V-M雙閉環(huán)直流可逆調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真1

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 工作單位： 題 目: V-M雙閉環(huán)直流可逆調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真1 初始條件：1技術(shù)數(shù)據(jù)及技術(shù)指標(biāo)： 直流電動(dòng)機(jī)：PN=60KW , UN=220V , IN=308A , nN=1000r/min ,最大允許電流 Idbl=1.5IN , 三相全控整流裝置：Ks=35 ,電樞回路總電阻 R=0.18 ，電動(dòng)勢(shì)系數(shù)：Ce=0.196V.min/r系統(tǒng)主電路：Tm=0.17s ，Tl=0.012s濾波時(shí)間常數(shù)：Toi=0.0025s , Ton=0.015s,其他參數(shù)：Unm*=8V , Uim*=8V , Ucm=8V i5% , n10%要求完成

2、的主要任務(wù): 1技術(shù)要求： (1) 該調(diào)速系統(tǒng)能進(jìn)行平滑的速度調(diào)節(jié)，負(fù)載電機(jī)可逆運(yùn)行，具有較寬的調(diào)速范圍（D10），系統(tǒng)在工作范圍內(nèi)能穩(wěn)定工作 (2) 系統(tǒng)在5%負(fù)載以上變化的運(yùn)行范圍內(nèi)電流連續(xù) 2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)型式和閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成，畫(huà)出系統(tǒng)組成的原理框圖 (2) 根據(jù)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖, 分析轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的作用, (3) 通過(guò)對(duì)調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)計(jì), 得到轉(zhuǎn)速和電流的仿真波形，并由仿真波形通過(guò)MATLAB來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)器的參數(shù)調(diào)節(jié)。(4) 繪制V-M雙閉環(huán)直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理總圖（要求計(jì)算機(jī)繪圖） (5) 整理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)資料，課

3、程設(shè)計(jì)總結(jié)，撰寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)時(shí)間安排：課程設(shè)計(jì)時(shí)間為一周半，共分為三個(gè)階段：（1） 復(fù)習(xí)有關(guān)知識(shí)，查閱有關(guān)資料，確定設(shè)計(jì)方案。約占總時(shí)間的20%（2） 根據(jù)技術(shù)指標(biāo)及技術(shù)要求，完成設(shè)計(jì)計(jì)算。約占總時(shí)間的40%（3） 完成設(shè)計(jì)和文檔整理。約占總時(shí)間的40%指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日目錄摘要11設(shè)計(jì)任務(wù)及要求2 1.1設(shè)計(jì)任務(wù)2 1.2設(shè)計(jì)要求22 V-M雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)33系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)6 3.1電氣原理圖及說(shuō)明6 3.2平波電抗器的選擇6 3.3變壓器的選擇7 3.4晶閘管的選擇7 3.5保護(hù)電路的設(shè)計(jì)74電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)8 4.1電流環(huán)

4、結(jié)構(gòu)框圖8 4.2電流環(huán)參數(shù)的計(jì)算9 4.2.1時(shí)間參數(shù)的計(jì)算9 4.2.2電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇10 4.2.3電流調(diào)節(jié)器參數(shù)的計(jì)算. 10 4,2,4檢驗(yàn)近似條件.11 4.2.5計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容.115轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)12 5.1轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)框圖的化簡(jiǎn)12 5.2轉(zhuǎn)速環(huán)參數(shù)的計(jì)算13 5.2.1時(shí)間常數(shù)的計(jì)算13 5.2.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇14 5.2.3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的計(jì)算14 5.2.4檢驗(yàn)近似條件.14 5.2.5計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容.15 5.2.6校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量.156電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真166.1電流環(huán)的仿真16 6.1.1電流環(huán)的仿真模型.16 6.1.2電流環(huán)的仿真結(jié)

5、果.166.2轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真17 6.2.1轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真模型.17 6.2.2轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真結(jié)果.187控制及驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)198電氣原理總圖209小結(jié)及體會(huì)22參考文獻(xiàn)23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)。具有調(diào)速范圍廣、精度高、動(dòng)態(tài)性能好和易于控制等優(yōu)點(diǎn)，所以在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。常用的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)有轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)和電流閉環(huán)控制系統(tǒng)，二者都可以在一定程度上克服開(kāi)環(huán)系統(tǒng)造成的電動(dòng)機(jī)靜差率，但是不夠理想。實(shí)際設(shè)計(jì)中常采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，一般使電流環(huán)(ACR)作為控制系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速環(huán)(ASR)作為控制系統(tǒng)的外環(huán)，以此來(lái)提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜

6、態(tài)性能。本文是按照工程設(shè)計(jì)的方法來(lái)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器的。使電動(dòng)機(jī)滿足所要求的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主，即應(yīng)選用典型型系統(tǒng)，而轉(zhuǎn)速環(huán)以抗擾性能為主，即應(yīng)選用典型型系統(tǒng)為主。本次課設(shè)為可逆調(diào)速系統(tǒng)，用到了正反組晶閘管控制。關(guān)鍵詞：直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 電流調(diào)節(jié)器 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 matlab281設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1.1設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)V-M雙閉環(huán)直流可逆調(diào)速系統(tǒng)1技術(shù)數(shù)據(jù)及技術(shù)指標(biāo)： 直流電動(dòng)機(jī)：PN=60KW , UN=220V , IN=308A , nN=1000r/min ,最大允許電流 Idbl=1.5IN , 三相全控整流裝置：Ks=35 ,電樞回路總電阻

7、R=0.18 ，電動(dòng)勢(shì)系數(shù)：Ce=0.196V.min/r系統(tǒng)主電路：Tm=0.17s ，Tl=0.012s濾波時(shí)間常數(shù)：Toi=0.0025s , Ton=0.015s,其他參數(shù)：Unm*=8V , Uim*=8V , Ucm=8V i5% , n10%2技術(shù)要求： (1) 該調(diào)速系統(tǒng)能進(jìn)行平滑的速度調(diào)節(jié)，負(fù)載電機(jī)可逆運(yùn)行，具有較寬的調(diào)速范圍（D10），系統(tǒng)在工作范圍內(nèi)能穩(wěn)定工作 (2) 系統(tǒng)在5%負(fù)載以上變化的運(yùn)行范圍內(nèi)電流連續(xù) 1.2設(shè)計(jì)要求(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)型式和閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成，畫(huà)出系統(tǒng)組成的原理框圖 (2) 根據(jù)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖, 分析

8、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的作用, (3) 通過(guò)對(duì)調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)計(jì), 得到轉(zhuǎn)速和電流的仿真波形，并由仿真波形通過(guò)MATLAB來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)器的參數(shù)調(diào)節(jié)。(4) 繪制V-M雙閉環(huán)直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理總圖（要求計(jì)算機(jī)繪圖） (5) 整理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)資料，課程設(shè)計(jì)總結(jié)，撰寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)2 V-M雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 改變電樞兩端的電壓能使電動(dòng)機(jī)改變轉(zhuǎn)向。盡管電樞反接需要較大容量的晶閘管裝置，但是它反向過(guò)程快，由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，需要可逆運(yùn)行時(shí)經(jīng)常采用兩組晶閘管可控整流裝置反并聯(lián)的可逆線路，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，由正組晶閘管裝置VF供電；反轉(zhuǎn)時(shí)，由反組晶閘管裝置VR供電。如圖1所示兩組晶閘管分別由兩套

9、觸發(fā)裝置控制，可以做到互不干擾，都能靈活地控制電動(dòng)機(jī)的可逆運(yùn)行，所以本設(shè)計(jì)采用兩組晶閘管反并聯(lián)的方式。并且采用三相橋式整流。雖然兩組晶閘管反并聯(lián)的可逆V-M系統(tǒng)解決了電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行的問(wèn)題，但是兩組裝置的整流電壓同時(shí)出現(xiàn)，便會(huì)產(chǎn)生不流過(guò)負(fù)載而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流，稱作環(huán)流，一般地說(shuō)，這樣的環(huán)流對(duì)負(fù)載無(wú)益，只會(huì)加重晶閘管和變壓器的負(fù)擔(dān)，消耗功率。環(huán)流太大時(shí)會(huì)導(dǎo)致晶閘管損壞，因此應(yīng)該予以抑制或消除。為了防止產(chǎn)生直流平均環(huán)流，應(yīng)該在正組處于整流狀態(tài)、Udof 為正時(shí)，強(qiáng)迫讓反組處于逆變狀態(tài)、使Udor為負(fù)，且幅值與Udof相等，使逆變電壓Udor把整流電壓Udof頂住，則

10、直流平均環(huán)流為零。于是 又由于其中，分別為VF和VR的觸發(fā)延遲角。由于兩組晶閘管裝置相同， 兩組的最大輸出電壓是一樣的，因此，當(dāng)直流平均環(huán)流為零時(shí)，應(yīng)有如果反組的控制角用逆變角表示，則 按照這樣控制就可以消除環(huán)流。 a 圖1 兩組晶閘管可控整流裝置反并聯(lián)可逆線路 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則為：先內(nèi)環(huán)后外環(huán)。即從內(nèi)環(huán)開(kāi)始，逐步向外擴(kuò)展。在這里，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。 圖2為轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理圖，圖3為雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖中兩個(gè)調(diào)節(jié)器ASR和ACR分別為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器，二者串級(jí)連接，即把電流調(diào)節(jié)器的輸出作為

11、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸入，再用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。 兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出都是帶限幅作用的。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓U*im決定了電流給定電壓的最大值；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓Ucm限制了電力電子變換器的最大輸出電壓Udm。 為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器。其中主電路中串入平波電抗器，以抑制電流脈動(dòng)，消除因脈動(dòng)電流引起的電機(jī)發(fā)熱以及產(chǎn)生的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的不利影響。 圖2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖 圖3 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 3系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)3.1電氣原理圖及說(shuō)明主電路采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，使電流環(huán)(

12、ACR)作為控制系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速環(huán)(ASR)作為控制系統(tǒng)的外環(huán)，以此來(lái)提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能。二者串級(jí)連接，即把電流調(diào)節(jié)器的輸出作為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸入，再用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。通過(guò)電流和轉(zhuǎn)速反饋電路來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)無(wú)靜差的運(yùn)行。 圖3-1 系統(tǒng)電氣原理框圖3.2平波電抗器的選擇Ud=2.34U2cosaa      Ud=UN=220V, 取aa=0°U2=Ud/2.34cos0=220/2,34=94.0171VIdmin=(5%-10%)IN,這里取10%

13、60;則L=0.693*U2/Idmin=0.693*94.0171/0.1*308=2.1154mHa=aUnm* /nN=8/1000=0.008B=Uim*/Idm=8/(1.5*308)=0.01733.3變壓器的選擇變壓器副邊電壓采用如下公式進(jìn)行計(jì)算：U=Udmax+nUt/AB(cosamin-CUsh I/I2n)已知Udmax=220V，取Ut=1V n=2 A=2.34 B=0.9 amin=10Ush=0.05 I/I2n=1 C=0.5 則U2=110V因此變壓器的變比近似為：K=U1/U2=3.45一次側(cè)和二次側(cè)電流I1和I2的計(jì)算I1=1.05*308*0.861/3

14、.45=81AI2=0.861×308=265A變壓器容量的計(jì)算 S1=m1U1I1=3×380×81=92.3kVAS2=m2U2I2=3×110×265=87.45kVAS=0.5×(S1+S2)=0.5×(92.3+87.45)=89.9kVA因此整流變壓器的參數(shù)為：變比K=3.45，容量S=89.9kVA3.4晶閘管的選擇晶閘管的額定電壓通常選取斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM和反向重復(fù)峰值電壓URRM中較小的標(biāo)值作為該器件的額定電壓。晶閘管的額定電流一般選取其通態(tài)平均電流的1.5-2倍。在橋式整流電路中晶閘管兩端承受的最大

15、正反向電壓均為2U2 晶閘管的額定電壓一般選取其最大正反向電壓的2-3倍。帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)，變壓器二次側(cè)電流有效值I2是其輸出直流電流有效值Id的一半，而對(duì)于橋式整流電路，晶閘管的通態(tài)平均電流IVT=( 2/2 )*I ，則在本設(shè)計(jì)中晶閘管的額定電流IVT(AV)=562-750A,本設(shè)計(jì)中晶閘管的額定電壓UN=311-466V.3.5保護(hù)電路的設(shè)計(jì)對(duì)于過(guò)電壓保護(hù)本設(shè)計(jì)采用RC過(guò)電壓抑制電路，該裝置置于供電變壓器的兩側(cè)或者是電力電子電路的直流上，如圖3-2所示。對(duì)于過(guò)電流保護(hù)本設(shè)計(jì)采用在電力變壓器副邊每相母線中串接快速熔斷器的方法來(lái)保護(hù)電路. 圖3-2 過(guò)壓保護(hù)電路4電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)

16、4.1電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖 電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡(jiǎn)化分為忽略反電動(dòng)勢(shì)的動(dòng)態(tài)影響、等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)、小慣性環(huán)節(jié)的近似處理等環(huán)節(jié)。  在一般情況下，系統(tǒng)的電磁時(shí)間常數(shù) Tl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(lái)說(shuō)，反電動(dòng)勢(shì)是一個(gè)變化較慢的擾動(dòng)，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,即DE0。這時(shí)，電流環(huán)如圖4-1所示。 圖4-1忽略反電動(dòng)勢(shì)動(dòng)態(tài)影響的電流環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖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)內(nèi)，同時(shí)把給定信號(hào)改成U*i(s) /b ，則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)，如圖4-2所示。 圖4-2 等效成單位負(fù)反饋系

17、統(tǒng)的電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖最后，由于Ts 和 T0i 一般都比Tl 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 Ti = Ts + Toi 則電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖最終簡(jiǎn)化成圖4-3所示。4.2電流環(huán)參數(shù)的計(jì)算4.2.1時(shí)間常數(shù)的計(jì)算(1)整流裝置滯后時(shí)間常數(shù) Ts。按表1，三相橋式電路的平均失控時(shí)間Ts=0.0017s。(2)電流濾波時(shí)間常數(shù)本設(shè)計(jì)初始條件已給出，即Toi=0.0025s。(3)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和T=Ts+Toi=0.0042s 表1 各種整流裝置的失控時(shí)間4.2.2電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇從穩(wěn)態(tài)要求上看，希望電流無(wú)靜差，以得到理想的堵轉(zhuǎn)特性，采用 I 型系統(tǒng)就夠了。從

18、動(dòng)態(tài)要求上看，實(shí)際系統(tǒng)不允許電樞電流在突加控制作用時(shí)有太大的超調(diào)，以保證電流在動(dòng)態(tài)過(guò)程中不超過(guò)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，為此，電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主，應(yīng)選用典型I型系統(tǒng)。 電流環(huán)的控制對(duì)象是雙慣性型的，要校正成典型 I 型系統(tǒng)，顯然應(yīng)采用PI型的電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可以寫成 式中 Ki 電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； ti 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：，參照典型型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系表格，可以看出各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的。4.2.3電流調(diào)節(jié)器參數(shù)的計(jì)算電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：tti=Tl=0.012s。電流環(huán)開(kāi)環(huán)增益：要求i5%時(shí)，應(yīng)取K

19、ITi=0.5，因此KI=0.5/Ti=119.04s-1于是，ACR的比例系數(shù)為：4.2.4校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率：ci=KI=119.04s-1。檢驗(yàn)晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件：s-1 > ci 滿足近似條件檢驗(yàn)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： s-1<ci,滿足近似條件檢驗(yàn)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：>ci 滿足近似條件4.2.5計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容 由圖4-4，按所用運(yùn)算放大器取R0=40kW，各電阻和電容值為按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)為i=4.3%<5%,滿足設(shè)計(jì)要求。 圖4-4 含給定濾波與反饋濾波的 PI型

20、電流調(diào)節(jié)器5轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)5.1轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)框圖的化簡(jiǎn)電流環(huán)經(jīng)簡(jiǎn)化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，接入轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，電流環(huán)等效環(huán)節(jié)的輸入量應(yīng)為Ui*(s),因此電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應(yīng)等效為用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)后，整個(gè)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖便如圖5-1所示。和電流環(huán)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(hào)改成U*n(s)/a，再把時(shí)間常數(shù)為1 / KI 和 T0n 的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并起來(lái)，近似成一個(gè)時(shí)間常數(shù)為的慣性環(huán)節(jié)，其中圖5-1 用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)的轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖最后轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖為圖5-2。圖5-2等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)和小慣性的近似處理的轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)框圖5.2轉(zhuǎn)速環(huán)參

21、數(shù)的計(jì)算5.2.1時(shí)間常數(shù)的計(jì)算1)電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)1/KI。由電流環(huán)參數(shù)可知KITi=0.5，則 2)轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)Ton。根據(jù)已知條件可知Ton=0.015s。3)轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)Tn。按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取5.2.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，在負(fù)載擾動(dòng)作用點(diǎn)前面必須有一個(gè)積分環(huán)節(jié)，它應(yīng)該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 中，現(xiàn)在在擾動(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(kāi)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 型系統(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。由此可見(jiàn)，ASR也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 式中 Kn 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； t n 轉(zhuǎn)

22、速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。5.2.3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的計(jì)算按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取h=5，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益為 ASR的比例系數(shù)為5.2.4檢驗(yàn)近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為 1) 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為 滿足近似條件2) 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為 滿足近似條件5.2.5計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容根據(jù)圖5-3，取R0=40k，則圖5-3 含給定濾波與反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器5.2.6校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量當(dāng)h=5時(shí)，查詢典型型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)的表格可以看出，不能滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)際上，上述表格是按照線性系統(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A

23、SR退飽和的情況重新計(jì)算超調(diào)量。此時(shí)超調(diào)量為：能滿足設(shè)計(jì)要求。6電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真6.1電流環(huán)的仿真6.1.1電流環(huán)的仿真模型 電流環(huán)的仿真模型如圖6-1所示。 圖6-1電流環(huán)的仿真模型6.1.2電流環(huán)的仿真結(jié)果 電流環(huán)的仿真結(jié)果如圖6-2所示。 圖6-2電流環(huán)的仿真結(jié)果6.2轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真6.2.1轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真模型 轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真模型如圖6-3所示。 圖6-3轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真模型6.2.2轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真結(jié)果 轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真結(jié)果如圖6-4所示。 圖6-4 轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真結(jié)果7控制及驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 晶閘管整流電路是通過(guò)控制觸發(fā)角a的大小，即控制觸發(fā)脈沖的起始相位來(lái)控制輸出電壓的大小。為保證整流電路的正常工作，應(yīng)確保觸發(fā)角a的大小在正確的時(shí)刻向電路中的晶閘管施加有效的觸發(fā)脈沖。為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過(guò)程，在本設(shè)計(jì)中采用集成觸發(fā)器KJ004作為晶閘管觸發(fā)電路主要元器件。  驅(qū)動(dòng)控制原理圖如圖7-1所示。 圖7-1 驅(qū)動(dòng)、控制電路原理圖 8電氣原理總圖 9小結(jié)及體會(huì) 通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我進(jìn)一步了解了晶閘管-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的組成與工作原理、控制單元的工程設(shè)計(jì)方法等。本設(shè)計(jì)包含了