雙閉環(huán)系統(tǒng)的最佳工程設(shè)計(jì)

1、雙閉環(huán)系統(tǒng)的最佳工程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)書課程名稱：電氣技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)                                             

2、 班 級：                                                 &

3、#160;                  論文題目：雙閉環(huán)系統(tǒng)的最佳工程設(shè)計(jì)             小組成員：                &

4、#160;                                                 &

5、#160;                任課教師：                                  

6、          目錄第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)書21.1系統(tǒng)性能指標(biāo)21.2設(shè)計(jì)內(nèi)容21.3應(yīng)完成的技術(shù)文件2第二章 設(shè)計(jì)說明書32.1綜述32.2整流主電路32.3觸發(fā)電路的選擇和同步4第三章 設(shè)計(jì)計(jì)算書83.1整流裝置的計(jì)算83.2計(jì)算系統(tǒng)中一些環(huán)節(jié)的參數(shù)確定其傳遞函數(shù)113.3雙閉環(huán)系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算和系統(tǒng)原理圖的確定123.4系統(tǒng)性能指標(biāo)的校核計(jì)算17第四章 參考資料20第五章 附圖與附表215.1系統(tǒng)基本原理圖215.2靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖215.3動態(tài)結(jié)構(gòu)圖和相應(yīng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)參數(shù)表225.4典I典II的開

7、環(huán)對數(shù)輻頻特性圖225.5系統(tǒng)參數(shù)表235.6元器件明細(xì)表275.7系統(tǒng)原理圖28第六章 個(gè)人小結(jié)291.設(shè)計(jì)任務(wù)書1.1 系統(tǒng)性能指標(biāo)1) 調(diào)速范圍D102) 靜差率s5%3) 電流超調(diào)量5%4) 空載起動到額定轉(zhuǎn)速的超調(diào)量15% 調(diào)整時(shí)間1s5) 當(dāng)負(fù)載變化20%的額定值、電網(wǎng)電壓波動10%額定值時(shí)最大動態(tài)速降10%動態(tài)恢復(fù)時(shí)間0.3s1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容1） 設(shè)計(jì)系統(tǒng)原理圖2） 計(jì)算調(diào)節(jié)器參數(shù)及其它參數(shù)3） 編寫課程設(shè)計(jì)說明書1.3 應(yīng)完成的技術(shù)文件1） 設(shè)計(jì)說明書2） 設(shè)計(jì)計(jì)算書3） 系統(tǒng)原理圖4） 電器元件明細(xì)表2.課程設(shè)計(jì)說明書2.1 綜述運(yùn)動控制系統(tǒng)也可稱作電力拖動自動控制系統(tǒng)運(yùn)動控

8、制系統(tǒng)的任務(wù)是通過對電動機(jī)電壓、電流、頻率等輸入量的控制，來改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩、速度、位移等機(jī)械量，使其拖動的機(jī)械按照人們期望的要求運(yùn)行，以滿足工業(yè)現(xiàn)場的要求。隨著工業(yè)的發(fā)展，對于運(yùn)動控制的要求也越來越高，在這種背景下，運(yùn)動控制系統(tǒng)日趨復(fù)雜，逐漸成為一個(gè)跨多學(xué)科的綜合性技術(shù)。運(yùn)動控制系統(tǒng)主要用到以下學(xué)科的知識。關(guān)鍵詞：雙閉環(huán)系統(tǒng) 最佳 電流環(huán) 速度2.2 整流主電路整流電路是電力電子電路中出現(xiàn)最早的一種，它的作用是將交流電能變?yōu)橹绷麟娔芄┙o直流用電設(shè)備。整流電路應(yīng)用十分廣泛，直流電機(jī)就是其中一種十分常見的負(fù)載。整流電路可從很多角度進(jìn)行分類，主要分類方法是：按組成的器件可分為不可控、半控和全控三種

9、；按電路結(jié)構(gòu)可分為橋式電路和零式電路；按交流輸入相數(shù)分可分為單相、雙相、三相和多相電路；按控制方法又可分為相控整流和斬波控制整流電路。  本系統(tǒng)采用的是三相全控橋式晶閘管相控整流電路。這是因?yàn)殡姍C(jī)容量相對較大，并且要求直流脈動小、容易濾波。其交流側(cè)由三相電網(wǎng)直接供電，直流側(cè)輸出脈動很小的直流電。在分析時(shí)把直流電機(jī)當(dāng)成阻感性加反電勢負(fù)載。因?yàn)殡姍C(jī)電流連續(xù)所以分析方法與阻感性負(fù)載相同，各參量計(jì)算公式亦相同。  現(xiàn)簡述其工作原理：習(xí)慣將其中陰極連在一起的三個(gè)晶閘管（,)稱為共陰極組；陽極連接在一起的三個(gè)晶閘管（,)稱為共陽極組。此外習(xí)慣上希望晶閘管按從1到6的順序依次導(dǎo)通。 三相

10、橋式全控可看成兩個(gè)半波電路的串聯(lián)，輸出電壓是共陽極組和共陰極組的疊加。當(dāng)0時(shí)，其實(shí)就相當(dāng)于三相橋式不控整流電路。在電動機(jī)負(fù)載是，為了保持電流連續(xù)通常在電樞回路串入大電感。因此主回路電流可認(rèn)為是平直的。隨著控制角的增大輸出電壓將會減小。圖2.1 三相橋式整流電路主電路2.3觸發(fā)電路的選擇和同步1）概述TC787是采用獨(dú)有的先進(jìn)IC工藝技術(shù)，并參照最新集成移相觸發(fā)集成電路而設(shè)計(jì)的單片集成電路，他可單電源工作，亦可雙電源工作，主要適用于三相晶閘管移相觸發(fā)和三相功率晶體管脈寬調(diào)制電路，以構(gòu)成多種交流調(diào)速和交流裝置，他們是目前國內(nèi)市場上廣泛流行的TCA785及KJ（或KC）系列移相觸發(fā)集成電路的換代產(chǎn)品

11、，與TCA785及KJ（或KC）系列集成電路相比，具有功耗小、功能強(qiáng)、輸入阻抗高、抗干擾性能好、移相范圍寬、外接元件少等優(yōu)點(diǎn)，而且裝調(diào)簡便、使用可靠，只需一個(gè)這樣的集成電路，就可完成3只TCA785與1只KJ041、1只KJ042或5只KJ（3只KJ004，1只KJ041，1個(gè)KJ042）（或KC）系列器件組合才能具有的三相移相功能，因此，TC787可廣泛應(yīng)用于三相半控、三相全控、三相過零等電力電子、機(jī)電一體化產(chǎn)品的移相觸發(fā)系統(tǒng)，從而取代TCA785，KJ004，KJ009，KJ041，KJ042等同類電路，為提高整機(jī)壽命，縮小體積，降低成本提供了一種新的、更加有效的途徑，為了讓學(xué)生了解新技術(shù)

12、，我們在設(shè)計(jì)三相全控橋式整流電路實(shí)驗(yàn)裝置時(shí)觸發(fā)電路采用了TCT787。2）TC787的基本原理TC787的內(nèi)部集成有3個(gè)過零和極性檢測單元，3個(gè)鋸齒波形成單元，3個(gè)比較器，1個(gè)脈沖發(fā)生器，1個(gè)抗干擾鎖定電路、1個(gè)脈沖形成電路，1個(gè)脈沖分配及驅(qū)動電路。它們的工作原理可簡述為：經(jīng)濾波后的三相同步電壓通過過零和極性檢測單元檢測出零點(diǎn)和極性后，作為內(nèi)部3個(gè)恒流源的控制信號，3個(gè)恒流源輸出的恒值電流給3個(gè)等值電容Ca，Cb，Cc恒流充電，形成良好的等斜率鋸齒波，鋸齒波形成單元輸出的鋸齒波與移相控制電壓Vr比較后取得交相點(diǎn)，該交相點(diǎn)經(jīng)集成電路內(nèi)部的抗干擾鎖定電路鎖定，保證交相唯一而穩(wěn)定，使交相點(diǎn)以后的鋸齒

13、波或移相電壓的波動不影響輸出，該交相信號與脈沖發(fā)生器輸出的脈沖信號經(jīng)脈沖形成電路處理后變?yōu)榕c三相輸入同步信號相位對應(yīng)且與移相電壓大小適應(yīng)的脈沖信號送到脈沖分配及驅(qū)動電路。假設(shè)系統(tǒng)未發(fā)生過電流、過電壓或其他非正常情況，則引腳5禁止端的信號無效，此時(shí)脈沖分配電路根據(jù)用戶在引腳6設(shè)定的狀態(tài)完成雙脈沖（引腳6為高電平）或單脈沖（引腳6為低電平）的分配功能，并經(jīng)輸出驅(qū)動電路功率放大后輸出，一旦系統(tǒng)發(fā)生過電流、過電壓或其他非正常情況，則引腳5禁止信號有效，脈沖分配和驅(qū)動電路內(nèi)部的邏輯電路動作，封鎖脈沖輸出，確保集成電路的6個(gè)引腳12，11，10，9，8，7輸出全為低電平。3）由TC787構(gòu)成的三相六脈沖觸

14、發(fā)電路如圖2.1所示。380V三相交流電經(jīng)過同步變壓器變壓為30V的同步信號a1，b1，c1后，經(jīng)過電位器RP1，RP2，RP3及RCT型網(wǎng)絡(luò)濾波接入到TC787的同步電壓輸入端，通過調(diào)節(jié)RP1，RP2，RP3可微調(diào)各相電壓的相位，以保證同步信號與主電路的匹配。Ca，Cb，Cc為積分電容，TC787芯片的鋸齒波的線性、幅度由Ca、Cb、Cc電容決定，因此，為了保證鋸齒波有良好的線性及三相鋸齒波斜率的一致性，選擇Ca、Cb、Cc時(shí)要求其3個(gè)電容值的相對誤差要非常小，以產(chǎn)生的鋸齒波線性好、幅度大且不平頂為宜。Ca、Cb、Cc為電容量的參考值為0.15F。連接在13腳的電容Cx決定輸出脈沖的寬度，C

15、x越大，脈沖越寬，可得到0度-80度范圍的方波，不過脈沖太寬會增大驅(qū)動級的損耗。Cx參考值為3300F-0.1F。調(diào)節(jié)RP可以使輸入4腳的電壓0-12V之間連續(xù)變化，從而使輸出脈沖在0-180度之間變化，7-12腳的輸出端有大于25mA的輸出能力，采用6只驅(qū)動管擴(kuò)展電流，經(jīng)脈沖變壓器隔離后將脈沖接到晶閘管的控制極（g）和陰極（k）之間，以觸發(fā)晶閘管。圖2.1 觸發(fā)電路4）雙閉環(huán)控制電路的工作原理首先是對雙閉環(huán)控制電路的穩(wěn)態(tài)工作原理的分析，可以根據(jù)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖來分析，分析穩(wěn)態(tài)工作原理的關(guān)鍵是要了解PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征，一般都會存在著兩種狀況：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)

16、節(jié)器飽和時(shí)，輸出為恒值，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(shí)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(shí)，PI的作用使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時(shí)總為零。在實(shí)際的正常運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器是不會達(dá)到飽和狀態(tài)的。因此，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和和不飽和兩種情況。當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時(shí)，它們的輸入偏差電壓都是零。而當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和時(shí)，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)變成一個(gè)電流無靜差的單電流閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)上，轉(zhuǎn)速是由給定電壓決定的，ASR的輸出量是由負(fù)載電流

17、決定的，而控制電壓的大小則同時(shí)取決于轉(zhuǎn)速和負(fù)載電流。PI調(diào)節(jié)器的輸出量在動態(tài)過程中決定于輸入量的積分，到達(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí)，輸入為零，輸出的穩(wěn)態(tài)值與輸入無關(guān)，而是由它后面環(huán)節(jié)的需要決定的。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于Idm時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用。當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到Idm時(shí)，對應(yīng)于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的飽和輸出，這時(shí)，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差，得到過電流的自動保護(hù)。這就是采用了兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)、外兩個(gè)閉環(huán)的效果。這樣的靜特性比帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)靜特性好。接著是對其起動過程的分析，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

18、，整個(gè)動態(tài)過程就分成、三個(gè)階段。第階段（電流上升階段）。突加給定電壓后，經(jīng)過兩個(gè)調(diào)節(jié)器的跟隨作用， UC、Ud0、Id都跟著上升，但是在Id沒有達(dá)到負(fù)載電流IdL以前，電動機(jī)還不能轉(zhuǎn)動。當(dāng)IdIdL后，電動機(jī)開始起動。由于機(jī)電慣性的作用，轉(zhuǎn)速不會很快增長，因而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差電壓仍較大，其輸出電壓保持限幅值，強(qiáng)迫電樞電流迅速上升。直到電流調(diào)節(jié)器很快就壓制了Id的增長，標(biāo)志著這一階段的結(jié)束。第階段（恒流升速階段）。這是起動過程中的主要階段。在這個(gè)階段中，ASR始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)，系統(tǒng)成為在恒值電流給定下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流Id恒定，因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性

19、增長，對電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)來說，E是一個(gè)線性漸增的擾動量，為了克服它，Ud0和UC也必須基本上按線性增長，才能保持Id恒定。第階段（轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段）。當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給定值時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差減小到零，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(fù)，使它開始退出飽和狀態(tài)，Ui*和Id很快下降。但是，只要Id仍大于負(fù)載電流IdL，轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。直到Id =IdL時(shí)，轉(zhuǎn)矩Te =TL，則dn/dt =0,轉(zhuǎn)速n才到達(dá)峰值。此后，電動機(jī)開始在負(fù)載的阻力下減速，當(dāng)Id IdL時(shí)，直到穩(wěn)定。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(gè)特點(diǎn)：（

20、1）飽和非線性控制（2）轉(zhuǎn)速超調(diào)（3）準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制。最后是對其動態(tài)抗擾性能的分析，對于調(diào)速系統(tǒng)，最重要的動態(tài)性能是抗擾性能。主要是抗負(fù)載擾動和抗電網(wǎng)電壓擾動的性能。負(fù)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(fù)載擾動的作用。就靜特性而言，系統(tǒng)對它們的抗擾效果是一樣的。但從動態(tài)性能上看，由于擾動作用點(diǎn)不同，存在著能否及時(shí)調(diào)節(jié)的差別。負(fù)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)，而電網(wǎng)電壓擾動的作用電力被調(diào)量稍遠(yuǎn)，調(diào)節(jié)作用受到延滯，因此單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)抑制電壓擾動的性能要差一點(diǎn)。綜上所述，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，電壓波動可以通過電流反饋得到比較及時(shí)的調(diào)節(jié)，不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才

21、能反饋回來，抗擾動性能大有改善。因此，在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電壓波動引起的轉(zhuǎn)速動態(tài)變化會比單閉環(huán)系統(tǒng)小得多。3.設(shè)計(jì)計(jì)算書3.1 整流裝置的計(jì)算（有關(guān)參數(shù)見已知參數(shù)表）1）選擇整流電路的形式：三相全控橋2)確定最小控制角 計(jì)算所需整流電源電壓 (3-1) =134.79 V3）確定變壓器和晶閘管的容量 KVA （3-2） KVA (3-3)取最大值 KVA整流元件：額定電壓 V （3-4）并考慮3倍過壓容量，取 990.51 V額定電流：有效值 A (3-5) 平均值 A (3-6) A 考慮（1.5-2）的過流裕量，取=16.4 A4) 計(jì)算所需平波電抗器的電感量 mH電流連續(xù)時(shí)： (3-7

22、)其中 mH (3-8) mH (3-9)（ 為整流橋輸出的額定電流）( mH （3-10）KD:計(jì)算系數(shù)，無償補(bǔ)償電機(jī)812,取8；p:磁極對數(shù)）即： mH (3-11)電流斷續(xù)時(shí)： (3-12) mH (3-13)(三項(xiàng)全控橋 )（：給定的允許電流脈沖系數(shù)，三相整流電路中，取5%）平波電抗器電感 mh （3-14）取平波電抗器電阻 5）計(jì)算選擇保護(hù)電路（1）晶閘管關(guān)斷過電壓保護(hù)根據(jù) A，查下表選擇R,C表3-1 阻容保護(hù)電路參數(shù)表晶閘管額定電流（A）1000500200100502010電容（）210.50.250.20.150.1電阻（）2510204080100取R=80 C=0.15

23、 =0.818 W （3-15）（2）交流測過電壓保護(hù)阻容吸收電路與變壓器次級接法一致如下： (3-16)(：每相容量)耐壓： V K (3-17)取20K(：變壓器激磁電流百分?jǐn)?shù)，10560KVA的三相變壓器，取為5%)A () (3-18) W (3-19)(3)直流測過電壓保護(hù)選擇根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電壓和通流容量通過查表可得出：V (3-20)通流容量選擇0.5KA查表得，壓敏電阻型號規(guī)格為MY31-440/0.5。(4) 過電流保護(hù)根據(jù)的公式來進(jìn)行選擇，本設(shè)計(jì)中 A所以查表得快速熔斷器型號為RLS-10。（5）電壓上升率、電流上升率 避免晶閘管由于正向電壓上升率過大，而引起的晶閘管誤導(dǎo)通，造成快

24、熔或晶閘管燒壞。通常限制措施是在每一個(gè)晶閘管橋臂中串接一個(gè)空芯小電感（電感量約為 2030H）本設(shè)計(jì)選擇橋臂串空芯電抗 h （3-21）6）選擇觸發(fā)電路主電路變壓器Y/Y-12,同步變壓器Y/Y-4或Y/Y-103.2 計(jì)算系統(tǒng)中一些環(huán)節(jié)的參數(shù)，確定其傳遞函數(shù)1）已知參數(shù)(1) 電動機(jī)參數(shù)表表3-2電動機(jī)參數(shù)表4.522022.310000.93213.82（2）晶閘管整流電源電源電阻 (三相全控橋 m=6)（ ） （3-22） (3-23)():變壓器短路電壓比，5%（1000KVA以下）10%）放大倍數(shù) （3-24）時(shí)間常數(shù) s （3-25）2）固有參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算(1)給定電壓最大值 V(

25、2)調(diào)節(jié)器限幅電壓 V (3-26)(3)參數(shù)計(jì)算如下電動機(jī)電磁時(shí)間常數(shù) (3-27)(副方電阻，取0.2) mH (3-28) s （3-29）電動機(jī)電勢常數(shù) Vmin/r (3-30)電動機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù) Nm/A (3-31)電動機(jī)機(jī)電常數(shù) s（3-32）轉(zhuǎn)速慣量 Nms2 (3-33)3)預(yù)選參數(shù)（1） 調(diào)節(jié)器輸入阻抗 R0=20 K （2） 電流反饋系數(shù) V/A (3-34) (Idm=1.52IN) （3） 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) Vmin/r (3-35)（4） 電流反饋濾波時(shí)間常數(shù) ms（5） 轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù) ms（6） 電流給定濾波時(shí)間常數(shù) ms（7） 轉(zhuǎn)速給定濾波時(shí)間常數(shù) ms3.3

26、雙閉環(huán)系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算和系統(tǒng)原理圖的確定1）電流環(huán)的計(jì)算：將電流環(huán)簡化成典型型系統(tǒng)，求出（1）簡化系統(tǒng)略去反電勢E=對電流的影響；合并小慣性環(huán)節(jié)，包括晶閘管延遲和反饋濾波環(huán)節(jié)三相橋式電路的平均失控時(shí)間：=0.00167 s (3-36) （12）=3.3 ms 即取電流濾波時(shí)間常數(shù)=0.002 s電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和=0.00167+0.002=0.00367 s (3-37) （2）求出固有部分的傳遞函數(shù)，畫出簡化后的電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖固有部分的傳遞函數(shù)： (3-38)簡化后的電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖： 圖3-1 電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖檢查對電源電壓的抗擾性能： (3-39) （）參照下表，各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的表3-3

27、電源電壓抗擾性能表55.533.218.512.9/T2.83.43.84.0/T14.721.728.730.4（3）根據(jù)典型型系統(tǒng)的校正項(xiàng)目和幅頻特性，電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù) (3-40)（4）取 s，校正得到圖圖3-2 電流環(huán)結(jié)構(gòu)校正圖(5)要求，取=0.5， s-1 ()(3-41) (3-42)（6） s-1 (3-43)(7)校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率： s-1 (3-44)a. 警惕管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件 199.6滿足近似條件 (3-45)b. 忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件： (3-46)滿足近似條件 c. 電流環(huán)小間常時(shí)數(shù)近似處理?xiàng)l件： (3-47)滿足近似條件

28、（8）求出電流調(diào)節(jié)器元件參數(shù)，取122 (3-48)取 (3-49) (3-50)?。┧俣拳h(huán)的計(jì)算：將速度環(huán)校正成典型型系統(tǒng),求得,(1)確定時(shí)間常數(shù)a.電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù) s (3-51)b.轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù) sc.轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)s (3-52)(2)電流環(huán)的閉環(huán)傳遞函數(shù)，降階近似為，電流環(huán)在速度環(huán)中等效為 (3-53)（3）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按設(shè)計(jì)要求，選用PI調(diào)節(jié)，其傳遞函數(shù)為 (3-54)（4）計(jì)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(shí)間常數(shù) s (3-55)(5)由典型型系統(tǒng)得，開環(huán)增益 kN=h+12h2Tn2=5+12×52×0

29、.017342=399.1 s-2 (3-56)可以得到ASR的比例系數(shù) kn=（h+1）CeTm/2hRTn= 5+10.30×0.199×0.04182×5×0.01×1.551×0.01734=5.57 (3-57)(6)檢驗(yàn)近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截至頻率 wcn=kNw1=kNn=399.1×0.0867=34.6 s-2 (3-58)a. 電流環(huán)傳遞簡化條件13k1Ti=13136.240.00367 = 62.44 s-1>wcn (3-59) 滿足簡化條件b. 轉(zhuǎn)速換小時(shí)間長速近似處理?xiàng)l件13KITon=1313

30、6.240.01=38.91 s-1>wcn (3-60) 滿足近似條件（7）計(jì)算確定速度調(diào)節(jié)器的參數(shù)Cn，Rn，C0nRn=knR0=5.57×20×103=111.4 k 取120 k (3-61)Cn=nRn= 0.0867(100×103)=0.867 f 取 1 f (3-62) COn=4TonR0=4×0.0120×103=2 f 取 2 f (3-63)3.4 系統(tǒng)性能指標(biāo)的校核計(jì)算1靜態(tài)性能指標(biāo)的計(jì)算校核典型型系統(tǒng)給定階躍輸入: (3-64)ess=0典型型系統(tǒng)給定階躍輸入： (3-65)esr=0擾動階躍輸入： (3-

31、66)ess=esr+esn=0（2）跟隨性能指標(biāo)的計(jì)算校核A電流環(huán)可以達(dá)到動態(tài)跟隨性能指標(biāo)為：=4.3%<5% (3-67) 電流環(huán)上升時(shí)間：tr=4.7T=0.0172 s (3-68) 電流環(huán)調(diào)整時(shí)間：ts=6T=0.022 s (3-69)c. 空載啟動到額定轉(zhuǎn)速的最大超調(diào)量n%，在飽和非線性下。以ASR“退飽和超調(diào)”符合系統(tǒng)實(shí)際。M=cmaxcbnbn=2cmaxcb-znNnTnTm =2×81.2%×1.7-00.063·0.017340.0418=0.0722<10% (3-70)符合設(shè)計(jì)指標(biāo)(：電機(jī)過載倍數(shù) 1.52 取1.7 倍，z

32、：理想空載啟動時(shí)，z=0，cmaxcb轉(zhuǎn)速環(huán)上升時(shí)間： （3-71）轉(zhuǎn)速環(huán)調(diào)整時(shí)間： （3-72）3) 抗擾動性能指標(biāo)的計(jì)算校核 （1）負(fù)載變化20%額定負(fù)載時(shí) r/min （ ） （3-73） r/min （3-74） （3-75）驗(yàn)算:恢復(fù)時(shí)間： s （3-76）（2）電網(wǎng)電壓波動10%額定值時(shí) （a）電流環(huán)（典） r/min （3-77） （ ） A （3-78） （） （3-79） 驗(yàn)算： s （3-80） （b）速度環(huán)（典） r/min （3-81） （ ） r/min （3-82）驗(yàn)算： 10% 符合設(shè)計(jì)指標(biāo) s （3-83）4.參考資料1 陳伯時(shí)主編，電力拖動自動控制系統(tǒng)運(yùn)動控制

33、系統(tǒng)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，第3版，2010.2 馬國偉、葉平主編，無刷直流電動機(jī)的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)，機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)，新.2004.3 王果、朱大鵬主編，直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)方法仿真，電機(jī)技術(shù)，2005.4 張傳偉、郭衛(wèi)主編，直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真研究，機(jī)床與液壓，2005.5 王兆安、黃俊主編，電力電子技術(shù)，第4版，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.6 孟慶春主編，電力拖動自動控制系統(tǒng)，沈陽：東北大學(xué)出版社，2005年12月.7 李榮生主編，電器傳動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.8 爾桂花、竇日軒主編，運(yùn)動控制系統(tǒng)，北京：清華大學(xué)出版社，2005.9 李

34、發(fā)海、王巖主編，電機(jī)拖動基礎(chǔ)，第3版，北京：清華大學(xué)出版社，2005年8月.10 楊蔭福、段善旭、朝澤云主編，電力電子裝置及系統(tǒng)，北京：清華大學(xué)出版社，2006.11 阮毅、陳伯時(shí)，電力拖動自動控制系統(tǒng)運(yùn)動控制系統(tǒng)第4版，機(jī)械工業(yè)出版社.12 阮毅、陳維鈞，運(yùn)動控制系統(tǒng)，清華大學(xué)出版社.13 王兆安、劉進(jìn)軍，電力電子技術(shù)第5版，機(jī)械工業(yè)出版社.14 洪乃剛，電力電子和電力拖動控制系統(tǒng)的MATLAB仿真，機(jī)械工業(yè)出版社.15 王華強(qiáng).直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)方法的探討.荊門職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào).5.附圖與附表5.1系統(tǒng)基本原理圖圖5-1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理5.2靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖5-2 雙閉環(huán)直

35、流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)5.3動態(tài)結(jié)構(gòu)圖和相應(yīng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)參數(shù)表圖5-3 圖動態(tài)結(jié)構(gòu)圖5.4典I典II的開環(huán)對數(shù)輻頻特性圖圖5-4 典I的開環(huán)對數(shù)輻頻特性圖圖5-5 典II的開環(huán)對數(shù)輻頻特性圖5.5系統(tǒng)參數(shù)表1）已知參數(shù)參數(shù)名稱數(shù)值電源電阻Rs()0.561副方電阻RB（）0.2放大倍數(shù)Ks40時(shí)間常數(shù)Ts(s)0.00167=0°室整流電壓與次級電壓比A2.34實(shí)際電壓與理想空載電壓比B0.93電壓波動系數(shù)E0.9輸出最低頻率分量的頻率值fd3002）固有參數(shù)表參數(shù)名稱數(shù)值給定電壓最大值U*nm(V)10調(diào)節(jié)器限幅電壓Unm(V)10電動機(jī)電磁時(shí)間常數(shù)Tl(s)0.048電樞回路總電阻R（

36、）2.751總電感L（mH）130.83電動機(jī)電勢常數(shù)Ce（V·min/r）0.196電動機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù)Cm（N·m/A）1.87電動機(jī)機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm（s）0.034轉(zhuǎn)速慣量J（N·m·s²）0.004533）預(yù)選參數(shù)表參數(shù)名稱數(shù)值調(diào)節(jié)器輸入阻抗R0(K)20電流反饋系數(shù)（V/A）0.52轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)（V·min/r）0.01電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)T（ms）2轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)T（ms）10電流給定反饋濾波時(shí)間常數(shù)T（ms）2轉(zhuǎn)速給定濾波時(shí)間常數(shù)T（ms）104）直流電動機(jī)參數(shù)表PN（KW）UN（V）IN（A）NN（r/min）Ra（）

37、LD（mH）GD²（N·m）32201715001.46201.1422022.315000.82151.45.522030.315000.64113.27.522040.815000.39883.822.222012.810001.89371.7322017.210001.72283.24.522022.310000.93213.825.522030.310000.76165.257.522041.310000.49127.05）整流裝置參數(shù)表參數(shù)名稱數(shù)值變壓器副方電壓U2（V）134.79變壓器容量S2（KVA）4.22晶閘管額定UTn（V）330.17晶閘管額定電流有

38、效值IVT（A）7.39晶閘管額定電流平均值 IvTAT（A）9.4平波電抗器電感 Ld(mH)91.94平電抗器電阻 R()0.1電壓上升率和電流上升率 Ls(H)206）調(diào)節(jié)器參數(shù)表參數(shù)名稱數(shù)值電流環(huán)小時(shí)間常數(shù) Ti(s)0.00367電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù) i(s)0.048電流環(huán)開環(huán)增益 kI(s-1)136.24電流環(huán)的比例系數(shù) ki0.856電流環(huán)截止頻率 wci(s-1)136.24電流調(diào)節(jié)器電阻 R (K)18電流調(diào)節(jié)器電容 Ci(F)3轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù) T0n0.01轉(zhuǎn)速換小時(shí)間常數(shù) Tn(s)0.01734轉(zhuǎn)速換的超前時(shí)間常數(shù) n(s)0.0867轉(zhuǎn)速開環(huán)增益 kn(s-2

39、)399.1轉(zhuǎn)速環(huán)的比例系數(shù) kn4.36轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率 wcn(k)34.6轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電阻 Rn(k)100轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電容 Cn(F)17）性能指標(biāo)參數(shù)參數(shù)表數(shù)值典型型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)靜差ess0典型型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)靜差ess0電流環(huán)超調(diào)量i(%)4.3%電流環(huán)上升時(shí)間tr(s)0.0172電流環(huán)調(diào)節(jié)時(shí)間ts(s)0.022轉(zhuǎn)速環(huán)超調(diào)量n(%)8.87轉(zhuǎn)速環(huán)上升時(shí)間tr(s)0.0494轉(zhuǎn)速環(huán)調(diào)節(jié)時(shí)間ts(s)0.1656負(fù)載變化20%額定負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速環(huán)cbII(r/min)36.65負(fù)載變化20%額定負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速環(huán)i%2.976負(fù)載變化20%額定負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速環(huán)恢復(fù)時(shí)間tvs0.153電網(wǎng)電壓波動10%額定值時(shí)電流