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北京科技大學(xué)自動化學(xué)院運(yùn)動控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 《運(yùn)動控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)報(bào)告 時(shí) 間 ??2014.10 _ 學(xué) 院 自動化 _ 專業(yè)班級 ??自1103??? _ 姓??名 ??曹俊博???__ 學(xué)??號 ??41151093??? 指導(dǎo)教師 ??潘月斗 ? ___ 成 績 ????? _______ 摘　　要 本課程設(shè)計(jì)從直流電動機(jī)原理入手，建立V-M雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，設(shè)計(jì)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的ACR和ASR結(jié)構(gòu)，其中主回路采用晶閘管三相橋式全控整流電路供電，觸發(fā)器采用KJ004觸發(fā)電路，系統(tǒng)無靜差；符合電流超調(diào)量σi≤5%；空載啟動到額定轉(zhuǎn)速超調(diào)量σn≤10%。并詳細(xì)分析系統(tǒng)各部分原理及其靜態(tài)和動態(tài)性能，且利用Simulink對系統(tǒng)進(jìn)行各種參數(shù)給定下的仿真。 關(guān)鍵詞：雙閉環(huán)；直流調(diào)速；無靜差；仿真 Abstract This course is designed from DC motor, establish the principles of V-M double closed loop DC speed control system design, the double closed loop dc speed control system and the structure, including ACR ASR the main loop thyristor three-phase bridge type all control the power supply and trigger the rectifier circuit KJ004 trigger circuit, the system without the static poor; Accord with current overshoots sigma I 5% or less; No-load start to the rated speed overshoot sigma n 10% or less. And detailed analysis of the system principle and the static and dynamic performance, and the system of simulink to various parameters set simulation. Key Words：double closed loop；DC speed control system；without the static poor；simulation - 1 - 北京科技大學(xué)自動化學(xué)院運(yùn)動控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 目　　錄 摘　　要 1 Abstract 1 引　　言 1 1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 2 2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 2 3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理 2 3.1 V-M系統(tǒng)原理 2 3.2 三相橋式整流電路 2 3.3 保護(hù)電路部分 3 3.4 直流電源電路 4 3.5 VT觸發(fā)電路 5 3.6 ASR控制電路 5 3.7 ACR控制電路 7 3.7 電流檢測電路 8 3.7 轉(zhuǎn)速檢測電路 9 4 系統(tǒng)工作原理 9 5 調(diào)節(jié)器參數(shù)的計(jì)算過程 10 5.1 參數(shù)以及設(shè)計(jì)要求 10 5.2 相關(guān)參數(shù)計(jì)算 11 5.3 電流環(huán)設(shè)計(jì) 11 5.4 轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì) 14 6 Matlab仿真 18 6.1 啟動過程仿真 18 7心得體會……………………………………………………………………………..19 參 考 文 獻(xiàn) 21 附 錄 22 1 主電路原理圖 22 2 仿真模型圖 22 3 啟動波形圖 23 - 2 - 北京科技大學(xué)自動化學(xué)院運(yùn)動控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 引　　言 《運(yùn)動控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)需綜合運(yùn)用所學(xué)知識針對一個(gè)較為具體的控制對象或過程進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)、硬件選型。通過課程設(shè)計(jì)，可以對理論知識融會貫通，培養(yǎng)同學(xué)們的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力，使同學(xué)們達(dá)到以下能力訓(xùn)練： （1）調(diào)查研究、分析問題的能力； （2）使用設(shè)計(jì)手冊、技術(shù)規(guī)范的能力； （3）查閱文獻(xiàn)的能力； （4）制定設(shè)計(jì)方案的能力； （5）計(jì)算機(jī)應(yīng)用的能力； （6）設(shè)計(jì)計(jì)算和繪圖的能力； （7）語言文字表達(dá)的能力。 本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容的具體內(nèi)容是主電路及其保護(hù)電路設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器及其限幅電路的設(shè)計(jì)。  雙閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)中主電路電流調(diào)節(jié)器及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 （1）主回路及其保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)； （2）轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器及其限幅電路的設(shè)計(jì)； 2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 1、 裝有matlab的PC機(jī)一臺 3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理 3.1 V-M系統(tǒng)原理 V-M系統(tǒng)的系統(tǒng)原理圖如下。圖中VT是進(jìn)閘管整流電路，為直流電機(jī)提供可控直流電源，GT是晶閘管整流電路的控制器，稱為調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置（簡稱觸發(fā)器）。通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓Uc來移動脈沖的相位，即可改變平均整流電壓Ud，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。晶閘管-電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)）主電路原理圖如圖3-1。 圖3-1晶閘管-電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)）主電路原理圖 3.2 三相橋式整流電路 三相整流電路是電機(jī)的可控供電電源。三相橋式全控整流電路必須有兩只晶閘管同時(shí)導(dǎo)通才能構(gòu)成電流回路，其中一只在共陰組，另外一只在共陽組，而且這兩只導(dǎo)通的管子不在同一相內(nèi)。因此，負(fù)載電壓是兩相電壓之差，即線電壓，一個(gè)周期內(nèi)有六次脈動，它為線電壓的包絡(luò)線。晶閘管在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通120°，關(guān)斷240°，管子換流只在本組內(nèi)進(jìn)行，每隔120°換流一次。出發(fā)脈沖需寬脈沖或雙窄脈沖，共陰極組及共陽極組內(nèi)各管脈沖相位差為120°，接在同一相的不同管子脈沖相位差為180°。晶閘管按順序輪流導(dǎo)通，相鄰順序管子脈沖相位差為60°，即每隔60°換流一次。晶閘管承受的最大反向電壓為變壓器二次側(cè)線電壓的電壓峰值。 圖3-2 晶閘管-電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)）主電路原理圖 3.3 保護(hù)電路部分 選用用儲能元件吸收生產(chǎn)過電壓的能量的保護(hù)。使用RC吸收電路，這種保護(hù)可以把變壓器繞組中釋放出的電磁能量轉(zhuǎn)化為電容器的電場能量儲存起來。由于電容兩端電壓不能突變，所以能有效抑制過電壓，串聯(lián)電阻消耗部分產(chǎn)生過電壓的能量，并抑制LC回路的震動。 晶閘管對過電壓很敏感，當(dāng)正向電壓超過其斷態(tài)重復(fù)峰值值電 壓一定值時(shí)，就會誤導(dǎo)通，引發(fā)電路故障；當(dāng)外加的反向電壓超過其反向重復(fù)峰值電壓 一定值時(shí)，晶閘管將會立即損壞。因此，必須研究過電壓的產(chǎn)生原因及抑制過電壓的方法。過電壓產(chǎn)生的原因主要是供給的電壓功率或系統(tǒng)的儲能發(fā)生了激烈的變化，使得系統(tǒng)來不及轉(zhuǎn)換，或者系統(tǒng)中原來積聚的電磁能量不能及時(shí)消散而造成的。本設(shè)計(jì)采用如圖3-3阻容吸收回路來抑制過電壓。 圖3-3 阻容保護(hù)電路 由于本系統(tǒng)是不可逆控制系統(tǒng)，電機(jī)不能反轉(zhuǎn)?？梢栽O(shè)想，如果系統(tǒng)突然斷電，電機(jī)的電流突然下降。感應(yīng)電動勢為： U= didt 晶閘管開關(guān)的時(shí)間是毫秒級的，所以dt非常小，U非常大。也就是說，給電機(jī)供電的電源突然斷開后，電機(jī)將產(chǎn)生很大的反電動勢。這個(gè)電動勢對晶閘管是次沖擊，在反復(fù)的沖擊下，晶閘管會被擊穿而不受控制，造成整個(gè)電路癱瘓。因此為了防止這個(gè)電壓突然加在晶閘管上，所以在電機(jī)兩端可以并聯(lián)一個(gè)RC電路，R用來消耗電路中的電能，防止RLC振蕩，C用來緩沖電機(jī)兩端的電壓，防止電壓突變。 圖3-4 電機(jī)兩端RC保護(hù)電路 除此之外，主電路中還應(yīng)該設(shè)計(jì)保險(xiǎn)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常之后，能立即斷電保護(hù)主電路。 3.4 直流電源電路 由于運(yùn)放和觸發(fā)電路中的器件均需要使用直流電源，所以電路中包含直流電源部分。直流電源需要先經(jīng)過整流，濾波，穩(wěn)壓最后得到+15V和-15V的電源。整流橋使用的是橋式整流電路，濾波電路使用的是大容量電解電容。穩(wěn)壓使用的是78系列的線性穩(wěn)壓芯片7815和7915芯片。 圖3-5 整流穩(wěn)壓電路 3.5 VT觸發(fā)電路 晶閘管是半控器件，導(dǎo)通需要觸發(fā)脈沖。觸發(fā)脈沖可以使用模擬電路搭建，但是穩(wěn)定性不可靠，因此實(shí)際電路中多使用集成電路。由于VM系統(tǒng)正在被PWM系統(tǒng)替代，網(wǎng)上的這方面的資料匱乏，所以這里使用一個(gè)虛擬的觸發(fā)脈沖產(chǎn)生器件。實(shí)際中，產(chǎn)生的脈沖不是單窄脈沖還是雙脈沖或者單寬脈沖。這樣可以保證導(dǎo)通的晶閘管均有脈沖。 圖3-6 VT脈沖觸發(fā)電路 3.6 ASR控制電路 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(shí)現(xiàn)串級連接，即以ASR的輸出電壓Ui作為電流調(diào)節(jié)器的電流給定信號，再用ACR的輸出電壓Uc作為晶閘管觸發(fā)電路的移相控制電壓。從閉環(huán)反饋的結(jié)構(gòu)上看，轉(zhuǎn)速環(huán)在外面為外環(huán)，電流環(huán)在里面為內(nèi)環(huán)。為了獲得良好的靜。動態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器都采用具有輸入、輸出限幅電路的PI調(diào)節(jié)器，且轉(zhuǎn)速與電流都采用負(fù)反饋閉環(huán)。 ASR是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，一般為了有較高的精度，使用PI調(diào)節(jié)器。PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為： ASR的加入使外環(huán)轉(zhuǎn)速環(huán)成為II型系統(tǒng)環(huán)節(jié)，所以可對負(fù)載變化產(chǎn)生的擾動起主要抗擾作用，且由于ASR作為ACR的輸入，使得轉(zhuǎn)速n很快地跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時(shí)可減小轉(zhuǎn)速誤差。通常，調(diào)節(jié)器輸出的限幅方法有三種，一種是采用二極管鉗位的外限幅電路，一種是采用二極管鉗位的負(fù)反饋內(nèi)限幅電路，第三種是采用晶體三極管負(fù)反饋內(nèi)限幅電路。在這里，我們采用第一種限幅方式，即二極管鉗位的外限幅電路。 圖3-7 二極管鉗位限幅電路 圖3-8 穩(wěn)壓管鉗位的外限幅電路 由于PI調(diào)節(jié)器的傳感器的傳遞函數(shù)可以知道，PI調(diào)節(jié)器在模擬電路中表現(xiàn)為比例放大電路和積分電路。 圖3-9 ASR控制電路 圖中R3為滑動變阻器，是轉(zhuǎn)速的設(shè)定端。這個(gè)信號經(jīng)過放大后，與實(shí)際的轉(zhuǎn)速信號進(jìn)行比較，所得差分信號，然后對差分信號進(jìn)行比例積分運(yùn)算。得到信號必須要進(jìn)行限幅，這里使用的是二極管鉗位限幅。 3.8 ACR控制電路 ACR為電流調(diào)節(jié)器，為了獲得良好的靜、動態(tài)性能，電流調(diào)節(jié)器一般均采用PI調(diào)節(jié)器。由圖可知，ACR的傳遞函數(shù)為： ACR的加入使作為內(nèi)環(huán)的電流環(huán)成為I型系統(tǒng)環(huán)節(jié)，使電流緊緊跟隨其給定電壓（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸量）變化，實(shí)現(xiàn)了時(shí)間最優(yōu)控制。同ASR調(diào)節(jié)器一樣，PI調(diào)節(jié)器包含一個(gè)比例環(huán)節(jié)和一個(gè)積分環(huán)節(jié)。用模擬電路實(shí)現(xiàn)的方式如下： 圖3-10 ACR控制電路 上面電路中，U*i為電流的設(shè)定值。該信號經(jīng)過放大之后與實(shí)際電流值進(jìn)行比較。所得的信號進(jìn)行比例積分計(jì)算，其輸出信號為Uc即整流電路的控制信號。同樣為了限制輸出上限和下限，使用了二極管鉗位電路。 3.9 電流檢測電路 電樞電流檢測的方法有多種，這里使用點(diǎn)數(shù)串聯(lián)電阻的方法。 圖3-11 電流檢測電流檢測電路 上圖是一個(gè)差分信號放大電路，放大的信號經(jīng)過一個(gè)電壓跟隨器輸出。輸出的信號作為電流環(huán)的反饋信號。上圖的計(jì)算公式為： Ui= Ud1*R24R25-Ud2*R27R29 3.10 轉(zhuǎn)速檢測電路 控制電路最終的控制的目標(biāo)就是電機(jī)的轉(zhuǎn)速。因此，任何電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，必定存在轉(zhuǎn)速檢測電路。檢測電機(jī)的轉(zhuǎn)速有多種方式，數(shù)字電路中有碼盤電路，或者編碼器，在模擬電路中一般使用測速電機(jī)。測速電機(jī)的返回的電壓信號會隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的增加而增加。 圖3-12 轉(zhuǎn)速檢測電路 4 系統(tǒng)工作原理 內(nèi)環(huán)是電流控制環(huán)，一般將其設(shè)計(jì)為PI調(diào)節(jié)器，整個(gè)回路是I型系統(tǒng)。內(nèi)環(huán)的輸入是外環(huán)轉(zhuǎn)速環(huán)的輸出。突然上電的時(shí)候，系統(tǒng)突然給定電壓Un*后，由于實(shí)際轉(zhuǎn)速為零，所以外環(huán)的輸出信號會很快增加到輸出允許的最大的值。此時(shí)，ASR很快進(jìn)入并保持飽和狀態(tài)，ACR一般不飽和。 啟動之后的第二階段，ASR始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)。此時(shí)點(diǎn)數(shù)電流達(dá)到了啟動允許的最大值，電機(jī)的速度呈線性增加。這也是啟動過程的主要部分。 當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到允許的最大值時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差為零，但是其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值Uim*，所以電機(jī)仍然在加速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR輸入的偏差電壓變負(fù)值，使ASR退出飽和狀態(tài)，Ui*和Id很快下降。但是只要Id仍然大于負(fù)載電流Idl，轉(zhuǎn)速就繼續(xù)增加，直到Id=IdL時(shí)，轉(zhuǎn)矩Te = TL。此后，電機(jī)的轉(zhuǎn)速開始在負(fù)載的阻力下開始下降。最后幾經(jīng)振蕩之后到達(dá)穩(wěn)態(tài)。 當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速受到干擾之后，外環(huán)的傳送器檢測到轉(zhuǎn)速信號與設(shè)定值進(jìn)行比較，經(jīng)過ASR得到偏差信號，傳送到ACR環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)后得到Uct，于是調(diào)節(jié)整流電路的導(dǎo)通角，調(diào)整電樞電流，最后使電機(jī)速度達(dá)到設(shè)定值。 5 調(diào)節(jié)器參數(shù)的計(jì)算過程 5.1 參數(shù)以及設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)書要求該系統(tǒng)采用晶閘管三相橋式全控整流電路供電，基本數(shù)據(jù)如下： 直流電動機(jī) =220V， =136A， =1460r/min，電樞電阻 =0.2Ω，允許過載倍數(shù)λ=1.5； 晶閘管裝置 =0.00167s，放大系數(shù) =40； 平波電抗器：電阻 、電感 ； 電樞回路總電阻R=0.5Ω；電樞回路總電感L=15mH； 電動機(jī)軸上的總飛輪慣量GD2=22.5N?m2； 電流調(diào)節(jié)器最大給定值 =10.2V，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器最大給定值 =10.5V； 電流濾波時(shí)間常數(shù) =0.002s，轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù) =0.01s。 設(shè)計(jì)要求：1.穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：轉(zhuǎn)速無靜差；2.動態(tài)指標(biāo)：電流超調(diào)量 ；空載啟動到額定轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速超調(diào)量。 設(shè)計(jì)書要求設(shè)計(jì)直流電機(jī)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。如圖所示： 圖5-1 雙閉環(huán)系統(tǒng)框圖 5.2 相關(guān)參數(shù)計(jì)算 電動勢系數(shù)： 轉(zhuǎn)矩系數(shù)： 電磁時(shí)間常數(shù)： 機(jī)電時(shí)間常數(shù)： 晶閘管整流器滯后時(shí)間常數(shù)： ACR限幅輸入： ASR限幅輸入： 電樞回路最大電流： 電流反饋系數(shù)： 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)： 電流環(huán)的設(shè)計(jì) 5.3 電流環(huán)設(shè)計(jì) 在按動態(tài)性能設(shè)計(jì)電流環(huán)時(shí)，可以暫不考慮反電動勢變化的動態(tài)影響，即DE≈0。 圖5-2 電流環(huán)系統(tǒng)框圖 如果把給定濾波和反饋濾波兩個(gè)環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)把給定信號改成U*i(s) /b ，則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng) 最后，由于Ts 和 T0i 一般都比Tl 小得多，可以當(dāng)作小慣性群而近似地看作是一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)為 T∑i = Ts + Toi 。 圖5-3 電流環(huán)系統(tǒng)框圖 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，由上圖可以看出，采用 I 型系統(tǒng)就夠了。從動態(tài)要求上看，實(shí)際系統(tǒng)不允許電樞電流在突加控制作用時(shí)有太大的超調(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(shí)抗擾作用只是次要的因素，為此，電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主，應(yīng)選用典型I型系統(tǒng)。 為了讓調(diào)節(jié)器零點(diǎn)與控制對象的大時(shí)間常數(shù)極點(diǎn)對消，選擇，則電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖便成為下圖所示的典型形式，其中 電流濾波時(shí)間常數(shù)： 調(diào)節(jié)器參數(shù)： 電流環(huán)開環(huán)增益：要求時(shí)，應(yīng)取，因此： ACR的傳遞函數(shù)為： 4、校驗(yàn)近似條件： 電流環(huán)截止頻率： （1）晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件 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： 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 滿足近似條件 實(shí)際電路的搭建如下圖： 圖5-4 電流環(huán)模擬電路 Ui* —為電流給定電壓；–bId —為電流負(fù)反饋電壓；Uc —電力電子變換器的控制電壓。 電流調(diào)節(jié)器電路參數(shù)的計(jì)算公式：，， 取=100，電流環(huán)校正為典型I型系統(tǒng)時(shí)： 5.4 轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì) 電流環(huán)經(jīng)簡化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，為此，須求出它的閉環(huán)傳遞函數(shù)。 忽略高次項(xiàng)，上式可降階近似為 ： 近似條件可由式（2-52）求出 ： 式中wcn — 轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)頻率特性的截止頻率。 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U*i(s)，因此電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應(yīng)等效為 這樣，原來是雙慣性環(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(shí)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 用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代替圖中的電流環(huán)后， 圖5-5 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 整個(gè)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖便如圖所示： 圖5-6 轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)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 U*n(s)/a，再把時(shí)間常數(shù)為 1 / KI 和 T0n 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)為的慣性環(huán)節(jié)，其中 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。 由此可見，ASR也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為： 式中 Kn — 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； t n — 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。 這樣，調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為： 令轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為 則 圖5-7 校正后系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 3、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇 綜合系統(tǒng)和特性考慮，選取h=5，有： 電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)： 轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)： 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)： ASR的超前時(shí)間常數(shù)為： 可求得轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益： 可得ASR的比例系數(shù)為： 截止頻率： ASR傳遞函數(shù)為： 4、校驗(yàn)近似條件： （1）電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為： 滿足簡化條件 （2）轉(zhuǎn)速換小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為： 滿足近似條件 5.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn) 圖5-8 含給定濾波與反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器 U*n—為轉(zhuǎn)速給定電壓；-a n —為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓；U*i—調(diào)節(jié)器的輸出是電流調(diào)節(jié)器的給定電壓。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電路參數(shù)的計(jì)算公式：，， 取=100，轉(zhuǎn)速環(huán)校正為典型II型系統(tǒng)時(shí)： 6 Matlab仿真 6.1 啟動過程仿真 按照上面計(jì)算出的數(shù)據(jù)，在simulink中仿真。下圖給出了積分帶限幅的PI調(diào)節(jié)器Simulink仿真模型。 圖6-1 仿真模型 圖中不僅把PI調(diào)節(jié)器的比例部分和積分部分分開，對PI調(diào)節(jié)器的輸出設(shè)置上、下限幅，還要對積分設(shè)置上、下限幅。而且這種積分是積分環(huán)節(jié)本身所帶的。在Simulink環(huán)境下，這種積分限幅的實(shí)現(xiàn)需要雙擊積分模塊，在對話框中選中Limit output項(xiàng)，然后設(shè)置上、下限幅。使用一個(gè)階躍信號作為設(shè)定信號。仿真截圖如下： 圖6-2 啟動波形曲線 使用積分帶限幅的PI調(diào)節(jié)器Simulink仿真模型的工作過程分三種情況：當(dāng)積分器未飽和和且比例加積分的和小于限幅值時(shí)，調(diào)節(jié)器表現(xiàn)為線性的PI調(diào)節(jié)器；當(dāng)積分輸出未飽和而比例加積分的和大于限幅值時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸出等于限幅值，積分器繼續(xù)積分；當(dāng)積分的輸出達(dá)到本身的限幅值時(shí)，其輸出便停止增長，調(diào)節(jié)器的輸出等于其限幅值。此時(shí)，如果輸入信號改變極性，比例積分調(diào)節(jié)器是從積分本身的限幅值開始退去飽和的。 相比起帶普通限幅環(huán)節(jié)的PI調(diào)節(jié)器，空載到額定轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速曲線震蕩減少，超調(diào)量減少，相應(yīng)的電流曲線震蕩也減少，啟動性能大大增強(qiáng)。 綜上，使用積分帶限幅的PI調(diào)節(jié)器能夠獲得最好的轉(zhuǎn)速，電流波形。 7 心得體會 這次課程設(shè)計(jì)是一次非常好的鍛煉機(jī)會,通過這次的學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，自己知識的不怎么牢固，看到了自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)更是比較缺乏，理論聯(lián)系實(shí)際的能力還急需提高。通過這次課程設(shè)計(jì)，我從中學(xué)到很多的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，從而提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中，難免會遇到過各種各樣的問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的很多的不足，自己知識的很多漏洞，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。通過對此次設(shè)計(jì)的深入研究，翻閱相關(guān)資料，對知識有了更加深刻的掌握，對自己專業(yè)知識的學(xué)習(xí)有很大的幫助，對自己以后工作等方面也有很大的作用。 參 考 文 獻(xiàn) [1] 潘月斗等著. 電力拖動自動控制系統(tǒng)（第二版）. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014. [2] 劉進(jìn)軍，王兆安，電力電子技術(shù)（第5版），機(jī)械工業(yè)出版社，2010 [3]．爾桂花，竇曰軒，運(yùn)動控制系統(tǒng)，清華大學(xué)出版社，2002 [4]．阮毅，陳維鈞，運(yùn)動控制系統(tǒng)，清華大學(xué)出版社，2006 [5]．余發(fā)山等，自動控制系統(tǒng)，中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2005 附 錄 1 主電路原理圖 2 仿真模型圖 3 啟動波形圖 - 23 -