雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)ASR和ACR結(jié)構(gòu)與參數(shù)設(shè)計(jì)說明

1、大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書學(xué)院：機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化課程名稱：電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)題目：雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) ASR和ACR結(jié)構(gòu)及參數(shù)設(shè)計(jì)（3） *學(xué)號(hào)： *指導(dǎo)教師：袁明靖澎王世剛成績(jī):雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)ASR和ACF結(jié)構(gòu)及參數(shù)設(shè)計(jì)（3）一. 設(shè)計(jì)目的：掌握用工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流 調(diào)節(jié)器，加深對(duì)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)理解。二. 設(shè)計(jì)容：在一個(gè)由三相橋式晶閘管整流裝置供電的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，已知電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)如下：555kW 750V, 760A, 375r/min , Ce=1.82V min/r,主回路總電阻R=0.14Q ,允許過載電流倍數(shù)為1.5 , Ks =

2、 75 , Tl=0.031s,T m=0.112s,電流反饋濾波時(shí)間常數(shù) T°i=0.002s, 轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù) Ton=0.02s,兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入和輸出最大值 都是 10V, R）=40kQo設(shè)計(jì)要求：穩(wěn)態(tài)無靜差；電流超調(diào)量 i < 5%,電機(jī)空載起動(dòng) 到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n < 10%三. 時(shí)間安排：6.3 6.4 查閱相關(guān)資料；6.4 6.6 按要求設(shè)計(jì)相關(guān)容，完成設(shè)計(jì)文本6.7考核答辯四. 參考書目：1. 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)（第3版）伯時(shí)主編 機(jī)械工業(yè)2. 電力電子技術(shù)（第4版） 王兆安黃俊主編機(jī)械工業(yè)3. 自動(dòng)控制理論丁主編機(jī)械工業(yè)4. 電機(jī)及拖

3、動(dòng)基礎(chǔ)（第3版）顧繩谷主編機(jī)械工業(yè)目錄第一章 介紹第二章雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)際動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 52.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 52.2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖52.3設(shè)計(jì)原則與步驟 62.4工程設(shè)計(jì)方法的基本思路6第三章電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)73.1電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖的化簡(jiǎn)73.2電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇93.3電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算 103.4校驗(yàn) 113.5計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容 12第四章 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)144.1電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù) 144.2轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)的化簡(jiǎn)和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 144.3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)的計(jì)算184.4校驗(yàn) 194.5計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容 194.6校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量20第

4、五章轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退飽和時(shí)轉(zhuǎn)速超調(diào)量的計(jì)算 21第六章 Simuli nk 仿真25256.1Simulink 仿真框圖6.2仿真結(jié)果 276.3仿真分析 28總結(jié)和心得 29參考文獻(xiàn)30第一章介紹本文應(yīng)用工程設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速、 電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器。 按 照設(shè)計(jì)多環(huán)控制系統(tǒng)先環(huán)后外環(huán)的一般原則，從環(huán)開始，逐步向外擴(kuò)展。在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，應(yīng)該首先設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器，然后把整個(gè)電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速系統(tǒng)中的一 個(gè)環(huán)節(jié)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。首先考慮應(yīng)把電流環(huán)校正成哪一類典型系統(tǒng)。 從穩(wěn)態(tài)要求上看，希望電流無 靜差，以得到理想的堵轉(zhuǎn)特性，所以采用I型系統(tǒng)就夠了。再從動(dòng)態(tài)上看，實(shí)際 系統(tǒng)不允許電樞電流在突加

5、控制作用下時(shí)有太大的超調(diào)，以保證電流在動(dòng)態(tài)過程不超過允許值，而對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)的及時(shí)抗擾作用只是次要的因素。因而電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主，即應(yīng)選擇典型I型系統(tǒng)。對(duì)于轉(zhuǎn)速環(huán)，由于要求滿足系統(tǒng)抗干擾性能好、 轉(zhuǎn)速無靜差，并且系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 決定將轉(zhuǎn)速環(huán)校正成典型U系統(tǒng)。第二章雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)際動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖2.1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖!i|iUg|E(s)j |idL(s)電流環(huán)KsUdo(s)A1/Rld(s"R1n(s)Tss 1Ts 1I H W*i1CeToiS 1TonS1圖2-1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖2.2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖fl1圖2-2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)

6、構(gòu)框圖雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)際動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖 2-1。由于電流檢測(cè)信號(hào)中常含有 交流分量，為了不使它影響到調(diào)節(jié)器的輸入，需要加低通濾波。這樣的濾波環(huán)節(jié) 傳遞函數(shù)可用一階慣性環(huán)節(jié)來表示，其濾波時(shí)間常數(shù) 按需要選定，以濾平電流 檢測(cè)信號(hào)為準(zhǔn)。然而，在抑制交流分量的同時(shí)，濾波環(huán)節(jié)也延遲了反饋信號(hào)的作 用，為了平衡這個(gè)延遲作用，在給定信號(hào)通道上加入一個(gè)同等時(shí)間常數(shù)的慣性環(huán) 節(jié)，稱作給定濾波環(huán)節(jié)。其意義是讓給定信號(hào)和反饋信號(hào)經(jīng)過相同的延時(shí)， 使得 二者在時(shí)間上恰好的配合。由測(cè)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(shí) 間常數(shù)用 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(shí)間常

7、數(shù) 的給定濾波環(huán)節(jié)。2.3 設(shè)計(jì)原則與步驟按照設(shè)計(jì)多環(huán)控制系統(tǒng)先后外環(huán)的一般原則， 從環(huán)開始，逐步向外擴(kuò)展。在 雙閉環(huán)系統(tǒng)中，應(yīng)該首先設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器，然后把整個(gè)電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系 統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。建立調(diào)節(jié)器工程設(shè)計(jì)方法所遵循的的原則是1. 概念清楚、易懂；2. 計(jì)算公式簡(jiǎn)明、好記；3. 不僅給出參數(shù)計(jì)算的公式，而且指明參數(shù)調(diào)整的方向；4. 能考慮飽和非線性控制的情況，同樣給出簡(jiǎn)單的計(jì)算公式；5. 適用于各種可以簡(jiǎn)化成典型系統(tǒng)的反饋控制系統(tǒng)。2.4 工程設(shè)計(jì)方法的基本思路1 選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)典型化并滿足穩(wěn)定和穩(wěn)態(tài)精度;2 設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以滿足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的要求。第

8、三章電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)3.1電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖的化簡(jiǎn)在圖2-1點(diǎn)劃線框的電流環(huán)中，反電動(dòng)勢(shì)與電流反饋的作用相互交叉， 這將 給設(shè)計(jì)工作帶來麻煩。實(shí)際上，反電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)速成正比，它代表轉(zhuǎn)速對(duì)電流環(huán)的 影響。在一般情況下，系統(tǒng)的電磁時(shí)間常數(shù) T遠(yuǎn)小于機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm，因此， 轉(zhuǎn)速的變化往往比電流變化慢得多， 對(duì)電流環(huán)來說，反電動(dòng)勢(shì)是一個(gè)變化較慢的 擾動(dòng)，在電流的瞬變過程中，可以認(rèn)為反電動(dòng)勢(shì)基本不變，即E 0，這樣，在按動(dòng)態(tài)性能設(shè)計(jì)電流環(huán)時(shí)，可以暫不考慮反電動(dòng)勢(shì)變化的動(dòng)態(tài)影響， 得到的電流 環(huán)的近似結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1 o圖3-1忽略反電動(dòng)勢(shì)的動(dòng)態(tài)影響如果把給定濾波和反饋濾波兩個(gè)環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)，同時(shí)把給定

9、信號(hào)改成U,s)/ ，則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)，如圖3-2 o圖3-2等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)按表3-1，可知三相橋式電路的平均失控時(shí)間Ts 0.0017S , Toi 0.002s，電磁時(shí)間Ti0.031s表3-1各種整流電路的失控時(shí)間 （f 50HZ）整流電路形式最大失控時(shí)間Tsmax/mS平均失控時(shí)間Ts/ms單相半波2010單相橋式（全波）105三相半波6.673.33三相橋式、六相半波3.331.67Ts和Toi比Ti小得多，可以當(dāng)作小慣性群而近似地看作是一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)為：T i Ts Toi 0.0037s（3-1）則電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖最終簡(jiǎn)化成圖3-3。Ui (s)圖3-

10、3小慣性環(huán)節(jié)近似處理3.2電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇圖3-3表明，電流環(huán)的控制對(duì)象是雙慣性的，要校正成典型I型系統(tǒng)，顯然應(yīng)采用PI型的調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可以寫成WAcF(S)K( iS 1)(3-2)iS式中 Ki 電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)i 電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)為了讓調(diào)節(jié)器零點(diǎn)與控制對(duì)象的大時(shí)間常數(shù)極點(diǎn)對(duì)消，選擇i Tl 0.031s（ 3-3）則電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖便成為圖3-4所以的典型形式，其中Ki 0二（3-4）iRUi(s)KiId(s)?S仃 iS 1)圖3-4校正成典型I型系統(tǒng)電流環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖圖3-5繪出了校正后電流環(huán)的開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性圖3-5校正成典型I型系統(tǒng)電流環(huán)開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特

11、性3.3電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算表3-2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i T 0.031s，待定的只有比例系數(shù)Ki，可根據(jù)所需的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)選取。設(shè)計(jì)要求電流超調(diào)量i 5%，由表3-2，可選 0.707， K 0.5，且已知Ti Ts Toi =0.00170.002 0.0037s，因此電流環(huán)開環(huán)增益:Ki0.5Ti0.50.0037135.1s雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)。各變量之間的關(guān)系：Un Un n n°10V，額定轉(zhuǎn)速 nN 375r/min，U i U i I d I dm額定電流In760 A，過載倍數(shù)1.5，則轉(zhuǎn)速反饋系數(shù):a?

12、 ?100 0267? ?/ ?=? =?'375 =已知兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入和輸出最大值都是電流反饋系數(shù):?'?'?101760= 0W88?/?由式（3-3 ）和（3-4）,且已知T0.031s , R 0.14 , Ks 75,電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間：i T 0.031s則電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù):? K?=?135.1 X0. X0.1475 X 0.0088= 08883.4校驗(yàn)?E?1.檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能:0.031?= 8 380.0037? 一參照表3-3的典型I型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能都是可以接受的。2.晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件1 1-13? = 3 X

13、0.0017?= 196.1?> ?表3-3典型I型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系T1T1111m T2T25102030Cmax go%Cb55.5%33.2%18.5%12.9%tm/T2.83.43.84.0tv/T14.721.728.730.4電流截止頻率：c Ki 135.1s 1滿足近似條件。3.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,1 / -3«= 3 X= 5091? 1 < ? 30.112? X 0.031? 5091滿足近似條件4.電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件-1180.8? 1 > ?111 13 "?30.0017? X 0

14、.002?滿足近似條件3.5 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容含給定濾波和反饋濾波的模擬式PI型電流調(diào)節(jié)器原理圖如圖3-6，圖中Ui為 電流給定電壓，Id為電流反饋電壓，調(diào)節(jié)器的輸出就是電力電子變換器的控制電壓Uc。根據(jù)運(yùn)算放大器的電路原理，且已知 R040k ,可以容易地導(dǎo)出:R? = ?0 = 0.888 X40?Q = 35.52? QG?二? =93?= 0.87 X10- 6?= 0.87?"? 35.52 X103C?=4? = 4 X 00°2 ? = 0.2 X 10- 6? = 0.2? ?040 X103UiI圖3-6含給定濾波與反饋濾波的 PI型電流調(diào)節(jié)器按照上述

15、參數(shù)：R ? = 35.52?Q,C?= 027?,C?= 0.87?,電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)為i 4.3% 5% （見表3-2），滿足以上要求。第四章 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)4.1電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)電流環(huán)經(jīng)化簡(jiǎn)后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，為此需要求出它的閉環(huán)傳遞函數(shù)WCii(s)，由圖3-4可知：KiWcli(S)Us(TiS 1)Kis(TiS 1)Ki Ki1s 1(4-1)(4-2)忽略高此項(xiàng)，WCii (s)可降階近似為:Wcii(s)sKi接入轉(zhuǎn)速環(huán)，電流環(huán)等效環(huán)節(jié)的輸入量應(yīng)為5 (s)，因此電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應(yīng)等效為:Id(s)Wcii(s)Ui (s)“1(4-3)這樣

16、，原來是雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對(duì)象， 經(jīng)閉環(huán)控制后，可以近似地等效成 只有較小時(shí)間常數(shù)1. K|的一階慣性環(huán)節(jié)。這表明，電流的閉環(huán)控制改造了控制 對(duì)象，加快了電流的跟隨作用。4.2轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)的化簡(jiǎn)和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代替圖2-1中的電流環(huán)后，整個(gè)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié) 構(gòu)框圖如圖4-1所示。圖4-1用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)和電流環(huán)中一樣，把轉(zhuǎn)速給定濾波和反饋濾波環(huán)節(jié)移到環(huán)，同時(shí)將給定信號(hào)改成Un(S)/ ，再把時(shí)間常數(shù)1/Ki和Ton的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并起來，近似成一個(gè)時(shí)間常數(shù)為Tn的慣性環(huán)節(jié)，其中Tn Ton，則轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)框圖可化簡(jiǎn)成 K|圖 4-2。圖4-2等效成單位負(fù)反饋和

17、小慣性的近似處理為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，在負(fù)載擾動(dòng)作用點(diǎn)前必須有一個(gè)積分環(huán)節(jié)， 它應(yīng)該包 含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器中?，F(xiàn)在擾動(dòng)作用點(diǎn)后面已經(jīng)有了一個(gè)積分環(huán)節(jié)， 因此轉(zhuǎn)速環(huán)開 環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)， 所以應(yīng)該設(shè)計(jì)成典型U系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時(shí) 也能滿足動(dòng)態(tài)抗擾性能好的要求。至于其階躍響應(yīng)超調(diào)量較大，那么線性系統(tǒng)的 計(jì)算數(shù)據(jù)，實(shí)際系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的飽和非線性性質(zhì)會(huì)使超調(diào)量大大降低。由此可見ASR也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：WASR（S）匚（nS 1）（4-4）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)Un(S)Kn( nS 1)n(s) 1S 仃 nS 1)圖4-3校正后成為典型n系統(tǒng)這樣，調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為

18、:Wn(S)Kn( nS 1)R/nSCeTmS仃 nS 1)Kn R( nS 1)n CeTmS 仃 nS 1)令轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益Kn為:KnKn RC tn e ' mWn(S)Kn( nS 1)2S (T nS 1)在典型n系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)中，時(shí)間常數(shù)T是控制對(duì)象固定的,數(shù)有K和。為了分析方便，引入一個(gè)新的變量h，令(4-5)(4-6)待定的參(4-7)L/dB40dB/decKgc0l20dB/dec1i圖4-4典型n系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性和中頻寬由圖可見，h是斜率為20dB/dec的中頻段的寬度，稱作中頻寬。由于中頻 段的狀態(tài)對(duì)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)器決定性的作用，因此h是一個(gè)很

19、重要的參數(shù)。在一般情況下， 1點(diǎn)處在 40dB/dec特性段，由圖4-4可以看出20lgK 40(lg i Ig1) 20(lg c lg i) 20lg i c因此K i c( 4-8)在工程設(shè)計(jì)中，如果兩個(gè)參數(shù)都任意選擇，工作量顯然很大，為此采用“振 蕩指標(biāo)法”中的閉環(huán)幅頻特性峰值 Mr最小準(zhǔn)則，可以找到h和c兩個(gè)參數(shù)之間 的一種最佳配合。這一準(zhǔn)則表明，對(duì)于一定的h值，只有一個(gè)確定的c可以得到小的閉環(huán)幅頻特性峰值Mrmin，這時(shí)c和i，2之間的關(guān)系是(4-9)2hh i(4-10)以上兩式稱作Mrmin準(zhǔn)則的“最佳頻比”，因而有2h c(4-11)c +(確定h之后根據(jù)式（4-7）和式(4

20、-11 )即可分別求得和c。根據(jù)（4-8 ）和（4-11 ）可得(4-12)由式（4-12 ）可知轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益Kn為Knh 12h2T：(4-13)2h 11 -2因此Kn(h 1) CeJ2h RT n(4-14)4.3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)的計(jì)算已知KIT i 0.5，T i 0.0037s，則電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)：1礦=2?e?7 = 2 x 00037?= 0.0074? ?已知Ton 0.02s，則小時(shí)間常數(shù)近似處理的時(shí)間常數(shù)為：1Te?=+ ? = 0.0074?+ 0.02?= 0.0274?按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取 h 5，則的超前時(shí)間常數(shù)為：t ?= ?e? = 5 X

21、0.0274?= 0.137?由式（4-13）可知轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為：?+ 1 6 - 2 - 2 K? = 2?2?e?2 = 2 X52 X 0.02742? = 159'84?由（4-14）可知ASR的比例系數(shù)為:K?=(?+ 1) ?_2?=6 X 0.0088 X1.82 X 0.1122 X5 X 0.0267 X 0.14 X0.02741054.4 校驗(yàn)近似條件由式（4-12 ）可知轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率為：3 ?=等=? = 159.84 X0.137?- 1 = 21.9?- 11.電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為:1 f 1 x¥1?-3 V?E? 30.0037 1

22、-1=63.7?> ?滿足簡(jiǎn)化要求。2.轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件1 匕?工=1 XV135.13 ?30.02 ? = 27.4 >?滿足近似條件。4.5計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容UnR02R02ConnR02R02ConRnCnUi圖4-5含給定濾波與反饋濾波的 PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器根據(jù)圖4-5，已知R040k ，貝uR?= ?0 = 10.39 X 40?Q = 436? Q?0.1376C?=3?= 0.314 X 10-6?= 0.314?436 X1034?4 X 0.026G?=L?=3?= 2 X 10-6?=2?040 X1034.6 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量當(dāng)h 5時(shí)，由表4-1

23、 ,37.6%，不能滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)際上，由于表 4-1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4-1典型n系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)（按Mrmin準(zhǔn)則確定參數(shù)關(guān)系）h34567891052.6%43.6%37.6%33.2%29.8%27.2%25.0%23.3%tr/T2.402.652.853.03.13.23.33.35ts/T12.1511.659.5510.4511.3012.2513.2514.20k32211111第五章轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退飽和時(shí)轉(zhuǎn)速超調(diào)量的計(jì)算計(jì)算退飽和超調(diào)量時(shí)，起動(dòng)過程可按分段線性化的方法來處

24、理。 當(dāng)ASR飽和 時(shí)，相當(dāng)于轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)，電流環(huán)輸入恒定電壓 Um，如果忽略電流環(huán)短暫的跟隨過程，其輸出量也基本上是恒定值Idm，因而電動(dòng)機(jī)基本上按恒加速度起動(dòng)，其加速度為:(IdmRldL)( 5-1 )CeTm這個(gè)加速過程一直延續(xù)到t2時(shí)刻nn時(shí)為止。取式（5-1 ）的積分，得(5-2)CeTm n(I dm I dL)R考慮到Kn(h 1) CeTm2h RT和Unn，U m I dm，則t2(2h ) KnUn 丿CTTn(5-3)ASR退飽和后，轉(zhuǎn)速環(huán)恢復(fù)到線性圍運(yùn)行，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖見圖4-1。描述系統(tǒng)的微分方程和前面分析線性系統(tǒng)的跟隨性能時(shí)相同，只是初始條件不同了。 分析線性系統(tǒng)跟

25、隨性時(shí)，初始條件為n(0) 0 ， Id(0) 0討論退飽和超調(diào)時(shí)，飽和階段的終了狀態(tài)就是退飽和階段的初始狀態(tài)， 只是把時(shí)間坐標(biāo)零點(diǎn)從t 0移到t t2時(shí)刻即可。因此，退飽和的初始條件是n(0) n，ld(0) I dm由于初始條件發(fā)生了變化，盡管兩種情況的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖和微分方程完全一 樣，過渡過程還是不同的。因此，退飽和超調(diào)量并不等于典型U系統(tǒng)跟隨性能指 標(biāo)中的超調(diào)量。當(dāng)ASR選用PI調(diào)節(jié)器時(shí)，圖4-1所示的調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖可以繪成圖5-1。由 于感興趣的是在穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n以上的超調(diào)部分，即只考慮n n n，可以把初始條件轉(zhuǎn)化為n(0) n , ld(O) I dm由于圖5-2的給定信號(hào)為零，可

26、以不畫，而把n的反饋?zhàn)饔梅答伒街魍ǖ赖谝粋€(gè)環(huán)節(jié)的輸出量上，得到圖5-3。為了保持圖5-3和圖5-2各量間的加減關(guān)系不變，圖5-3中的Id和IdL的+、-號(hào)相應(yīng)的變化U*(s)IdL(S)圖5-1調(diào)速系統(tǒng)的等效動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖以轉(zhuǎn)速n為輸出量IdL(s)0 工n(s)Kn( nS 1)Id(s) jb Id(s) kr rn(s).%nS(T nS 1 )y CeTms圖5-2調(diào)速系統(tǒng)的等效動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖以轉(zhuǎn)速超調(diào)值n為輸出量ldL（S）Id(S)ld(s)n(s) ”可以把退飽和超調(diào)看作是在Id Idm的負(fù)載下以n n穩(wěn)定運(yùn)行，在t t2時(shí)刻 負(fù)載由Idm減小到IdL，轉(zhuǎn)速產(chǎn)生一個(gè)動(dòng)態(tài)速升與恢復(fù)的過

27、程。 可利用表5-1給出 的典型U系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)來計(jì)算退飽和超調(diào)量，只要注意n的基準(zhǔn)值即可。表5-1典型n系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系h345678910C max / Cb72.2%77. 5%81.2%84.0%86.3%88.1%89.6%90.8%tm/T2.452.702.853.003.153.253.303.40tv/T13.6010.458.8012.9516.8519.8022.8025.85在典型U系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)中，C的基準(zhǔn)值的為(5-4)Cb 2FK2T可知 K2 字，T Tn，F(xiàn) Idm IdL CeTm所以n的基準(zhǔn)應(yīng)是nb2 RT n (I dm I dL )

28、(5-5)令 表示電機(jī)允許的過載倍數(shù)，即JmI dN ， Z表示負(fù)載系數(shù)，IdL ZI dN ， n n為調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)機(jī)械的額定穩(wěn)態(tài)速降,nN號(hào)，代入（5-5 ），可得nb 2(z) nN*I m(5-6)作為轉(zhuǎn)速的超調(diào)量n，其基準(zhǔn)值應(yīng)該是n，因此退飽和超調(diào)量可以由表5-1列出的Cmax/Cb數(shù)據(jù)經(jīng)基準(zhǔn)值換算后求得，即( Cmax ) nb 2( Cmax )(_) nN T n(_CT)(_CT)兀1.5 ,設(shè)理想空載起動(dòng)時(shí) z 0 ,已知電機(jī)允許的過載倍數(shù)ldN 760 A， nN 375r / min ， Ce 1.85V min/ r， Tm 0.112s， T n(5-7)R 0.14，0.0274s。當(dāng)h 5，由表5-1查得Cmax/Cb=81.2%,將數(shù)據(jù)代入式（5-7）,可得c ?= (?)?= 2(?) (? - ?)? ?E? ?能滿足超調(diào)量的要求X81.2%X 1.5 X760 X0.143750.0274X "0712 = 9.25%<10%第六章系統(tǒng)仿真6.1 simuli nk仿真框圖本設(shè)計(jì)運(yùn)用 Matlab的SimulinkT-onaC來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真.4CDDCsnDc2-1以及上面計(jì)算的系統(tǒng)參數(shù)，可以建立直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真模型，如下圖所 示。zxnoeeruao o