樣版~自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計

1、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計參考班 級：學 號：姓 名： 指導教師： 目 錄1 課程設(shè)計的目的 12 課程設(shè)計的主要內(nèi)容 12.1 系統(tǒng)的組成 12.2 系統(tǒng)的工作原理 22.3 系統(tǒng)的靜特性分析 22.4 系統(tǒng)的動態(tài)過程分析 32.5 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計 42.6 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計 72.7 電流環(huán)的仿真 92.8 轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真 112.9 過電流保護 163 設(shè)計結(jié)果分析 173.1 電壓變化和負載變化引起的擾動情況 173.2 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)存在的缺點及解決方案 183.3 電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用 193.4 采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的理由 194 設(shè)計心得體會 21

2、參考文獻 22課程設(shè)計說明書 NO.11 課程設(shè)計的目的自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計是學習理論課程之后的實踐教學環(huán)節(jié)。目的是使學生鞏固和加深課程的理論知識，結(jié)合實際，融會貫通。進一步培養(yǎng)學生獨立分析和解決實際工程技術(shù)問題的能力。充分發(fā)掘自身的潛力，開拓思路設(shè)計雙閉環(huán) 直流調(diào)速系統(tǒng)。并掌握其系統(tǒng)的組成、工作原理、調(diào)節(jié)器的設(shè)計及Simulink仿真等內(nèi)容，同時在計算、繪圖、編號、設(shè)計說明書等方面得到訓練，為今后的學習工作奠定基礎(chǔ)。2 課程設(shè)計的主要內(nèi)容2.1 系統(tǒng)的組成如圖1所示，為了使轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器，即轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ASR）和電流調(diào)節(jié)器（ACR），二者之間實行嵌套

3、（或稱串級）連接，且都帶有輸出限幅電路。把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當作電流調(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、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)1。圖中ASR為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，ACR為電流調(diào)節(jié)器，TG為測速發(fā)電機，TA為電流互感器，UPE為電力電子變換器，為轉(zhuǎn)速給定電壓，為轉(zhuǎn)速反饋電壓，為電流給定電壓，為電流反饋電壓。圖1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 課程設(shè)計說明書 NO.22.2 系統(tǒng)的工作原理如圖2所示，圖中標出了兩個調(diào)節(jié)器輸入輸出的電壓的實際極性，他們是按照電力電子變換器的控制電壓U為正電壓的情況標出的，并考慮到

4、運算放大器的倒相作用。為了獲得良好的靜、動態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器。在啟動過程中由于外環(huán)很快達到飽和，只有電流負反饋起作用，此時相當于在最大允許起動轉(zhuǎn)矩的情況下進行恒流起動，系統(tǒng)能獲得最大的加速度，且電流和轉(zhuǎn)速負反饋分別加到兩個調(diào)節(jié)器的輸入端，到達穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，轉(zhuǎn)速環(huán)起作用，系統(tǒng)進行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，使轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，此時電流環(huán)只起跟隨作用，這樣就可以實現(xiàn)準時間最優(yōu)控制，使系統(tǒng)能夠獲得良好的靜、動態(tài)性能。圖2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖2.3 系統(tǒng)的靜特性分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)如圖3所示，兩個調(diào)節(jié)器均采用帶限幅作用的PI調(diào)節(jié)器。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓U決定了電流給定

5、的最大值，電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓U限制了電力電子變換器的最大輸出電壓U1。分析靜特性的關(guān)鍵是掌握PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征，一般使存在兩種狀況：飽和輸出達到限幅值，不飽和輸出未達到限幅值。當調(diào)節(jié)器飽和時，輸出達到限 課程設(shè)計說明書 NO.3幅值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號使調(diào)節(jié)器退出飽和。換句話說，飽和的調(diào)節(jié)器暫時隔斷了輸入和輸出間的聯(lián)系，相當于使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。當調(diào)節(jié)器不飽和時，PI調(diào)節(jié)器工作在線性調(diào)節(jié)狀態(tài)，其作用是使輸入偏差電壓U在穩(wěn)態(tài)時為零。圖3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 電流反饋系數(shù)2.4 系統(tǒng)的動態(tài)過程分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓U由靜止狀

6、態(tài)起動時，轉(zhuǎn)速和電流的動態(tài)起動過程如圖4所示。由于在啟動過程中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR歷經(jīng)了不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個動態(tài)過程就分為圖中標明的、三個階段。第階段是電流上升階段。第階段是恒流升速階段。第階段是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。圖4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動過程的轉(zhuǎn)速和電流波形 課程設(shè)計說明書 NO.4雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)由直流電動機環(huán)節(jié)、功率驅(qū)動環(huán)節(jié)、電流轉(zhuǎn)速控制環(huán)節(jié)共同構(gòu)成，通過推導可以得到雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋的作用，分別設(shè)置了轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器。兩個調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器，在實際運行中可能處于不飽和、飽和兩種狀態(tài)。其次，雙

7、閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)包含可電流、轉(zhuǎn)速兩個控制回路，所以系統(tǒng)不能簡單地用線性控制理論分析2。用工程設(shè)計的方法來設(shè)計轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的兩個調(diào)節(jié)器，應(yīng)按照設(shè)計多環(huán)控制系統(tǒng)“先內(nèi)環(huán)后外環(huán)”的一般原則。從內(nèi)環(huán)開始，逐步向外擴展。在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，應(yīng)該首先設(shè)計電流調(diào)節(jié)器，然后把整個電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一個環(huán)節(jié)，再設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖5所示，圖中增加了濾波環(huán)節(jié)，包括電流濾波、轉(zhuǎn)速濾波和兩個給定信號的濾波環(huán)節(jié)。有測速發(fā)電機得到的轉(zhuǎn)速反饋電壓含有換向文波，因此也需要濾波，濾波時間常數(shù)用T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間常數(shù)為T的給定濾波環(huán)節(jié)。圖5 雙

8、閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖2.5 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計 整流裝置采用三相橋式電路，基本數(shù)據(jù)如下：直流電動機：220V，136A，1000r/min，=0.192V·min/r，允許過載倍數(shù)=1.5；晶閘管裝置放大系數(shù)：K=44；電樞回路總電阻：R=1； 課程設(shè)計說明書 NO.5時間常數(shù)：T=0.0167s，T=0.075s；電流反饋系數(shù)：=0.05V/A（10V/1.5I）。設(shè)計要求：設(shè)計電流調(diào)節(jié)器，要求電流超調(diào)量5%。（1）確定時間常數(shù)整流裝置滯后時間常數(shù)T=0.00167s。電流濾波時間常數(shù)T。三項橋式電路每個波頭的時間是3.3ms，為了基本濾平波頭，應(yīng)有（12）T=3.33ms，

9、因此取T=2ms=0.002s。電流環(huán)小時間常數(shù)之和T= T+ T=0.00367。（2）選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計要求5%，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，可按典型型系統(tǒng)設(shè)計電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對象是雙慣型的，因此可用PI型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：W（s）=檢查對電源電壓的抗擾性能：4.55，各項指標都是可以接受的。（3）計算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)：=0.0167s。電流環(huán)開環(huán)增益：要求5%時，應(yīng)取=0.5，因此K=s136.2 s于是，ACR的比例系數(shù)為=1.034課程設(shè)計說明書 NO.6（4）校驗近似條件電流環(huán)截止頻率：=136.2 s校驗晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件= s19

10、9.6 滿足近似條件校驗忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件3=3* s84.8 滿足近似條件校驗電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件=* s182.4 s 滿足近似條件（5）計算調(diào)節(jié)器電阻和電容電流調(diào)節(jié)器原理圖如圖所示，按運算放大器取R=40k，各電阻和電容值計算如下：1.034*40k=41.36 k 取40 kC=0.41F 取0.4FC=0.2F 取0.2F按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達到的動態(tài)跟隨性能指標為=4.3%5% 滿足設(shè)計要求課程設(shè)計說明書 NO.7圖6 含給定濾波和反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器2.6 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計除電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計中已給出數(shù)據(jù)外，已知：轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)=0.01V

11、83;min/r，要求轉(zhuǎn)速無靜差，空載起動到額定轉(zhuǎn)速時轉(zhuǎn)速超調(diào)量10%。（1）確定時間常數(shù)電流環(huán)等效時間常數(shù)。由電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計，已取=0.5，則=2T=2*0.00367s=0.00734轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)T。根據(jù)所用測速發(fā)電機的波紋情況，取T=0.01s。轉(zhuǎn)速小時間常數(shù)T。按小時間常數(shù)近似處理，取T=+ T=0.00734+0.01=0.01734（2）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按照設(shè)計要求，選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：W（S）=（3）計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取h=5，則ASR的超前時間常數(shù)為=5*0.01734=0.0867s 課程設(shè)計說明書 NO.8轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為K=

12、s399.1 sASR的比例系數(shù)為K=2.5（4）檢驗近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為=K=399.1*0.0867s34.6 s電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件= s64.2 s 滿足簡化條件轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件= s38.9 s 滿足近似條件（5）計算調(diào)節(jié)器電阻和電容轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖7所示，取R=40k，則2.5*40k=100k 取100kC=F0.867F 取1FC=1F 取1F（6）校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量當h=5時，=37.6%，不能滿足設(shè)計要求。按ASR退保和的情況重新計算超調(diào)量。課程設(shè)計說明書 NO.9（7）退飽和時轉(zhuǎn)速超調(diào)量的計算=2（）（）=2*81.2%*1.5*8.98%10%滿足設(shè)計

13、要求圖7 含給定濾波與反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器2.7 電流環(huán)的仿真電流環(huán)的仿真模型如圖8所示，其中晶閘管整流裝置輸出電流可逆。圖8 電流環(huán)的仿真模型圖9（a）的PI參數(shù)是根據(jù)上述電流環(huán)設(shè)計的結(jié)果設(shè)定的，參數(shù)關(guān)系是KT=0.5。在此基礎(chǔ)上，利用圖8的仿真模型，可以觀察PI參數(shù)對跟隨性能指標的影響趨勢，找到符合工程要求的更合適的參數(shù)。以KT=0.25的關(guān)系式按典型系統(tǒng)的設(shè)計方法得到了PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為0.517+，很快地得到了電流環(huán)的階躍響應(yīng)課程設(shè)計說明書 NO.10的仿真結(jié)果如圖9(b)所示，無超調(diào)，但上升時間長；以KT=1.0的關(guān)系式得到PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為2.068+，同樣得到了電流

14、環(huán)的階躍響應(yīng)的仿真結(jié)果如圖9(c)所示，超調(diào)大，但上升時間短。KT=0.5時的超調(diào)量=4.2%KT=0.25時的超調(diào)量=0%KT=1.0時的超調(diào)量=23.4%圖9（a）、(b)分別給定KT=0.5和KT=0.25時的階躍響應(yīng)曲線，可以看出，給定量不同時，對應(yīng)超調(diào)量過渡過程時間不相同。給定KT=0.25時，過渡過程時間約為0.2s，超調(diào)量為0；而當給定KT=0.5時，過渡過程時間約為0.4s，超調(diào)量約為4.2%?？梢婋S著KT的增大，過渡過程時間和超調(diào)量都變大。KT過大時，系統(tǒng)的動態(tài)性能滿足不了使用要求的需要。圖9(a) 電流環(huán)的仿真結(jié)果課程設(shè)計說明書 NO.11圖9(b) 無超調(diào)的仿真結(jié)果圖9(

15、c) 超調(diào)量較大的仿真結(jié)果2.8 轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真模型如圖12所示。圖10 轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真模型課程設(shè)計說明書 NO.12雙擊階躍輸入模塊把階躍值設(shè)置為10。ASR調(diào)節(jié)器經(jīng)過了不飽和、飽和、退飽和三個階段，最終穩(wěn)定運行于給定轉(zhuǎn)速。圖11（a）的PI參數(shù)是根據(jù)上述轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計的結(jié)果設(shè)定的，參數(shù)關(guān)系是KT=0.5。在此基礎(chǔ)上，利用圖10的仿真模型，可以觀察PI參數(shù)對跟隨性能指標的影響趨勢，找到符合工程要求的更合適的參數(shù)。以KT=0.25的關(guān)系式按典型系統(tǒng)的設(shè)計方法得到了PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為1.25+，很快地得到了電流環(huán)的階躍響應(yīng)的仿真結(jié)果如圖11(b)所示；以KT=1.0的關(guān)系式得到了PI調(diào)節(jié)

16、器的傳遞函數(shù)為5+，同樣得到了電流環(huán)的階躍響應(yīng)的仿真結(jié)果如圖11(c)所示；KT=2.0的關(guān)系式得到了PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為10+，同樣得到了電流環(huán)的階躍響應(yīng)的仿真結(jié)果如圖11(d)。KT=0.5時的超調(diào)量=37.6% KT=0.25時的超調(diào)量=44.3%KT=1.0時的超調(diào)量=28.2%KT=2.0時的超調(diào)量=7.5%圖11（a）、(d)分別給定KT=0.5和KT=2時的階躍響應(yīng)曲線，可以看出，給定量不同時，對應(yīng)超調(diào)量過渡過程時間不相同。給定KT=2時，過渡過程時間約為0.55s，超調(diào)量為7.5%；而當給定KT=0.5時，過渡過程時間約為0.3s，超調(diào)量約為37.6%?？梢婋S著KT的減小，過

17、渡過程時間減小，但超調(diào)量增大。KT過小時，系統(tǒng)的動態(tài)性能滿足不了使用要求的需要。課程設(shè)計說明書 NO.13圖11（a） KT=0.5時轉(zhuǎn)速環(huán)空載高速起動波形圖圖11（b） KT=0.25時轉(zhuǎn)速環(huán)空載高速起動波形圖圖11（c） KT=1.0時轉(zhuǎn)速環(huán)空載高速起動波形圖課程設(shè)計說明書 NO.14圖11（d） KT=2.0時轉(zhuǎn)速環(huán)空載高速起動波形圖雙擊階躍輸入模塊把階躍值設(shè)置為10。把負載電流的設(shè)置為136，滿載起動，其轉(zhuǎn)速與電流響應(yīng)曲線如圖12(a)所示，起動時間延長，退飽和超調(diào)量減少。圖12（a）的PI參數(shù)是根據(jù)上述電流環(huán)設(shè)計的結(jié)果設(shè)定的，參數(shù)關(guān)系是KT=0.5。以KT=0.25的關(guān)系式按典型系統(tǒng)

18、的設(shè)計方法得到了PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為1.25+，很快地得到了電流環(huán)的階躍響應(yīng)的仿真結(jié)果如圖12(b)所示；以KT=1.0的關(guān)系式得到了PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為5+，同樣得到了電流環(huán)的階躍響應(yīng)的仿真結(jié)果如圖12(c)所示；以KT=2.0的關(guān)系式得到了PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為10+，同樣得到了電流環(huán)的階躍響應(yīng)的仿真結(jié)果如圖12(d)所示。KT=0.5時的超調(diào)量=11.2%KT=0.25時的超調(diào)量=20.0%KT=1.0時的超調(diào)量=9.0%KT=2.0時的超調(diào)量=7.5%圖12（a）、(d)分別給定KT=0.5和KT=2時的階躍響應(yīng)曲線，可以看出，給定量不同時，對應(yīng)超調(diào)量過渡過程時間不相同。給定KT=

19、2時，過渡過程時間約為0.55s，超調(diào)量為7.5%；而當給定KT=0.5時，過渡過程時間約為0.3s，超調(diào)量約為11.2%。可見隨著KT的減小，過渡過程時間減小，但超調(diào)量增大。KT過小時，課程設(shè)計說明書 NO.15系統(tǒng)的動態(tài)性能滿足不了使用要求的需要。圖12（a） KT=0.5時轉(zhuǎn)速環(huán)滿載高速起動波形圖圖12（b） KT=0.25時轉(zhuǎn)速環(huán)滿載高速起動波形圖圖12（c） KT=1.0時轉(zhuǎn)速環(huán)滿載高速起動波形圖課程設(shè)計說明書 NO.16圖12（d） KT=2.0時轉(zhuǎn)速環(huán)滿載高速起動波形圖2.9 過電流保護要求是在控制電路中檢測到電流，然后能馬上切斷晶閘管的電壓實現(xiàn)保護?？梢赃x擇用穩(wěn)壓管或電壓比較器

20、。下面是選用電壓比較器LM393的設(shè)計方案，一個輸入端輸入來自電流檢測的電流信號；另一個輸入端輸入過電流設(shè)定值。LM393的電機保護電路圖如圖16所示。圖16 LM393的電機保護電路圖設(shè)計思路（1）當A點電壓大于B點電壓時，Vout反轉(zhuǎn)，由低電平變?yōu)楦唠娖?，儀器報警，課程設(shè)計說明書 NO.17以防止電機過載損壞；（2）運放實際供電為5.12V（微機-11型電源+5V輸出）；（3）LM741負輸入端基準電壓V=5*R4/（R3+R4）=1.503V；（4）C1,C2濾波；R1為2W、1%金屬膜電阻；R2,R5保護運放LM741正負輸入端；R3,R4為LM741負輸入端分壓電阻，精度為1%；R6

21、反饋電阻，保護芯片；R6保護輸出端目標；（5）電機用電阻替代，以實現(xiàn)A點分壓；（6）LM741正輸入端電壓來自“微機-11型電源”的+6V26V在R1上的分壓，R1和電機代替電阻根據(jù)具體情況配置；（7）LM741負輸入端電壓來自“微機-11型電源”的+5V在R4上的分壓，R3和R4根據(jù)具體情況配置；（8）當B點分壓為1.5V、1V、0.4V，A點分壓大于或小于B點電壓時，運放輸出均為高電平，不能達到使用要求；（9）將B點分壓配置為2.476V,調(diào)節(jié)A端分壓： 當A點分壓小于2.476V時，輸出Vout為低電平1.795V；當A點分壓大于2.476V時，輸出Vout為高電平4.

22、57V。芯片用作比較器正常工作；（10）進行進一步測試，當負端輸入電壓小于2.0V時，芯片用作比較器時不能正常工作。3 設(shè)計結(jié)果分析直流電機雙閉環(huán)系統(tǒng)是常見的伺服系統(tǒng).對于伺服的控制需要對它的運行狀態(tài)驚醒辨識，而這些狀態(tài)往往無法直接通過測量得到，需要設(shè)計并通過相應(yīng)的狀態(tài)觀察器得到。同時，從實際觀測的角度出發(fā)，為消除存在的干擾，需要對電機系統(tǒng)的輸出（從實時情況下測量得到電機的轉(zhuǎn)動速度）和系統(tǒng)狀態(tài)進行濾波處理3。3.1 電壓變化和負載變化引起的擾動情況（1）電壓變化引起的擾動 采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)后，由于增加了電流內(nèi)環(huán)，而電網(wǎng)電壓擾動被包圍在電流環(huán)里面，當電網(wǎng)電壓發(fā)生波動時，可以通過電流反

23、饋得到及時調(diào)節(jié)，課程設(shè)計說明書 NO.18不必等到它影響到轉(zhuǎn)速后，再由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器作出反應(yīng)。因此，在雙閉環(huán)直流調(diào)節(jié)系統(tǒng)系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電壓擾動所引起的動態(tài)速度變化要比在單閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中小的多4。（2）負載變化引起的擾動隨著負載轉(zhuǎn)矩T的變化，ASR和ACR的輸出電壓也發(fā)生相應(yīng)的變化。因此，負載變化的過程是ASR調(diào)節(jié)作用的過程，依靠它的輸出電壓的相應(yīng)變化，使ACR和晶閘管整流裝置的輸出電壓的變化來補償負載電壓I在主電路電阻上引起的電壓變化，以保證穩(wěn)定狀態(tài)下電動機的轉(zhuǎn)速等于給定轉(zhuǎn)速。在整個過程中，ACR的作用是始終力圖使發(fā)動機電流與ASR的輸出電壓相當，對抗負載擾動沒有好處反而有一定不利的影響4。3.2

24、 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)存在的缺點及解決方案由雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)得分析可知，該系統(tǒng)的最大特點是電動機的上升加速度/可以任意控制，起動過程能實現(xiàn)時間最優(yōu)控制。但是，通過其起動波形發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)還存在如下三個缺點5。（1）轉(zhuǎn)速從高速變低速時控制系統(tǒng)失控。因為當可控整流裝置的輸出電壓由大變小時，電動機所儲存的能量無法回饋給電網(wǎng)，所以造成控制系統(tǒng)失控。（2）第第階段的電流上升率不能控制。我們希望在第階段的上升率越大越好，因為電流上升率越大，越接近理想的起動波形，但是晶閘管和大功率三極管不允許有過大的電流變化率。（3）啟動結(jié)束時，轉(zhuǎn)速必須出現(xiàn)超調(diào)才能使轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR退出飽和狀態(tài)

25、。通過前面的分析我們知道，由于轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)給定起動電流的可變性，導致上升時間短，超調(diào)量卻不一定的現(xiàn)象出現(xiàn)，但是還是有超調(diào)。如果生產(chǎn)工藝要求不允許有超調(diào)，如何來解決這個問題呢？問題關(guān)鍵點已經(jīng)明確，如果能找到一種方法即讓轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸入信號極性改變，又要讓實際轉(zhuǎn)速不超調(diào)，問題就會全面解決。要解決這個問題，就是讓轉(zhuǎn)課程設(shè)計說明書 NO.19速調(diào)節(jié)器提前退飽和，目前廣泛采用兩種方法。一是瞬間降低轉(zhuǎn)速給定電壓，二是自動提高轉(zhuǎn)速反饋電壓。第二種又分為改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)和采用轉(zhuǎn)速微分負反饋。這里我就不一一介紹。3.3 電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(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)器的調(diào)節(jié)系統(tǒng)是主導調(diào)

26、節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速n很快地跟隨給定電壓U變化，穩(wěn)態(tài)時可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用PI調(diào)節(jié)器，則可實現(xiàn)無靜差。（2）對負載變化起抗擾作用。（3）其輸出限幅值決定電動機允許的最大電流。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)的調(diào)節(jié)過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓U（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化。（2）對電網(wǎng)電壓的波動起即使抗擾的作用。（3）在轉(zhuǎn)速動態(tài)過程中，保證獲得電動機允許的最大電流，從而加快動態(tài)過程。（4）當電動機過載甚至堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動恢復正常。這個作用對系統(tǒng)的可靠運行來說是十分重要的。3.4 采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速

27、系統(tǒng)的理由同開環(huán)控制系統(tǒng)相比，閉環(huán)控制具有一系列優(yōu)點。在反饋控制系統(tǒng)中，不管出于什么原因（外部擾動或系統(tǒng)內(nèi)部變化），只要被控制量偏離規(guī)定值，就會產(chǎn)生相應(yīng)的控制作用去消除偏差。因此，它具有抑制干擾的能力，對元件特性變化不敏感，并能改善系統(tǒng)的響應(yīng)特性。由于閉環(huán)系統(tǒng)的這些優(yōu)點因此選用閉環(huán)系統(tǒng)。單閉環(huán)速度反饋調(diào)速系統(tǒng)，采用PI控制器時，可以保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)速度誤差為零。但是如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，如果要求快速起制動，突加負載動態(tài)速降小等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。這主要是因為在單閉環(huán)系課程設(shè)計說明書 NO.20統(tǒng)中不能完全按照要求來控制動態(tài)過程的電流或轉(zhuǎn)矩。另外，單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)抗干擾性較差，當

28、電網(wǎng)電壓波動時，必須待轉(zhuǎn)速發(fā)生變化后，調(diào)節(jié)作用才能產(chǎn)生，因此動態(tài)誤差較大。在要求較高的調(diào)速系統(tǒng)中，一般有兩個基本要求：一是能夠快速啟動制動；二是能夠快速克服負載、電網(wǎng)等干擾。通過分析發(fā)現(xiàn)，如果要求快速起動，必須使直流電動機在起動過程中輸出最大的恒定允許電磁轉(zhuǎn)矩，即最大的恒定允許電樞電流，當電樞電流保持最大允許值時，電動機以恒加速度升速至給定轉(zhuǎn)速，然后電樞電流立即降至負載電流值。如果要求快速克服電網(wǎng)的干擾，必須對電樞電流進行調(diào)節(jié)。以上兩點都涉及電樞電流的控制，所以自然考慮到將電樞電流也作為被控量，組成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。課程設(shè)計說明書 NO.214 設(shè)計心得體會通過了一周的自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計，讓我懂得了更多與專業(yè)方面知識有關(guān)的東西，為下學期的學習打下了更堅實的基礎(chǔ)。自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計的內(nèi)容有很多老師并沒有講過，書上也沒有，也就是說完成了課程設(shè)計以后我們才算真正的完整的學完了自動控制系統(tǒng)這門課。課程