某V-M雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

.2.2電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖小慣性環(huán)節(jié)近似處理如果把給定濾波和反饋濾波同時(shí)等效的移到環(huán)內(nèi)前向通道上，再把給定信號改成，則電流環(huán)變等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)。由于和一般都比小得多，可以當(dāng)作小慣性群而近似的看作是一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常速為，則電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖最終化簡圖如圖5.3所示.圖5.3小慣性環(huán)節(jié)近似處理后電流環(huán)簡化動態(tài)結(jié)構(gòu)圖5.2.3電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)要求，并且保證穩(wěn)態(tài)電流無差，可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，因此可以用比例積分型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：WACR（s）=QUOTE錯誤!未找到引用源。則電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖便成為圖5.4所示的典型形式，其中：KI=QUOTE錯誤!未找到引用源。圖5.4校正成典型I型系統(tǒng)的電流環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖5.2.4電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)含給定濾波和反饋濾波的模擬式PI型電流調(diào)節(jié)器原理圖如圖5.5所示。圖5.5模擬式PI型電流調(diào)節(jié)器原理圖5.2.5電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算1.確定時(shí)間常數(shù)1）電磁時(shí)間常數(shù):Tl=L/R∑=0.031416(S)。2）三相橋式晶閘管整流電路的平均滯后時(shí)間Ts=0.0017s，取電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)Toi=0.002s,可得電流環(huán)的小時(shí)間常數(shù)為T∑i=Ts-Toi=0.0017s-0.002s=0.0037s。2.選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)要求δi＜5%，并保證靜態(tài)電流無差，可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，因此可用PI型電流調(diào)節(jié)器。檢查對電源電壓的抗擾性能：Tl/T∑i=0.031416/0.0037=8.11,參照典型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能，各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的。3.計(jì)算電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：τi=Tl=0.03s電流環(huán)開環(huán)增益：要求δi＜5%時(shí)，按表4.6，應(yīng)取KIT∑i=0.5，因此KI=0.5/T∑i=0.5/0.0037=135.1s-1取Ks=48，而電流反饋系數(shù)β=10V/1.5IN=10/（1.5×220）=0.03V/A表5.6典型I型系統(tǒng)動態(tài)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系參數(shù)關(guān)系KT0.250.390.500.691.0阻尼比ε1.00.80.7070.60.5超調(diào)量σ0%1.5%4.3%9.5%16.3%上升時(shí)間tr∞6.6T4.7T3.3T2.4T峰值時(shí)間tp∞8.3T6.2T4.7T3.6T相角穩(wěn)定裕度76.3°69.9°65.5°59.2°51.8°截止頻率ωc0.243/T0.367/T0.455/T0.596/T0.786/T于是，ACR的比例系數(shù)為Ki=(KIτiR)/(Ksβ)=1.0134.校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率：ωci=KI=135.1S-11）晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件QUOTE錯誤!未找到引用源。Ts=196.1S-1>ωci，滿足近似條件。2）忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件3QUOTE錯誤!未找到引用源。=40.82S-1<ωci，滿足近似條件。3）電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件QUOTE錯誤!未找到引用源。=180.8S-1>ωci，滿足近似條件。5.計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容由圖5.5，按所用運(yùn)算放大器取R0=40KΩ,各電阻和電容值為Ri=KiR0=40.52KΩ,取40KΩ按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動態(tài)跟隨性能指標(biāo)為σi=4.3%，滿足設(shè)計(jì)要求。5.3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)5.3.1轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)框圖的化簡用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代替圖5.1中的電流環(huán)后，整個(gè)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖5.7所示。圖5.7用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)后的轉(zhuǎn)速環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖和電流環(huán)中一樣，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(shí)將給定信號改成Un*（s）/α，再把時(shí)間常數(shù)為1/KI和Ton的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并起來，近似成一個(gè)時(shí)間常數(shù)為T∑n的慣性環(huán)節(jié)，其中T∑n=QUOTE錯誤!未找到引用源。+Ton，則轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)框圖可簡化為如下圖5.8所示。圖5.8等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)和小慣性近似處理后的轉(zhuǎn)速環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖5.3.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇為了實(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(gè)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(gè)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(gè)積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng)該設(shè)計(jì)成典型Ⅱ型系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時(shí)也能滿足動態(tài)抗擾性能好的要求。至于其階躍響應(yīng)超調(diào)量較大，那是按照線性系統(tǒng)理論計(jì)算的數(shù)據(jù)，實(shí)際系統(tǒng)中調(diào)速調(diào)節(jié)器的飽和非線性性質(zhì)會使超調(diào)量大大降低。由此可見，ASR也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：WASR(s)=QUOTE錯誤!未找到引用源。不考慮負(fù)載擾動時(shí)，校正后的調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如下圖5.9所示。圖5.9校正后成為典型Ⅱ系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖5.3.3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)含給定濾波和反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如下圖5.10所示。圖5.10含給定濾波與反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器5.3.4轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算1.確定時(shí)間常數(shù)1）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)1/KI:QUOTE錯誤!未找到引用源。=2T∑i=2x0.0037s=0.0074s2)轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)Ton：根據(jù)所用測速發(fā)動機(jī)紋波情況，取Ton=0.01S3）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)：按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取T∑i=QUOTE錯誤!未找到引用源。+Ton=0.0074s+0.01s=0.0174s2.計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按跟隨性能和抗擾性能較好的原則選擇h=5，求出轉(zhuǎn)速超調(diào)量δ%和過渡過程時(shí)間。如果能夠滿足設(shè)計(jì)要求，則可根據(jù)所選的h值計(jì)算有關(guān)參數(shù)；否則要改變h值重新進(jìn)行計(jì)算，直到滿足設(shè)計(jì)要求為止。當(dāng)h=5時(shí)，ASR退飽和超調(diào)量為=式中，表示電動機(jī)允許的過載系數(shù)，按題意=1.5；z為負(fù)載系數(shù)，設(shè)為理想空載起動，則z=0；為調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)機(jī)械特性的額定穩(wěn)態(tài)速降=是基準(zhǔn)值為時(shí)的超調(diào)量相對值；而=參照表5.11，當(dāng)h=5時(shí)，=81.2%，故起動到額定轉(zhuǎn)速，即=時(shí)，退飽和超調(diào)量為δ==7.09%滿足設(shè)計(jì)要求。表5.11典型Ⅱ型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系h345678910ΔCmax/Cb72.2%77.5%81.2%84.0%86.3%88.1%89.6%90.8%tm/T2.452.702.853.003.153.253.303.40tv/T13.6010.458.8012.9516.8519.8022.8025.85則ASR的超前時(shí)為:QUOTE錯誤!未找到引用源。n=hT∑n=5x0.0174=0.087s空載起動到額定轉(zhuǎn)速的過渡過程中，由于在大部分時(shí)間內(nèi)ASR飽和而不起調(diào)轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益KN=QUOTE錯誤!未找到引用源。=396.4S-2（）/nN=（440-220×）

ASR的比例系數(shù)為Kn=QUOTE錯誤!未找到引用源。=11.73.檢驗(yàn)近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為：Wcn=QUOTE錯誤!未找到引用源。=34.5s-2電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為：QUOTE錯誤!未找到引用源。=63.7S-1>ωcn,滿足簡化條件2)轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為：QUOTE錯誤!未找到引用源。=38.7S-1>ωcn,滿足近似條件3．計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容根據(jù)圖5.10，取R0=40KΩ,則Rn=KnR0=468KΩ,取470KΩCn=QUOTE錯誤!未找到引用源。=0.185x10-6F,取0.2μFCon=QUOTE錯誤!未找到引用源。=1x10-6F，取1μF根據(jù)上述參數(shù)可以達(dá)到的動態(tài)指標(biāo)為：δ=7.09%,ΔnN=INR∑/

Ce=220×0.12/0.234=94.01

r/min,因此能滿足設(shè)計(jì)要求。6觸發(fā)電路的選擇與原理圖三相整流電路中必須對兩組中應(yīng)導(dǎo)通的一對晶閘管同時(shí)給觸發(fā)脈沖為此可以采用兩種辦法：一種是使每個(gè)觸發(fā)脈沖寬度大于，稱寬脈沖觸發(fā)；另一種是在觸發(fā)某一號晶閘管的同時(shí)給前一號晶閘管補(bǔ)發(fā)一個(gè)脈沖，相當(dāng)于用兩個(gè)窄脈沖等效代替一個(gè)寬脈沖，稱為雙脈沖觸發(fā)。隨著工業(yè)自動化，集成化的不斷把發(fā)展；現(xiàn)在市場中已有多種型號的六脈沖觸發(fā)集成電路廣泛應(yīng)用于各種控制中，從本設(shè)計(jì)的簡單和穩(wěn)定性出發(fā)，本設(shè)計(jì)直接采用KJ系列的三相全控橋式整流電路的集成觸發(fā)器KJ041作為三相整流電路的觸發(fā)電路。只需用三個(gè)KJ004集成塊，即可形成六路雙脈沖，再由留個(gè)晶體管進(jìn)行脈沖放大，即構(gòu)成完整的三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路。KJ041的內(nèi)部是由12個(gè)二極管構(gòu)成的6個(gè)或門，其作用是將6路單脈沖輸入轉(zhuǎn)換為6路雙脈沖輸出。以上觸發(fā)電路均為模擬量，這樣使集成片內(nèi)部結(jié)構(gòu)、可靠，但是卻是其容易受電網(wǎng)電壓影響，導(dǎo)致觸發(fā)脈沖的不對稱度較高，可達(dá)。在對精度要求高的大容量變流裝置中，采用了數(shù)字觸發(fā)電路，可獲得很好觸發(fā)脈沖對稱度。KJ041的主要參數(shù)和限制：（1）工作電源電壓：V（2）同步輸入允許最大電流值：6mA（3）輸出脈寬：400us~2ms（4）最大負(fù)載能力：100mA由KJ041外部電路接線圖如圖6.1所示：圖6.1KJ041外部電路接線圖該集成片的主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)為：（1）端口1和端口4，端口2和端口5，端口3和端口6分別輸出兩路相位互差的移向脈沖，可以方便地構(gòu)成全控橋式晶閘管觸發(fā)器線路。（2）輸出負(fù)載的能力大，移相性能好，脈沖輸出穩(wěn)定，正、負(fù)半周脈沖相位均衡性好。（3）移相范圍寬，對同步電壓要求不高，并且具有脈沖列調(diào)制輸出端等功能。對于三相全控整流或調(diào)壓電路，要求順序輸出的觸發(fā)脈沖依次間隔60°。本設(shè)計(jì)采用三相同步絕對式觸發(fā)方式。根據(jù)單相同步信號的上升沿和下降沿，形成兩個(gè)同步點(diǎn)，分別發(fā)出兩個(gè)相位互差180°的觸發(fā)脈沖。然后由分屬三相的此種電路組成脈沖形成單元輸出6路脈沖，再經(jīng)補(bǔ)脈沖形成及分配單元形成補(bǔ)脈沖并按順序輸出6路脈沖。本設(shè)計(jì)課題是三相全三相全控橋整流電路中有六個(gè)晶閘管，觸發(fā)順序依次為：VT1—VT2—VT3—VT4—VT5—VT6，晶閘管必須嚴(yán)格按編號輪流導(dǎo)通，6個(gè)觸發(fā)脈沖相位依次相差60O，可以選用3個(gè)KJ004集成塊和一個(gè)KJ041集成塊，即可形成六路雙脈沖，再由六個(gè)晶體管進(jìn)行脈沖放大，就可以構(gòu)成三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路如圖6.2所示。圖6.2三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路

7雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)MATLAB仿真利用matlab仿真工具組成轉(zhuǎn)速,電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真圖如圖7.1所示，轉(zhuǎn)速和電流閉環(huán)通過一個(gè)滯后環(huán)控制接入脈沖發(fā)生器的輸入端，來實(shí)現(xiàn)對他勵直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，使轉(zhuǎn)速最終趨于穩(wěn)定值。同時(shí)通過轉(zhuǎn)速輸出顯示器可以很直觀清晰的觀察仿真結(jié)果。通過仿真得到電機(jī)轉(zhuǎn)速情況如圖7.2所示。圖7.1

雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真圖圖7.2

雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速仿真結(jié)果圖8設(shè)計(jì)總結(jié)通過本次設(shè)計(jì)使我對電力拖動自動控制系統(tǒng)有了進(jìn)一步的認(rèn)識和了解，掌握了用工業(yè)設(shè)計(jì)法對雙閉環(huán)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)方法。另外，我也學(xué)到了很多東西，也使得我將《電力拖動自動控制系統(tǒng)》、《電路》等一系列書籍有了更深入的了解。讓我知道怎么將理論與實(shí)踐結(jié)合，從其中獲得有用的知識。在時(shí)間充裕的學(xué)期末，我們有了更多的時(shí)間來完成我們的課程設(shè)計(jì)，使我可以花更多時(shí)間去研究直流調(diào)速系統(tǒng)方面的知識。能夠?qū)﹄娏髡{(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)有更多的認(rèn)識。在這次課程設(shè)計(jì)中，我也遇到了很多問題。比如計(jì)算出的參數(shù)不滿足要求，但是通過我反復(fù)的查閱資料，反復(fù)的計(jì)算數(shù)據(jù)，最后問題還是得以解決。遇到有難度的問題，我首先會自己鉆研，或者與同學(xué)討論，最后請教老師。所以，我要感謝和我一起設(shè)計(jì)的同學(xué)。是我們的團(tuán)隊(duì)合作才使我們課程設(shè)計(jì)完成的如此順利。也感謝我們的老師，使他們教給我們有用的知識，我們才能夠有能力完成此次設(shè)計(jì)?？傊谶@次課程設(shè)計(jì)中，我獲得了很多，也知道自己哪一方面不足，為我的人生上了很寶貴的一課。也為我的人生