轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、第六組課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1.設(shè)計(jì)題目轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.設(shè)計(jì)任務(wù)某晶閘管供電的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，整流裝置采用三相橋式電路，基本數(shù)據(jù)為：直流電動機(jī)：電樞電路總電阻，電樞電路總電感168mH，電流允許過載倍數(shù)=1.5，折算到電動機(jī)軸的飛輪慣量。晶閘管整流裝置放大倍數(shù)，滯后時間常數(shù)電流反饋系數(shù)=1.09 ()轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)=0.007濾波時間常數(shù)取 ；調(diào)節(jié)器輸入電阻3.設(shè)計(jì)要求(1)穩(wěn)態(tài)指標(biāo):無靜差(2)動態(tài)指標(biāo):電流超調(diào)量；采用轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋使轉(zhuǎn)速超調(diào)量等于0。目錄第六組課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1目錄2第一章 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理31.1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的介紹31.2 雙閉環(huán)直流調(diào)

2、速系統(tǒng)的組成41.3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性61.4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型81.4.1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型81.4.2 啟動過程分析8第二章 調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)122.1 調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)原則122.2 型系統(tǒng)與型系統(tǒng)的性能比較132.3 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)132.3.1 結(jié)構(gòu)框圖的化簡和結(jié)構(gòu)的選擇142.3.2 電流環(huán)的設(shè)計(jì)152.4 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)182.4.1 結(jié)構(gòu)框圖的化簡和結(jié)構(gòu)的選擇182.4.2 轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)20第三章 Simulink仿真233.1 電流環(huán)的仿真設(shè)計(jì)233.2 轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真設(shè)計(jì)233.3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)24總結(jié)27參考

3、文獻(xiàn)28第一章 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理1.1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的介紹目前，需要高性能可控電力拖動的領(lǐng)域都采用直流調(diào)速系統(tǒng)。它具有動態(tài)響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)具有良好的抗擾性能，它對于被反饋環(huán)的前向通道上的一切擾動作用都能有效的加以抑制。采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。但如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，例如要求起制動、突加負(fù)載動態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。這主要是因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來控制動態(tài)過程的電流或轉(zhuǎn)矩。在單閉環(huán)系統(tǒng)中，只有電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的。但它只是在超過臨界電流值

4、以后，靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，并不能很理想的控制電流的動態(tài)波形。帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動時的電流和轉(zhuǎn)速波形如圖1-1（a）所示。當(dāng)電流從最大值降低下來以后，電機(jī)轉(zhuǎn)矩也隨之減小，因而加速過程必然拖長。b) 理想的快速起動過程IdLLntIdOIdma) 帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)圖1-1 直流調(diào)速系統(tǒng)起動過程的電流和轉(zhuǎn)速波形IdLntIdOIdmIdcr在實(shí)際工作中，我們希望在電機(jī)最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下，充分利用電機(jī)的允許過載能力，最好是在過渡過程中始終保持電流（轉(zhuǎn)矩）為允許最大值，使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動，到達(dá)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后，又讓電流立即降下來，使轉(zhuǎn)

5、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如圖1-1（b）所示，這時，啟動電流成方波形，而轉(zhuǎn)速是線性增長的。這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動過程。實(shí)際上，由于主電路電感的作用，電流不能突跳，為了實(shí)現(xiàn)在允許條件下最快啟動，關(guān)鍵是要獲得一段使電流保持為最大值的恒流過程，按照反饋控制規(guī)律，采用某個物理量的負(fù)反饋就可以保持該量基本不變，那么采用電流負(fù)反饋就能得到近似的恒流過程。問題是希望在啟動過程中只有電流負(fù)反饋，而不能讓它和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋同時加到一個調(diào)節(jié)器的輸入端，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又希望只要轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不再靠電流負(fù)反饋發(fā)揮主作用，因此我們采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)

6、。這樣就能做到既存在轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋?zhàn)饔糜帜苁顾鼈冏饔迷诓煌碾A段。1.2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串級連接，即把轉(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)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，叫做內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外面，叫做外環(huán)。這樣就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。該雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個調(diào)節(jié)器ASR和ACR一般都采用PI調(diào)節(jié)器。因?yàn)镻I調(diào)節(jié)器作為校正裝置既可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，使系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時得到無靜差調(diào)速，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；作為控制器時又能兼

7、顧快速響應(yīng)和消除靜差兩方面的要求。一般的調(diào)速系統(tǒng)要求以穩(wěn)和準(zhǔn)為主，采用PI調(diào)節(jié)器便能保證系統(tǒng)獲得良好的靜態(tài)和動態(tài)性能。TGnASRACRU*n+-UnUiU*i+-UcTAVM+-UdIdUPEL-MTG+圖1-2. 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)ASR轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR電流調(diào)節(jié)器 TG測速發(fā)電機(jī)TA電流互感器 UPE電力電子變換器內(nèi)環(huán)外 環(huán)圖1-3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖+-+-MTG+-+-RP2nU*nR0R0UcUiTALIdRiCiUd+-R0R0RnCnASRACRLMGTVRP1UnU*iLMMTGUPE圖中U*n、Un轉(zhuǎn)速給定電壓和轉(zhuǎn)速反饋電壓；U*i、Ui電流給定電壓

8、和電流反饋電壓； ASR轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器； ACR電流調(diào)節(jié)器；TG測速發(fā)電機(jī)；TA電流互感器；UPE電力電子變換器1.3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性雙閉環(huán)直流系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖所示，分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜特性的關(guān)鍵是掌握PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征。一般存在兩種狀況：飽和輸出達(dá)到限幅值；不飽和輸出未達(dá)到限幅值。當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，相當(dāng)與使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時，PI作用使輸入偏差電壓在穩(wěn)太時總是為零。實(shí)際上，在正常運(yùn)行時，電流調(diào)節(jié)器是不會達(dá)到飽和狀態(tài)的。因此，對靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。圖1-4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖a轉(zhuǎn)速

9、反饋系數(shù); b 電流反饋系數(shù) Ks a 1/CeU*nUcIdEnUd0Un+-ASR+U*i- R b ACR-UiUPE1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， （1-1）（1-2）由式（1-1）可得： 從而得到靜特性曲線的CA段。與此同時，由于ASR不飽和，可知，這就是說，CA段特性從理想空載狀態(tài)的Id=0一直延續(xù)到。而一般都是大于額定電流的。這就是靜特性的運(yùn)行段，它是一條水平的特性。2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和這時，ASR輸出達(dá)到限幅值，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)變成了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： （1-

10、3）其中，最大電流取決于電動機(jī)的容許過載能力和拖動系統(tǒng)允許的最大加速度，由上式可得靜特性的AB段，它是一條垂直的特性。這樣是下垂特性只適合于的情況，因?yàn)槿绻?，則，ASR將退出飽和狀態(tài)。 圖1-5 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜 特性曲線1.4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型雙閉環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的主要形式仍然是以傳遞函數(shù)或零極點(diǎn)模型為基礎(chǔ)的系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。圖中和分別表示轉(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(jī)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖中必須把電樞電流顯露出來。圖1-6 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 啟動過程分析設(shè)置

11、雙閉環(huán)控制的一個重要目的就是要獲得接近理想的起動過程，因此在分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能時，有必要首先探討它的起動過程。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓由靜止?fàn)顟B(tài)起動時，轉(zhuǎn)速和電流的動態(tài)過程示于圖1-7。由于在起動過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個動態(tài)過程就分成、三個階段。IdLIdnn*IdmOOIIIIIIt4t3 t2t1ttIdLIdnn*IdmOOIIIIIIt4t3 t2t1IdLIdnn*IdmOOIIIIIIt4t3 t2t1tt圖1-7 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動過程的轉(zhuǎn)速和電流波形第一階段是電流上升階段。當(dāng)突加給定電壓時，由于電動機(jī)的機(jī)電慣性較大，電動

12、機(jī)還來不及轉(zhuǎn)動（n=0），轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓，這時，很大，使ASR的輸出突增為，ACR的輸出為，可控整流器的輸出為，使電樞電流迅速增加。當(dāng)增加到（負(fù)載電流）時，電動機(jī)開始轉(zhuǎn)動，以后轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出很快達(dá)到限幅值，從而使電樞電流達(dá)到所對應(yīng)的最大值（在這過程中的下降是由于電流負(fù)反饋所引起的），到這時電流負(fù)反饋電壓與ACR的給定電壓基本上是相等的，即 （1-4）式中，電流反饋系數(shù)。速度調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅值正是按這個要求來整定的。第二階段是恒流升速階段。從電流升到最大值開始，到轉(zhuǎn)速升到給定值為止，這是啟動過程的主要階段，在這個階段中，ASR一直是飽和的，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋不起調(diào)節(jié)作用，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)狀

13、態(tài)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒流調(diào)節(jié)。由于電流保持恒定值，即系統(tǒng)的加速度為恒值，所以轉(zhuǎn)速n按線性規(guī)律上升，由知，也線性增加，這就要求也要線性增加，故在啟動過程中電流調(diào)節(jié)器是不應(yīng)該飽和的，晶閘管可控整流環(huán)節(jié)也不應(yīng)該飽和。第三階段是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在這個階段中起作用。開始時轉(zhuǎn)速已經(jīng)上升到給定值，ASR的給定電壓與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓相平衡，輸入偏差等于零。但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值，所以電動機(jī)仍在以最大電流下加速，使轉(zhuǎn)速超調(diào)。超調(diào)后，、，使ASR退出飽和，其輸出電壓（也就是ACR的給定電壓）才從限幅值降下來，與也隨之降了下來，但是，由于仍大于負(fù)載電流，在開始一段時間內(nèi)轉(zhuǎn)速仍繼續(xù)上升。到時，電動機(jī)才開

14、始在負(fù)載的阻力下減速，知道穩(wěn)定（如果系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)不夠好，可能振蕩幾次以后才穩(wěn)定）。在這個階段中ASR與ACR同時發(fā)揮作用，由于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在外環(huán)，ASR處于主導(dǎo)地位，而ACR的作用則力圖使盡快地跟隨ASR輸出的變化。穩(wěn)態(tài)時，轉(zhuǎn)速等于給定值，電樞電流等于負(fù)載電流，ASR和ACR的輸入偏差電壓都為零，但由于積分作用，它們都有恒定的輸出電壓。ASR的輸出電壓為 （1-5）ACR的輸出電壓為 （1-6）由上述可知，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，在啟動過程的大部分時間內(nèi)，ASR處于飽和限幅狀態(tài)，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開路，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒電流調(diào)節(jié)，從而可基本上實(shí)現(xiàn)理想過程。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速響應(yīng)一定有超調(diào)，只有在超調(diào)后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

15、器才能退出飽和，使在穩(wěn)定運(yùn)行時ASR發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，從而使在穩(wěn)態(tài)和接近穩(wěn)態(tài)運(yùn)行中表現(xiàn)為無靜差調(diào)速。故雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有良好的靜態(tài)和動態(tài)品質(zhì)。綜上所述，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動過程有以下三個特點(diǎn)：（1）飽和非線形控制：隨著ASR的飽和與不飽和，整個系統(tǒng)處于完全不同的兩種狀態(tài)，在不同情況下表現(xiàn)為不同結(jié)構(gòu)的線形系統(tǒng)，只能采用分段線形化的方法來分析，不能簡單的用線形控制理論來籠統(tǒng)的設(shè)計(jì)這樣的控制系統(tǒng)。（2）轉(zhuǎn)速超調(diào)：當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR采用PI調(diào)節(jié)器時，轉(zhuǎn)速必然有超調(diào)。轉(zhuǎn)速略有超調(diào)一般是容許的，對于完全不允許超調(diào)的情況，應(yīng)采用其他控制方法來抑制超調(diào)。（3）準(zhǔn)時間最優(yōu)控制：在設(shè)備允許條件下實(shí)現(xiàn)最短時間的控制稱作

16、“時間最優(yōu)控制”，對于電力拖動系統(tǒng)，在電動機(jī)允許過載能力限制下的恒流起動，就是時間最優(yōu)控制。但由于在起動過程、兩個階段中電流不能突變，實(shí)際起動過程與理想啟動過程相比還有一些差距，不過這兩段時間只占全部起動時間中很小的成分，無傷大局，可稱作“準(zhǔn)時間最優(yōu)控制”。采用飽和非線性控制的方法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)時間最優(yōu)控制是一種很有實(shí)用價值的控制策略，在各種多環(huán)控制中得到普遍應(yīng)用。第二章 調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)2.1 調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)原則為了保證轉(zhuǎn)速發(fā)生器的高精度和高可靠性，系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速變化率反饋和電流反饋的雙閉環(huán)電路主要考慮以下問題：1 保證轉(zhuǎn)速在設(shè)定后盡快達(dá)到穩(wěn)速狀態(tài)；2 保證最優(yōu)的穩(wěn)定時間；3 減小轉(zhuǎn)速超調(diào)量。為了解決上

17、述問題，就必須對轉(zhuǎn)速、電流兩個調(diào)節(jié)器的進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以滿足系統(tǒng)的需要。建立調(diào)節(jié)器工程設(shè)計(jì)方法所遵循的原則是：1. 概念清楚、易懂；2. 計(jì)算公式簡明、好記；3. 不僅給出參數(shù)計(jì)算的公式，而且指明參數(shù)調(diào)整的方向；4. 能考慮飽和非線性控制的情況，同樣給出簡明的計(jì)算公式；5. 適用于各種可以簡化成典型系統(tǒng)的反饋控制系統(tǒng)。直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程設(shè)計(jì)包括確定典型系統(tǒng)、選擇調(diào)節(jié)器類型、計(jì)算調(diào)節(jié)器參數(shù)、計(jì)算調(diào)節(jié)器電路參數(shù)、校驗(yàn)等內(nèi)容。在選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)時，只采用少量的典型系統(tǒng)，它的參數(shù)與系統(tǒng)性能指標(biāo)的關(guān)系都已事先找到，具體選擇參數(shù)時只須按現(xiàn)成的公式和表格中的數(shù)據(jù)計(jì)算一下就可以了，這樣就使設(shè)計(jì)方法規(guī)范化

18、，大大減少了設(shè)計(jì)工作量。2.2 型系統(tǒng)與型系統(tǒng)的性能比較 許多控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)可表示為：根據(jù)中積分環(huán)節(jié)個數(shù)的不同，將該控制系統(tǒng)稱為0型、型、型系統(tǒng)。自動控制理論證明，0型系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時是有差的，而型及型以上的系統(tǒng)很難穩(wěn)定。因此，通常為了保證穩(wěn)定性和一定的穩(wěn)態(tài)精度，多用型、型系統(tǒng)，典型的型、型系統(tǒng)其開環(huán)傳遞函數(shù)為一般說來典型型系統(tǒng)在動態(tài)跟隨性能上可以做到超調(diào)小，但抗憂性能差；而典型型系統(tǒng)的超調(diào)量相對要大一些而抗擾性能卻比較好?；诖耍谵D(zhuǎn)速-電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電流環(huán)的一個重要作用是保持電樞電流在動態(tài)過程中不超過允許值，即能否抑制超調(diào)是設(shè)計(jì)電流環(huán)首先要考慮的問題，所以一般電流環(huán)多設(shè)計(jì)為型系

19、統(tǒng)，電流調(diào)節(jié)的設(shè)計(jì)應(yīng)以此為限定條件。至于轉(zhuǎn)速環(huán)，穩(wěn)態(tài)無靜差是最根本的要求，所以轉(zhuǎn)速環(huán)通常設(shè)計(jì)為型系統(tǒng)。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，整流裝置滯后時間常數(shù)和電流濾波時間常數(shù)一般都比電樞回路電磁小很多，可將前兩者近似為一個慣性環(huán)節(jié)，取。這樣，經(jīng)過小慣性環(huán)節(jié)的近似處理后，電流環(huán)的控制對象是一個雙慣性環(huán)節(jié)，要將其設(shè)計(jì)成典型型系統(tǒng)，同理，經(jīng)過小慣性環(huán)節(jié)的近似處理后，轉(zhuǎn)速環(huán)的被控對象形如式(2-1)。如前所述，轉(zhuǎn)速環(huán)應(yīng)設(shè)計(jì)成型系統(tǒng)，所以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器也就設(shè)計(jì)成PI型調(diào)節(jié)器，如下式所示: （2-1）2.3 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)框圖的化簡和結(jié)構(gòu)的選擇在按動態(tài)性能設(shè)計(jì)電流環(huán)時，可以暫不考慮反電動勢變化的動態(tài)影響，即DE0。

20、這時，電流環(huán)如圖2-1所示。圖2-1 電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖忽略反電動勢對電流環(huán)作用的近似條件是：式中-電流環(huán)開環(huán)頻率特性的截止頻率。如果把給定濾波和反饋濾波兩個環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi)，同時把給定信號改成，則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)。圖2-2 等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)最后，由于和 一般都比小得多，可以當(dāng)作小慣性群而近似地看作是一個慣性環(huán)節(jié)，其時間常數(shù)為則電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖最終簡化成圖2-3圖2-3 小慣性環(huán)節(jié)的近似處理電流環(huán)的設(shè)計(jì)1. 確定時間常數(shù)（1） 整流裝置滯后時間常數(shù)，按表1選取。表 1整流電路形式平均失控時間/ms單相半波10單相橋式（全波）5三相半波3.33三相橋式、六相半波1.67 三相零

21、式電路的平均失控時間 （2）電流濾波時間常數(shù) （3）電流環(huán)小時間常數(shù)，按小時間常數(shù)近似處理，?。?（4）電磁時間常數(shù) （5）機(jī)電時間常數(shù)2. 選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)要求：，而且因此，可按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，電流調(diào)節(jié)器選用PI型，其傳遞函數(shù)為： 3. 選擇電流調(diào)節(jié)器參數(shù)ACR超前時間常數(shù)：電流開環(huán)增益：要求時，應(yīng)取【按表2】表2參數(shù)關(guān)系KT0.250.390.50.691.0阻尼比1.00.80.7070.60.5超調(diào)量01.5%4.3%9.5%16.3%上升時間無窮大6.67T4.72T3.34T2.41T相角穩(wěn)定裕度76.369.965.559.251.8截止頻率0.243/T0.367/T

22、0.455/T0.596/T0.786/T因此 于是，ACR的比例系數(shù)為：4. 校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率（1）晶閘管裝置傳遞函數(shù)近似條件： 現(xiàn)在， ，滿足近似條件。（2） 忽略反電動勢對電流環(huán)影響的條件 ，現(xiàn)在，滿足近似條件。（3） 小時間常數(shù)近似處理?xiàng)l件： 現(xiàn)在，滿足近似條件。5. 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容圖2-4 PI型電流調(diào)節(jié)器所用運(yùn)算放大器，各電阻和電容值計(jì)算如下： 取 取 取按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動態(tài)指標(biāo)為：（見表2），滿足設(shè)計(jì)要求。2.4 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)框圖的化簡和結(jié)構(gòu)的選擇電流環(huán)經(jīng)簡化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個環(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,因此電流環(huán)在

23、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，整個轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖便如圖2-5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)，同時將給定信號改成，再把時間常數(shù)為和 的兩個小慣性環(huán)節(jié)合并起來，近似成一個時間常數(shù)為的慣性環(huán)節(jié)，其中圖2-5 用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)的轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖最后轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)簡圖為圖2-6。圖2-6 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)在在擾動作用點(diǎn)后面已經(jīng)有了一個積分環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng)該設(shè)計(jì)成典型 型系統(tǒng)，這樣

24、的系統(tǒng)同時也能滿足動態(tài)抗擾性能好的要求。轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)1. 確定時間常數(shù)（1） 電流環(huán)等效時間常數(shù)為 （2） 轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù) 根據(jù)所用測速發(fā)電機(jī)紋波情況，取（3） 轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)： 按小時間常數(shù)近似處理，可取2. 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)由于設(shè)計(jì)要求無靜差，轉(zhuǎn)速調(diào)解器必須含有積分環(huán)節(jié)；又根據(jù)動態(tài)要求，應(yīng)按典型型設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)。故ASR選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為： 3. 選擇轉(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： 轉(zhuǎn)速開環(huán)增益： 于是，ASR的比例系數(shù)由式：4校驗(yàn)近似條件由式，轉(zhuǎn)速開環(huán)截止頻率為：（1） 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件： 現(xiàn)在，滿足簡化條件。（2）

25、小時間常數(shù)近似處理?xiàng)l件： 現(xiàn)在， ，滿足近似條件。 5. 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容圖2-7 PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 取，則 取 取 取 6. 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量 由式 當(dāng)h=5時， ，而，因此 7. 轉(zhuǎn)速超調(diào)的抑制 超調(diào)量時的微分時間常數(shù)為： 取 此時， 根據(jù)，有： 取第三章 Simulink仿真3.1電流環(huán)的仿真校正后電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖經(jīng)過化簡和相關(guān)計(jì)算，在matlab中搭建好系統(tǒng)的模型，如圖3-1-1：圖3-1-1 電流環(huán)的仿真模型圖圖3-1-2 電流環(huán)的仿真結(jié)果圖3.2轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真校正后轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖經(jīng)過化簡和相關(guān)計(jì)算，在Matlab中搭建好系統(tǒng)的模型，如圖3-2-1：圖3-2-1 轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真