雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的

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1、運(yùn)動(dòng)控制期中作業(yè)---轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)電氣與控制工程學(xué)院自動(dòng)化1003班王義100605032316轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.已知參數(shù)有一專轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，主電路采用三相橋式整流。已知電動(dòng)機(jī)參數(shù)為：PN=500KW，UN=750V，IN=760A，nN=375r/min電動(dòng)勢(shì)系數(shù)Ce=1.82V·min/r，電樞回路總電阻R=0.14Ω,允許電流過(guò)載倍數(shù)λ=1.5，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)Ks=75,電磁時(shí)間常數(shù)Tl=0.031,機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm=0.012S,電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)Toi

2、=0.002S，轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)Ton=0.02S。設(shè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓U*nm=Uim=Uom=10V,調(diào)節(jié)器輸入電阻Ro=40KΩ。2.設(shè)計(jì)指標(biāo)穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差，電流超調(diào)量σi≤5%；空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量σn≤10%。3.設(shè)計(jì)要求1）運(yùn)用調(diào)節(jié)器工程設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)ASR和ACR,達(dá)到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)，得到ASR和ACR的機(jī)構(gòu)與參數(shù)。電流環(huán)設(shè)計(jì)為典1系統(tǒng)，并取參數(shù)KT=0.5，轉(zhuǎn)速換設(shè)計(jì)為典2系統(tǒng)；2）用MATLAB對(duì)上述設(shè)計(jì)的直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真，給出仿真結(jié)果；3）設(shè)計(jì)出上述設(shè)計(jì)的直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的完整

3、硬件實(shí)現(xiàn)原理圖，原理圖采用Protel軟件畫圖；4）說(shuō)明原理圖實(shí)現(xiàn)上訴直流調(diào)速系統(tǒng)的原理；5）給出原理圖每個(gè)元件的型號(hào)和值，并說(shuō)明選擇依據(jù)；6）系統(tǒng)控制部分可以采用模擬電路或者微處理器實(shí)現(xiàn)。若采用微處理器實(shí)現(xiàn)，要說(shuō)明軟件實(shí)現(xiàn)流程以及核心軟件的算法；7）整個(gè)設(shè)計(jì)報(bào)告采用A4紙打印，標(biāo)題采用宋體四號(hào)，正文采用宋體小四。設(shè)計(jì)內(nèi)容一.雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和動(dòng)態(tài)性能分析1.雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。圖中和16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)。圖2雙閉環(huán)直流調(diào)速系

4、統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖2.起動(dòng)過(guò)程分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓由靜止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速和電流的動(dòng)態(tài)過(guò)程示于圖2。由于在起動(dòng)過(guò)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(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程就分成圖中標(biāo)明的I、II、III三個(gè)階段。圖2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速和電流波形nOOttIdmIdLIdn*IIIIIIt4t3t2t1第I階段（）是電流上升階段。突加給定電壓后，、、16都上升，在沒(méi)有達(dá)到負(fù)載電流以前，電機(jī)還不能轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)后，電機(jī)開(kāi)始起動(dòng)，由于機(jī)電慣性的作用，轉(zhuǎn)速不會(huì)很快增長(zhǎng)，因而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差電

5、壓的數(shù)值仍較大，其輸出電壓保持限幅值，強(qiáng)迫電流迅速上升。直到，，電流調(diào)節(jié)器很快就壓制了的增長(zhǎng)，標(biāo)志著這一階段的結(jié)束。在這一階段中，ASR很快進(jìn)入并保持飽和狀態(tài)，而ACR不飽和。第II階段（）是恒流升速階段，ASR飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開(kāi)環(huán)，在恒值電流給定下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流恒定，因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長(zhǎng)。與此同時(shí)，電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)E也按線性增長(zhǎng)，對(duì)電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，E是一個(gè)線性漸增的擾動(dòng)量，為了克服它的擾動(dòng)，和也必須基本上按線性增長(zhǎng)，才能保持恒定。當(dāng)ACR采用PI調(diào)節(jié)器時(shí)，要使其輸出量按線性增長(zhǎng)，其

6、輸入偏差電壓必須維持一定的恒值，也就是說(shuō)，應(yīng)略低于。第Ⅲ階段（以后）是轉(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，輸出維持在限幅值，電機(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)，開(kāi)始退出飽和狀態(tài)，和很快下降。但是，只要仍大于負(fù)載電流，轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。直到=時(shí)，轉(zhuǎn)矩，則dn/dt=0，轉(zhuǎn)速n才到達(dá)峰值（時(shí)）。此后，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始在負(fù)載的阻力下減速，與此相應(yīng)，在時(shí)間內(nèi)，，直到穩(wěn)定。如果調(diào)節(jié)器參數(shù)整定得不夠好，也會(huì)有一段振蕩過(guò)程。在這最后的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段內(nèi)，ASR和ACR都不飽和，AS

7、R起主導(dǎo)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)作用，而ACR則力圖使盡快地跟隨其給定值。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程有以下三個(gè)特點(diǎn)：飽和非線性控制；轉(zhuǎn)速超調(diào)；準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制。163.動(dòng)態(tài)抗擾性能分析一般來(lái)說(shuō)，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有比較滿意的動(dòng)態(tài)性能。對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)，最重要的動(dòng)態(tài)性能是抗擾性能。主要是抗負(fù)載擾動(dòng)和抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的性能。1、抗負(fù)載擾動(dòng)負(fù)載擾動(dòng)作用在電流環(huán)之后，因此只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR來(lái)產(chǎn)生抗負(fù)載擾動(dòng)的作用。圖3抗負(fù)載擾動(dòng)2、抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)電網(wǎng)電壓變化對(duì)調(diào)速系統(tǒng)也產(chǎn)生擾動(dòng)作用。雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，電壓波動(dòng)可以通過(guò)電流反饋得到

8、比較及時(shí)的調(diào)節(jié)。圖4抗電網(wǎng)電壓波動(dòng)4.轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用161.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用(1)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(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，如果采用PI調(diào)節(jié)器，則可實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差。(2)對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用。(3)其輸出限幅值決定電機(jī)允許的最大電流。2.電流調(diào)節(jié)器的作用(1)作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在轉(zhuǎn)速外環(huán)的