運(yùn)控課程設(shè)計(jì)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、武漢理工大學(xué)題 目院 系 專 業(yè)班 級(jí)姓 名學(xué) 號(hào)指導(dǎo)教師雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要 直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速范圍廣、靜差率小、穩(wěn)定性好以及具有良好的動(dòng)態(tài)性能，在高性能的拖動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域中，相當(dāng)長時(shí)期內(nèi)幾乎都采用直流電力拖動(dòng)系統(tǒng)。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是直流調(diào)速控制系統(tǒng)中發(fā)展得最為成熟，應(yīng)用非常廣泛的電力傳動(dòng)系統(tǒng)，它具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)晶閘管的特性，通過調(diào)節(jié)控制角大小來調(diào)節(jié)電壓，直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制器選用了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速控制電路，調(diào)速系統(tǒng)的主電路采用了三相全控橋整流電路來供電。摘要21 緒論31.1 選題背景31.2 方案論證41.2.1 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)41.2.2 雙閉環(huán)直流調(diào)速

2、系統(tǒng)51.3 本課題主要討論的問題62 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)62.1 轉(zhuǎn)速反饋和電流反饋電路設(shè)計(jì)62.2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)總設(shè)計(jì)框圖72.3 主電路的設(shè)計(jì)82.4 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)92.4.1過電壓保護(hù)92.4.2 過電流保護(hù)102.5 集成觸發(fā)電路設(shè)計(jì)102.6 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器asr及電流調(diào)節(jié)器acr的設(shè)計(jì)112.6.1 電流環(huán)的設(shè)計(jì)122.6.2 轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)153 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)在simulink下的仿真173.1 繪制仿真模型原理圖183.2 仿真波形圖184 總結(jié)19參考文獻(xiàn)201 緒論1.1 選題背景 三十多年來，直流電機(jī)調(diào)速控制經(jīng)歷了重大的變革。首先實(shí)現(xiàn)了整流器的更新?lián)Q代，以晶閘管整流

3、裝置取代了習(xí)用已久的直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)組及水銀整流裝置使直流電氣傳動(dòng)完成了一次大的躍進(jìn)。同時(shí)，控制電路已經(jīng)實(shí)現(xiàn)高集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技術(shù)的應(yīng)用，使直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)大幅提高，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。直流調(diào)速技術(shù)不斷發(fā)展，走向成熟化、完善化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，在可逆脈寬調(diào)速、高精度的電氣傳動(dòng)領(lǐng)域中仍然難以替代。直流調(diào)速是指人為地或自動(dòng)地改變直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,以滿足工作機(jī)械的要求。從機(jī)械特性上看,就是通過改變電動(dòng)機(jī)的參數(shù)或外加工電壓等方法來改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,從而改變電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性和工作特性機(jī)械特性的交點(diǎn),使電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在廣泛范

4、圍內(nèi)平滑調(diào)速，在軋鋼機(jī)、礦井卷揚(yáng)機(jī)、挖掘機(jī)、海洋鉆機(jī)、金屬切削機(jī)床、造紙機(jī)、高層電梯等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。近年來，交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，然而直流拖動(dòng)系統(tǒng)無論在理論上和實(shí)踐上都比較成熟，并且從反饋閉環(huán)控制的角度來看，它又是交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所以直流調(diào)速系統(tǒng)在生產(chǎn)生活中有著舉足輕重的作用。 直流電動(dòng)機(jī)因具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。晶閘管問世后，生產(chǎn)出成套的晶閘管整流裝置，組成晶閘管電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。采用速度、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng),可以充分利用電動(dòng)機(jī)的過載能力獲得最快的動(dòng)態(tài)過程，調(diào)速范圍廣

5、，精度高，和旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組及離子拖動(dòng)變流裝置相比，晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上都有很大提高，而且在技術(shù)性能上也顯示出較大的優(yōu)越性，動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能均好，且系統(tǒng)易于控制。雙閉環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速環(huán)用來控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，電流環(huán)控制輸出電流；該系統(tǒng)可以自動(dòng)限制最大電流，能有效抑制電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響；且采用雙閉環(huán)控制提高了系統(tǒng)的阻尼比，因而較之單閉環(huán)控制具有更好的控制特性。1.2 方案論證1.2.1 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是指只有一個(gè)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。在電動(dòng)機(jī)軸上裝一臺(tái)測速發(fā)電機(jī)sf ,引出與轉(zhuǎn)速成正比的電壓uf 與給定電壓ud 比較后,得偏差電壓u ,經(jīng)放大器fd ,產(chǎn)生觸發(fā)

6、裝置cf 的控制電壓uk ,用以控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,如圖1-1 所示。圖1-1 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖 此方案采用單閉環(huán)的速度反饋調(diào)節(jié)時(shí)整流電路的脈波數(shù)m = 2 ,3 ,6 ,12 , ,其數(shù)目總是有限的,比直流電機(jī)每對(duì)極下?lián)Q向片的數(shù)目要少得多。因此,除非主電路電感l(wèi) = ,否則晶閘管電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的電流脈動(dòng)總會(huì)帶來各種影響,主要有:(1) 脈動(dòng)電流產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩,對(duì)生產(chǎn)機(jī)械不利; (2)脈動(dòng)電流(斜波電流) 流入電源,對(duì)電網(wǎng)不利,同時(shí)也增加電機(jī)的發(fā)熱。并且晶閘管整流電路的輸出電壓中除了直流分量外,還含有交流分量。把交流分量引到運(yùn)算放大器輸入端,不僅不起正常的調(diào)節(jié)作用,反而會(huì)產(chǎn)生干擾,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成

7、放大器局部飽和,從而破壞系統(tǒng)的正常工作。1.2.2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)主要由給定環(huán)節(jié)、asr、acr、觸發(fā)器和整流裝置環(huán)節(jié)、速度檢測環(huán)節(jié)以及電流檢測環(huán)節(jié)組成。為了使轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋分別起作用，系統(tǒng)設(shè)置了電流調(diào)節(jié)器acr 和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器asr。電流調(diào)節(jié)器acr 和電流檢測反饋回路構(gòu)成了電流環(huán)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器asr 和轉(zhuǎn)速檢測反饋回路構(gòu)成轉(zhuǎn)速環(huán)，稱為雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。因轉(zhuǎn)速換包圍電流環(huán)，故稱電流環(huán)為內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速環(huán)為外環(huán)。在電路中，asr 和acr 串聯(lián)，即把a(bǔ)sr 的輸出當(dāng)做acr 的輸入，再由acr 得輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)器。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)

8、器一般都采用具有輸入輸出限幅功能的pi 調(diào)節(jié)器，且轉(zhuǎn)速和電流都采用負(fù)反饋閉環(huán)。該方案的原理框圖如圖1-1 所示。圖1-1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖 此方案采用雙閉環(huán)轉(zhuǎn)速電流調(diào)節(jié)方法，雖然相對(duì)成本較高，但保證了系統(tǒng)的可靠性能，保證了對(duì)生產(chǎn)工藝的要求的滿足，既保證了穩(wěn)態(tài)后速度的穩(wěn)定，同時(shí)也兼顧了啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流的動(dòng)態(tài)過程。在啟動(dòng)過程的主要階段，只有電流負(fù)反饋，沒有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不讓電流負(fù)反饋發(fā)揮主要作用，既能控制轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差調(diào)節(jié)，又能控制電流使系統(tǒng)在充分利用電機(jī)過載能力的條件下獲得最佳過渡過程，很好的滿足了生產(chǎn)需求。 在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中用一個(gè)調(diào)節(jié)器綜合多種信號(hào)，各參數(shù)間相互影響，難于進(jìn)行調(diào)節(jié)器

9、動(dòng)態(tài)參數(shù)的調(diào)整，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能不夠好。系統(tǒng)中采用電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)來限制啟動(dòng)電流，不能充分利用電動(dòng)機(jī)的過載能力獲得最快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，即最佳過渡過程。為了獲得近似理想的過度過程，并克服幾個(gè)信號(hào)綜合于一個(gè)調(diào)節(jié)器輸入端的缺點(diǎn)，最好的方法就是將被調(diào)量轉(zhuǎn)速與輔助被調(diào)量電流分開加以控制，用兩個(gè)調(diào)節(jié)器分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，構(gòu)成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。所以本文選擇雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)作為設(shè)計(jì)的最終方案。1.3 本課題主要討論的問題1.研究雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀。2.設(shè)計(jì)方案的論證3.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器asr及電流調(diào)節(jié)器acr的設(shè)計(jì)4.轉(zhuǎn)速反饋和電流反饋電路設(shè)計(jì)5.集成觸發(fā)電路設(shè)計(jì)6. 主電路及其保護(hù)電路設(shè)計(jì)2

10、 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.1 轉(zhuǎn)速反饋和電流反饋電路設(shè)計(jì) 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2-1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)閜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。

11、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。圖2-1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)圖中u*n、un轉(zhuǎn)速給定電壓和轉(zhuǎn)速反饋電壓 u*i、ui電流給定電壓和電流反饋電壓 asr轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 acr電流調(diào)節(jié)器 tg測速發(fā)電機(jī) ta電流互感器 upe電力電子變換器2.2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)總設(shè)計(jì)框圖在生活中，直接提供的是三相交流380v電源，而直流電機(jī)的供電需要三相直流電， 因此要進(jìn)行整流，本設(shè)計(jì)采用三相橋式整流電路將三相交流電源變成三相直流電源，最后達(dá)到要求把電源提供給直流電動(dòng)機(jī)。如圖2-2設(shè)計(jì)的總框架。直流電機(jī)三相交流電源三相直流電源整流供電雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 集

12、成觸發(fā)電路保護(hù)電路圖2-2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)總框架2.3 主電路的設(shè)計(jì) 在直流調(diào)速系統(tǒng)中，我們采用的是晶閘管-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的原理圖如圖2-3所示。它通過調(diào)節(jié)處罰裝置gt的控制電壓來移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，即可改變平均整流電壓，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。與旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組及離子拖動(dòng)變流裝置相比，晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上都很大提高，而且在技術(shù)性能上也顯現(xiàn)出較大的優(yōu)越性。 對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，自動(dòng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主，根據(jù)晶閘管的特性，可以通過調(diào)節(jié)控制角大小來調(diào)節(jié)電壓。當(dāng)整流負(fù)載容量較大或直流電壓脈動(dòng)較小時(shí)應(yīng)采用三相整流電路，其交流側(cè)由三相電源供電。三相整

13、流電路中又分三相半波和全控橋整流電路，因?yàn)槿喟氩ㄕ麟娐吩谄渥儔浩鞯亩蝹?cè)含有直流分量，故本設(shè)計(jì)采用了三相全控橋整流電路來供電，該電路是目前應(yīng)用最廣泛的整流電路，輸出電壓波動(dòng)小，適合直流電動(dòng)機(jī)的負(fù)載，并且該電路組成的調(diào)速裝置調(diào)節(jié)范圍廣，能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)連續(xù)、平滑地轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、電動(dòng)機(jī)不可逆運(yùn)行等技術(shù)要求。圖2-3 晶閘管-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理圖 三相全控制整流電路由晶閘管vt1、vt3、vt5接成共陰極組，晶閘管vt4、vt6、vt2接成共陽極組，在電路控制下，只有接在電路共陰極組中電位為最高又同時(shí)輸入觸發(fā)脈沖的晶閘管，以及接在電路共陽極組中電位最低而同時(shí)輸入觸發(fā)脈沖的晶閘管，同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，才構(gòu)成完整的

14、整流電路。為了使元件免受在突發(fā)情況下超過其所承受的電壓電流的侵害，在三相交流電路的交、直流側(cè)及三相橋式整流電路中晶閘管中電路保護(hù)有電壓、電流保護(hù)。一般保護(hù)有快速熔斷器，壓敏電阻，阻容式。主電路原理圖如圖2-4所示。圖2-4 主電路原理圖2.4 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)2.4.1過電壓保護(hù) 通常分為交流側(cè)和直流側(cè)電壓保護(hù)。前者常采用的保護(hù)措施有阻容吸收裝置、硒堆吸收裝置、金屬氧化物壓敏電阻。這里采用金屬氧化物壓敏電阻的過電壓保護(hù)。 壓敏電阻是有氧化鋅，氧化鉍等燒結(jié)制成的非線性電阻元件，它具有正反相同很陡的伏安特性，正常工作是漏電流小，損耗小，而泄放沖擊電流能力強(qiáng)，抑制過電壓能力強(qiáng)，此外，它對(duì)沖擊電壓反映快

15、，體積又比較小，故應(yīng)用廣泛。在三相的電路中，壓敏電阻的接法是接成星形或三角形如圖2-5所示。 圖2-5 二次側(cè)過電壓壓敏電阻保護(hù) 壓敏電阻額定電壓的選擇可按下式計(jì)算： 壓敏電阻承受的額定電壓峰值 （2-1）式中 （2-1） 壓敏電阻的額定電壓， vyj型壓敏電阻的額定電壓有：100v、200v、440、760v、1000v等；為電網(wǎng)電壓升高系數(shù)，可取。壓敏電阻承受的額定電壓峰值就是晶閘管控制角=300時(shí)輸出電壓。由此可轉(zhuǎn)化 可得壓敏電阻額定電壓 所以壓敏電阻額定電壓取850v型壓敏電阻。2.4.2 過電流保護(hù) 在本設(shè)計(jì)中，選用快速熔斷器與電流互感器配合進(jìn)行三相交流電路的一次側(cè)過電流保護(hù)，保護(hù)原

16、理圖2-6如下： 圖2-6 一次側(cè)過電流保護(hù)電路（1）熔斷器額定電壓選擇：其額定電壓應(yīng)大于或等于線路的工作電壓。本課題設(shè)計(jì)中變壓器的一次側(cè)的線電壓為380v，熔斷器額定電壓可選擇400v。（2）熔斷器額定電流選擇：其額定電流應(yīng)大于或等于電路的工作電流。 本課題設(shè)計(jì)中變壓器的一次側(cè)的電流 =熔斷器額定電流 463a因此，如圖2-6在三相交流電路變壓器的一次側(cè)的每一相上串上一個(gè)熔斷器，按本課題的設(shè)計(jì)要求熔斷器的額定電壓可選400v，額定電流選463a。2.5 集成觸發(fā)電路設(shè)計(jì) 晶閘管觸發(fā)電路的作用是產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在必要的時(shí)刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。晶閘管觸發(fā)電路往往包括觸發(fā)時(shí)刻進(jìn)行

17、控制相位控制電路、觸發(fā)脈沖的放大和輸出環(huán)節(jié)。觸發(fā)脈沖的放大和輸出環(huán)節(jié)中，晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)滿足下列要求： （1）觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通，三相全控橋式電路應(yīng)采用寬于60或采用相隔60的雙窄脈沖。 （2）觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度，對(duì)戶外寒冷場合，脈沖電流的幅度應(yīng)增大為器件最大觸發(fā)電流35倍，脈沖前沿的陡度也需增加，一般需達(dá)12aus。 （3）所提供的觸發(fā)脈沖應(yīng)不超過晶閘管門極的電壓、電流和功率定額，且在門極的伏安特性的可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)。 （4）應(yīng)有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。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：vt1vt2vt3vt4v

18、t5vt6，晶閘管必須嚴(yán)格按編號(hào)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2-7。圖2-7 三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路2.6 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器asr及電流調(diào)節(jié)器acr的設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，一般是先內(nèi)環(huán)后外環(huán)，調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)取決于穩(wěn)態(tài)精度和動(dòng)態(tài)校正的要求，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)校正的設(shè)計(jì)與調(diào)試都是按先內(nèi)環(huán)后外環(huán)的順序進(jìn)行，在動(dòng)態(tài)過程中可以認(rèn)為外環(huán)對(duì)內(nèi)環(huán)幾乎無影響，而內(nèi)環(huán)則是外環(huán)的一個(gè)組成環(huán)節(jié)。由于典型型系統(tǒng)的跟隨性能由于典型型系統(tǒng)，而典型型系

19、統(tǒng)的抗擾性能優(yōu)于典型型系統(tǒng)，因此一般來說，從快速啟動(dòng)系統(tǒng)的要求出發(fā)，可按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流環(huán)；由于要求轉(zhuǎn)速無靜差，轉(zhuǎn)速環(huán)應(yīng)按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。工程設(shè)計(jì)法是建立在頻率特性理論基礎(chǔ)上的，只需將典型系統(tǒng)和典型系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性作為調(diào)速系統(tǒng)僅有的兩種預(yù)期特性。工程設(shè)計(jì)的步驟如下： 1）對(duì)已知系統(tǒng)的固有特性做恰當(dāng)?shù)淖儞Q和近似處理，以簡化調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)。 2）根據(jù)具體情況選定預(yù)期特性，即典型系統(tǒng)或典型系統(tǒng)，并按照零極點(diǎn)相消的原則，確定串聯(lián)調(diào)節(jié)器的類型。 3）根據(jù)要求的性能指標(biāo)，確定調(diào)節(jié)器的有關(guān)p、i、d參數(shù)。 4）校正。2.6.1 電流環(huán)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)分為以下幾個(gè)步驟：1）電流環(huán)的簡化：圖2-8簡化后電流環(huán)按典型i

20、型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，acr選pi調(diào)節(jié)器。i=tl，ki=（kiks）(ir)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖id(s)+-圖2-9 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖l/db-20db/dec-40db/dec0圖8開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性2）確定時(shí)間常數(shù)（1）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；（2）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3.33ms，為了基本濾平波頭，應(yīng)有，因此??；（3）電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)。按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取。3）確定將電流環(huán)設(shè)計(jì)成何種典型系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，而且，因此，電流環(huán)可按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。4）電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)選擇電流調(diào)節(jié)器選用pi型，其傳遞函數(shù)為：5）選擇電流調(diào)節(jié)器參數(shù)acr超前時(shí)間常數(shù)：；電流環(huán)開環(huán)增

21、益：因?yàn)橐?，故?yīng)取，因此于是，acr的比例系數(shù)為。6）計(jì)算電流調(diào)節(jié)器的電路參數(shù)圖2-10 電流調(diào)節(jié)器原理圖電流調(diào)節(jié)器原理如圖9所示，按所用運(yùn)算放大器，取，各電阻和電容值計(jì)算如下：，?。?，?。?，取。7）校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率（1）校驗(yàn)晶閘管裝置傳遞函數(shù)的近似條件是否滿足。因?yàn)?，所以滿足近似條件。（2）校驗(yàn)忽略反電動(dòng)勢對(duì)電流環(huán)影響是否滿足?，F(xiàn)在，滿足近似條件。（3）校驗(yàn)小時(shí)間常數(shù)的近似處理是否滿足條件?，F(xiàn)在，滿足近似條件。2.6.2 轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)1）轉(zhuǎn)速環(huán)的簡化：idl(s)u*n(s)an (s)+-asrcetmsrid (s)a /b tsns+1+-圖2-11簡化后的轉(zhuǎn)速環(huán)2）確定時(shí)

22、間常數(shù)：（1）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)為；（2）轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)。根據(jù)所用測速發(fā)電機(jī)紋波情況，??；（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。3）轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì)系統(tǒng)：由于設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)速無靜差，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)；有根據(jù)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)要求，應(yīng)按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)。4）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器選用pi型，其傳遞函數(shù)為：。5）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)按跟隨和抗干擾性能都較好的原則取h=5，則asr超前時(shí)間常數(shù)：；轉(zhuǎn)速開環(huán)增益：；于是asr的比例系數(shù)為：。6）計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的電路參數(shù)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖6所示，按所用運(yùn)算放大器，取，各電阻和電容值計(jì)算如下：，取；，取；，取。圖2-12 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖7

23、）校驗(yàn)近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率（1）校驗(yàn)電流環(huán)傳遞函數(shù)的近似條件是否滿足?，F(xiàn)在，滿足簡化條件。（2）校驗(yàn)小時(shí)間常數(shù)的近似處理是否滿足條件?，F(xiàn)在，滿足近似條件。（3）校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量。當(dāng)h=5時(shí)，；而，因此，能滿足設(shè)計(jì)要求。3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)在simulink下的仿真 matlab是矩陣實(shí)驗(yàn)室（matrix laboratory）的簡稱，是美國mathworks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語言和交互式環(huán)境，主要包括matlab和simulink兩大部分。simulink是matlab最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的

24、集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn)simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號(hào)處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。同時(shí)有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于simulink。simulink是matlab中的一種可視化仿真工具，是一種基于matlab的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的

25、采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口(gui) ，這個(gè)創(chuàng)建過程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。 simulink是用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計(jì)工具。對(duì)各種時(shí)變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號(hào)處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、執(zhí)行和測試。. 構(gòu)架在simulink基礎(chǔ)之上的其他產(chǎn)品擴(kuò)展了simulink多領(lǐng)域建模功能，也提供了用于設(shè)計(jì)、執(zhí)行、驗(yàn)證和確認(rèn)任務(wù)的相應(yīng)工具。simulink與matlab緊密集成，可以直接訪問matlab大量的工具來進(jìn)行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號(hào)參數(shù)和測試數(shù)據(jù)的定義。3.1 繪制仿真模型原理圖圖3-1 直流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的電氣原理仿真