單閉環(huán)系統(tǒng)設(shè)計

1、百度文庫第1章緒論第2章單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)簡介2控制要求2直流電動機的調(diào)速方案開環(huán)系統(tǒng)機械特性和閉環(huán)系統(tǒng)靜特性第3章可逆PW度換器/PW瞳制技術(shù)的基本原理6可逆變換器主電路的結(jié)構(gòu)形式6pwMe換器環(huán)節(jié)的數(shù)學模型8第4章控制器的設(shè)計9PI調(diào)節(jié)器的設(shè)計:9第5章動態(tài)模型和穩(wěn)定性分析、.11反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)模型建立上11穩(wěn)壓電源及給定器的設(shè)計、16電動機給定參數(shù)：Pn=3KW,nN=1500rpm,LN=220V,I產(chǎn),Ra=5,Pou=355kw,Idm=2In。三相橋式整流電路，Ts=5mgKs=40。測速反饋系數(shù)=。調(diào)速指標：D=10,S=5%.16調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)的計算16單閉環(huán)直

2、流調(diào)速系統(tǒng)啟動過程17總結(jié)與體會18參考文獻19百度文庫/第1章緒論直流調(diào)速系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用最廣泛的電氣傳動裝置之一。首先實現(xiàn)了整流器的更新?lián)Q代，/以晶閘管整流裝置取代了習用已久的直流發(fā)電機電動機組及水銀整流裝置使直流電氣傳動完成了一次大的躍進。同時，控制電路已經(jīng)實現(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)的性能指標大幅提高，應(yīng)用范圍不斷擴大。直流調(diào)速技術(shù)不斷發(fā)展，走向成熟化、完善化、系列化、標準化，在可逆脈寬調(diào)速、高精度的電氣傳動領(lǐng)域中仍然難以替代。由于直流電氣傳動技術(shù)的研究和應(yīng)用已達到比較成熟的地步，應(yīng)用相當普遍，尤其是全數(shù)字直流系統(tǒng)的出現(xiàn)，更提高了直流調(diào)

3、速系統(tǒng)的精度及可靠性。所以，今后一個階段在調(diào)速要求較高的場合，如軋鋼廠、海上鉆井平臺等，直流調(diào)速仍然處于主要地位。當今，自動化控制系統(tǒng)已經(jīng)在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，而直流調(diào)速控制作為電氣傳動在主流在現(xiàn)代化生產(chǎn)中起著主要作用。由于直流電動機的調(diào)速性能好，啟動，制動和過載轉(zhuǎn)矩大，便于控制等特點，因而成為大容器，高性能生產(chǎn)機械的理想電動機。盡管近年來，交流電動機的控制系統(tǒng)不斷普及，但直流電動機在一定場合得到廣泛應(yīng)用。本課題著重介紹PW曄閉環(huán)比例積分直流調(diào)速系統(tǒng)的分析和計算關(guān)鍵詞；PWMt匕例積分調(diào)速單閉環(huán)百度文庫第2章單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)簡介控制要求在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，生產(chǎn)機械都不停地運動著幾

4、乎無處不使用電力傳動裝置。由于各種不同的生產(chǎn)機械運動規(guī)律不一樣，對傳動裝置性能的要求也不一樣。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加產(chǎn)量，提高生產(chǎn)效率，越來越多的生產(chǎn)機械要求能實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)與相應(yīng)的自動化控制，并且對電力傳動裝置的拖動性能要求也越來越局0(1)調(diào)速一一在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，分檔地(有級)或平滑地(無級)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；(2)穩(wěn)速一一以一定的精度在所需轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運行，在各種干擾下不允許有過大的轉(zhuǎn)速波動，以確保產(chǎn)品質(zhì)量；(3)力口、減速一一頻繁起、制動的設(shè)備要求加、減速盡量快，以提高生產(chǎn)率；不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機械則要求起，制動盡量平穩(wěn)。直流電動機的調(diào)速方案由電機學基本理論可知，直流電動機轉(zhuǎn)

5、速特性方程式為:()由上式可見，直流電動機調(diào)速方案可有以下三種。(1)弱磁調(diào)速通過改變勵磁線圈中的電壓Uf,使磁通量改變(Uf增大，磁通量增大；Uf增小，磁通量增小)。特點：保持電源電壓為恒定的額定值，通過調(diào)節(jié)電動機的勵磁回路的勵磁電/流大小，改變電動機的轉(zhuǎn)速。這種調(diào)速方法屬于基速以上的恒功率調(diào)速的方法。在電流較小的勵磁回路內(nèi)進行調(diào)節(jié)，因此控制起來比較方便，功率損耗小，用于調(diào)節(jié)勵磁的電阻器功率小，控制方便且容易實現(xiàn)，而其更重要的是此方法可以實現(xiàn)無級平滑調(diào)速，但由于電動機的換向有限以及機械強度的限制，速度不能調(diào)節(jié)得太高，從而電動機的調(diào)速范圍也就受到了限制。(2)串聯(lián)電阻調(diào)速即在電樞回路中串入一個

6、電阻，其阻值的大小根據(jù)實際需要而定，使電動機特性變軟，特點：在保持電源電壓和氣隙磁通為額定值，在電樞回路中申入不同阻值的電阻時，可以得到不同的人為機械特性曲線，由于機械特性的軟硬度，即曲線斜百度文庫率的不同，在同一負載下改變不同的電樞電阻可以得到不同的轉(zhuǎn)速，以達到調(diào)速的目的，屬于基速以下的調(diào)速方法。這種方法簡單，容易實現(xiàn)，而其成本較低，單外用電阻只能是分段調(diào)節(jié)，不能實現(xiàn)無級調(diào)速，而其電阻在一定程度上要消耗能量，功率損耗大，低速運行時轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性較差，只能適應(yīng)對調(diào)速要求不高的中小功率型電動機。(3)調(diào)節(jié)電樞電壓調(diào)速電機降壓起動是為了避免高啟動轉(zhuǎn)矩和啟動電流峰值，減小電動機啟動過程的加速轉(zhuǎn)矩和沖擊電

7、流對工作機械、供電系統(tǒng)的影響。特點：在保持他勵直流電動機的磁通為額定值的情況下，電樞回路不用入電阻，將電視兩端的電壓，即電源電壓降低為不同的值時，可以獲得與電動機固有機械特性相互平行的人為機械特性，調(diào)速方向是基速以下，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法。只要輸出的電壓是連續(xù)可調(diào)的，即可實現(xiàn)電動機的無級平滑調(diào)速，;而且低速運行時的機械特性基本保持不變。所以得到的調(diào)速范圍可以達到很高，而且能實現(xiàn)可逆運行。但對于可調(diào)的直流電源成本投資相對其他方法較高。第一個指標為調(diào)速范圍D,它是拖動系統(tǒng)在額定負載轉(zhuǎn)矩時能夠提供給生產(chǎn)機械的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比。D2mx()nmin另一個指標為靜差率s,它是電動機由理想空載到額定負

8、載時的轉(zhuǎn)速降與理想空載轉(zhuǎn)速n0之比。nonnom100%()no'它表示負載變化引起調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速偏離原定轉(zhuǎn)速的程度。系統(tǒng)的調(diào)速特性越硬，s越小，說明系統(tǒng)的穩(wěn)定性能越好。另外，轉(zhuǎn)速越低，靜差率越大，故調(diào)速系統(tǒng)靜差率指標以最低轉(zhuǎn)速對應(yīng)的數(shù)值為準。在考慮生產(chǎn)機械對轉(zhuǎn)速相對性(即靜差率)的要求后，電動機最低轉(zhuǎn)速受到了限制，也即調(diào)速范圍受到限制。采用降壓調(diào)速時，調(diào)速范圍、靜差率及轉(zhuǎn)速降三者關(guān)系為：DopnnomSnOp(1s)()百度文庫開環(huán)系統(tǒng)機械特性和閉環(huán)系統(tǒng)靜特性n圖閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的給定作用和擾動作用在這里為了分析簡單，不單獨討論開環(huán)系統(tǒng)，由簡單閉環(huán)系統(tǒng)引出開環(huán)系的特性。如圖的轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)速

9、系統(tǒng)，如果把閉環(huán)系統(tǒng)的反饋回路斷開，成了開環(huán)系統(tǒng)，則上述系統(tǒng)的開環(huán)機械特性為Ud0IdRCen0opnop()而閉環(huán)時的靜特性可寫成*KpKsUnIdRCe(1K)nocinci()其中n°op開環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉(zhuǎn)速;n°ci閉環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉(zhuǎn)速;n°p一開環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降;pnci閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降;3.在同樣的負載擾動下，兩nciRIdCe(1K)閉環(huán)系統(tǒng)靜特性可以比開環(huán)系統(tǒng)機械特性硬得多。者的轉(zhuǎn)速降分別為()()百度文庫它們的關(guān)系是RInci顯然，K當值較大時，nci比n00P小得多，即閉環(huán)系統(tǒng)的特性要硬得多。op"X如果比較同一n。的開環(huán)和閉環(huán)

10、系統(tǒng)，則閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率要小得多。閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)的靜差率分別為和Sopnocin0op當開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降相等時當要求的靜差率一定時，閉環(huán)系統(tǒng)可以大大提高調(diào)速范圍。如果電動機的最高轉(zhuǎn)速都是nnom而對最低速靜差率的要求相同，則開環(huán)時nsDop;、()nop(is)閉環(huán)時I(1s)要取得上述優(yōu)越性，只要閉環(huán)系統(tǒng)設(shè)置放大器即可?？傊?，閉環(huán)系統(tǒng)可以獲得比開環(huán)系統(tǒng)硬得多的特性，從而保證在一定靜差率的要求下，能夠提高調(diào)速范圍。在閉環(huán)系統(tǒng)中降低速降的實質(zhì)是：在開環(huán)系統(tǒng)中，當負載電流增大時電樞壓降也增大，轉(zhuǎn)速就降下來了；閉環(huán)系統(tǒng)有反饋裝置，轉(zhuǎn)速稍有降落，反饋電壓就感覺出來了，通過比較和放大，提高脈

11、寬調(diào)制的輸出電壓Ud,使系統(tǒng)工作在新的機械特性上，因而轉(zhuǎn)速有所回升，速度降落降低。百度文庫第3章可逆'PW度換器PWM空制技術(shù)的基本原理采樣理論中的一個重要理論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖家在具有慣性環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。這個原理成為面積原理，它是PWM控制5的重要理論基礎(chǔ)。若將半個周期的正弦波分成N等份，就可以把正弦波看成是由N個彼此相連的脈沖序列所組成的波形。這些脈沖寬度相等為7N，但幅值不等，且脈沖頂部不是水平的，各脈沖幅值按正弦規(guī)律變化。若將上述脈沖換成同等數(shù)量的等幅值而不等寬的矩形脈沖代替，是矩形脈沖和相應(yīng)的正弦脈沖的面積相等，這就是PWM形?？梢钥闯?，具幅值相等，而寬度

12、按正弦規(guī)律變化，變壓調(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的可控直流電源，'常用的有三種：旋轉(zhuǎn)變流機組(G-M,靜止式可控整流器(V-M)和直流斬器或者脈寬調(diào)制變換器(PWM)對于全控型電力電子器件尤其是單閉環(huán)系統(tǒng)來說，采用脈寬調(diào)制的高頻開關(guān)控制方式比V-M系統(tǒng)具有如下的優(yōu)越性：(1)主電路線路簡單，需用的功率器件少；(2)低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬；(3)動態(tài)響應(yīng)相對較快，動態(tài)抗擾能力強；(4)功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，裝置效率較高；(5)直流電源采用不控整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。PWM變換器的作用是：用PWM調(diào)制的方法，把恒定的直流電

13、源電壓調(diào)制成頻率一定、寬度可變的脈沖電壓系列，從而可以改變平均輸出電壓的大小，以調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速。PWM變換器電路有多種形式，主要分為不可逆與可逆兩大類，下面主要闡述可逆PWM變換器的工作原理?？赡孀儞Q器主電路的結(jié)構(gòu)形式可逆變換器主電路的結(jié)構(gòu)形式有H型、T型等多種類型，現(xiàn)在選用常用的H型變換器，它是由4個電力晶體管和4個續(xù)流二極管組成的橋式電路/H型變換器在控制方式上分為雙極式、單極式和受限式三種。本設(shè)計選用雙極式H型PWM型變換器5。圖繪出了雙極式H型PWM變換器的電路原理圖。百度文庫圖橋式PWM變換器原理圖VTi和VT4同時導(dǎo)通和關(guān)斷，其驅(qū)動電壓Ugi和Ug2為正；VT2和VT3同時導(dǎo)通，其驅(qū)

14、動電壓Ug2=Ug3=-Ugi0其波形如下圖所示。在一個開關(guān)周期內(nèi)，當0tton時，Ugi和Ug4為正；晶體管VTi和VT4飽和導(dǎo)通；而Ug2和Ug3為負，VT2和VT3截止。Us加在AB兩端，Uab=Us,電樞電流id沿回路1流通。tontT時，Ubi和Ub4為負，晶體管VTi和VT4截止；而Ug2和Ug3為正，但是，VT2和VT3并不能立即導(dǎo)通因為在電樞電感釋放儲能的作用下，id沿回路2經(jīng)VD2和VD3續(xù)流，這時，Uab=-Us,Uab在一個周期內(nèi)正負相問。由于電壓Uab的正負變化使電流波形存在兩種情況，具體如上圖所示。idi相當于電動機負載較重的情況，這是平均負載電流大，在連續(xù)階段電流仍

15、維持正方向，電機始終工作在第一象限的電動狀態(tài)。id2相當于負載很輕的情況，平均電流小，在續(xù)流階段電流很快衰減到零，于是VT2和VT3C-e極兩端失去反壓，在負的電源電壓（一Us）和電樞反電動勢的合成作用下導(dǎo)通，電樞電流反向，沿回路3流通，電機處于制動狀態(tài)。與此相仿，在0tton期間，當負載輕時，電流也有一次倒向。雙極式PWM變換器的可逆要視正、負脈沖電壓的寬窄而定。當正脈沖較寬時，ton”則電樞兩端的平均電壓為正，在電動運行時電動機正轉(zhuǎn)。當正脈沖較窄時ton%,平均電壓為負，電動機反轉(zhuǎn)。如果正、負脈沖寬度相等，ton%平均電壓為零，則電動機停止。/雙極式可逆PWM變換器電樞平均端電壓為:百度文

16、庫Ud彳UsUs2ton1-Us()則育()以Ud-定義為PWM的占空比，UsnU_2aRKeP的變化范圍為11。當p為正值時，電動機正轉(zhuǎn)；p為負值時，電動機反轉(zhuǎn)；p=0時，電動機停止。在p=0時雖然電機不動，電樞兩端的瞬時電壓和瞬時電流都不是零，而是交變的。這個交變電流平均值為零，不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩,陡然增大電機的損耗。PWME換器環(huán)節(jié)的數(shù)學模型圖繪出了PWM控制器和變換器的框圖，其驅(qū)動電壓都由PWM控制器發(fā)出，PWM控制與變換器的動態(tài)數(shù)學模型和晶閘管觸發(fā)與整流裝置基本一致。按照上述對PWM變換器工作原理和波形的分析，不難看出，當控制電壓改變時，PWM變換器輸出平均電壓按線性規(guī)律變化，但其響應(yīng)會

17、有延遲，最大的時延是一個開關(guān)周期T。UcPWM控制器Ug*PWM變換器Ud圖PWM變換器環(huán)節(jié)框圖根據(jù)其工作原理，當控制電壓Uc改變時，PWM變換器的輸出電壓要到下一個周期方能改變。因此，脈寬調(diào)制器和PWM變換器合起來可以看成一個滯后環(huán)節(jié)，它的延時最大不超過一個開關(guān)周期To則，當整個系統(tǒng)開環(huán)頻率特性截至頻率滿足cT/3因此PWM控制與變換器(簡稱PWM裝置)也可以看成是一個滯后環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)可以寫成Ws(s)Us)KseTss/()Uc(s)當開關(guān)頻率為10kHz時，T=,在一般的電力拖動自動控制系統(tǒng)中，時間常數(shù)這么小的滯后環(huán)節(jié)可以近似看成是一個一階慣性環(huán)節(jié)，因此百度文庫KcW(s)-KP-(

18、)Ts1Kp脈寬調(diào)制器和PWM變換器的放大系數(shù)。/第4章控制器的設(shè)計PI調(diào)節(jié)器的設(shè)計動態(tài)校正的方法有很多，在電力拖動自動控制系統(tǒng)中，最常用的是串聯(lián)校正和反饋矯正。對于電力電子變換器的直流調(diào)速系統(tǒng)，一般采用PID的串聯(lián)校正方案進行動態(tài)校正。PID調(diào)節(jié)器分為PI,PD,PID三種類型。由PD調(diào)節(jié)器構(gòu)成的超前校正，可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度，并獲得足夠的快速性，但穩(wěn)態(tài)精度可能受到影響；由PI調(diào)節(jié)器構(gòu)成的滯后校正，可以保證穩(wěn)態(tài)精度，但是快速性又受到了影響。PID則兼有兩者的優(yōu)點。通常的調(diào)速系統(tǒng)要求以動態(tài)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)精度為主，所以主要采用PI調(diào)節(jié)器11。在設(shè)計校正裝置時，我們主要的研究工具是伯德圖，即開環(huán)頻域

19、對數(shù)頻率的漸近線。它可以確切的提供穩(wěn)定性和穩(wěn)定裕度的信息，同時能夠大致衡量閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能。在伯德圖上，用來衡量最小相位系統(tǒng)穩(wěn)定裕度的指標是相角裕度和增益裕度，一般要求300600和GM6dB0保留適當?shù)姆€(wěn)定裕度，是考慮到實際系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)餐宿發(fā)生變化的時候不至于失去穩(wěn)定性。穩(wěn)定裕度也能間接反映系統(tǒng)動態(tài)過程的平穩(wěn)性，穩(wěn)定裕度越大意味著動態(tài)過程中振蕩越弱，超調(diào)越小。判斷系統(tǒng)性能一般可以分為以下四個方面：(1)中頻段以-20dB/dec的斜率超過0dB線，而且這一斜率能夠覆蓋足夠的頻帶寬度，則系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能好。(2)截止頻率越高，則系統(tǒng)的快速性越好。/(3)低頻段的休旅陡、增益高，說明系統(tǒng)的穩(wěn)

20、態(tài)精度高。(4)高頻段衰減越高，則有系統(tǒng)抗高頻噪聲干擾的能力強。百度文庫圖PI調(diào)節(jié)器的原理圖PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為:()Kp41s其中Kpi為PI調(diào)節(jié)器比例部分的放大系數(shù)p積分時間常數(shù)。i為微分項中的超前時間常數(shù)，為由Ti0.00833s,Tm0.045s,Ts定條件可知：0.0001s,根據(jù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)/%(工Ts)Ts2K455.4TiTs()MK55.8,原始閉環(huán)傳遞函數(shù)為:Ws55.8(0.011s1)(0.034s1)(0.0001s1)()利用經(jīng)驗整定公式可得PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。10百度文庫/第5章動態(tài)模型和穩(wěn)定性分析反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)模型建立為了分析調(diào)速系統(tǒng)

21、的穩(wěn)定性和動態(tài)品質(zhì)，必須首先建立描述系統(tǒng)的動態(tài)物理規(guī)律和數(shù)學模型，對于連續(xù)的線性定長系統(tǒng)，其數(shù)學模型是常微分方程,經(jīng)過拉氏變換，可用傳遞函數(shù)和動態(tài)結(jié)構(gòu)圖表示。建立系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學模型的基本步驟如下：(1)根據(jù)系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的物理規(guī)律，列出描述該環(huán)節(jié)動態(tài)過程的微分方程。(2)求出各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。(3)組成系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，并求出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。下圖為本文直流閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的等效電路1:圖直流閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的等效電路假定主電路的電流連續(xù)，則動態(tài)方程為：UdoRIdL,E/()dt忽略粘性摩擦及彈性轉(zhuǎn)矩，電動機上的動力學方程為：GD2Rdn八TeTl()375CeCmdt額定勵磁下的感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩分別

22、為：()ECen11百度文庫()TeCm1d式中T1包括電動機在內(nèi)的負載轉(zhuǎn)矩;二、GD2電力拖動系統(tǒng)折算到電動機軸上的飛輪慣量;Cm一額定勵磁下電動機的轉(zhuǎn)矩系數(shù),c30cCmCe；工一電樞回路電磁時間常數(shù),TiTm一電力拖動系統(tǒng)機電時間常數(shù),Tmgd2r375CeCm綜合整理得:UdoER(idTididdt1d1dLTmdeRdt式中IdL一負載電流，IdLL/Cm。變換，得電壓與電流的傳遞函數(shù)為:id(s)Udo(s)E(s)()()在零初始條件下，取等式兩側(cè)的拉氏Ts1()則有電壓電流間的結(jié)構(gòu)框圖:Udo(s)+id(s)E(s)Ts1圖電壓電流間的結(jié)構(gòu)框圖電流與電動勢間的傳遞函數(shù)為:E

23、(s)Id(s)IdL(s)Tms()則有電流電動勢間的結(jié)構(gòu)框圖:12IdL(s)E(s)Tms百度文庫圖電流電動勢間的結(jié)構(gòu)框圖合并得到:圖直流電機的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖"s)4(9n(s)由上圖可以看出，直流電動機有兩個輸入量，一個是施加在電樞上的理想空載電壓，另一個是負載電流。前者是控制輸入量，后者是擾動輸入量。如果不需要在結(jié)構(gòu)圖中顯現(xiàn)出電流，可將擾動量的綜合點移前，再進行等效變換，分別得到IdL0和|dL=0時的變換圖，如圖所示1Ce2TmTSTms1圖直流電動機的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖的變換和簡化經(jīng)過變化和簡化可以得到直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖:1dL圖直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖反饋控制環(huán)的開環(huán)

24、傳遞函數(shù)為：E(s)R1d(s)1dL(s)1Tms13百度文庫其中Ud/Us,設(shè)Idl=0,從給定輸入作用上看，閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)是：WCi(s)TnTTs3s1K反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的特征方程為:它的一般表達式為KpKsCe(1K)1KTmTTs3Tm(TiTs)2TmT；,sss101K1K1K32a0sa1sa2sa3根據(jù)三階系統(tǒng)的勞斯-赫爾維茨判據(jù)，系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是a。0,a10,a20,a30,aa2a0a30因此穩(wěn)定條件為Tm(TiTs)TmTsTmTiTsI1K1K1K(TiTs)(TmTs)(1K)TiTs整理后得到Tm(TT)Ts2TTs()()()

25、()()()()式中右邊稱作系統(tǒng)的臨界放大系數(shù)Kcr,當KKcr時，系統(tǒng)將不穩(wěn)定。從穩(wěn)態(tài)精度講，希望K越大越好。但從動態(tài)穩(wěn)定性的角度講，K的最大取值必須嚴格限制。因為對于一個自動控制系統(tǒng)來說，穩(wěn)定性是它能否正常工作的首要條件。閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突加給定起動的沖擊電流采用轉(zhuǎn)速負反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突然加上給定電壓時，由于慣性，速不可能立即建立起來反饋電壓仍為零，相當于偏差電壓差不多是其穩(wěn)態(tài)工作值的1+K倍。這時由于放大器和變換器的慣性都很小，電樞電壓一下子就達到了它的最高值，對電動機來說相當于全壓起動，顯然是不允許的。堵轉(zhuǎn)電流有些生產(chǎn)機械的電動機可能會遇到堵轉(zhuǎn)的情況，例如由于故障機械軸被卡住，或挖土機運

26、行時碰到堅硬的石塊等等。,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，電流將遠遠超過允許值。如果只依靠過流繼電器或熔斷器保護，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)的起動和堵轉(zhuǎn)時電流過大的問題，系統(tǒng)中必須有自動限制電樞電流的環(huán)節(jié)根據(jù)反饋控制原理，要維持哪一個物理量基本不變，就應(yīng)該引入那個物理量的負反饋。那么引入電流負反饋，應(yīng)該能夠保持電流基本不變，使它不超過允許14百度文庫值。但考慮到正常運行時應(yīng)讓電流自由地隨負載增減，限流作用只需在起動和堵轉(zhuǎn)時起作用，如果采用某種方法，當電流大到一定程度時才接入電流負反饋以限制電流，而電流正常時僅有轉(zhuǎn)速負5熱作人這種方法叫做電流截

27、止負反饋，簡稱截流反饋。/帶電流截止負反饋的無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)+工作原理：上圖是一個無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)的實例，采用比例積分調(diào)節(jié)器以實現(xiàn)無靜差采用電流截止負反饋來限制動態(tài)過程的沖擊電流。TA為檢測電流的交流互感器，經(jīng)整流后得到電流反饋信號。當電流超過截止電流時，高于穩(wěn)壓管VS的擊穿電壓，使晶體三極管VT導(dǎo)通，則PI調(diào)節(jié)器的輸出電壓接近于零，電力電子變換器的輸出電壓急劇下降，達到限制電流的目的。/15百度文庫穩(wěn)壓電源及給定器的設(shè)計電動機給定參數(shù)：PN=3KW,nN=1500rpm,lk=220V,IN=,Ra=5,POu=355kw,Idm=2In。三相橋式整流電路，Ts=5m§Ks=4

28、0=測速反饋系數(shù)=。調(diào)速指標：D=10,S=5%調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)的計算首先確定電機在額定磁通下的電動勢系數(shù)，用以計算電動機開環(huán)系統(tǒng)額定速降。根據(jù)公式CeUnlNRa，可得：nN220215Ce0,1397V-min/r1500系統(tǒng)的輸出功率為Pout=355Vy電樞電阻消耗功率為：Pri2R32.12.1ida522.05W則電力電子變換器內(nèi)阻消耗功率:PpeUdldPoutPr2202.122.0535584.95W由此可以推導(dǎo)出電力電子變換器內(nèi)阻為則開環(huán)系統(tǒng)額定速降為:nopRpePpeTf84.952.12.119.26InR2.1Ce(19.265)0.1397364.68r/min,為滿

29、足系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標，額定負載時的穩(wěn)態(tài)速降應(yīng)為:nNSnciD(1s)則閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)為：15000.0510(10.05)7.89r/minn°pnci364.68d17.8945.22單相橋式整流電路的平均失控時間Ts5ms0/單相橋式全控整流電路總電感量的計算，為了保證最小電流Idmin=10%IdN時電流仍能繼續(xù)，則電樞回路總電感量，即16百度文庫U2L2.87-I”dmin2.872202.10.13.006H電樞回路電磁時間常數(shù)：Tl-30060.1239sR24.26電力拖動系統(tǒng)機電時間常數(shù)：Tm2GD2R375CeCm1024.26375C；30，3.47s。

30、根據(jù)公式(1)可得反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)是:W(s)45.22(0.005s1)(0.4299s23.47s1)2Tm(TsT)Ts2TsTi根據(jù)公式(3)可得，只要K小于系統(tǒng)的臨界放大系數(shù)Kcr,系統(tǒng)即是穩(wěn)定的722.053.47(0.12390.005)0.00520.12390.005而KKKcro顯然，只帶有比例放大器的系統(tǒng)完全能在滿足穩(wěn)態(tài)性能的條件下運前面已經(jīng)求出閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)為K=,則運算放大器的放大系數(shù)應(yīng)為K4522、”.一.Kp20.55。實取Kp21。運算放大器的參數(shù)計算如下：取pKs0.0544R040k，則R1R040k840k。單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)啟動過程突加給定電壓Un后，經(jīng)過調(diào)解器的跟隨作用，Uc、Ud0和Id都跟隨著上升，但是在Id沒有達到負載電流IdL以前，電動機還不能轉(zhuǎn)動。當Id>IdL以后，電動機開始啟動。、由于機電慣性的作用，轉(zhuǎn)速不會很快增長，因而電勢反饋環(huán)節(jié)的偏差電壓UnUnUn的