#參數(shù)計(jì)算好了

1、第一章設(shè)計(jì)概述21.1設(shè)計(jì)目的21.2設(shè)計(jì)內(nèi)容21.3課題設(shè)計(jì)要求21.4背景知識介紹3第二章調(diào)速方案選擇32.1直流調(diào)速的一般原理32.2開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)42.3轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)52.4帶電流截止負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)72.5雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)8第三章雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及各功能模塊概述123.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述123.2速度調(diào):節(jié)143.3電流調(diào):節(jié)器153.4鋸齒波同步移相觸發(fā)電路163.5電流反饋與過流保護(hù)173.6轉(zhuǎn)速變換183.7零速封鎖器193.8轉(zhuǎn)矩極性鑒別（DPT）213.9零電平檢測（DPZ）213.10邏輯控制（DLC）22第四章雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算23

2、4.1設(shè)計(jì)準(zhǔn)備23晶閘管選型24電抗器設(shè)計(jì)25變壓器容量計(jì)算25快速熔斷器選擇264.2電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)264.3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)274.4系統(tǒng)設(shè)計(jì)小結(jié)30第五章小結(jié)31參考文獻(xiàn)31附錄：運(yùn)控實(shí)驗(yàn)326.1系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)調(diào)試概述326.2觸發(fā)器的整定336.3系統(tǒng)的開環(huán)運(yùn)行及特性測試346.4系統(tǒng)單元調(diào)試35理簡穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調(diào)量J<帶材。-<10%，能實(shí)現(xiàn)快速制動E啟動至額定轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)速超調(diào)量V負(fù)第一章設(shè)計(jì)概述1.1設(shè)計(jì)目的運(yùn)動控制系統(tǒng)是自動化專業(yè)的主干專業(yè)課，具有很強(qiáng)的系統(tǒng)性、實(shí)踐性和工程背景，運(yùn)動控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)的目的在于培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用運(yùn)動控制系統(tǒng)的知識和理論分析和解決運(yùn)動控制

3、系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題，使學(xué)生建立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握工程設(shè)計(jì)的一般程序、規(guī)范和方法，提高學(xué)生調(diào)查研究，查閱文獻(xiàn)及正確使用技術(shù)資料、標(biāo)準(zhǔn)、手冊等工具書的能力，理解分析、制定設(shè)計(jì)方案的能力，設(shè)計(jì)計(jì)算和繪圖能力，實(shí)驗(yàn)研究及系統(tǒng)調(diào)試能力，編寫設(shè)計(jì)說明書的能力。1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）根據(jù)工藝要求，論證、分析、設(shè)計(jì)主電路和控制電路方案，繪出該系統(tǒng)的原理圖。2）設(shè)計(jì)組成該系統(tǒng)的各單元，分析說明。3）選擇主電路的主要設(shè)備，計(jì)算其參數(shù)（含整流變壓器的容量S，電抗器的電感量L,晶閘管的電流、電壓定額，快熔的容量等），并說明保護(hù)元件的作用（必須有電流和電壓保護(hù)）。（4）設(shè)計(jì)電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)（或張力環(huán)），確定ASR和ACR（或張

4、力調(diào)節(jié)器ZL）的結(jié)構(gòu)，并計(jì)算其參數(shù)。（5）結(jié)合實(shí)驗(yàn)，論述該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性。1.3課題設(shè)計(jì)要求（一）生產(chǎn)工藝和機(jī)械性能四輥冷軋機(jī)是供冷軋紫銅及其合金成卷帶材之用。為提高生產(chǎn)效率，要求往返均要軋制，其軋機(jī)工藝參數(shù)如下：帶卷內(nèi)徑（卷筒直徑）：500mm帶卷外徑：6801100mm帶卷最大重量：2000Kg帶卷最大張力：2000Kg卷取機(jī)傳動比：i=1.87軋機(jī)原理簡圖：件昆機(jī)原（二）設(shè)計(jì)要求：匸兩臺卷取機(jī)控制原理完全一樣、僅設(shè)作開卷機(jī)用作卷取機(jī)用（三）直流電動機(jī)參數(shù)Pn=150Kw,Un=230V,ln=765A,Nn=1400r/min,Ra=0.08Q電樞回程總電阻R=0.18Q,電流過載位數(shù)

5、入=2.5,1.4背景知識介紹冷軋機(jī)，是在再結(jié)晶”溫度（包括常溫）下將一定厚度的板材軋成目標(biāo)厚度的設(shè)備。傳統(tǒng)的冷軋機(jī)都是用力矩電機(jī)和直流電機(jī)來控制的。冷軋機(jī)的設(shè)備一般由3部分組成，即開卷機(jī)、主機(jī)、卷取機(jī)（可逆軋機(jī)不分開卷和卷?。├滠垯C(jī)主要用途：冷軋機(jī)用于軋制普碳、優(yōu)特中炭鋼、鋁、銅、鋅等金屬帶材。應(yīng)用領(lǐng)域：冷軋機(jī)主要應(yīng)用在鋼鐵行業(yè)、冶金行業(yè)等。隨著電力電子技術(shù)、控制技術(shù)的發(fā)展，高性能矢量變頻器的出現(xiàn)，變頻器在冷軋機(jī)上的應(yīng)用日益廣泛。四輥壓延機(jī)是輪胎生產(chǎn)的大型關(guān)鍵設(shè)備之一。主要用于對簾布的連續(xù)貼膠或用于對簾帆布的不連續(xù)擦膠。由于作為輪胎胎體骨架材料的簾布質(zhì)量對輪胎的內(nèi)在質(zhì)量、安全性起著至關(guān)重要的

6、作用，而且控制簾布質(zhì)量也是降低生產(chǎn)消耗的重要手段，因此，生產(chǎn)過程中四輥壓延機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性直接關(guān)系到整個(gè)輪胎生產(chǎn)企業(yè)的正常生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益，歷來備受輪胎生產(chǎn)廠家、橡膠機(jī)械制造企業(yè)的關(guān)注。我國自行研制生產(chǎn)的第一臺S型四輥壓延機(jī)是大連橡膠塑料機(jī)械廠在1971年末研制出的XY-4S180C型四輥壓延機(jī)組。它分為主機(jī)和輔機(jī)兩部分。其中輔機(jī)由導(dǎo)開裝置，接頭硫化機(jī)，小牽引機(jī)，前、后儲布裝置，前四輥和后四輥牽引機(jī)，十二輥干燥機(jī)，冷卻機(jī)，自動切割機(jī)，卷取裝置和相應(yīng)的定中心裝置，張力傳送架，同位素穿透式測厚裝置組成。第二章調(diào)速方案選擇在進(jìn)行調(diào)速方案選擇之前，先來簡要介紹一下直流調(diào)速的一般原理。2.1直流調(diào)速的一

7、般原理理想化直流電動機(jī)，直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速方程可表示為：U-IRn=:Ke式中n轉(zhuǎn)速（r/min）；U電樞電壓（V）；I電樞電流（A）；R電樞回路總電阻（I）；-勵磁磁通（Wb）；Ke由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電動勢常數(shù);在上式中，Ke是常數(shù)，電流I是由負(fù)載決定的，因此調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速可以有三種方法：1）調(diào)節(jié)電樞供電電壓U；2）減弱勵磁磁通-；3）改變電樞回路電阻R。對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。改變電阻只能實(shí)現(xiàn)有級調(diào)速；減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但是調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速（額定轉(zhuǎn)速）以上小范圍的弱磁升速。因此，自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以變

8、壓調(diào)速為主。以下介紹在直流調(diào)速系統(tǒng)中比較常用的開環(huán)控制、轉(zhuǎn)速負(fù)反饋控制、轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制等控制方法。2.2開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖如下圖2-2-1:圖2-2-1晶閘管電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（VM系統(tǒng)）原理圖圖2-2-1中VT是晶閘管可控整流器，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓Uc來移動觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流電壓Ud,從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。這里對晶閘管可控整流器的移相控制是關(guān)鍵。鋸齒波同步移相觸發(fā)電路將在第三章介紹。其整流原理為三相橋式全控整流，基本原理見下圖2-2-2。通過改變觸發(fā)角從而改變Ud以進(jìn)行調(diào)速。圖2-2-2三相橋式全控整流電路開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)控制電路簡單，有利于在實(shí)驗(yàn)室實(shí)

9、現(xiàn)，并且能實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的無級調(diào)速。如果負(fù)載的生產(chǎn)工藝對運(yùn)行時(shí)的靜差率要求不高，這樣的開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是可以滿住要求的。然而，開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)沒有控制結(jié)果的反饋，控制精度不高，在需要調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械對靜差率有一定的要求的場合往往不能滿住要求。例如龍門刨床，由于毛坯表面粗糙不平，加工時(shí)負(fù)載大小常有波動，但是為了保證工件的加工精度和加工后的表面潔凈度，加工過程中的速度卻必須基本穩(wěn)定，也就是說，靜差率不能太大。這時(shí)就不能使用開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)了。2.3轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)為了提高直流調(diào)速系統(tǒng)的動靜態(tài)性能指標(biāo)，通常采用閉環(huán)控制系統(tǒng)（包括單閉環(huán)系統(tǒng)和多閉環(huán)系統(tǒng)）。對調(diào)速指標(biāo)要求不咼的場合，米用單閉環(huán)系統(tǒng)，而對

10、調(diào)速指標(biāo)較高的則采用多閉環(huán)系統(tǒng)。按反饋的方式不同可分為轉(zhuǎn)速反饋，電流反饋，電壓反饋等。在單閉環(huán)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速單閉環(huán)使用較多。轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)原理圖如下圖2-3-1:圖2-3-1轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)原理圖圖2-3-2轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖可見轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)實(shí)際上是開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的“閉環(huán)化”。轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)將反映轉(zhuǎn)速變化的電壓信號作為反饋信號，經(jīng)檢測轉(zhuǎn)化與給定信號相比較并經(jīng)放大后，得到移相控制電壓UCt,用作控制整流橋的“觸發(fā)電路”，觸發(fā)脈沖經(jīng)功放后加到晶閘管的門極和陰極之間，以改變“三相全控整流”的輸出電壓，這就構(gòu)成了速度負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)。電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨給定電壓變化，電機(jī)最高轉(zhuǎn)速由速度調(diào)節(jié)器的輸出限幅所決定

11、，速度調(diào)節(jié)器采用P(比例)調(diào)節(jié)對階躍輸入有穩(wěn)態(tài)誤差，要想消除上述誤差，則需將調(diào)節(jié)器換成Pl(比例積分)調(diào)節(jié)。這時(shí)當(dāng)“給定”恒定時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)對速度變化起到了抑制作用，當(dāng)電機(jī)負(fù)載或電源電壓波動時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速能穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)變化。與開換系統(tǒng)相比，轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)性能更為穩(wěn)定。根據(jù)轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)原理圖作如下分析：轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性方程式n=Kp*Ks*U1/Ce(1+K)-ld*R/Ce(1+K)式中：Kp-放大器的電壓放大系數(shù)；Ks電力電子變換器的電壓放大系數(shù)；a轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)U1給定電壓設(shè)K=Kp*Ks*a/Ce閉環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降Ncl=R*ld/(Ce(1+K)閉環(huán)系統(tǒng)的靜

12、差率Scl=Ncl/Nn調(diào)速范圍Dcl=Nn*s/(Ncl*(1-s)可見經(jīng)過適當(dāng)調(diào)節(jié)KpKs,可以使系統(tǒng)的特性更硬，調(diào)速范圍更寬。2.4帶電流截止負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)直流電動機(jī)全電壓起動時(shí)，如果沒有限流措施，會產(chǎn)生很大的沖擊電流，這不僅對電動機(jī)換向不利，對過載能力低的電力電子器件來說，更是不能允許的。采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突然加上給定電壓時(shí)，由于慣性，轉(zhuǎn)速不可能立即建立起來，反饋電壓仍為零，相當(dāng)于偏差電壓Un=Un*,差不多是其穩(wěn)態(tài)工作值的1+K倍。這時(shí)，由于放大器和變換器的慣性都很小，電樞電壓Ud一下子就達(dá)到它的最高值，對電動機(jī)來說，相當(dāng)于全壓起動，當(dāng)然是不允許的。另外，有些生產(chǎn)機(jī)械

13、的電動機(jī)可能會遇到堵轉(zhuǎn)的情況，例如，由于故障使機(jī)械軸被卡住，或挖土機(jī)運(yùn)行時(shí)碰到堅(jiān)硬的石塊等等。由于閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性很硬，若無限流環(huán)節(jié)，硬干下去，電流將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過允許值。如果只依靠過流繼電器或熔斷器保護(hù)，一過載就跳閘，也會給正常工作帶來不便。為了解決反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動和堵轉(zhuǎn)時(shí)電流過大的問題，引入電流截止負(fù)2-4-1所示。2-4-1所示。反饋，簡稱截流反饋，保持電流基本不變，使它不超過允許值。帶電流截止負(fù)反饋的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如下圖圖2-4-1環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖這種電流負(fù)反饋?zhàn)饔弥粦?yīng)在起動和堵轉(zhuǎn)時(shí)存在，在正常運(yùn)行時(shí)又得取消，讓電流自由地隨著負(fù)載增減。它的靜特性分為兩段，當(dāng)Id

14、'扁時(shí)，電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)不起作用，靜特性與只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)的相同。當(dāng)IdIdcr后，引入了電流截止負(fù)反饋，靜特性變?yōu)椋篕pKsU；KpKs、RldKpKs(U：Ucom)(RKpKsRs)ldn(Rsld-Ucom)一Ce(1K)Ce(1K)Ce(1K)C°(1K)C°(1K)2.5雙閉環(huán)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)速無靜差。但是，如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，例如龍門刨床、可逆軋鋼機(jī)等要求快速起制動，突加負(fù)載動態(tài)速降小的場合，盡量縮短起、制動過程的時(shí)間是提高生產(chǎn)率的重要因素。這時(shí)單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足

15、需要。這主要是因?yàn)閱伍]環(huán)系統(tǒng)不能隨心所欲地控制電流和轉(zhuǎn)矩的動態(tài)過程。于是產(chǎn)生了通過轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)來控制電流和轉(zhuǎn)矩的雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)。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)是專門用來控制電流的，但它只能在超過臨界電流值以后，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態(tài)波形。帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動電流和轉(zhuǎn)速波形如圖2-5-1所示圖2-5-1單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動電流和轉(zhuǎn)速波形圖起動電流突破Ider以后，受電流負(fù)反饋的作用，電流只能再升高一點(diǎn)，經(jīng)過某一最大值Idm后，就降低下來，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也隨之減小，因而加速過程必然拖長。為此，在電機(jī)最大允許電流和

16、轉(zhuǎn)矩受限制的條件下，應(yīng)該充分利用電機(jī)的過載能力，最好是在過渡過程中始終保持電流轉(zhuǎn)矩為允許的最大值，使電力拖動系統(tǒng)以最大的加速度起動，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速時(shí)，立即讓電流降下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。這樣的理想起動過程波形示如圖2-5-2：圖2-5-2系統(tǒng)理想起動過程波形這時(shí)，起動電流呈方形波，轉(zhuǎn)速按線性增長。這是在最大電流轉(zhuǎn)矩）受限制時(shí)調(diào)速系統(tǒng)所能獲得的最快的起動過程。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）聯(lián)接，如圖所示2-5-3。圖2-5-3轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)TA

17、電流互感器UPE電力電子變換器把轉(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)。以下分別對雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性、動態(tài)特性以及抗擾性能進(jìn)行分析。為分析靜特性我們參考如下的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖：轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)1電流反饋系數(shù)在正常運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器是不會達(dá)到飽和的。因此，對于靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和：CA段靜特性從理想空載狀態(tài)的ld=直延續(xù)到Id=ldm，而一般都是大于額定電流IdN的。這1dm就是靜特性的運(yùn)行段。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器AS

18、R飽和：這時(shí)ASR輸出達(dá)到限幅值U；，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個(gè)電流無靜差的單閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。其靜特性如下圖2-5-5:Onom圖2-5-5單閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜特性圖fl為分析動態(tài)特性以及抗擾性能參考雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下圖:/R町卄1圖2-5-6雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動過程有以下三個(gè)特點(diǎn)：(1) 飽和非線性控制：根據(jù)ASR勺飽和與不飽和，整個(gè)系統(tǒng)處于完全不同的兩種狀態(tài)：當(dāng)ASRfi和時(shí)，轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流調(diào)節(jié)的單閉環(huán)系統(tǒng)；當(dāng)ASR不飽和時(shí)，轉(zhuǎn)速環(huán)閉環(huán)，整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)無靜差調(diào)速系統(tǒng)，而電流內(nèi)環(huán)表現(xiàn)為電流

19、隨動系統(tǒng)。(2) 轉(zhuǎn)速超調(diào)：由于ASR采用了飽和非線性控制，起動過程結(jié)束進(jìn)入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段后，必須使轉(zhuǎn)速超調(diào)，ASR的輸入偏差電壓Un為負(fù)值，才能使ASR退出飽和。這樣，采用PI調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速響應(yīng)必然有超調(diào)。(3) 準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制：起動過程中的主要階段是第II階段的恒流升速，它的特征是電流保持恒定。一般選擇為電動機(jī)允許的最大電流，以便充分發(fā)揮電動機(jī)的過載能力，使起動過程盡可能最快。這階段屬于有限制條件的最短時(shí)間控制。因此，整個(gè)起動過程可看作為是一個(gè)準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制。對于調(diào)速系統(tǒng)，最重要的動態(tài)性能是抗擾性能，主要是負(fù)載擾動和抗電網(wǎng)電壓擾動的性能。對于負(fù)載擾動，由動態(tài)結(jié)構(gòu)圖中可以看出，負(fù)

20、載擾動作用在電流環(huán)之后，因此只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR來產(chǎn)生抗負(fù)載擾動的作用。在設(shè)計(jì)ASR時(shí),應(yīng)要求有較好的抗擾性能指標(biāo)。對于電網(wǎng)電壓擾動，雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，電壓波動可以通過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，抗擾性能大有改善。由以上分析可以得出，要使該系統(tǒng)具有良好的動態(tài)性能和靜態(tài)特性，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是最佳選擇第三章雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及各功能模塊概述3.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。改變電阻只能有級調(diào)速；減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速（即電

21、機(jī)額定轉(zhuǎn)速）以上作小范圍的弱磁升速。因此，自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主。調(diào)壓調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)的主要方法，而調(diào)節(jié)電樞電壓需要有專門向電動機(jī)供電的可控直流電源。常用的可控支流電源有以下三種：1）旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組（G-M系統(tǒng)）一一用交流電動機(jī)和直流發(fā)電機(jī)組成機(jī)組，以獲得可調(diào)的直流電壓。但該系統(tǒng)需要旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，至少包含兩臺與調(diào)速電動機(jī)容量相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)，還要一臺勵磁發(fā)電機(jī)，因此設(shè)備多，體積大，費(fèi)用高，效率低，安裝須打地基，維護(hù)不方便。2）靜止式可控整流器（V-M系統(tǒng)）一一用靜止式的可控整流器，以獲得可調(diào)的直流電壓。放大倍數(shù)高，快速性好，雖然晶閘管對過電壓、過電流和過高的dV/dt與di/d

22、t都十分敏感，現(xiàn)代的餓晶閘管應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)成熟，只要器件質(zhì)量過關(guān)，裝置設(shè)計(jì)合理，保護(hù)電路齊全，晶閘管裝置的運(yùn)行是十分可靠的。3）直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器（PWM）用恒定直流電源或不控整流電源供電，利用電力電子開關(guān)器件斬波或進(jìn)行脈寬調(diào)制，以產(chǎn)生可變的平均電壓。盡管與V-M系統(tǒng)相比較，它有很大的優(yōu)越性，特別是在中小容量的高動態(tài)性能已經(jīng)完全取代了V-M系統(tǒng)，但在大容量的的調(diào)速系統(tǒng)中用V-M系統(tǒng)還是比較多?？v上三種可控電源的比較，我們選擇V-M系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求所有直流電機(jī)允許電樞可逆，而我們采用的晶閘管是單向?qū)щ姷?，不允許電流反向，因此我們選擇合適的可逆直流調(diào)速系統(tǒng)，而可逆直流調(diào)速系統(tǒng)常

23、見的有以下兩種：1）有環(huán)流控制的可逆晶閘管-電動機(jī)系統(tǒng)采用配合控制來消除直流平均電流，采用4個(gè)環(huán)流電抗器來抑制瞬時(shí)脈動環(huán)流，正轉(zhuǎn)只動和反轉(zhuǎn)起動能夠完全銜接起來，沒有間斷死區(qū)，適用于快速正、反轉(zhuǎn)的系統(tǒng)，其缺點(diǎn)是需添置換流電抗器，而且晶閘管都要負(fù)擔(dān)負(fù)載電流加上環(huán)流電抗器。對有大容量的系統(tǒng)，設(shè)置幾個(gè)環(huán)流電抗器始終是個(gè)累贅，這些缺點(diǎn)比較明顯。2）無環(huán)流控制的可逆晶閘管-電動機(jī)系統(tǒng)，當(dāng)工藝過程對系統(tǒng)的正反轉(zhuǎn)過渡特性要求不很高時(shí)，特別是對于大容量的系統(tǒng)，常采用沒有直流平均環(huán)流又沒有瞬時(shí)脈動環(huán)流的無環(huán)流控制可逆系統(tǒng)。主要有兩大類：邏輯控制無環(huán)流系統(tǒng)和錯位控制無環(huán)流系統(tǒng)。而目前錯位無環(huán)流實(shí)際應(yīng)用已經(jīng)很少。邏輯

24、控制無環(huán)流當(dāng)一組晶閘管工作時(shí)，邏輯電路封鎖另一組晶閘管的觸發(fā)脈沖，使它完全處于阻斷狀態(tài)，以確保兩組晶閘管不同時(shí)工作，從根本上切斷了環(huán)流的通路。通過兩種系統(tǒng)的比較，我們選用邏輯控制無環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)。主電路的穩(wěn)定安全運(yùn)行直接影響整個(gè)系統(tǒng)的性能，為了保證可逆冷軋機(jī)的卷取機(jī)系統(tǒng)具有穩(wěn)定的正反運(yùn)行特性，則需要設(shè)計(jì)可逆的調(diào)速系統(tǒng)，采用六個(gè)晶閘管構(gòu)成三相橋式整流電路的反并聯(lián)裝置可以解決電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)運(yùn)行和回饋制動系列熔斷器等保護(hù)措施，輸入給橋式整流電路，進(jìn)而給直流電機(jī)和其他裝置供電。變壓器繞組采用/Y接法，具體方法見主電路變壓器的參數(shù)計(jì)算。主電路的保護(hù)措施尤為重要，設(shè)計(jì)多重保護(hù)電路成為必要。在起動開關(guān)電路里面

25、設(shè)置自鎖回路和，在控制電路中發(fā)現(xiàn)電流過大，這可使主電路常閉開關(guān)KM跳開而保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)，當(dāng)KM跳開失敗后，由于電流過大，一段時(shí)間后快速熔斷器受熱而熔化使電路跳開，從而避免燒壞電機(jī)等設(shè)備。上框圖中起動開關(guān)KM部分電路圖如圖3-1-2所示。起功按鈕KML_»num過電流保護(hù)呻X屯略壞保護(hù)電路中的圖3-1-2起動開關(guān)電路圖3.2速度調(diào)節(jié)器速度調(diào)節(jié)器由運(yùn)算放大器、輸入與反饋環(huán)節(jié)及二極管限幅環(huán)節(jié)組成，對給定和反饋兩個(gè)輸入量進(jìn)行加法、減法、比例、積分和微分等運(yùn)算。其原理如圖3-2-1所示：在圖中“1、2、3”端為信號輸入端，二極管VD1和VD2起運(yùn)放輸入限幅，保護(hù)運(yùn)放的作用。二極管VD3VD4和電

26、位器RP1RP2&成正負(fù)限幅可調(diào)的限幅電路。由C1、R3組成微分反饋校正環(huán)節(jié)，有助于抑制振蕩，減少超調(diào)。R7C5組成速度環(huán)串聯(lián)校正環(huán)節(jié)。改變R7勺阻值改變了系統(tǒng)的放大倍數(shù)，改變C5勺電容值改變了系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。RP3為調(diào)零電位器。3.3電流調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器由運(yùn)算放大器、限幅電路、互補(bǔ)輸出、輸入阻抗網(wǎng)絡(luò)及反饋?zhàn)杩咕W(wǎng)絡(luò)等環(huán)節(jié)組成，工作原理基本上與速度調(diào)節(jié)器相同，其原理圖如圖3-2-2所示電流調(diào)節(jié)器與速度調(diào)節(jié)器相比，增加了幾個(gè)輸入端，其中“3”端接推B信號，當(dāng)主電路輸出過流時(shí)，電流反饋與過流保護(hù)的“3”端輸出一個(gè)推B信號（高電平）信號，擊穿穩(wěn)壓管，正電壓信號輸入運(yùn)放的反向輸入端，使調(diào)節(jié)器的輸

27、出電壓下降，使a角向180度方向移動，使晶閘管從整流區(qū)移至逆變區(qū)，降低輸出電壓，保護(hù)主電路。“5、7”端接邏輯控制器的相應(yīng)輸出端，當(dāng)有高電平輸入時(shí)，擊穿穩(wěn)壓管，三極管V4、V5導(dǎo)通，將相應(yīng)的輸入信號對地短接。在邏輯無環(huán)流實(shí)驗(yàn)中“4、6”端同為輸入端，其輸入的值正好相反，如果兩路輸入都有效的話，兩個(gè)值正好抵消為零，這時(shí)就需要通過“5、7”端的電壓輸入來控制。在同一時(shí)刻，只有一路信號輸入起作用，另一路信號接地不起作用。3.4鋸齒波同步移相觸發(fā)電路K'IK'IR：MIII®4-7.VMHTPIIPloAC7V+15bQvl>V7i5圖3-4-1鋸齒波同步移相觸發(fā)電路r

28、fix-II'lic-th.鋸齒波同步移相觸發(fā)電路由同步檢測、鋸齒波形成、移相控制、脈沖形成、脈沖放大等環(huán)節(jié)組成。由V3VD1VD2C1等元件組成同步檢測環(huán)節(jié)，其作用是利用同步電壓UT來控制鋸齒波產(chǎn)生的時(shí)刻及鋸齒波的寬度。由VI、V2等元件組成的恒流源電路，當(dāng)V3截止時(shí)，恒流源對C2充電形成鋸齒波；當(dāng)V3導(dǎo)通時(shí)，電容C2通過R4V3放電。調(diào)節(jié)電位器RP1可以調(diào)節(jié)恒流源的電流大小，從而改變了鋸齒波的斜率?？刂齐妷篣ct、偏移電壓Ub和鋸齒波電壓在V5基極綜合疊加，從而構(gòu)成移相控制環(huán)節(jié)，RP2RP3分別調(diào)節(jié)控制電壓Uct和偏移電壓Ub的大小。V6、V7構(gòu)成脈沖形成放大環(huán)節(jié)，C5為強(qiáng)觸發(fā)電容

29、改善脈沖的前沿，由脈沖變壓器輸出觸發(fā)脈沖。3.5電流反饋與過流保護(hù)本單元有兩個(gè)功能，一是檢測主電源輸出的電流反饋信號，二是當(dāng)主電源輸出電流超過某一設(shè)定值時(shí)發(fā)出過流信號切斷電源TA1,TA2,TA3為電流互感器的輸出端，它的電壓高低反映三相主電路輸出的電流大小，面板上的三個(gè)園孔均為觀測孔，不需再外部進(jìn)行接線，只要將DJK04掛件的十芯電源線與插座相連接，那么TA1、TA2TA3就與屏內(nèi)的電流互感器輸出端相連，當(dāng)打開掛件電源開關(guān)，過流保護(hù)即處于工作狀態(tài)。(1)電流反饋與過流保護(hù)的輸入端TA1、TA2TA3,來自電流互感器的輸出端，反映負(fù)載電流大小的電壓信號經(jīng)三相橋式整流電路整流后加至RP1RP2及

30、R1、R2、VD組成的3條支路上，其中： R2與VD并聯(lián)后再與R1串聯(lián)，在其中點(diǎn)取零電流檢測信號從1腳輸出，供零電平檢測用。當(dāng)電流反饋的電壓比較低的時(shí)候，“1”端的輸出由R1、R2分壓所得,VD7截止。當(dāng)電流反饋的電壓升高的時(shí)候，“1”端的輸出也隨著升高，當(dāng)輸出電壓接接近0.6V左右時(shí)，VD7導(dǎo)通，使輸出始終保持在0.6V左右。 將RP的滑動抽頭端輸出作為電流反饋信號，從“2”端輸出，電流反饋系數(shù)由RP進(jìn)行調(diào)節(jié)。 RP2勺滑動觸頭與過流保護(hù)電路相連，調(diào)節(jié)RP酣調(diào)節(jié)過流動作電流的大小當(dāng)電路開始工作時(shí)，由于電容C2的存在，V3先與V2導(dǎo)通，V3的集電極低電位，V4截止，同時(shí)通過R4VD8各V2基極

31、電位拉低，保證V2直處于截止?fàn)顟B(tài)。(3) 當(dāng)主電路電流超過某一數(shù)值后，RP21取得的過流電壓信號超過穩(wěn)壓管V1的穩(wěn)壓值，擊穿穩(wěn)壓管，使三極管V2導(dǎo)通，從而V3截止，V4導(dǎo)通使繼電器K動作，控制屏內(nèi)的主繼電器掉電，切斷主電源，掛件面板上的聲光報(bào)警器發(fā)出告警信號，提醒操作者實(shí)驗(yàn)裝置已過流跳閘。調(diào)節(jié)RP2勺抽頭的位置，可得到不同的電流報(bào)警值。(4) 過流的同時(shí)，V3由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?，在集電極產(chǎn)生一個(gè)高電平信號從“3”端輸出，作為推B信號供電流調(diào)節(jié)器使用。(5) SB為解除過流記憶的復(fù)位按鈕，當(dāng)過流故障己經(jīng)排除，則須按下SB以解除記憶，才能恢復(fù)正常工作。當(dāng)過流動作后，電源通過SBR4VD毆C2隹持V2導(dǎo)

32、通，V3截止、V4導(dǎo)通、繼電器保持吸合，持續(xù)告警。只有當(dāng)按下SB后,V2基極失電進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)，V3導(dǎo)通、V4截止，電路才恢復(fù)正常。3.6轉(zhuǎn)速變換轉(zhuǎn)速變換用于有轉(zhuǎn)速反饋的調(diào)速系統(tǒng)中，它將反映轉(zhuǎn)速變化并與轉(zhuǎn)速成正比的電壓信號變換成適用于控制單元的電壓信號。IRIo3o31OC12o圖3-6-1速度變換圖使用時(shí)，將電壓輸出端接至轉(zhuǎn)速變換的輸入端“1”和“2”。輸入電壓經(jīng)R1和RP1分壓，調(diào)節(jié)電位器RP1可改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)+15VoRP1rRP2運(yùn)行S2正給定負(fù)給定llt圖3-6-2電壓給定原理圖電壓給定由兩個(gè)電位器RP1RP2及兩個(gè)鈕子開關(guān)S1、S2組成。S1為正、負(fù)極性切換開關(guān)，輸出的正、負(fù)電壓的

33、大小分別由RP1RP2來調(diào)節(jié)，其輸出電壓范圍為0士I5V,S2為輸出控制開關(guān)，打到“運(yùn)行”側(cè)，允許電壓輸出，打到“停止”側(cè)，則輸出為零。按以下步驟撥動S1、S2,可獲得以下信號：(1) 將S2打到“運(yùn)行”側(cè)，S1打到“正給定”側(cè)，調(diào)節(jié)RP使給定輸出一定的正電壓，撥動S2到“停止”側(cè)，此時(shí)可獲得從正電壓突跳到0V的階躍信號，再撥動S2到“運(yùn)行”側(cè)，此時(shí)可獲得從0V突跳到正電壓的階躍信號。將S2打到“運(yùn)行”側(cè)，S1打到“負(fù)給定”側(cè)，調(diào)節(jié)RP2使給定輸出一定的負(fù)電壓，撥動S2到“停止”側(cè)，此時(shí)可獲得從負(fù)電壓突跳到0V勺階躍信號，再撥動S2到“運(yùn)行”側(cè)，此時(shí)可獲得從0V突跳到負(fù)電壓的階躍信號。(3)將

34、S2打到“運(yùn)行”側(cè)，撥動S1,分別調(diào)節(jié)RP1和RP2使輸出一定的正負(fù)電壓，當(dāng)S1從“正給定”側(cè)打到“負(fù)給定”側(cè)，得到從正電壓到負(fù)電壓的跳變。當(dāng)S1從“負(fù)給定”側(cè)打到“正給定”側(cè)，得到從負(fù)電壓到正電壓的跳變。元件RP1RP2S1及S2均安裝在掛件的面板上，方便操作。此外由一只3位半的直流數(shù)字電壓表指示輸出電壓值。要注意的是不允許長時(shí)間將輸出端接地，特別是輸出電壓比較高的時(shí)候，可能會將RP1RP2損壞。3.7零速封鎖器零速封鎖器的原理圖如下:圖3-7-1零速封鎖器原理圖零速封鎖器由兩個(gè)具有“山”型繼電器特性的電平檢測器，邏輯門及延時(shí)環(huán)節(jié)組成，其原理如圖3-2-7。零速封鎖器的作用是：當(dāng)給定電壓及速

35、度反饋電壓均為零時(shí)（即調(diào)速系統(tǒng)在停車狀態(tài)），封鎖電壓調(diào)節(jié)器的輸出，保證電機(jī)不會低速爬行或者系統(tǒng)在零速時(shí)出現(xiàn)振蕩。兩個(gè)“山”型電平檢測器分別對給定和速度反饋信號進(jìn)行檢測，當(dāng)輸入信號為正值時(shí)，通過二極管VD1和VD3分別進(jìn)入運(yùn)放的反向輸入端，而當(dāng)輸入信號為負(fù)值時(shí)，則通過VD2和VD4進(jìn)入運(yùn)放的正相輸入端。故當(dāng)輸入信號絕對值大于某值時(shí)（0.3V左右）時(shí)，運(yùn)放輸出始終為負(fù)值，通過二極管VD9和VD10鉗位至-0.7V，作為“0”信號，當(dāng)輸入信號的絕對值小于某一整定值時(shí)（0.2V左右），則運(yùn)放輸出正電壓，作為“1”信號。因此可得到如圖3-2-8所示的“山”型繼電特性。圖3-7-2零速封鎖器的“山”型繼電

36、特性當(dāng)電平檢測到輸入電壓大于0.3V時(shí)，其輸出為低電平“0”，當(dāng)電平檢測到輸入電壓小于0.2V時(shí)，其輸出為高電平“1”。兩個(gè)電平檢測器的輸出經(jīng)與門和非門后，V2的基極為低電平，V2導(dǎo)通，零速封鎖器輸出約為-15V的電壓加到電壓調(diào)節(jié)器反饋環(huán)節(jié)場效應(yīng)管的柵極，使其關(guān)斷，從而使電壓調(diào)節(jié)器開放工作，在出現(xiàn)故障時(shí)，電平檢測器輸出低電平“T,V2基極為低電平，則V2截止，零速封鎖器輸出ov電壓加到電壓調(diào)節(jié)器反饋環(huán)節(jié)場效應(yīng)管的柵極，使其導(dǎo)通，使調(diào)節(jié)器的反饋環(huán)節(jié)短路，輸出為“0”。電容C3和電阻R25起延時(shí)作用，當(dāng)與門輸出由低電平跳變到高電平時(shí)，該電電位由正電源向C3和R25充電，其電位逐漸升高，從而避免在低

37、速運(yùn)行或換向過程中引起誤封鎖。面板上裝有S1開關(guān)，當(dāng)開關(guān)撥到“封鎖”時(shí)，零速封鎖器處于工作狀態(tài)；當(dāng)S1開關(guān)撥到“解除”時(shí)，零速封鎖器處于關(guān)閉狀態(tài)。3.8轉(zhuǎn)矩極性鑒別(DPT)轉(zhuǎn)矩極性鑒別為一電平檢測器，用于檢測控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)矩極性的變化。它是一個(gè)由比較器組成的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可將控制系統(tǒng)中連續(xù)變化的電平信號轉(zhuǎn)換成邏輯運(yùn)算所需的“0”、“1”電平信號。其原理圖如圖G所示。轉(zhuǎn)矩極性鑒別器的輸入輸出特性如圖H所示，具有繼電特性。調(diào)節(jié)運(yùn)放同相輸入端電位器RP1可以改變繼電特性相對于零點(diǎn)的位置。繼電特性的回環(huán)寬度為：Uk=Usr2'一一USrl=K1(Uscm2一UScml)式中，K1為正反饋系數(shù)，K

38、1越大，則正反饋越強(qiáng)，回環(huán)寬度就越小；Ur2和USrl分別為輸出由正翻轉(zhuǎn)到負(fù)及由負(fù)翻轉(zhuǎn)到正所需的最小輸入電壓；Uscm和Ucm2分別為反向和正向輸出電壓。邏輯控制系統(tǒng)中的電平檢測環(huán)寬一般取0.20.6V，環(huán)寬大時(shí)能提高系統(tǒng)抗干擾能力，但環(huán)太寬時(shí)會使系統(tǒng)動作遲鈍。-IpLUMUsrlLTacmI圖3-8-2轉(zhuǎn)矩極性鑒別器的輸入輸出特性3.9零電平檢測(DPZ)零電平檢測器也是一個(gè)電平檢測器，其工作原理與轉(zhuǎn)矩極性鑒別器相同，在控制系統(tǒng)中進(jìn)行零電流檢測，當(dāng)輸出主電路的電流接近零時(shí)，電平檢測器檢測到電流反饋的電壓值也接近零，輸出高電平。其原理圖和輸入輸出特性分別如圖3-2-10和圖3-2-11所示。J

39、ui'.n2UiJ1FUsr1llwrlUtr2I圖3-9-2零電平檢測器輸入輸岀特性3.10邏輯控制(DLC)邏輯控制用于邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)，其作用是對轉(zhuǎn)矩極性和主回路零電平信號進(jìn)行邏輯運(yùn)算，切換加于正橋或反橋晶閘管整流裝置上的觸發(fā)脈沖，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無環(huán)流運(yùn)行。其原理圖如圖3-2-12所示。其主要由邏輯判斷電路、(1) 邏輯判斷環(huán)節(jié)邏輯判斷環(huán)節(jié)的任務(wù)是根據(jù)轉(zhuǎn)矩極性鑒別和零電平檢測的輸出U和U狀態(tài)，正確地判斷晶閘管的觸發(fā)脈沖是否需要進(jìn)行切換(由U是否變換狀態(tài)決定)及切換條件是否具備(由U是否從“0”變“T決定)。即當(dāng)U變號后，零電平檢測到主電路電流過零(Ui=“1”)時(shí)，邏輯判

40、斷電路立即翻轉(zhuǎn)，同時(shí)應(yīng)保證在任何時(shí)刻邏輯判斷電路的輸出U和UF狀態(tài)必須相反。(2) 延時(shí)環(huán)節(jié)要使正、反兩組整流裝置安全、可靠地切換工作，必須在邏輯無環(huán)流系統(tǒng)中的邏輯判斷電路發(fā)出切換指令UZ或UF后，經(jīng)關(guān)斷等待時(shí)間ti(約3ms和觸發(fā)等待時(shí)間t2(約10ms)之后才能執(zhí)行切換指令，故設(shè)置相應(yīng)的延時(shí)電路，延時(shí)電路中的VD1VD2Ci、C2起ti的延時(shí)作用，VD3VD4C3C4起t2的延時(shí)作用。(3) 邏輯保護(hù)環(huán)節(jié)邏輯保護(hù)環(huán)節(jié)也稱為“多一”保護(hù)環(huán)節(jié)。當(dāng)邏輯電路發(fā)生故障時(shí)，UZ、UF的輸出同時(shí)為“1”狀態(tài)，邏輯控制器的兩個(gè)輸出端Uf和Ur全為“0”狀態(tài)，造成兩組整流裝置同時(shí)開放，引起短路和環(huán)流事故。加

41、入邏輯保護(hù)環(huán)節(jié)后。當(dāng)UZ、U全為“T狀態(tài)時(shí)，使邏輯保護(hù)環(huán)節(jié)輸出A點(diǎn)電位變?yōu)椤?”，使Uf和Ur都為高電平，兩組觸發(fā)脈沖同時(shí)封鎖，避免產(chǎn)生短路和環(huán)流事故。推B環(huán)節(jié)在正、反橋切換時(shí)，邏輯控制器中的G8俞出“1”狀態(tài)信號，將此信號送入調(diào)節(jié)器的輸入端作為脈沖后移推B信號，從而可避免切換時(shí)電流的沖擊。(5)功放電路由于與非門輸出功率有限，為了可靠的推動Uf、Ur,故增加了V3V4組成的功率放大級。第四章雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算4.1設(shè)計(jì)準(zhǔn)備圖4-1-1直流電動機(jī)變流裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖設(shè)直流電動機(jī)的規(guī)格如下：1) Pn=150Kw,Un=230V,ln=765A,Nn=1400r/min,Ra=0.08

42、Q電樞回程總電阻R=0.18Q,電流過載位數(shù)入=2.5，3）變流裝置采用三相橋式整流電路，晶閘管觸發(fā)整流裝置放大倍數(shù)Ks=40平均延遲時(shí)間td=0.0017s。4）給定電壓USn、速度調(diào)節(jié)器限幅電壓USim、電流調(diào)節(jié)器限幅電壓Um取USn=USim=UCn=10Vo對于大容量的直流電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)，選擇晶閘管三相橋式全控整流。晶閘管選型（一）電流參數(shù)的選取因?yàn)殡妱訖C(jī)在啟動過程中電流最大，所以該電動機(jī)啟動電流作為晶閘管電流參數(shù)的選取之一，此處：有效值:晶閘管通態(tài)平均電流取安全裕量Kf=2，則所選晶閘管電流值為:（二）電壓參數(shù)的選取在三相橋式整流電路中，晶閘管所承受電壓極值為.3U2即'6U

43、2，其中U2為變壓器二次側(cè)相電壓的有效值。U2的確定：由Ud=2.34U2cos：可得：其中為可靠換相，取:min=30；，則又考慮到6可能存在一10%波動，同樣U2也存在，則所求晶閘管電壓值取安全裕量Kf=2，則晶閘管電壓值為容量計(jì)算：選擇功率為600KW的晶閘管變流裝置功率放大倍數(shù)選擇為電抗器設(shè)計(jì)為保證電流連續(xù)所需電感量L可由下式給出：L769310-U1dminL中包括整流變壓器的漏電感、電樞電感和平波電抗器的電感。Idmin一般取電動機(jī)額定電流的5%10%。本設(shè)計(jì)取10%，所以可以計(jì)算出選擇2mH的平波電抗器。變壓器容量計(jì)算，副方電壓為，副方電壓為由上面的計(jì)算我們可以知道原方的電壓為=

44、126.1V副方電流因?yàn)闃蚴秸鞫蝹?cè)電流無直流分量，所以它的一次側(cè)容量和二次側(cè)容量相等即為變壓器的計(jì)算容量:選擇600KVA的整流變壓器組別確定：為了得到零線，變壓器的二次側(cè)必須接成星形，而一次側(cè)接成三角形,這樣可以避免三次諧波電流流入電網(wǎng)，因此我們接成D,y-11快速熔斷器選擇為保證整流器連續(xù)運(yùn)行的可靠性，當(dāng)橋壁上三個(gè)并聯(lián)快速熔斷器中有一個(gè)快速熔斷器熔斷時(shí)，整流器仍須保持額定電流長期運(yùn)行，快速熔斷器額定電流Ifn為:1FN1dNKitg2Kjl式中Jn:整流電源額定電流為765A；K:整流器有效值與平均值的折算系數(shù)，三相橋式整流線路時(shí)為1.73,單相橋式整流線路為1.57；Kit:整流器件

45、電流計(jì)算系數(shù)0.367；Kjl:橋臂均流系數(shù)0.860.90；Kbr:同相逆并聯(lián)橋不平衡系數(shù)1.051.10；由此可以計(jì)算出4.2電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)由于ACR環(huán)節(jié)的輸出限幅值為10V，對應(yīng)為最大的電流給定值，電機(jī)允許最大的電流為2.5*765=1912.5A,故電流反饋系數(shù)電機(jī)時(shí)間常數(shù)計(jì)算如下:0.417（一）電流環(huán)框圖的建立及化簡電流環(huán)框圖如圖所示，由于轉(zhuǎn)速對給定信號的響應(yīng)時(shí)間較電流對給定信號的響應(yīng)時(shí)間長得多，因此在計(jì)算電流的動態(tài)響應(yīng)時(shí)，可以把電動機(jī)的轉(zhuǎn)速看成恒量而恒量對動態(tài)分量是不起作用的，因此，為簡化起見，可把反電勢E略去。將非單位負(fù)反饋?zhàn)儞Q成單位負(fù)反饋系統(tǒng)。由于Toi(0.002)和td

46、(0.0017)較Ta(0.032s)小得多，所以可把前兩者構(gòu)成的小慣性環(huán)節(jié)合并：T£i=0.002+0.0017=0.0037s(二)電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)a)確定系統(tǒng)的類型對電流環(huán)，可以校正成典I系統(tǒng)，也可以校正成典II系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的要求而定，一般對抗擾性能要求不是特別嚴(yán)格時(shí)均采用典I系統(tǒng)設(shè)計(jì)即可?，F(xiàn)將電流環(huán)校正成典I系統(tǒng)。電流調(diào)節(jié)器的選擇顯然，欲校正成典I系統(tǒng)，電流調(diào)節(jié)器應(yīng)選用PI調(diào)節(jié)器。其傳遞函數(shù)為Te+1Gcr(s)二心二Ts而Go(s)二而Go(s)二000300l(359400/0)綏7s+1)(0.132s+1)Gcr(s)Go(s)TjS+119.67=kKTis(

47、00377s1)10.0.232s1)1)s(s(Ts1)1)電流調(diào)節(jié)器參數(shù)的選取按二階最佳系統(tǒng)設(shè)計(jì)，取根據(jù)要求，穩(wěn)態(tài)無靜差：(Ti<5%，選擇E=0.707,得ACR比例系數(shù)：電流開環(huán)增益：Ki=0.5/6=0.5/0.0037=135RXTIKi035*01011*0.18/(40*0.00523)=1.282Ks-Vi設(shè)取調(diào)節(jié)器的輸入電阻R0=60KQ,貝URi=Ki*R0=1.28X60=75.8KQ4.3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)1) 轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)框圖的建立及化簡電流環(huán)圖4-3-1轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖（用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)）圖4-3-1轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖（用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)）S3圖4-3-

48、2轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖（等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)和小慣性環(huán)節(jié)近似處理）Rm"圖4-3-3轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)簡化圖（電流環(huán)簡化后可視為轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個(gè)環(huán)節(jié),校正后成為典型II型系統(tǒng)）為此需求出它的閉環(huán)傳遞函數(shù)Wcn(s)。由4-3-3可得Wc"(s)=巨2*1sKi，忽略高次項(xiàng)，Weds）可以降階近KS11似成Wcli（s）。接入轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi),0S1Ki電流環(huán)等效環(huán)節(jié)的輸入量應(yīng)該為U*（S），ld(s)因此電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應(yīng)等效為Ui（s）丄Wcii(s).=0P1+4s1Ki這樣，原來是雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對象，經(jīng)閉環(huán)控制后,環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對象，經(jīng)閉環(huán)控制后,可以近似地等效成只有較小

49、時(shí)間常數(shù)的一階慣性環(huán)節(jié)，如圖4-3-1。這就表明，電流的閉環(huán)控制改造了控制對象，加快了電流的跟隨作用，這是局部閉環(huán)（內(nèi)環(huán)）控制的一個(gè)重要功能。速度環(huán)框圖如圖4-3-2所示，將非單位負(fù)反饋?zhàn)儞Q成單位負(fù)反饋系統(tǒng)，并把兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并。(2) 速度調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)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)內(nèi)，同時(shí)將給定信號改成U；(S)/，再把時(shí)間常數(shù)為丄和Ton的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并起來，近似成K|個(gè)時(shí)間常數(shù)為Kn的慣性環(huán)節(jié)，其中"十"蠱901"017力，則速度換結(jié)構(gòu)框圖可簡化為圖4-3-2。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，在負(fù)載擾動作用點(diǎn)前面必須有一個(gè)積分環(huán)節(jié)，它應(yīng)該包含在

50、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR中，見圖4-3-2，現(xiàn)在在擾動作用點(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型系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時(shí)也能滿足動態(tài)抗擾性能好的要求。顯然，欲校正成典II系統(tǒng)，速度調(diào)節(jié)器應(yīng)選用PI調(diào)節(jié)器。其傳遞函數(shù)為：WASR(S)-Kn(nS1)式中，Kn表示轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；-n表示轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)這樣調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：-RW(S)_Kn(nSD_心R(nSJnnSCeTmS(TnS1)JCeW(KnS1)(2) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的選取由圖4-3-3與上兩式比較可得:由圖4-3-3與上兩式比較可得:KnR按三階最佳系統(tǒng)設(shè)計(jì)，跟隨和

51、抗擾動性能都較好的原則，取h=5,貝UASR的超前時(shí)間常數(shù)為：nHhTnf0.0174=0.087s。Knh12人嘰2可求得轉(zhuǎn)速開環(huán)增益：產(chǎn)12s=396.4s250.0174比較式(4-22)與式(4-23)進(jìn)而可得ASR的比例系數(shù):(3) 檢驗(yàn)近似條件K轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為：WenN=KNn=34.5s-1W11) 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為:135.1S"1=63.7s"1>wcn，滿足簡化條件。1_13Kr-30.00372) 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為:13Ton盤宀5Wcn，滿足簡化條件。3)驗(yàn)證調(diào)速系統(tǒng)空載起動到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量:九一z)=2漢81.

52、2%漢2疋482.98漢0.0174茫5.34%v10%，ICb丿'nTm15000.341滿足設(shè)計(jì)要求。計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容已知轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸入電阻&=20小，貝UR,=KR=18CH52I=1365k，取Rn=輯0級。4T4乂001RCon=°2=210上卩=2卩，取Con=2FRo20103至此，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì)初步完成，但還需實(shí)際調(diào)試和修正。4.4系統(tǒng)設(shè)計(jì)小結(jié)在實(shí)驗(yàn)室模擬條件下，所設(shè)計(jì)的直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以滿足四輥冷軋機(jī)所要求的性能指標(biāo)：(1) 二r%乞5%，二r%乞10%；穩(wěn)態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)速無靜差；(2) 能夠快速起動、制動；由于進(jìn)行實(shí)驗(yàn)調(diào)試的實(shí)際系

53、統(tǒng)有很大差別，并且目前我們所學(xué)有限，能力有限，所以設(shè)計(jì)中對實(shí)際問題的一些方面考慮不多，主要放在了雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上。第五章小結(jié)三周的課程設(shè)計(jì)，讓我進(jìn)一步鞏固了這一學(xué)期來的所學(xué)，也回顧了一下電力電子及電機(jī)拖動等方面的相關(guān)知識，鍛煉了自己對知識綜合運(yùn)用的能力，也加強(qiáng)了自己發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。在運(yùn)動控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)過程中，從一開始的整定相位到后面的綜合調(diào)試，我們碰到了許許多多的問題，也曾經(jīng)積極的思考，再結(jié)合同學(xué)、研究生師兄以及老師的幫助，我們最終成功地完成了實(shí)驗(yàn)任務(wù)。課程設(shè)計(jì)過程中，我們遇到了許多的難題，比如觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)，在老師的指導(dǎo)下，我們才知道在調(diào)節(jié)器中必須加入零速封鎖器才能讓系統(tǒng)

54、安全穩(wěn)定的運(yùn)行。一度覺得想要在三周里完成有點(diǎn)不可能，幸好我們在做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，無意中發(fā)現(xiàn)了一幅雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理圖，令我們茅塞頓開，許多問題迎刃而解，這才能較好完成此次課設(shè)任務(wù)。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，才能真正掌握技術(shù)，從而提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立思考的能力。在課程設(shè)計(jì)伊始，申教授就告訴我們這次課程設(shè)計(jì)是跟實(shí)際工廠控制系統(tǒng)調(diào)試差不多的，對我們幫助非常大。我們也非常努力認(rèn)真地完成了這次課程設(shè)計(jì)?？偠灾舜握n程設(shè)計(jì)讓我受益良多，讓我知道了知識結(jié)合運(yùn)用的重要性，又一次體會到了團(tuán)隊(duì)合作的重要性，當(dāng)

55、然也少不了向老師和同學(xué)請教的重要性。參考文獻(xiàn)（1）黃俊，王兆安電力電子變流技術(shù)（第四版）北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005年，1968頁（2）陳伯時(shí)主編.電力拖動自動控制系統(tǒng)（第三版）北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005年，290頁（3）彭鴻才主編電機(jī)原理及拖動（第二版）北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005年，20163頁(3) 蘇文成主編.工廠供電(第二版)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003年，115174頁(4) 自動控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書歐陽昌華、劉建良中南大學(xué)教材科附錄：運(yùn)控實(shí)驗(yàn)6.1系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)調(diào)試概述一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?) 熟悉和掌握邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)試方法和步驟；通過實(shí)驗(yàn)，分析和研究系統(tǒng)的動、靜態(tài)特性，

56、并研究調(diào)節(jié)的參數(shù)對動態(tài)品質(zhì)的影響；2) 通過實(shí)驗(yàn)，提高自身實(shí)際操作技能，培養(yǎng)分析和解決問題的能力。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：(2) 各控制單元調(diào)試；(3) 整定電流反饋系數(shù)B,轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a,整定電流保護(hù)動作值；(4) 測定開環(huán)機(jī)械特性及高、低時(shí)速的靜特性n二f(ld)；(5) 閉環(huán)控制特性n二f(Id)的測定；(6) 改變調(diào)節(jié)器參數(shù)，觀察、記錄電流和速度走動、制動時(shí)的動態(tài)波形。技術(shù)指標(biāo)：(1) 電流超調(diào)量二i%-5%，并記錄有關(guān)參數(shù)對ci%的影響；(2) 轉(zhuǎn)速超調(diào)量二i%乞10%，并記錄有關(guān)參數(shù)對二n%的影響；(3) 用示波器測定：系統(tǒng)走動、制動、由正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)的過渡時(shí)間；(4) 穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速無靜差。三、實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)步驟：1雙閉環(huán)可逆