雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)試系統(tǒng)設(shè)計

1、雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計一、設(shè)計目的1、通過對實際綜合實驗的培養(yǎng)，加強資料收集整理能力、自習(xí)能力；2 、熟悉相關(guān)實驗裝置；3 、加深對運動控制系統(tǒng)課程的認(rèn)識理解，培養(yǎng)良好的專業(yè)理論水平和實際設(shè)計能力；4 、了解雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的原理，組成以及各單元模塊的作用。二、設(shè)計要求1 、靜差率 s1% ；2 、過渡過程較為平穩(wěn)；三、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)（簡稱雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)）是由單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展而來的。 采用轉(zhuǎn)速負反饋和PI 調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)無靜差，且采用電流截止負反饋作限流保護可以限制啟（制）動時的最大電流。但是，單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)

2、存在以下問題需要解決。1 、在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中用一個調(diào)節(jié)器綜合多種信號，各參數(shù)間相互影響，難于進行調(diào)節(jié)器動態(tài)參數(shù)的調(diào)節(jié)，系統(tǒng)的動態(tài)性能不夠好。在采用電流截止負反饋和轉(zhuǎn)速負反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，一個調(diào)節(jié)器需完成兩種調(diào)節(jié)任務(wù)：正常負載時是實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)，過載時進行電流調(diào)節(jié)。一般而言，在這種情況下，調(diào)節(jié)器的動態(tài)參數(shù)無法保證兩種調(diào)節(jié)過程同時具有良好的動態(tài)品質(zhì)。2 、系統(tǒng)中采用電流截止負反饋環(huán)節(jié)來限制啟動電流，不能充分利用電動機的過載能力獲得最快的動態(tài)響應(yīng)，即最佳過渡過程。在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，采用電流截止負反饋環(huán)節(jié)限制了最大電流，但它并不能很理想地控制電流的動態(tài)波形。 系統(tǒng)啟動時，電流達到最大值后會隨著

3、轉(zhuǎn)速的上升，反電勢的增加而迅速下降。這樣，電動機的啟動轉(zhuǎn)矩也迅速下降，從而使啟動加速1過程變慢， 其啟動電流及轉(zhuǎn)速波形見圖1 左圖所示，而有些調(diào)節(jié)系統(tǒng)， 如龍門刨床、軋鋼機等經(jīng)常處于正、 反轉(zhuǎn)狀態(tài)，為了提高生產(chǎn)率， 要求盡量縮短過渡過程的時間。因此，希望能充分利用電動機所允許的過載能力，在啟動過程中保持電流（轉(zhuǎn)矩）為允許的最大值不變，以使系統(tǒng)盡可能用最大的加速度啟動，轉(zhuǎn)速直線上升，達到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，盡快使電流下降為穩(wěn)態(tài)值，并轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運行。這樣的理想啟動過程波形示于圖 1 右圖中，這就是調(diào)速系統(tǒng)在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限制的條件下的最佳啟動過程。圖 1 直流電動機啟動的過渡過程實際上，由于主電路電感的

4、作用，電流不能突變，圖1 右圖所示理想波形不能實現(xiàn)，只能盡量逼近。為了獲得近似理想地過渡過程，并克服幾個信號綜合于一個調(diào)節(jié)器輸入端的缺點，最好的辦法就是將主要的被調(diào)量轉(zhuǎn)速與輔助調(diào)量電流分開加以控制，用兩個調(diào)節(jié)器分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，構(gòu)成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。1 、晶閘管整流器及其保護電路如下圖所示，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置 GT 的控制電壓 U c 來移動觸發(fā)脈沖的相位，改變可控整流器平均輸出直流電壓 U d ，從而實現(xiàn)直流電動機的平滑調(diào)速。 晶閘管可控整流器的功率放大倍速在 10 4 以上，門極電流可以直接用電子控制；響應(yīng)時間是毫秒級，具有快速的控制作用。V M 系統(tǒng)原理圖2在理想情況下， U c

5、 和 U d 之間呈線性關(guān)系：U d = K s U c式中： U d -平均整流電壓；U c -控制電壓；K s -晶閘管整流器放大系數(shù)。實際整流電路圖如下，還要考慮晶閘管的保護問題。由于晶閘管具有辦半導(dǎo)體器件共有的弱點，承受過電壓和過電流的能力差，短時間的過電壓和過電流就會造成元件的損壞。為了晶閘管裝置能長期可靠運行，除了選擇元件外，還須針對元件工作的條件設(shè)置恰當(dāng)?shù)谋Ｗo措施。這里主要用到過電壓保護和du / dt 限制。在保護電路中，阻容吸收電路的參數(shù)計算式根據(jù)變壓器鐵芯磁場釋放出來的能量轉(zhuǎn)化為電容器電場的能量存儲起來為依據(jù)的。由于電容兩端的電壓不能突變，所以可以有效地抑制尖峰過電壓。串電

6、阻的目的是為了在能量轉(zhuǎn)化過程中能消耗一部分能量，并且抑制 LC回路的振蕩。2、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 與電流調(diào)節(jié)器 ACR在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，既要控制轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差調(diào)節(jié)，又要控制電流是系統(tǒng)在充分利用電動機過載能力的條件下獲得最佳過渡過程，其關(guān)鍵是處理好轉(zhuǎn)速控制與電流控制之間的關(guān)系，就是將二者分開，用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR 調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，用電流調(diào)節(jié)器ACR 調(diào)節(jié)電流。 ASR 與 ACR 之間實現(xiàn)串級連接，即以ASR 的輸出電壓 U i 作為電流調(diào)節(jié)器的電流給定信號，再用 ACR 的輸出電壓 U c 作為晶閘管觸發(fā)電路的移相控制電壓。從閉環(huán)反饋的機構(gòu)看，轉(zhuǎn)速環(huán)在外面為外環(huán)，電流環(huán)在里面為內(nèi)環(huán)。

7、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)器一般都采用具有輸入、輸出限幅電路的PI 調(diào)節(jié)器，且轉(zhuǎn)速與電流采用負反饋閉環(huán)。3圖 3系統(tǒng)原理圖調(diào)節(jié)器輸出限幅值的整定在雙閉環(huán)系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 的輸出電壓 U i 是電流 ACR 的電流給定信號，其限幅值 U im 為最大電流給定值，因此， ASR 的限幅值完全取決于電動機所允許的過載能力和系統(tǒng)對最大加速度的需要。而 ACR 的輸出電壓限幅值 U cm ，表示對最小角的限制，也表示對晶閘管整流輸出電壓的限制。調(diào)節(jié)器輸出限幅值的計算與整定是系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試工作中很重要的一環(huán)。在具體分析一下系統(tǒng)時必須注意調(diào)節(jié)器輸出限幅值所代表的具體物理意義及其計

8、算和整定方法。3 、調(diào)節(jié)器鎖零為使調(diào)速系統(tǒng)消除靜差，并改善系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)，在系統(tǒng)中引入PI 調(diào)節(jié)器作為較正環(huán)節(jié)。由于 PI 調(diào)節(jié)器的積分作用， 在調(diào)速系統(tǒng)停車期間，調(diào)節(jié)器會因輸入干擾信號的作用呈現(xiàn)出較大的輸出信號，而使電動機爬行，這在控制上是不允許的，因此對調(diào)速系統(tǒng)中具有積分作用的調(diào)節(jié)器，在沒有給出電動機啟動指令之前，必須將它的“鎖”到零電位上，簡稱為調(diào)節(jié)器鎖零。系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器鎖零是由零速電路來實現(xiàn)的，并且系統(tǒng)對調(diào)節(jié)器鎖零電位有如下具體要求：系統(tǒng)處于停車狀態(tài)時，調(diào)節(jié)器必須鎖零；系統(tǒng)接到啟動指令或正常運行時，調(diào)節(jié)器鎖零立即解除并正常工作。根據(jù)上述要求，鎖零電路只需兩個信號來控制調(diào)節(jié)器“鎖零”與“開

9、放”兩個狀態(tài)。停車時： U n= U fm =0，調(diào)節(jié)器鎖零，無輸出信號。啟動時： U n0， U fn0 ，調(diào)節(jié)器鎖零解除，并處正常工作狀態(tài)。穩(wěn)態(tài)運行時： U n = U fn0，調(diào)節(jié)器鎖零解除，并處于正常工作狀態(tài)。制動停車時： U n =0，U fn 0 , 調(diào)節(jié)器鎖零解除，并處于正常工作狀態(tài)。4四、穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖與參數(shù)計算穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖 4 所示，兩個調(diào)節(jié)器均采用帶限幅作用的 PI 調(diào)節(jié)器。在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR的輸出限幅電壓 U im 決定了電流給定的最大值，電流調(diào)節(jié)器 ACR 的輸出限幅電壓 U cm 限制了電力電子變換器的最大輸出電壓U dm ，圖 4

10、中用帶限幅的輸出特性表示 PI 調(diào)節(jié)器的作用。當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時， 輸出達到限幅值， 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(dāng)于使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。當(dāng)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。為了實現(xiàn)電流的實時控制和快速跟隨，希望電流調(diào)節(jié)器不要進入飽和狀態(tài)，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。圖 4、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和這時，兩個調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時，它們的輸入偏差電壓都是零。因此U nU nnn0U iU iI d式中,

11、分別為轉(zhuǎn)速和電流反饋系數(shù)。由第一個關(guān)系式可得U nnn0從而得到圖 5 所示靜特性的 AB 段。5與此同時，由于 ASR 不飽和， U iU im ，從上述第二個關(guān)系式可知： I d I dm 。這就是說， AB段靜特性從理想空載狀態(tài)的I d 0 一直延續(xù)到 I d I dm ，而 I dm 一般都是大于額定電流 I dN 的。這就是靜特性的運行段，它是水平的特性。、轉(zhuǎn)速節(jié)器飽和ASR 輸出達到限幅值 U im 時，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)， 轉(zhuǎn)速的變化對轉(zhuǎn)速環(huán)不再影響，雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個電流無靜差的單電流閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時I dU im*I dm（ 3-2）圖 5、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性式中

12、，最大電流I dm 是由設(shè)計者選定的，取決于電動機的容許過載能力和系統(tǒng)要求的最大加速度。式（ 3-2 ）所描述的靜特性是圖 5 的 BC 段，它是垂直的特性這樣的下垂特性是適合 n n0 的情況，因為如果 n n0 ，則 U n U n ， ASR 將退出飽和狀態(tài)。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負載電流小于I dm 時表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時，轉(zhuǎn)速負反饋起主要調(diào)節(jié)作用。當(dāng)負載電流達到 I dm 時，對應(yīng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器為飽和輸出U im ，這時，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差，起到過電流的自動保護作用。這就是采用兩個PI 調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)、外兩個閉環(huán)的效果。圖 5 反映了 ASR 調(diào)

13、節(jié)器退飽和的條件。當(dāng)ASR 處于飽和狀態(tài)時，I dI dm ，若負載電流減小， I dI dm ，使轉(zhuǎn)速上升， nn0 ，n0 ， ASR 反向積分，從而使ASR 調(diào)節(jié)器退出飽和，又回到線性調(diào)節(jié)狀態(tài)，使系統(tǒng)回到靜特性的AB 段。各變量的穩(wěn)態(tài)工作點和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算由圖可以看出，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當(dāng)兩個調(diào)節(jié)器都不飽和時，各變量之間有下列關(guān)系：6U nU nnn0U iU iI dI dlU cU d 0Cen I d R CeU n /I dl RK SK sK s上述關(guān)系表明，在穩(wěn)態(tài)工作點上，轉(zhuǎn)速 n 是由給定電壓 U n 決定的， ASR 的輸出量 U i是由負載電流 I dl 決定的

14、，而控制電壓U c 的大小則同時取決于n 和 I d ，或者說，同時取決于 U i 和 I dl 。這些關(guān)系反映了 PI 調(diào)節(jié)器不同于 P 調(diào)節(jié)器的特點。 P 調(diào)節(jié)器的輸出量總是正比于輸入量的，而 PI 調(diào)節(jié)器則不然，其飽和輸出為限幅值，而非飽和輸出的穩(wěn)態(tài)值取決于輸入量的積分，它最終將使控制對象的輸出達到其給定值，使PI 調(diào)節(jié)器的輸入誤差信號為零，否則PI 調(diào)節(jié)器仍在繼續(xù)積分，并未達到穩(wěn)態(tài)。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算與單閉環(huán)無靜差系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)計算相似，即根據(jù)各調(diào)節(jié)器的給定與反饋計算有關(guān)的反饋系數(shù)：U nm轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)nmaxU im電流反饋系數(shù)I dm兩個給定電壓的最大值U nm 和 U im

15、 由設(shè)計者選定。五、雙閉環(huán)晶閘不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型與動態(tài)過程分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖6 所示，圖中（s）和WACR (s)分別表示W(wǎng)ASR轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。為了引出電流反饋，在電動機的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖中必須把電樞電流 I d 顯露出來。圖 6、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖1、起動過程分析7在恒定負載條件下轉(zhuǎn)速變化的過程與電動機電磁轉(zhuǎn)矩（或電流）有關(guān)，對電動機起動過程 n f (t) 的分析離不開對 I d (t) 的研究。圖 7 是雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)在帶有負載 I dl 條件下起動過程的電流波形和轉(zhuǎn)速波形。從電流與轉(zhuǎn)速變化過程分析所反映的特點可以把起動過程分

16、為三個階段，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器經(jīng)歷了快速進入飽和、飽和及退出飽和的三種情況。第一階段（ 0 t1 ）是電流上升階段：突加給定電壓 U n 后，經(jīng)過兩個調(diào)節(jié)器的跟隨作用，U c 、U do 、 I d 都上升，但是 I d 沒有達到負載電流 I dl 以前，電動機還不能轉(zhuǎn)動。當(dāng)I dI dl 后，電動機開始起動，由于機電慣性的作用，轉(zhuǎn)速不會很快增長，因而轉(zhuǎn)速不會很快增長，因此轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差電壓（U nU nU n ）的數(shù)值仍然很大而迅速飽和，其輸出電壓很快達到限幅值U im ，強迫電樞*流調(diào)節(jié)器很快就壓制了I d 的增長，標(biāo)志著這一階段的結(jié)束。圖 7、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)啟動過程的轉(zhuǎn)速和電流波

17、形第二階段（ t1 t2 ）是恒流升速階段： ASR始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)，系統(tǒng)成為在恒流電流給定U *im 下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流I d 恒定，因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長，是起動過程的主要階段。第三階段（ t 2 以后）是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段：單轉(zhuǎn)速上升到給定值n* 時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 的輸入偏差為零，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值U im* ，所以電動機仍在加速，使轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后， ASR 輸入偏差電壓變負， 使它開始退出飽和狀態(tài)， U i* 和 I d 很快下降。但是，只要 I d 扔大于負載電流 I dl ，轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。直到 I d I dl 時

18、，轉(zhuǎn)矩 Te Tl ，則 dn / dt 0 ，轉(zhuǎn)速 n 達到峰值（ t t3 ）。此后，在 t3 t 4 時間內(nèi)， I d I dl 時，電動機開始在負載的阻力下減速，直到穩(wěn)態(tài)。如果調(diào)節(jié)器參數(shù)整定得不夠好，也會有一段振蕩過程。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)作用，而 ACR 則力圖使 I d 盡快地跟隨其給定值 U *i ，或者說，電流內(nèi)環(huán)是一個電流跟隨子系統(tǒng)。8綜上所述，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動過程有以下三個特點：）飽和非線性控制；）轉(zhuǎn)速超調(diào)；）準(zhǔn)時間最優(yōu)控制。動態(tài)抗擾性能分析一般來說，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)具有比較滿意的動態(tài)性能。對于調(diào)速系統(tǒng)，另一個

19、重要的動態(tài)性能是抗擾性能，主要是抗負載擾動和抗電網(wǎng)電壓擾動的性能。2、抗負載擾動由圖 8-1 可以看出，負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)生抗負載擾動的作用。在設(shè)計 ASR 時，應(yīng)要求有較好的抗擾性能指標(biāo)。圖 8-1 、雙閉環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)抗擾作用- 抗負載擾動3、抗電網(wǎng)電壓擾動電網(wǎng)電壓變化對調(diào)速系統(tǒng)也產(chǎn)生擾動作用。從動態(tài)性能上看，由于擾動作用點不同，存在著能否及時調(diào)節(jié)的差別。負載擾動能夠比較快地反映到被調(diào)量 n 上，從而得到調(diào)節(jié)。電流環(huán)的存在，電壓波動可以通過電流反饋得到及時的調(diào)節(jié)，不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才反饋回來，因而是抗擾性能得到改善。圖 8-2 、雙閉環(huán)系統(tǒng)的動

20、態(tài)抗擾作用 - 抗電網(wǎng)電壓擾動綜上所述，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器在雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)中的作用可分別歸納為：9、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用：1 ）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器， 它使轉(zhuǎn)速 n 很快地跟隨給定電壓 U *n 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 ）對負載變化起抗擾動作用；3 ）對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給定電壓 U *i 變化；2 ）對電網(wǎng)電壓的波動起及時抗擾的作用；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(dāng)電

21、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(fù)正常。六、調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法設(shè)計工作分兩步走：1）. 選擇調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)典型化，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定，同時滿足所需的穩(wěn)態(tài)精度。2）. 再選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以滿足動態(tài)性能指標(biāo)的要求。1、選擇調(diào)節(jié)器，將控制對象校正成為典型系統(tǒng)輸入輸出輸入輸出許多控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)都可以表示成10mK( i s1)W (s)i1srn(T j1)j1式中，分母中的 sr 項表示該系統(tǒng)在 s=0 處有 r 重極點，或者說，系統(tǒng)含有 r 個積分環(huán)節(jié)，稱做 r 型系統(tǒng)。由于型（ r=3）和型以上的系統(tǒng)很難穩(wěn)定，而 0

22、型系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度低，因此常把型、型系統(tǒng)作為系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)。（一）、典型型系統(tǒng)典型型系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數(shù)選擇為W (s)Krs（ Ts1)典型型系統(tǒng)的閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示式中T 系統(tǒng)的慣性時間常數(shù)；K 系統(tǒng)的開環(huán)增益。典型型系統(tǒng)的閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，而且對數(shù)幅頻特性的中頻段以-20db/dec 的斜率穿越零分貝線，只要參數(shù)的選擇能保證足夠的中頻帶寬度，系統(tǒng)就一定是穩(wěn)定的。在典型型系統(tǒng)中，只包含開環(huán)增益K 和時間常數(shù) T 兩個參數(shù)，時間常數(shù)T 往往是控制系統(tǒng)本身固有的，唯一可變的只有開環(huán)增益K。設(shè)計時，需要按照性能指標(biāo)選擇參數(shù)K 的大小。當(dāng) wc1時，由開環(huán)對數(shù)頻率特性可知T20lg K(lg w

23、c lg1)20lg wc所以K wc （當(dāng) wc1 時）（3-11 ）T而相角穩(wěn)定裕度 r 1800900arctanwcT 900arctanwcT所以選擇參數(shù)保證 wc1 ，所以 wc T 1 ， arctanwcT 450 , r450 ，則典型型系T統(tǒng)具有足夠的穩(wěn)定性。11（二）典型型系統(tǒng)典型型系統(tǒng)的閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖T 系統(tǒng)的慣性時間常數(shù)；K 系統(tǒng)的開環(huán)增益。開環(huán)對數(shù)頻率特性典型 II 型系統(tǒng)性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系K ( s1)W (s)1)s2 (Ts時間常數(shù) T 是控制對象固有的，而待定的參數(shù)有兩個：K 和 。定義中頻寬：hT212、參數(shù)之間的一種最佳配合采用 “振蕩指標(biāo)法 ”中的閉

24、環(huán)幅頻特性峰值最小準(zhǔn)則，可以找到和兩個參數(shù)之間的一種最佳配合。22hcch 11則hTK2 h 11 c12h 12( 1 )2 h1h 1hT22h2T 212所以選擇參數(shù)，保證1c1或T ，則系統(tǒng)足夠穩(wěn)定。T轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計1）. 電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)1I d (s)Wcli (s)U i* (s)1s 1K I原來雙慣性環(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時間常數(shù)的一階慣性環(huán)節(jié)2）. 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇3）. 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇ASR采用 PI 調(diào)節(jié)器WASR (s)K n ( n s1)n s令K NK nRn CeTm則Wn (s)K N ( n s1

25、)21)s (T n s4）. 校正后的調(diào)速系統(tǒng)13七、實驗驗證（一）、實驗設(shè)備及儀器1MCL 系列教學(xué)實驗臺主控制屏。2MCL 31 組件（適合 MCL ）。3MCL 33 組件。4MEL-11 掛箱5MEL 03 三相可調(diào)電阻（或自配滑線變阻器） 。6電機導(dǎo)軌及測速發(fā)電機、直流發(fā)電機M017直流電動機 M03 。8雙蹤示波器。（二）、實驗方法1按圖接線，未上主電源之前，檢查晶閘管的脈沖是否正常。（ 1）用示波器觀察雙脈沖觀察孔，應(yīng)有間隔均勻，幅度相同的雙脈沖（ 2）檢查相序，用示波器觀察“ 1”，“2”脈沖觀察孔，“1”脈沖超前“ 2”脈沖600，則相序正確，否則，應(yīng)調(diào)整輸入電源。（ 3）

26、將控制一組橋觸發(fā)脈沖通斷的六個直鍵開關(guān)彈出， 用示波器觀察每只晶閘管的控制極，陰極，應(yīng)有幅度為 1V2V 的脈沖。（ 4）將 Ublr 接地 , 可觀察反橋晶閘管的觸發(fā)脈沖。2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試原則（1）先部件，后系統(tǒng)。即先將各單元的特性調(diào)好，然后才能組成系統(tǒng)。（2）先開環(huán)，后閉環(huán)，即使系統(tǒng)能正常開環(huán)運行，然后在確定電流和轉(zhuǎn)速均為負反饋時組成閉環(huán)系統(tǒng)。（3）先內(nèi)環(huán)，后外環(huán)。即先調(diào)試電流內(nèi)環(huán)，然后調(diào)轉(zhuǎn)速外環(huán)。3開環(huán)外特性的測定（1）控制電壓 Uct 由給定器 Ug 直接接入，直流發(fā)電機所接負載電阻RG 斷開。（2）使 Ug=0，調(diào)節(jié)偏移電壓電位器，使 稍大于 90°，合上主電路電源，使

27、Uuv，Uvw ，Uwu 為 200V，逐漸增加給定電壓Ug，使電機起動、升速，調(diào)節(jié)Ug 使電機空載轉(zhuǎn)速 n0=1500r/min，再調(diào)節(jié)負載電阻 RG，改變負載，在直流電機空載至額定負載范圍，測取 78 點，讀取電機轉(zhuǎn)速 n，電機電樞電流 Id，即可測出系統(tǒng)的開環(huán)外特性 n=f (Id) 。n(r/min)150014801465143113921349I(A)0.480.520.590.700.841.0114注意，若給定電壓Ug 為 0 時，電機緩慢轉(zhuǎn)動，則表明太小，需后移。4系統(tǒng)調(diào)試將 Ublf 接地， Ublr 懸空，即使用一組橋六個晶閘管。（ 1）電流環(huán)調(diào)試電動機不加勵磁（ a）系

28、統(tǒng)開環(huán)，即控制電壓 Uct 由給定器 Ug 直接接入，開關(guān) S 撥向左邊，主回路接入電阻 Rd 并調(diào)至最大（Rd 由 MEL 03 的兩只 900電阻并聯(lián)）。逐漸增加給定電壓，用示波器觀察晶閘管整流橋兩端電壓波形。在一個周期內(nèi)，電壓波形應(yīng)有 6 個對稱波頭平滑變化 。（ b）增加給定電壓，減小主回路串接電阻 Rd，直至 Id=1.1Ied，再調(diào)節(jié) MCL-01 掛箱上的電流反饋電位器 RP，使電流反饋電壓 Ufi 近似等于速度調(diào)節(jié)器 ASR 的輸出限幅值（ ASR 的輸出限幅可調(diào)為± 5V）。（ c） MCL 18（或?qū)嶒炁_主控制屏）的 G（給定）輸出電壓 Ug 接至 ACR的“ 3

29、” 端， ACR 的輸出“ 7”端接至 Uct，即系統(tǒng)接入已接成 PI 調(diào)節(jié)的 ACR 組成電流單閉環(huán)系統(tǒng)。 ACR 的“ 5”、“6”端接 MEL11 電容器，可預(yù)置 7 F，同時，反饋電位器 RP3逆時針旋到底，使放大倍數(shù)最小。逐漸增加給定電壓Ug，使之等于ASR 輸出限幅值（ +5V），觀察主電路電流是否小于或等于 1.1Ied，如 Id 過大，則應(yīng)調(diào)整電流反饋電位器，使 Ufi 增加，直至 Id<1.1Ied；如 Id<Ied，則可將 Rd 減小直至切除， 此時應(yīng)增加有限，小于過電流保護整定值，這說明系統(tǒng)已具有限流保護功能。測定并計算電流反饋系數(shù)（ 2）速度變換器的調(diào)試電動

30、機加額定勵磁（ a）系統(tǒng)開環(huán)，即給定電壓 Ug 直接接至 Uct，Ug 作為輸入給定，逐漸加正給定，當(dāng)轉(zhuǎn)速 n=1500r/min 時，調(diào)節(jié) FBS（速度變換器）中速度反饋電位器 RP，使速度反饋電壓為 +5V左右，計算速度反饋系數(shù)。（ b）速度反饋極性判斷： 系統(tǒng)中接入 ASR 構(gòu)成轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)，即給定電壓 Ug 接至 ASR 的第 2 端， ASR 的第 3 端接至 Uct。調(diào)節(jié) Ug（ Ug 為負電壓），若稍加給定，電機轉(zhuǎn)速即達最高速且調(diào)節(jié) Ug 不可控，則表明單閉環(huán)系統(tǒng)速度反饋極性有誤。但若接成轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，由于給定極性改變，故速度反饋極性可不變。4系統(tǒng)特性測試將 ASR,AC

31、R 均接成 PI 調(diào)節(jié)器接入系統(tǒng)，形成雙閉環(huán)不可逆系統(tǒng)。 ASR 的調(diào)試：（a）反饋電位器 RP3 逆時針旋到底，使放大倍數(shù)最??；15（ b）“5”、“ 6”端接入 MEL11 電容器，預(yù)置 5 7 F；（ c）調(diào)節(jié) RP1、RP2 使輸出限幅為 ±5V 。（ 1）機械特性 n=f（Id ）的測定（ a）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速給定電壓 Ug ，使電機空載轉(zhuǎn)速至 1500 r/min，再調(diào)節(jié)測功機加載旋鈕（或發(fā)電機負載電阻 Rg），在空載至額定負載范圍內(nèi)分別記錄 78 點，可測出系統(tǒng)靜特性曲線 n=f（ Id）n(r/min)149614971495149214951488I(A)0.600.680.720.790.901.11（ 2）閉環(huán)控制特性 n=f(Ug) 的測定調(diào)節(jié) Ug ，記錄 Ug 和 n，即