雙閉環(huán)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的分析與仿真

1、摘要I1弓I言12轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)22. 1 理想的起動(dòng)過(guò)程32.2性能比較42. 3解決思路42.4系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器42.5限幅電路52.6穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性52.7限幅作用62.8系統(tǒng)靜特性62. 9兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用73雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型83. 1數(shù)學(xué)模型83. 2起動(dòng)過(guò)程分析83. 3分析結(jié)果103. 4動(dòng)態(tài)抗擾性能分析104調(diào)節(jié)器工程設(shè)計(jì)方法114.1轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的作用114. 2調(diào)節(jié)器工程設(shè)計(jì)方法115直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì)125. 1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)意義125.2調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇和傳遞函數(shù)的近似處理125. 3設(shè)計(jì)要求125.4設(shè)計(jì)任

2、務(wù)136仿真實(shí)驗(yàn)156. 1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖156.2 Simulink 仿真總圖166.3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 Simulink 仿真166.4 電流調(diào)節(jié)器 Simulink 仿真176.5 Simulink 仿真結(jié)果及分析18總結(jié)19參考文獻(xiàn)201引言在設(shè)計(jì)中，基于理論設(shè)訃的基礎(chǔ)上根據(jù)實(shí)際的系統(tǒng)悄況作參數(shù)的調(diào)整是非常重要 的，也是必不可少的。傳統(tǒng)的調(diào)試方法是將整個(gè)系統(tǒng)按理論設(shè)計(jì)的結(jié)果建立一個(gè)實(shí)際系 統(tǒng)，然后將系統(tǒng)分成若干個(gè)控制單元，并對(duì)每個(gè)控制單元進(jìn)行調(diào)試，最后將各個(gè)單元構(gòu) 成一個(gè)完整的系統(tǒng)，并進(jìn)行調(diào)試，這種傳統(tǒng)的調(diào)試方法在使用過(guò)程中不僅費(fèi)時(shí)、費(fèi)力且 不易產(chǎn)生滿意的結(jié)果。本次設(shè)計(jì)在理論

3、的基礎(chǔ)上設(shè)訃了直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，并利用 MATLAB中的SIMULINK工具箱，對(duì)直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析及參數(shù)調(diào)試，然后對(duì) 仿真進(jìn)行了分析與總結(jié)。Matlab具有強(qiáng)大計(jì)算和動(dòng)態(tài)建模、仿真等功能，尤其是其動(dòng)態(tài)建模、仿真工具 Simulink具有模塊組態(tài)方便，性能分析直觀等特點(diǎn)，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖， 山電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)組成，其工程設(shè)計(jì)方法一般先設(shè)計(jì)好電流調(diào)節(jié)器，并把電流環(huán)等效為 轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，再設(shè)計(jì)速度調(diào)節(jié)器。本著一個(gè)由內(nèi)到外的設(shè)計(jì)原則，外環(huán)的響應(yīng) 比內(nèi)環(huán)的慢，這是按上述工程設(shè)計(jì)方法涉及多環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。2轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)是應(yīng)用最廣性

4、能很好的直流調(diào)速系統(tǒng)。采用 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(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(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速 無(wú)靜差。但是，如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高。在單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來(lái)控制電流的，但它只能 在超過(guò)臨界電流值/dcr以后，靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，并不能很理想地 控制電流的動(dòng)態(tài)波形。2.1理想的起動(dòng)過(guò)程（2）理想的快速起動(dòng)過(guò)程圖2直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程的電流和轉(zhuǎn)速波形2.2性能比較帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)電流達(dá)到最大值/dm后，受電流負(fù) 反饋的作用降低下來(lái)，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也隨之減小，加速過(guò)程延長(zhǎng)。2.3解決思路為了實(shí)現(xiàn)在允許條件下的最快起動(dòng)

5、，關(guān)鍵是要獲得一段使電流保持為最大值/血的 恒流過(guò)程。按照反饋控制規(guī)律，采用某個(gè)物理量的負(fù)反饋就可以保持該量基本不變，那 么，采用電流負(fù)反饋應(yīng)該能夠得到近似的恒流過(guò)程。我們希望能實(shí)現(xiàn)控制：（1）起動(dòng)過(guò)程，只有電流負(fù)反饋，沒(méi)有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋；（2）穩(wěn)態(tài)時(shí)，只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，沒(méi)有電流負(fù)反饋。2.4系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)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（或稱串級(jí)） 聯(lián)接如下圖（圖2.2）所示。ASR轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ACR電流調(diào)節(jié)器TG測(cè)速發(fā)電機(jī)TA電流互感器UPE電力電子變換器圖2.2中，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)

6、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)。該系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)圖，如圖2.3圖2.3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖圖2.3中可以看出：兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出都是帶限幅作用的。（1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓決定了電流給定電壓的最大值;（2）電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓Sm限制了電力電子變換器的最大輸出電壓Sm。圖2.4二極管鉗位的外限幅電路2.6穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性為了分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性，必須先繪出它的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如下圖圖2.5所 示。它可以很方便地根據(jù)上圖的原理圖畫

7、出來(lái)，只要注意用帶限幅的輸出特性表示PI調(diào) 節(jié)器就可以了。分析靜特性的關(guān)鍵是掌握這樣的PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征。l轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)；0電流反慣系數(shù) 圖2.5雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖2.7限幅作用（1）飽和輸出達(dá)到限幅值：當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時(shí)，輸出為恒值，輸入量的變化不 再影響輸出，除非有反向的輸入信號(hào)使調(diào)節(jié)器退出飽和；換句話說(shuō)，飽和的調(diào)節(jié)器暫時(shí) 隔斷了輸入和輸出間的聯(lián)系，相當(dāng)于使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。（2）不飽和輸出未達(dá)到限幅值：當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，PI作用使輸入偏差電 壓在穩(wěn)態(tài)時(shí)總是零。2.8兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用（1）雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于/dm時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，這時(shí)， 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用。

8、（2）當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到/dm后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用， 系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無(wú)靜差，得到過(guò)電流的自動(dòng)保護(hù)。2.9系統(tǒng)靜特性雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性如圖2.6所示圖2.6雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和S = an = an（2.1）u： = ul式中a, p 轉(zhuǎn)速和電流反饋系數(shù)。由第一個(gè)關(guān)系式可得J；（2.2）115從而得到上圖靜特性的CA段。 "靜特性的水平特性：與此同時(shí)，由于ASR不飽和，從上述第二個(gè)關(guān)系 式可知:/d</dmo這就是說(shuō)，CA段靜特性從理想空載狀態(tài)的/d=0 一直延續(xù)到/d = Zdm ,而/dm 一般都是大于額定電流/dN的。這就是

9、靜特性的運(yùn)行段，它是水平的特 性。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和。這時(shí)，ASR輸出達(dá)到限幅值Um ,轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn) 速的變化對(duì)系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個(gè)電流無(wú)靜差的單電流閉環(huán)調(diào)節(jié)系 統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時(shí)最大電流/dm是山設(shè)計(jì)者選定的，取決于電機(jī)的容許過(guò)載能力和拖動(dòng)系統(tǒng) 允許的最大加速度。靜特性的垂直特性：上式所描述的靜特性是上圖中的AB段，它是垂直的特性。 這樣的下垂特性只適合于n < /?（）的情況，因?yàn)槿绻鹡 > no ,則Un >, ASR將退出飽和狀態(tài)。3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型在單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，考慮雙閉環(huán)控制的結(jié)構(gòu)，即可繪出 雙閉環(huán)直流調(diào)速系

10、統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如下圖3.1所示圖3.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖3.1數(shù)學(xué)模型圖3.1中Wasr(s)和Wacr分別表示轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。如果 采用PI調(diào)節(jié)器，則有(3.1)3.2起動(dòng)過(guò)程分析首先設(shè)置雙閉環(huán)控制的一個(gè)重要U的就是要獲得接近理想起動(dòng)過(guò)程，因此在分析雙 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能時(shí)，有必要首先探討它的起動(dòng)過(guò)程。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加 給定電壓 叭由靜止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速和電流的動(dòng)態(tài)過(guò)程示于下圖圖3.2所示：圖3.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速和電流波形起動(dòng)過(guò)程山于在起動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三種情 況，整個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程就分成圖中標(biāo)明的I、II

11、、III三個(gè)階段。（1）第I階段電流上升的階段（0/|）突加給定電壓bn后，Zd上升，當(dāng)/d小 于負(fù)載電流Ail時(shí)，電機(jī)還不能轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)Zd>/dL后，電機(jī)開始起動(dòng)，由于機(jī)電慣性作用，轉(zhuǎn)速不會(huì)很快增長(zhǎng)，因而轉(zhuǎn)速 調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差電壓的數(shù)值仍較大，其輸出電壓保持限幅值iAm，強(qiáng)迫電流/d 迅速上升。直到，/d=/dm , ui= tAm電流調(diào)節(jié)器很快就壓制Zd 了的增長(zhǎng)，標(biāo)志著這 一階段的結(jié)束。在這一階段中，ASR很快進(jìn)入并保持飽和狀態(tài)，而ACR-般不飽和。（2）笫II階段恒流升速階段（和 "）在這個(gè)階段中，ASR始終是飽和的，轉(zhuǎn)速 環(huán)相當(dāng)于開環(huán)，系統(tǒng)成為在恒值電流iAm給定

12、下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流 Zd恒定，因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長(zhǎng)。與此同時(shí)，電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)E也按線性增長(zhǎng)，對(duì)電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，E是一個(gè)線 性漸增的擾動(dòng)量，為了克服它的擾動(dòng)，So和0也必須基本上按線性增長(zhǎng)，才能保 持/d f旦定。當(dāng)ACR采用PI調(diào)節(jié)器時(shí)，要使其輸出量按線性增長(zhǎng)，其輸入偏差電圧必須維持一 定的恒值，也就是說(shuō)Id應(yīng)略低于/dmo恒流升速階段是起動(dòng)過(guò)程中的主要階段。為了保證電流環(huán)的主要調(diào)節(jié)作用，在起動(dòng)過(guò)程 中ACR是不應(yīng)飽和的，電力電子裝置UPE的最大輸出電壓也須留有余地，這些都是 設(shè)計(jì)時(shí)必須注意的。（3）第III階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段（t2以后），當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給定值時(shí)，轉(zhuǎn)

13、速調(diào)節(jié)器ASR 的輸入偏差減少到零，但其輸出卻山于積分作用還維持在限幅值U%n ,所以電機(jī)仍在 加速，使轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR輸入偏差電壓變負(fù)，使它開始退出飽和狀態(tài)，tA和/d很快 下降。但是，只要/d仍大于負(fù)載電流ZdL,轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。直到Zd=ZdL時(shí)，轉(zhuǎn)矩 Tc=Tl ,則dn/dt = O,轉(zhuǎn)速川才到達(dá)峰值= 時(shí)）。此后，電動(dòng)機(jī)開始在負(fù)載的阻力 下減速，與此相應(yīng)，在一小段時(shí)間內(nèi)（/3/4）, Id < /dL ,直到穩(wěn)定，如果調(diào)節(jié)器參 數(shù)整定得不夠好，也會(huì)有一些振蕩過(guò)程。在這最后的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段內(nèi)，ASR和ACR都不飽和，ASR起主導(dǎo)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)作用, 而ACR則力圖使人盡快

14、地跟隨其給定值,或者說(shuō)，電流內(nèi)環(huán)是一個(gè)電流隨動(dòng)子 系統(tǒng)。3.3分析結(jié)果綜上所述，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程有以下三個(gè)特點(diǎn)：（1）飽和非線性控制；（2）轉(zhuǎn)速超調(diào)；（3）準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制。3.4動(dòng)態(tài)抗擾性能分析一般來(lái)說(shuō)，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有比較滿意的動(dòng)態(tài)性能。對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)，最重要的動(dòng) 態(tài)性能是抗擾性能。主要是抗負(fù)載擾動(dòng)和抗電網(wǎng)電圧擾動(dòng)的性能。4調(diào)節(jié)器工程設(shè)計(jì)方法4.1轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的作用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用：1.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器時(shí)調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速n很快地給 定電壓UM變化，穩(wěn)態(tài)時(shí)可以減小轉(zhuǎn)速誤差，如果使用PI調(diào)節(jié)器，理論上可以實(shí)現(xiàn)無(wú) 靜差。2對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用。3.其輸出限幅值決定電動(dòng)

15、機(jī)允許的最大電流。電流調(diào)節(jié)器的作用：1 .作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在轉(zhuǎn)速外環(huán)調(diào)節(jié)的過(guò)程中，它的作用是 使電流緊緊跟隨其給定電壓Ui*變化。2.對(duì)電網(wǎng)電圧的波動(dòng)及時(shí)起抗擾作用。3.在轉(zhuǎn)速 動(dòng)態(tài)過(guò)程中，保證獲得電動(dòng)機(jī)允許的最大電流，從而加快動(dòng)態(tài)過(guò)程。4當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載其 至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速自動(dòng)保護(hù)作用?？紤]到上述兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用，體現(xiàn)出設(shè)訃轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器的重要性，對(duì)它們的 結(jié)構(gòu)和參數(shù)的選擇要慎重考慮。4.2調(diào)節(jié)器工程設(shè)計(jì)方法在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)選擇與參數(shù)設(shè)計(jì)需從動(dòng)態(tài)校正 的需要來(lái)解決。設(shè)訃每一個(gè)調(diào)節(jié)器時(shí)，都要先求出該閉環(huán)原始系統(tǒng)開環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性， 再根據(jù)性能指

16、標(biāo)確定校正后的預(yù)期特性，從而選定結(jié)構(gòu)并計(jì)算參數(shù)。反復(fù)試湊，才能確 定調(diào)節(jié)器的特性，從而選定其結(jié)構(gòu)并設(shè)定參數(shù)，反復(fù)試湊過(guò)程也就是系統(tǒng)的穩(wěn)，準(zhǔn)，快 和抗干擾諸方面矛盾的正確解決過(guò)程，需要有熟練的解決技巧才行。在設(shè)計(jì)時(shí)，把實(shí)際 系統(tǒng)校正或簡(jiǎn)化為典型系統(tǒng)，就可以利用現(xiàn)成的公室和圖表來(lái)進(jìn)行參數(shù)汁算，設(shè)計(jì)工程 大大簡(jiǎn)化。工程設(shè)計(jì)方法可分為兩步：1.先選擇調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定，同時(shí)滿足所 需的穩(wěn)態(tài)精度。2再選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以滿足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的要求。調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)選擇和傳遞函數(shù)近似處理一一非典型結(jié)構(gòu)典型化，在電力拖動(dòng)控制系 統(tǒng)中，大部分控制對(duì)象配以適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)器，就可以矯正為典型系統(tǒng)。但也有些實(shí)際系統(tǒng)

17、不可能簡(jiǎn)單地矯正為典型系統(tǒng)形式，這需要經(jīng)過(guò)近似處理，才能使用上述的工程設(shè)計(jì)方 法。5直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì)5.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)意義若采用PI調(diào)節(jié)器的單個(gè)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(shí) 現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差。但是，如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要， 因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能隨心所欲地控制電流和轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)過(guò)程。在單閉環(huán)直流調(diào)速系 統(tǒng)中，電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來(lái)控制電流的。但它只能在超過(guò)臨界電流以后鼎強(qiáng) 烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，并不能很理想地控制電流的動(dòng)態(tài)波形。對(duì)于經(jīng)常正、 反轉(zhuǎn)運(yùn)行的調(diào)速系統(tǒng)，盡量縮短起、制動(dòng)過(guò)程的時(shí)間是提高生產(chǎn)率的重要因素。為此

18、, 在電機(jī)最大允許電流和轉(zhuǎn)矩受限制的條件下，應(yīng)該充分利用電機(jī)的過(guò)載能力，最好是在 過(guò)渡過(guò)程中始終保持電流(轉(zhuǎn)矩)為允許的最大值，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)以最大的加速度起 動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速時(shí)，立即讓電流降下來(lái)，時(shí)轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn) 行。實(shí)際上，由于主電路電感的作用，電流不可能突跳。為了實(shí)現(xiàn)在允許的最快起動(dòng)， 關(guān)鍵是獲得一段使電流保持為最大值的恒流過(guò)程。按照反饋控制規(guī)律，采用某個(gè)物理量 的負(fù)反饋就可以保持該量基本不變，那么，采用電流負(fù)反饋就應(yīng)該能夠得到近似的恒流 過(guò)程。這時(shí)，采用一個(gè)調(diào)節(jié)器是不夠的，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，即使用雙閉環(huán)直 流調(diào)速系統(tǒng)。5.2調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇和傳遞函數(shù)的近似

19、處理(1) 調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇基本思路：將控制對(duì)象校正成為典型系統(tǒng)。輸入輸出圖5.1控制對(duì)象校正成為典型系統(tǒng)框圖(2) 轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求本次設(shè)計(jì)研究的對(duì)象為電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，其系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖5.2所示圖5.2直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖(3) 以下給出此次設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)參數(shù)電動(dòng)機(jī)參數(shù)：UN=750V,IN=780A, Nn=375rpm, Ce=1.92。允許過(guò)載倍數(shù) 2 = 1.5。 采用三相橋式整流電路，Ks=75, 主回路總電阻R=0，電磁時(shí)間常數(shù)Tl=0.03s,機(jī)電 時(shí)間常數(shù)Tm=0.084so最大給定及兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出限幅值均為12V。5.3設(shè)計(jì)要求(1)

20、穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：轉(zhuǎn)速無(wú)靜差；(2) 動(dòng)態(tài)指標(biāo)：電流超調(diào)量小于等于5%,空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)速超調(diào)量小于等 于10%5.4設(shè)計(jì)任務(wù)A.電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)(1)確定時(shí)間常數(shù)整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)7；三相橋式電路的平均失控時(shí)間7； =0.0017 5； (2)電流 濾波時(shí)間常數(shù)幾三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是3.33ms,為了基本濾平波頭，應(yīng)該有 (1 2)7； =3.33血，因此取=0.0025 ； (3)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)G 按小時(shí)間常數(shù)近似 處理，取G = 7；+幾=0.0037s。（2）確定將電流環(huán)設(shè)訃成何種典型系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求： 5% ,而且7；/7；. =0.03/0.0037 = 8.11 10,因

21、此設(shè)計(jì)成典 型I型系統(tǒng)。（3）電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)選擇電流調(diào)節(jié)器選用比例積分調(diào)節(jié)器（PI）,其傳遞函數(shù)為叱心G） = K“s + l）/qs。（4）選擇電流調(diào)節(jié)器參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超詢時(shí)間常數(shù)：右=7； =0.03$；電流開環(huán)增益：因要求5%,故 取/7=0.5,因此K, =0.5/7 =0.5 / 0.0037 =135.1.*,于是電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) 為 K, =K用 R/0K, =1.08。（5）校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率叭嚴(yán)© =135.1/a）校驗(yàn)晶閘管裝置傳遞函數(shù)的近似條件是否滿足：Sl/37；,因?yàn)?1/37； =196宀,所以滿足近似條件；b）校驗(yàn)忽略反電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流環(huán)影響的

22、近似條件是否滿足：3腫3小/工,山于= 59.76/ 嗎，滿足近似條件；c）校驗(yàn)小時(shí)間常數(shù)近似處理是否滿足條件：（1/3）71/T.7；,:由于（1/3）何壬180.77"嗎，滿足近似條件。按照上述參數(shù)，電流環(huán)滿足動(dòng)態(tài) 設(shè)訃指標(biāo)要求和近似條件。B.速度調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)（1）確定時(shí)間常數(shù)a）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)為2=0.00745；b）電流濾波時(shí)間常數(shù)7；“根據(jù)所用測(cè)速發(fā)電機(jī)紋波情況，取7；, =0.015；c）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)?！鞍葱r(shí)間常數(shù)近似處理，取鼻=24 +Ton =0.0174 5。（2）確定將轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)訃成何種典型系統(tǒng)曲于設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)；乂根據(jù)動(dòng)態(tài)設(shè)

23、訃要求， 應(yīng)按典型II型系統(tǒng)設(shè)訃轉(zhuǎn)速環(huán)。（3）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器選用比例積分調(diào)節(jié)器（PI），其傳遞函數(shù)為W,謳（s） = K”（r”$ + l）"”s。（4）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)按照跟隨和抗擾性能都較好的原則取h=5o（5）校驗(yàn)近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率咳” =KNTn = 34.5<*a）校驗(yàn)電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件是否滿足幻/5心，由于1/5兀=54.05.廠>%, 滿足簡(jiǎn)化條件；b）校驗(yàn)小時(shí)間常數(shù)近似處理是否滿足條件：5（1/3）屮/2?；”兀， 由于（1 / 3） J1 / 27；兀.=38.74$t >儀”,滿足近似條件。c）核算轉(zhuǎn)速超調(diào)量當(dāng) h=5

24、時(shí)，疵/C； =81.2%,而氐=/nR/Q=40.63m,因此% = （ACmax / Ch）x 2（A -ZXA/）/ nTm = 7-06% < 10% 能滿足設(shè)計(jì)要求。6仿真實(shí)驗(yàn)6.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖圖6雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖6.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器Simulink仿真6.2. 1轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器Simulink仿真圖In10.9-11765+10.480.087sASRSaturationOut1圖6.2轉(zhuǎn)速調(diào)忙器仿貞圖6.2. 2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)定及分析當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時(shí)，他們的輸入偏差電壓都是零，因此（6）當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和時(shí)，ASR輸出達(dá)到限幅值U*im,轉(zhuǎn)速

25、外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的 變化對(duì)系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個(gè)電流無(wú)靜差的單電流閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。穩(wěn) 態(tài)時(shí)其中1亦一般都是大于額定電流的。因此，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出即.值為:當(dāng)Id =時(shí)的U,即u.m = Idmp = 01.5/ . = 0.05V / A X1.5 X136 A = 10.2V6. 3電流調(diào)節(jié)器Simulink仿真6. 3.1電流調(diào)節(jié)器Simulink仿真圖0.21584s+2.840.076sACF：SaturationlCDOut1圖6.3電流調(diào)節(jié)器仿真圖6. 32電流調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)定及分析在實(shí)際正常運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器是不會(huì)達(dá)到飽和的口雙閉環(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)，控制電壓：U+ / cp；/a + MC心 匕K,(6.3)我們?nèi)M載Id = Idm=136A時(shí)的值為電流調(diào)節(jié)器的輸出限幅值，即(6.4)6.4 Simulink仿真結(jié)果及分析Simulink