)調(diào)節(jié)的作用。另外從圖中也可以看到，系統(tǒng)是無(wú)靜差運(yùn)行的，符合設(shè)計(jì)的要求。從仿真的結(jié)果來(lái)看，得到這樣結(jié)論： （1） 工程設(shè)計(jì)方法在推導(dǎo)過(guò)程中為了簡(jiǎn)化計(jì)算做了許多近似的處理, 而這些簡(jiǎn)化處理必須在一定的條件下才能成立。例如：將可控硅觸發(fā)和整流環(huán)節(jié)近似地看作一階慣性環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)電流環(huán)時(shí)不考慮反電勢(shì)變化的影響；將小時(shí)間常數(shù)當(dāng)作小參數(shù)近似地合并處理；設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)時(shí)將電流閉環(huán)從二階振蕩環(huán)節(jié)近