課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)

題

目

帶電流截至負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速閉環(huán)的數(shù)字式直流調(diào)速系統(tǒng)

設(shè)

計(jì)

時(shí)

間

18周周四~20周周三

設(shè)

計(jì)

目的：

應(yīng)用所學(xué)的交、直流調(diào)速系統(tǒng)的基本知識(shí)與工程設(shè)計(jì)方法，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，確定系統(tǒng)的性能指標(biāo)與實(shí)現(xiàn)方案，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)。

應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，通過(guò)在MATLAB軟件上建立運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行性能仿真研究，掌握系統(tǒng)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。

在原理設(shè)計(jì)與仿真研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)用PROTEL進(jìn)行控制系統(tǒng)的印制板的設(shè)計(jì)，為畢業(yè)設(shè)計(jì)的綜合運(yùn)用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)

設(shè)

計(jì)

要

求：

1.應(yīng)詳細(xì)敘述控制系統(tǒng)各部件的方案選擇

2.應(yīng)詳細(xì)敘述控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程及參數(shù)選擇的理由.3.設(shè)計(jì)報(bào)告應(yīng)包括控制系統(tǒng)原理圖一份(用A3圖紙),并附系統(tǒng)工作原理說(shuō)明.4.仿真結(jié)果曲線圖要有性能分析.5.設(shè)計(jì)報(bào)告應(yīng)有自己的設(shè)計(jì)感想.6.設(shè)計(jì)報(bào)告除應(yīng)交文字版外,還應(yīng)遞交電子版.7.設(shè)計(jì)報(bào)告必須在1月10日前交.總體方案實(shí)現(xiàn)：

可控電源選擇脈寬調(diào)速系統(tǒng)，即采用直流PWM調(diào)速系統(tǒng)

主電路選用V-M系統(tǒng)，采用三相橋式全控整流電路，并增加抑制電流脈動(dòng)的措施，為此設(shè)置平波電抗器。觸發(fā)電路采用三相集成觸發(fā)器。

確定整流裝置的放大倍數(shù)

設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，確定其參數(shù)，調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)

用protel99se繪制主電路原理圖

系統(tǒng)的matlab仿真運(yùn)行，確定系統(tǒng)的仿真模型，轉(zhuǎn)速，電流仿真波形

指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：

一、設(shè)計(jì)目的應(yīng)用所學(xué)的交、直流調(diào)速系統(tǒng)的基本知識(shí)與工程設(shè)計(jì)方法，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，確定系統(tǒng)的性能指標(biāo)與實(shí)現(xiàn)方案，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)。

應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，通過(guò)在MATLAB軟件上建立運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行性能仿真研究，掌握系統(tǒng)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。

在原理設(shè)計(jì)與仿真研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)用PROTEL進(jìn)行控制系統(tǒng)的印制板的設(shè)計(jì)，為畢業(yè)設(shè)計(jì)的綜合運(yùn)用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

二、設(shè)計(jì)參數(shù)

1、直流電動(dòng)機(jī)（4）：

輸出功率為:10Kw，電樞額定電壓220V

電樞額定電流

55A，額定勵(lì)磁電流1A

額定勵(lì)磁電壓220V，功率因數(shù)0.85

電樞電阻0.1歐姆，電樞回路電感100mH

電機(jī)機(jī)電時(shí)間常數(shù)1S，電樞允許過(guò)載系數(shù)1.5

額定轉(zhuǎn)速1430rpm2、環(huán)境條件：

電網(wǎng)額定電壓:380/220V，電網(wǎng)電壓波動(dòng):10%

環(huán)境溫度:-40~+40攝氏度，環(huán)境濕度:10~90%

3、控制系統(tǒng)性能指標(biāo)：

電流超調(diào)量小于等于5%

空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量小于等于30%

調(diào)速范圍D＝20，靜差率小于等于0.03.三、系統(tǒng)方案選擇

1.可控電源選擇

直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起制動(dòng)性能在廣泛范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，在需要高性能可控電力拖動(dòng)的領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。從生產(chǎn)機(jī)械要求控制的物理量來(lái)看，各種系統(tǒng)往往都通過(guò)控制轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因而直流調(diào)速系統(tǒng)是最基本的拖動(dòng)控制系統(tǒng)。直流變電壓調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)用的主要方法，調(diào)節(jié)電樞供電電壓所需的可控制電源通常有3種：

①轉(zhuǎn)電流機(jī)組

適用于調(diào)速要求不高、要求可逆運(yùn)行的系統(tǒng)但其設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低。

②靜止可控整流器

可通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置的控制電壓來(lái)移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速且控制作用快速性能好提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。

③PWM(脈寬調(diào)制變換器)或稱直流斬波器

利用直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器產(chǎn)生可變平均電壓，與V—M系統(tǒng)相比，PWM系統(tǒng)在很多方面有較大的優(yōu)越性：

主電路線路簡(jiǎn)單，需要的功率器件少，開(kāi)關(guān)頻率高；電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗及發(fā)熱都較?。华退傩阅芎?，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬；若與快速響應(yīng)的電動(dòng)機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)；功率開(kāi)關(guān)器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，道通損耗小，當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率適當(dāng)時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗也不大，因而裝置效率高；直流電源采用不控整流時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流高。因此，本設(shè)計(jì)應(yīng)選擇脈寬調(diào)速，即采用直流PWM調(diào)速。

2.轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理

該系統(tǒng)由轉(zhuǎn)速給定環(huán)節(jié)為Un*,放大倍數(shù)為KP的放大器、移相觸發(fā)器CF、晶閘管整流器和直流電動(dòng)機(jī)M、測(cè)速發(fā)電機(jī)TG等組成。帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性方程為:K=KPKSKa/Ce,KP為放大器放大倍數(shù);KS為晶閘管整流器放大倍數(shù);Ce為電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)常數(shù);

為轉(zhuǎn)速反饋系數(shù);R

為電樞回路總電阻。從穩(wěn)態(tài)特性方程2.10

式可以看到,如果適當(dāng)增大放大器放大倍數(shù)KP電機(jī)的轉(zhuǎn)速降△n

將減小,電動(dòng)機(jī)有更好的保持速度穩(wěn)定的性能。

為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般都采用

P

I

調(diào)節(jié)器，這樣構(gòu)成的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖示于下圖。圖中標(biāo)出了兩個(gè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓的實(shí)際極性，它們是按照電力電子變換器的控制電壓Uc為正電壓的情況標(biāo)出的，并考慮到運(yùn)算放大器的倒相作用。

電流截止負(fù)反饋

為了解決反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)電流過(guò)大問(wèn)題,系統(tǒng)

中必須有自動(dòng)限制電樞電流的環(huán)節(jié)。根據(jù)反饋控制原理,要維持哪一

個(gè)物理量基本不變,就應(yīng)該引入那個(gè)物理量的負(fù)反饋。那么引入電流

負(fù)反饋,應(yīng)該能夠保持電流基本不變,使它不超過(guò)允許值。但是這種作

用只應(yīng)在起動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)存在,在正常運(yùn)行時(shí)又得取消,讓電流自由地隨著負(fù)載增減,這樣的當(dāng)電流大到一定程度時(shí)才出現(xiàn)的電流負(fù)反饋叫做電流截止負(fù)反饋,簡(jiǎn)稱截流反饋。

為了實(shí)現(xiàn)截流反饋,須在系統(tǒng)中引入電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)。如圖1所示,電流反饋信號(hào)取自串人電動(dòng)機(jī)電樞回路的小阻值電阻RS,IdRS正比于電流。設(shè)Idcr為臨界的截止電流,當(dāng)電流大于Idcr時(shí)將電流負(fù)反饋信號(hào)加到放大器的輸入端,當(dāng)電流小于Idcr時(shí)將電流反饋切斷。為了實(shí)現(xiàn)這一作用,須引入比較電壓Ucom。圖1a中利用獨(dú)立的直流電源作比較電壓,其大小可用電位器調(diào)節(jié),相當(dāng)于調(diào)節(jié)截止電流。在IdRS與Ucom之間串接一個(gè)二極管VD,當(dāng)IdRS>Ucom時(shí),二極管導(dǎo)通,電流負(fù)反饋信號(hào)Ui即可加到放大器上去;當(dāng)IdRS≤Ucom時(shí),二極管截止,Ui即消失。顯然,在這一線路中,截止電流Idcr=Ucom/RS。

圖2-1b中利用穩(wěn)壓管

VST的擊穿電壓Ubr作為比較電壓,線路要簡(jiǎn)單得多,但不能平滑調(diào)節(jié)截止電流值。

圖1

電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)

圖2

電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)的輸入輸出特性

圖3

帶電流截止負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性

電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)的輸入輸出特性如圖2所示,它表明:當(dāng)輸入信號(hào)(IdRs-Ucom)為正值時(shí),輸出和輸入相等;當(dāng)(IdRs-Ucom)為負(fù)值時(shí),輸出為零。這是一個(gè)非線性環(huán)節(jié)(兩段線性環(huán)節(jié)),將它畫(huà)在方框中,再和系統(tǒng)的其它部分聯(lián)接起來(lái),即得帶電流截截止負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖4,圖中Ui表示電流負(fù)反饋信號(hào)電壓,Un表示轉(zhuǎn)速負(fù)反饋信號(hào)電壓。

圖4

帶電流截止負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖

2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

雙閉環(huán)（轉(zhuǎn)速環(huán)、電流環(huán)）直流調(diào)速系統(tǒng)是一種當(dāng)前應(yīng)用廣泛，經(jīng)濟(jì)，適用的電力傳動(dòng)系統(tǒng)。它具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。我們知道反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)具有良好的抗擾性能，它對(duì)于被反饋環(huán)的前向通道上的一切擾動(dòng)作用都能有效的加以抑制。采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差。但如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如要求起制動(dòng)、突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。這主要是因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來(lái)控制動(dòng)態(tài)過(guò)程的電流或轉(zhuǎn)矩。

在單閉環(huán)系統(tǒng)中，只有電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來(lái)控制電流的。但它只是在超過(guò)臨界電流值以后，靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，并不能很理想的控制電流的動(dòng)態(tài)波形。帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)的電流和轉(zhuǎn)速波形如圖5-a所示。當(dāng)電流從最大值降低下來(lái)以后，電機(jī)轉(zhuǎn)矩也隨之減小，因而加速過(guò)程必然拖長(zhǎng)。

在實(shí)際工作中,我們希望在電機(jī)最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下，充分利用電機(jī)的允許過(guò)載能力，最好是在過(guò)渡過(guò)程中始終保持電流（轉(zhuǎn)矩）為允許最大值，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后，又讓電流立即降下來(lái)，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。這樣的理想起動(dòng)過(guò)程波形如圖5-b所示，這時(shí)，啟動(dòng)電流成方波形，而轉(zhuǎn)速是線性增長(zhǎng)的。這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動(dòng)過(guò)程。

帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的啟動(dòng)過(guò)程

理想快速啟動(dòng)過(guò)程

圖5

調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程的電流和轉(zhuǎn)速波形

實(shí)際上，由于主電路電感的作用，電流不能突跳，為了實(shí)現(xiàn)在允許條件下最快啟動(dòng)，關(guān)鍵是要獲得一段使電流保持為最大值的恒流過(guò)程，按照反饋控制規(guī)律，采用某個(gè)物理量的負(fù)反饋就可以保持該量基本不變[1]，那么采用電流負(fù)反饋就能得到近似的恒流過(guò)程。問(wèn)題是希望在啟動(dòng)過(guò)程中只有電流負(fù)反饋，而不能讓它和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋同時(shí)加到一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入端，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又希望只要轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不再靠電流負(fù)反饋發(fā)揮主作用，因此我們采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。這樣就能做到既存在轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋?zhàn)饔糜帜苁顾鼈冏饔迷诓煌碾A段。

為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串級(jí)連接，如圖2-2所示，即把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，叫做內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外面，叫做外環(huán)。這樣就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。

該雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器ASR和ACR一般都采用PI調(diào)節(jié)器。因?yàn)镻I調(diào)節(jié)器作為校正裝置既可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，使系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)得到無(wú)靜差調(diào)速，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；作為控制器時(shí)又能兼顧快速響應(yīng)和消除靜差兩方面的要求。一般的調(diào)速系統(tǒng)要求以穩(wěn)和準(zhǔn)為主，采用PI調(diào)節(jié)器便能保證系統(tǒng)獲得良好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。

三

主電路設(shè)計(jì)

主電路和控制系統(tǒng)確定

主電路選用V-M系統(tǒng)，采用三相橋式全控整流電路，并增加抑制電流脈動(dòng)的措施，為此設(shè)置平波電抗器，總電感量的計(jì)算公式為

L=0.693U2/Idmin,一般取Idmin為電動(dòng)機(jī)額定電壓的5%-10%。觸發(fā)電路采用三相集成觸發(fā)器。

圖

晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)）

圖

雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖

確定整流裝置的放大倍數(shù)

1)

為滿足調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)，額定負(fù)載時(shí)的穩(wěn)態(tài)速降為：

2）閉環(huán)系統(tǒng)應(yīng)有的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)：

電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)系數(shù)：

則開(kāi)環(huán)系統(tǒng)額定速降為：

則閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)應(yīng)為：

3）計(jì)算轉(zhuǎn)速負(fù)反饋環(huán)節(jié)的反饋系數(shù)和參數(shù)

在轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α包含測(cè)速發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)系數(shù)Cetg和其輸出電位器RP2的分壓系數(shù)α2，即α=α2Cetg

根據(jù)測(cè)速發(fā)電機(jī)的額定數(shù)據(jù)有：

試取α2=0.15，如測(cè)速發(fā)電機(jī)與主電動(dòng)機(jī)直接連接，則在電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速970r/min時(shí)，轉(zhuǎn)速反饋電壓為

穩(wěn)態(tài)時(shí)很小，只要略大于即可，現(xiàn)有直流穩(wěn)壓電源為15V，完全能夠滿足給定電壓的需要。因此，取=0.15是正確的。

于是，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)的計(jì)算結(jié)果為：

電位器RP2的選擇方法如下：為了使測(cè)速發(fā)電機(jī)的電樞電壓降對(duì)轉(zhuǎn)速檢測(cè)信號(hào)的線性度沒(méi)有顯著影響，取測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出最高電壓時(shí)，其電流約為額定值的20%，則

此時(shí)RP2所消耗的功率為：

為了不致使電位器溫度很高，實(shí)選電位器的瓦數(shù)應(yīng)為所消耗功率的一倍以上，故可將RP2選為10w，2kΩ的可調(diào)電位器。

4）計(jì)算運(yùn)算放大器的放大系數(shù)和參數(shù)

根據(jù)調(diào)速指標(biāo)要求，前已求出閉環(huán)系數(shù)應(yīng)為K165.6，則運(yùn)算放大器的放大系數(shù)Kp應(yīng)為，取Kp為65

運(yùn)算放大器的參數(shù)計(jì)算如下：

根據(jù)所用運(yùn)算放大器的型號(hào)，取，則

晶閘管觸發(fā)整流裝置：三相橋式可控整流電路，整流變壓器Y/Y聯(lián)結(jié)，二次線電壓，電壓放大系數(shù)。

1、電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)

1）

確定時(shí)間常數(shù)

A、整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)，三相橋式電路的平均失控時(shí)間=0.0017s。

B、機(jī)電時(shí)間常數(shù)，電磁時(shí)間常數(shù)。

C、電流濾波時(shí)間常數(shù)。三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是3.3ms，為了基本濾平波頭，應(yīng)有，因此取=2ms=0.002s。

D、電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和。按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取=+=0.0037s。

2）

選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求電流超調(diào)量，并保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)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(duì)象是雙慣性型的，因此可以用PI型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為

檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能：，參照典型I型系統(tǒng)動(dòng)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)器參數(shù)

電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù):。

電流環(huán)開(kāi)環(huán)增益：要求時(shí)，應(yīng)取，因此。

于是，ACR的比例系數(shù)為

電流反饋系數(shù)

4)

校驗(yàn)近似條件

電流環(huán)截止頻率：。

A、晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件

滿足近似條件。

B、忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件

滿足近似條件。

C、電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件

滿足近似條件。

5）

計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容

按所用運(yùn)算放大器取，各電阻和電容值為，取20。

按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)，滿足設(shè)計(jì)要求。

2、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)

1）

確定時(shí)間常數(shù)

［1］

電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)1/,由上已取，則

［2］

轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)，根據(jù)所用測(cè)速發(fā)電機(jī)紋波情況，取=0.01s。

［3］

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。

2）

選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)

按照設(shè)計(jì)要求，選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為

3）

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)為

轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)增益

于是，ASR的比例系數(shù)為

4）

檢驗(yàn)近似條件

轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為

A、電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為，滿足近似條件。

B、轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為，滿足近似條件。

5）

計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容

取，則

6）

校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量

當(dāng)h=5時(shí)，不能滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)際上，由于表中是按線性系統(tǒng)計(jì)算的，而突加階躍給定時(shí)，ASR飽和，不符合線性系統(tǒng)的前提，應(yīng)該按ASR退飽和的情況重新計(jì)算超調(diào)量。

由已知有，Ce=0.15Vmin/r，當(dāng)h=5時(shí)，查表可得

代入式

可得

能滿足設(shè)計(jì)要求。

六、系統(tǒng)的MATLAB仿真

1、系統(tǒng)仿真模型

2、轉(zhuǎn)速仿真波形

3、電流仿真波形

七、心得體會(huì)

本文主要對(duì)轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行分析并在MATLAB/SIMULINK

建立起仿真圖并進(jìn)行仿真。介紹了轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理,完成了轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)并建立其原理框圖和仿真圖。將建立的仿真圖在MATLAB軟件里面仿真得出直流電動(dòng)機(jī)各物理量的波形。對(duì)波形進(jìn)行分析得出轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和不足。本論文具有很強(qiáng)的理論與實(shí)際意義。

通過(guò)本次設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我對(duì)單片機(jī)應(yīng)用知識(shí)的掌握，同時(shí)了解了目前工業(yè)生產(chǎn)中數(shù)字化系統(tǒng)的重要性，鞏固了我的專業(yè)課知識(shí)，使自己受益匪淺?？傊?，通過(guò)本次設(shè)計(jì)不僅進(jìn)一步強(qiáng)化了專業(yè)知識(shí)，還掌握了設(shè)計(jì)系統(tǒng)的方法、步驟等，為今后的工作和學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過(guò)程．”千里之行始于足下”，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我深深體會(huì)到這句千古名言的真正含義．我今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開(kāi)這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)．

八、參考文獻(xiàn)

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[3]陳治明，電力電子器件[M]，機(jī)械工業(yè)出版社，北京，1992

[4]王兆安，電力電子變流技術(shù)[M]，機(jī)械工業(yè)出版社，北京，2003

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[6]顧繩谷.電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)下冊(cè)[M]，機(jī)械工業(yè)出版社，北京，2000