直流電機位置隨動系統(tǒng)設(shè)計匯總

1、中北大學信息商務(wù)學院課程設(shè)計說明書學生姓名：學號：學院： 中北大學信息商務(wù)學院專業(yè)：自動化題 目：直流電機位置隨動系統(tǒng)設(shè)計（第六組）指導教師：職稱:副教授2013年12月9日中北大學信息商務(wù)學院課程設(shè)計任務(wù)書2013-2014學年第 一 學期學院：中北大學信息商務(wù)學院專業(yè)：自動化學生姓名：學號：課程設(shè)計題目：直流電機位置隨動系統(tǒng)設(shè)計（第六組）起迄日期：12月9日 12月20日課程設(shè)計地點：德懷樓七層實驗室指導教師：下達任務(wù)書日期：2013年12月9日課程設(shè)計任務(wù)書.設(shè)計目的：設(shè)計一個位置隨動系統(tǒng)，使用工程設(shè)計方法，使其達到相應(yīng)的技術(shù)指標要求。.設(shè)計內(nèi)容和要求(包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計

2、要求等)：、設(shè)計參數(shù)A組第二組第三組第四組第五組第六組靜阻力矩MH(N?m)3550658095100轉(zhuǎn)動慣量JH(kg?m2)60 190100 1110120110取大跟蹤速度 Qm(1/s)1.41.61.5 11.41.51.6取大跟蹤加速度切(1/s2)1.751.751.751.751.651.6靜態(tài)位直認差 ec(deg)0.30.30.30.30.30.3靜態(tài)速度誤差 edeg)0.50.50.510.5P 0.510.5取大跟蹤法差 em (deg)0.81.01.01.11.21.2電流環(huán)超調(diào) 8 (%)555555速度環(huán)超調(diào) 8 (%)101010110r 10 n10位

3、置環(huán)超調(diào) 6 (%)303030303030位置環(huán)過渡過程時間tss)0.60.60.60.80.81.0短期干擾力矩 Mt(N如)506570758085系統(tǒng)位置檢測元件采用變壓器式自整角機組合 Kbs=50V/rad,相敏整流器采用二極管 環(huán)形整流器，Kph由計算確定，Tph=0.002s,功率放大器采用橋式PWM變換器，Ks=20, Ts=0.0004s,系統(tǒng)采用位置、速度、電流三環(huán)結(jié)構(gòu)，電流反饋系數(shù)由2V/A , Toi=0.001s速度反饋系數(shù) oF0.064V.s/rad,Ton=0.001so二、供選擇的直流電動機參數(shù)Pnom(W)V nom(V)I nom(A)nnom(r/m

4、in)Jd(kg ?m2)Z2-214001105.5910000.023Z2-226001107.6910000.026Z2-3180011010.0210000.029Z2-32100011013.2310000.032.設(shè)計工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計計算說明書 （論文）、圖紙、 實物樣品等：三、設(shè)計要求1、計算并選擇電動機型號及調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)；2、畫出系統(tǒng)的電氣原理圖（標明各環(huán)節(jié)參數(shù)，計算機制圖，推薦使用Protell軟件）；3、畫出系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖（標明各環(huán)節(jié)參數(shù)）；4、利用MATLAB軟件對所設(shè)計的系統(tǒng)進行驗證，給出仿真結(jié)果；5、利用Bode圖近似畫法，繪制系統(tǒng)的對數(shù)頻域漸

5、近特性；6、對比（4）、（5）的圖形并說明其異同；7、提交設(shè)計說明書。課程設(shè)計任務(wù)書.主要參考文獻：1陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng).第三版.北京.機械工業(yè)出版社.2003:11 1442陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng).第二版.北京.機械工業(yè)出版社.2000:151-1723黃忠霖.控制系統(tǒng)MATLA臥算及防真.北京.國防工業(yè)出版社.2001:11-3274胡壽松.自動控制原理.北京.科學出版社.2001:32-1325徐以榮，冷增祥.電力電子技術(shù).南京.東南大學出版社.1999:153-1656趙昌穎，宋世光.電力拖動基礎(chǔ).哈爾濱.哈爾濱人民出版社.1996:86-987李正熙，白晶主.電力拖動

6、自動控制系統(tǒng).北京.冶金工業(yè)出版社.1997:184-1968陳伯時.自動控制系統(tǒng).北京.機械工業(yè)出版社.1981:55-1859王兆安，黃俊主.電力電子技術(shù).第四版.北京.機械工業(yè)出版社.2000:64-86.設(shè)計成果形式及要求：提交設(shè)計說明書，并給出計算過程以及各種電路圖，仿真圖結(jié)果。.工作計劃及進度:2013 J年12月9日12月10日查閱與設(shè)計相關(guān)的資料12月11日12月12日學習和理解找到的資料12月13日12月15日根據(jù)設(shè)計要求開始設(shè)計12月16日12月19日用計算機制圖和仿真，完成設(shè)計12月20日12月20日答辯或成績考核基層教學組織審查意見:簽字：年 月 日位置隨動系統(tǒng)的概述.

7、位置隨動系統(tǒng)的概念位置隨動控制系統(tǒng)又名伺服控制系統(tǒng)。其參考輸入是變化規(guī)律未知的任意時 間函數(shù)。隨動控制系統(tǒng)的任務(wù)是使被控量按同樣規(guī)律變化并與輸入信號的誤差保 持在規(guī)定范圍內(nèi)。這種系統(tǒng)在軍事上應(yīng)用最為普遍 .如導彈發(fā)射架控制系統(tǒng)，雷 達天線控制系統(tǒng)等。具特點是輸入為未知。伺服驅(qū)動系統(tǒng)( Servo System)簡稱 伺服系統(tǒng)，是一種以機械位置或角度作為控制對象的自動控制系統(tǒng)，例如數(shù)控機床等。使用在伺服系統(tǒng)中的驅(qū)動電機要求具有響應(yīng)速度快、定位準確、轉(zhuǎn)動慣量較大等特點，這類專用的電機稱為伺服電機。當然，其基本工作原理和普通的交 直流電機沒有什么不同。該類電機的專用驅(qū)動單元稱為伺服驅(qū)動單元， 有時簡

8、稱 為伺服，一般其內(nèi)部包括電流、速度和/或位置閉環(huán)。.位置隨動系統(tǒng)的基本組成.電位器式位置隨動系統(tǒng)的組成下面通過一個簡單的例子說明位置隨動系統(tǒng)的基本組成，其原理圖如圖1-1所示。這是一個電位器式的小功率位置隨動系統(tǒng)，有以下五個部分組成：操縱輪圖1-1電位器式位置隨動系統(tǒng)原理圖RP1是給定位置傳(1)位置傳感器 由電位器RP1和RP2組成位置傳感器。感器，具轉(zhuǎn)軸與操縱輪連接，發(fā)出轉(zhuǎn)角給定信號 8； RP2是反饋位置傳感器，其轉(zhuǎn)軸通過傳動機構(gòu)與負載的轉(zhuǎn)軸相連，得到轉(zhuǎn)角反饋信號9；0兩個電位器由同* - 、 、 、 . . . . . . . . . . . . . *. . . .一個直流電源Us

9、供電，使電位器/&出電壓U和U，直接將位置信號轉(zhuǎn)換成電壓 量。誤差電壓AU =U* U反映了給定與反饋的轉(zhuǎn)角誤差 日=日；-6m，通過放 大器等環(huán)節(jié)拖動負載，最終消滅誤差。(2)電壓比較放大器(A) 兩個電位器輸出的電壓信號U*和U在放大器A 中進行比較與放大，發(fā)出控制信號Uc。由于AU是可正可負的，放大器必須具有 鑒別電壓極性的能力。輸出的控制電壓 U c也是可逆的。(3)電力電子變換器(UPE它主要起功率放大的作用(同時也放大了電壓)， 而且必須是可逆的。在小功率直流隨動系統(tǒng)中多用 P-MOSFETIGB1W式PWM換 器。對于大功率位置隨動系統(tǒng)，會用到可逆的脈寬調(diào)制式 PWM換器。(4)

10、伺服電機(SM 在小功率直流隨動系統(tǒng)中多用永磁式直流伺服電機，在不同情況下也可采用其它直流或交流伺服電機。大功率隨動系統(tǒng)中也可采用永磁 式直流伺服電機，由伺服電機和電力電子變換器構(gòu)成可逆拖動系統(tǒng)是位置隨動系 統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)。(5)減速器與負載 在一般情況下負載的轉(zhuǎn)速是很低的，在電機與負載之間 必須設(shè)有傳動比為i的減速器。在現(xiàn)代機器人、汽車電子機械等大功率設(shè)備中， 為了減少機械裝置，傾向于采用低速電機直接傳動，可以取消減速器。以上五個部分是各種位置隨動系統(tǒng)都有的， 在不同情況下，由于具體條件和 性能要求的不同，所采用的具體元件、裝置和控制方案可能有較大的差異。 2.位置隨動系統(tǒng)的分類隨著科學技術(shù)的

11、發(fā)展出現(xiàn)了各類隨動系統(tǒng)由于位置隨動系統(tǒng)的特征體現(xiàn)在位置上，體現(xiàn)在位置給定信號和位置反饋信號及兩個信號綜合比較方面， 因此可 根據(jù)這個特征將它劃分為兩個類型， 一類是模擬式隨動系統(tǒng)，一類是數(shù)字式隨動 系統(tǒng)。數(shù)字式隨動系統(tǒng)又可分為數(shù)字相位隨動系統(tǒng)和數(shù)字脈沖隨動系統(tǒng)。 由于本 次設(shè)計研究的是模擬隨動系統(tǒng)，數(shù)字隨動系統(tǒng)就不做介紹。對于模擬隨動系統(tǒng)可 按閉環(huán)系統(tǒng)分為三類。多環(huán)位置隨動系統(tǒng)這里只詳細介紹經(jīng)典的位置、轉(zhuǎn)速、電流三環(huán)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速，這類系統(tǒng)適用 廣泛。多環(huán)系統(tǒng)還包括只有位置環(huán)、電流環(huán)，沒有轉(zhuǎn)速環(huán)；或是只有位置環(huán)、轉(zhuǎn) 速環(huán)，沒有電流環(huán)，其實同三環(huán)系統(tǒng)大同小異，分析和設(shè)計方法相同。位置、轉(zhuǎn)速、電流三

12、環(huán)系統(tǒng)在電流環(huán)、轉(zhuǎn)速環(huán)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，外 邊再加一個位置控制環(huán)，便形成一個三環(huán)控制系統(tǒng)，如圖 1-2所示。三環(huán)的調(diào)節(jié) 器分別稱為位置調(diào)節(jié)器（APR、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ASR、電流調(diào)節(jié)器（ACR。其 中位置環(huán)屬外環(huán)，是最主要的環(huán)，轉(zhuǎn)速環(huán)即是位置環(huán)的內(nèi)環(huán)，又是電流環(huán)的外環(huán)， 電流環(huán)是系統(tǒng)內(nèi)環(huán)。在設(shè)計調(diào)節(jié)器時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器可按原雙閉環(huán)系 統(tǒng)的設(shè)計和整定方法來解決。其中位置調(diào)節(jié)器 AP眥是位置環(huán)校正裝置，它的類 型和參數(shù)決定了位置隨動系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差和動態(tài)跟隨性能，其輸出限幅值決定了電機的最高轉(zhuǎn)速。位置、轉(zhuǎn)速、電流三個閉環(huán)都畫成單位反饋，反饋系數(shù)都已計 入各調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)中去。和雙閉環(huán)控制

13、系統(tǒng)一樣，多環(huán)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的設(shè)計方法也是從內(nèi)環(huán)到外環(huán)，逐個設(shè)計各環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)器。按此規(guī)律，對于如圖1-2所示的三環(huán)位置隨動系統(tǒng)，應(yīng)首先設(shè)計電流調(diào)節(jié)器ACR然后將電流環(huán)簡化成轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個環(huán)節(jié)，和其它環(huán)節(jié)一起構(gòu)成轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR勺控制對象，再設(shè)計ASR最后，再把整個轉(zhuǎn)速 環(huán)簡化為位置環(huán)中的一個環(huán)節(jié)，從而設(shè)計位置調(diào)節(jié)器 APR逐環(huán)設(shè)計可以使每個 控制環(huán)都是穩(wěn)定的，從而保證整個控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)的對 象參數(shù)變化或擾動時，電流反饋和轉(zhuǎn)速反饋都能夠起到及時的抑制作用，使之對 位置環(huán)的工作影響很小。同時每個環(huán)節(jié)都有自己的控制對象， 分工明確，易于調(diào) 整。但這樣的逐環(huán)設(shè)計的多環(huán)控制系統(tǒng)也

14、有明顯的不足，即對外環(huán)的控制作用的響應(yīng)不會很快。這是因為設(shè)計每個環(huán)節(jié)時，都要將內(nèi)環(huán)等效成其中的一個環(huán)節(jié)， 而這種等效環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)之所以能夠成立，是以外環(huán)的截止頻率遠遠低于內(nèi)環(huán)為 前提的。在一般模擬控制的隨動系統(tǒng)中，電流環(huán)的截位置、轉(zhuǎn)速、電流三環(huán)位置隨動系統(tǒng)的原理圖BQ-光電位置傳感器DSP-數(shù)字轉(zhuǎn)速信號形成環(huán)節(jié)止頻率約 3 =100150Hz,轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率 切約在2030Hz之間，最高不超過50Hz,照此推算，位置環(huán)的截止頻率只有 6 cle=10Hz左右。位置環(huán)的截止 頻率被限制的太低，會影響系統(tǒng)的快速性，因為這類三環(huán)控制的位置隨動系統(tǒng)只 適用于對快速跟隨性能要求不高的場合，例如點位控制

15、的機床隨動系統(tǒng)。在近代 數(shù)字控制的隨動系統(tǒng)中，控制對象的快速響應(yīng)性能已經(jīng)大大提高，各控制環(huán)的采樣周期也可以大大縮短，其轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率達cocn =100200Hz ,因而位置環(huán) 的截止頻率也可以提高，在要求高動態(tài)性能的數(shù)控機床軌跡控制和機器人控制中 都取得了很好的應(yīng)用效果。在位置、轉(zhuǎn)速、電流三環(huán)系統(tǒng)中，位置調(diào)節(jié)器的輸出是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸入， 速度調(diào)節(jié)器是電流調(diào)節(jié)器的輸入，電流調(diào)節(jié)器的輸出直接控制功率變換單元， 也 就是脈寬調(diào)制系統(tǒng)。這三個環(huán)的反饋信號都是負反饋，三個環(huán)都是反相放大器。 三環(huán)相制約，使控制達到極其完美的地步。三.三環(huán)隨動系統(tǒng)的基本組成及其數(shù)學模型的建立.三環(huán)隨動系統(tǒng)的基本組成：系

16、統(tǒng)可分為以下八個部分：.位置環(huán)我們只分析它的數(shù)學模型，不會把它作具體介紹。可以近似為一階慣性環(huán)節(jié)， 傳遞函數(shù)為Wj=KTjS 1.位置傳感器模擬隨動系統(tǒng)的位置傳感器如前所述， 大體可以分為兩種，電位器和基于電 磁感應(yīng)原理的位置傳感器?；陔姶鸥袘?yīng)原理的位置傳感器有自整角機、 旋轉(zhuǎn)變 壓器、感應(yīng)同步器等，是應(yīng)用比較廣泛的模擬式位置傳感器， 可靠性和精度都比 較高。本次設(shè)計采用的位置傳感器是自整角機。自整角機是角位移傳感器，在隨動系統(tǒng)中總是成對應(yīng)用的。與指令軸相聯(lián)的自整角機稱為發(fā)送機， 與執(zhí)行軸相聯(lián) 的稱作接收機。按用途不同，自整角機可分為力矩式自整角機和控制式自整角機 兩類。力矩式自整角機可以不

17、經(jīng)中間放大環(huán)節(jié)， 直接傳遞轉(zhuǎn)角信息，一般用于微 功率同步旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)。對功率較大的負載，力矩式自整角機帶動不了，可采用控制 式自整角機，將自整角接收機接成變壓器狀態(tài)，具輸出電壓通過中間放大環(huán)節(jié)帶 動負載，組成自整角機隨動系統(tǒng)。下面簡單分析本次設(shè)計使用的控制式自整角機的工作原理和使用。先看單相自整角機的結(jié)構(gòu)和工作原理。它具有一個單相勵磁繞組和一個三相 整步繞組，單相勵磁繞組安置在轉(zhuǎn)子上，通過兩個滑環(huán)引入交流勵磁電流， 勵磁 磁極通常做成隱極式。這樣可使輸入阻抗不隨轉(zhuǎn)子位置而變化。 整步繞組是三相 繞組，一般為分布繞組，安置在定子上，它們被此在空間相隔 120,并接成Y形。 BS自整角發(fā)送機，BS時自

18、整角接收機。本次模型中采用的自整角機的放大系 數(shù)Kbs =1.25V/（）。自整角機本身的檢測誤差ed =0.5。傳遞函數(shù)為式（4-2）, 是簡單的線性函數(shù)在數(shù)學模型將不會出現(xiàn)， 但在計算穩(wěn)態(tài)誤差時將會用到自整角 機的參數(shù)。自整角機還包括相敏整流器 URP可以把它當作自整角機的一部分， 相當于一個電壓放大器，并反映心的極性，放大系數(shù)K,p =2,當然它在數(shù)學模 型中也不會出現(xiàn)。.電壓比較放大器（A）這是位置隨動系統(tǒng)所必須有的裝置。 它的作用是發(fā)出控制信號Uc,由于AU 可正可負。放大器必須具有鑒別電壓極性的能力，輸出的控制的電壓Uc也是可逆的。放大系數(shù)Ka =5,函數(shù)關(guān)系Uc =KaAU。這個

19、簡單的函數(shù)關(guān)系也不會在 數(shù)學模型中出現(xiàn)。.電力電子變換器（UPE起功率放大作用，而且是可逆的。PW疑換器有可逆和不可逆兩類，可逆變 換器又有雙極式、單極式和受限單極式等。在本次大功率隨動系統(tǒng)中選取雙極式 控制的橋式可逆PWM換器，因為是大功率系統(tǒng)變換器采用可關(guān)斷晶閘管。采用PWM調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展越來越成熟，用途也很廣，與單純的晶閘管調(diào)速系 統(tǒng)相比有很多優(yōu)點D主電路線路簡單，需用的功率器件少；2）開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機損耗及發(fā)熱都較??；3）低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬，可達 1:10000左右；4）若與快速響應(yīng)的電機配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應(yīng)快，動態(tài)抗擾能力強;5）功率開關(guān)器

20、件工作在開關(guān)狀態(tài)，導通損耗小，當開關(guān)頻率適當時，開關(guān) 損耗也不大，因而裝置效率較高；6）直流電源采用不控整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。橋式可逆PWM換器的原理圖本次設(shè)計采用的PW渡換器的開關(guān)頻率f =2500Hz ,即失控時間Ts=0.4 ms, 失控時間已經(jīng)非常小，大大提高了系統(tǒng)的快速性，所以時間常數(shù)這么小的滯后環(huán) 節(jié)可以近似看成是一個一階慣性環(huán)節(jié)（其中 Ts=T1），傳遞函數(shù)為wm =K1Ts 1.電流調(diào)節(jié)器（ACR按工程設(shè)計法選擇典型I型系統(tǒng)，PI調(diào)節(jié)器。傳遞函數(shù)為s 1Wacr（s） =Kpi1s.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ASR按工程設(shè)計法選擇典型I型系統(tǒng)，選用PI調(diào)節(jié)器。傳遞函數(shù)為Ts 1

21、Wasr（S）=KpnTTns.位置調(diào)節(jié)器（AWR按工程設(shè)計法和位置系統(tǒng)的校正，典型II型系統(tǒng)，選用PID調(diào)節(jié)器。傳遞函一，T “s 1數(shù)為 Wawr（S）= KpwTVTw2s 1.伺服電機（SM基于本次設(shè)計的大功率隨動系統(tǒng)選擇永磁式直流伺服電機，即直流他勵電動機，型號為 Z2-32,銘牌參數(shù)，Pn =1000W , Un=110v, In=13.23A,部分nN =1000r/min 。伺服電機可視為一個二階系統(tǒng)，分為兩個傳遞函數(shù)為電機電樞近似成一階慣性環(huán)節(jié)，傳遞函數(shù)為K2 s =K2T|S 1部分為傳動裝置近似為積分環(huán)節(jié)，傳遞函數(shù)為.負載負載就不做具體介紹，它也是系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的被控位置

22、對象，我們主要研究它的數(shù)學模型。傳遞函數(shù)近似為積分環(huán)節(jié)2 PW (s)=L 60 s三環(huán)隨動系統(tǒng)功率大，采用低轉(zhuǎn)速的直流伺服電機，所以本設(shè)計取消減速器.三環(huán)隨動系統(tǒng)的數(shù)學模型三環(huán)隨動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖.三環(huán)隨動系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算已知直流他勵電動機，型號為Z2-32,銘牌參數(shù)，Pn=1000W, Un=110v,In=13.23A,廝=1000r/min。電力電子變換器的增益 (=巳=20,電壓放大器的增益Ka =5,相敏整流器的放大系數(shù)由計算決定。自整角機的放大系數(shù)Kbs =50v/(o)。計算過程如下：電動機的額定效率為PnNU N I N1000-i-i= 0.69110 13.23電動機的電樞電

23、阻為1Ra = (1 - n)2匹=0.5 (1-0.65)110 =14I n5.59電動機的電動勢系數(shù)為Un - In Ra110-5.59 3.4nN1000=0.091v r min電動機的轉(zhuǎn)矩系數(shù)為_30_Cm=-Ce= 9.55 0.091 = 0.87 N m Aji位置隨動系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖（未考慮校正裝置） 四按工程設(shè)計方法設(shè)計三環(huán)隨動系統(tǒng)的電流和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 5.電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計.電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡化在圖4-4中，在一般情況下，系統(tǒng)的電磁時間常數(shù)Ta遠小于機電時間常數(shù)Tm, 因此轉(zhuǎn)速的變化往往比電流變化慢的多，對電流環(huán)來說，反電動勢是一個變化較 慢的的擾動，在電流的瞬變過程中，

24、可以認為反電動勢基本不變，即 iE-0 0 這樣在按動態(tài)性能設(shè)計電流環(huán)時，可以暫不考慮反電動勢變化的動態(tài)影響， 也就 是說，可以暫且把反電動勢的作用去掉，得到電流環(huán)的近似結(jié)構(gòu)框圖，可以證明， 忽略反電動勢對電流作用的近似條件是式中-ci電流環(huán)開環(huán)頻率特性的截止頻率。由于Ti比Tm小的多，可以當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Ti =Ti電流環(huán)簡化的近似條件為.11, ci3Ts.電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)選擇首先考慮應(yīng)把電流環(huán)校正成哪一類典型系統(tǒng)。從穩(wěn)態(tài)要求上看，希望電流無靜差，以得到理想的堵轉(zhuǎn)特性，可以看出，采用I型就夠了。再從動態(tài)要求上看， 實際系統(tǒng)不允許電樞電流在突加控制作用時有

25、太大的超調(diào)，以保證電流在動態(tài)過程中不超過允許值，而對電網(wǎng)電壓波動的及時抗擾作用只是次要因素。為此，電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主，即應(yīng)選擇典型I型系統(tǒng)。如圖4-6所示，為電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖。圖4-6表明，電流環(huán)的控制對象是 雙慣性型的，要校正成典型I型系統(tǒng)，顯然采用PI型的電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù) 可以寫成Kpi (TiS 1) Wacr (s)- TiS為了讓調(diào)節(jié)器零點與控制對象的大時間常數(shù)極點對消，選擇Ti =Ta電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖則電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖便成典型形式，其中KiKpiKMTR繪出了校正后的開環(huán)對數(shù)幅頻特性。上述結(jié)果是在假定條件下得到的，現(xiàn)將 用過的假定條件歸納如下，以便具體設(shè)計時校

26、驗。電力電子變換器純滯后近似處理1 , ci 3Ti忽略反電動勢變化的動態(tài)影響, ci電流環(huán)的小慣性群的近似處理 ci1 13TS如果實際系統(tǒng)要求的跟隨性能指標不同，參數(shù)當然應(yīng)作相應(yīng)的改變。.電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算可以看出，電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)是 Kpi和1其中1已選定，待定的只有比例系數(shù)可根據(jù)所要的動態(tài)性能指標選取。在三環(huán)隨動系統(tǒng)中，已知有九=20,TI =0.07s, Tm=4.2s, R =3.4,電流反饋系數(shù)P=2。希望電流超調(diào)量5 Figure 1. |叵|XEile Edi t Y.i ew Insert 工巾由工工 QftKlktop Window HelpM逑I玲吸食門妥1口國7QB

27、ode DisigrarnGm = Inf dB (iat Inf rad/sec . Pm = 71 .16 aeg at 111 raxf/sec)Zile Edit iAm白 Et Tools Hsktop itindow Kelp中口號詩氫門曼口反 Etjyquis： Eiaram烏AJBUaEU-電流環(huán)傳遞函數(shù)的伯德圖與奈奎斯特圖14)Figure 1匚叵3?Eile Edi t ew Insert Tools Hesktop M(.indow Help ZD疊瓦4R爭要 H Bode DiagramGm = Inf dB i -at Inf rad/sec, Pm = -17 de

28、g (at 1E_4 rad/sec*150 ,B,_,_ ,_ 一 ,_,_i |一j-Frequency (rad/sscFigure 1匚叵區(qū)|Eilf Edit ti ttf Znwert looli H6sktop 出 indo* H“pfe aa爭受因aNyquest Diagram轉(zhuǎn)速環(huán)傳遞函數(shù)的伯彳惠圖與奈奎斯特圖15三環(huán)隨動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖用MATLAB真結(jié)果如圖5-10所示。如圖5-10所示三環(huán)隨動系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線?？v坐標表示位移，單位為米 橫坐標表示時間，單位為秒。由圖5-10可知系統(tǒng)的跟隨性能指標為：超調(diào)量仃=13.95%,調(diào)節(jié)時間ts =0.0335 s ,峰值時間t

29、p =0.0423 s。 sp如圖5-12所示三環(huán)隨動系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線?？v坐標表示位移，單位為米。橫坐標表示時間，單位為秒。由圖5-12可知系統(tǒng)的跟隨性能指標：超調(diào)量6 =12.5%,調(diào)節(jié)時間ts =0.042 s ,峰值時間tp =0.046 s。經(jīng)計算的電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器組成的三環(huán)隨動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖5-11所示。16解好特號圖5-11經(jīng)計算的電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器組成的三環(huán)隨動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖用MATLAB真結(jié)果如圖5-12所示。圖5-12經(jīng)計算的電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器組成的三環(huán)隨動系統(tǒng)的仿真圖5.4 MATLAB仿真結(jié)果分析首先比較電流環(huán)的仿真圖，圖5-2的階躍響應(yīng)曲線的超調(diào)量要比圖5-4的要 大，而前者的調(diào)節(jié)時間要比后者小，峰值時間相差不大。可知給定的電流環(huán)的動 態(tài)響應(yīng)要比經(jīng)計算得到的電流環(huán)的要慢， 而且后者有系統(tǒng)誤差，可見前者的穩(wěn)定 性和動態(tài)響都要好于后者。驗證計算時不滿足校驗近似條件的正確性。再比較直流雙閉環(huán)的仿真圖，明顯看出經(jīng)計算得到的雙閉環(huán)系統(tǒng)的振蕩次數(shù) 多，穩(wěn)定性不好，而且調(diào)節(jié)時間也比給定的雙閉環(huán)系統(tǒng)的要大，動態(tài)響應(yīng)也相對慢。也可以驗證經(jīng)計算得到的直流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)器參數(shù)的不穩(wěn)定，調(diào)節(jié)時間需要調(diào)整。最后比較整個三環(huán)隨動系統(tǒng)，經(jīng)PID校正后。兩個系統(tǒng)都是穩(wěn)定的，抗擾性 能滿足要求，但給定參數(shù)的三環(huán)隨動系統(tǒng)跟隨性能指標中的動態(tài)響應(yīng)要更快些， 峰值時間短一些說