1、.PAGE 8.北方工業大學課程設計報告姓 名 學 號 專 業 電氣工程及其自動化 班 級 小組成員 課程名稱 運動控制系統課程設計 設計題目 十機架連軋機分部傳動直流調速系統 起止時間 成 績 指導教師簽名 目錄 TOC h z t 題目1,1,題目2,2,題目3,3 HYPERLINK l _Toc335639631 圖表目錄 PAGEREF _Toc335639631 h 3HYPERLINK l _Toc335639656 運動控制系統課程設計任務書4HYPERLINK l _Toc335639632 前言7HYPERLINK l _Toc335639633 摘要8HYPERLINK

2、l _Toc335639634 1 系統方案選擇和總體結構設計9HYPERLINK l _Toc335639635 1.1 系統方案的選擇9HYPERLINK l _Toc335639637 1.1.1 系統控制對象的確定9HYPERLINK l _Toc335639639 1.1.2 電動機供電方案選擇9HYPERLINK l _Toc335639638 1.2總體結構設計10HYPERLINK l _Toc335639639 1.2.1 系統結構選擇10HYPERLINK l _Toc335639640 1.2.2 系統的工作原理10HYPERLINK l _Toc335639641 2

3、主電路設計12HYPERLINK l _Toc335639642 2.1 整流變壓器的選擇與計算12HYPERLINK l _Toc335639643 2.2 晶閘管元件的選擇與計算13HYPERLINK l _Toc335639644 2.3 晶閘管保護環節的設計14HYPERLINK l _Toc335639645 2.3.1 過電壓保護14HYPERLINK l _Toc335639646 2.3.2 過電流保護15HYPERLINK l _Toc335639647 2.4 平波電抗器的選擇與計算15HYPERLINK l _Toc335639648 2.5 晶閘管的驅動電路觸發電路的選

4、型17HYPERLINK l _Toc335639650 3 控制電路的設計17HYPERLINK l _Toc335639651 3.1 給定環節電路的設計17HYPERLINK l _Toc335639652 3.2 檢測裝置的設計18HYPERLINK l _Toc335639653 3.2.1 轉速檢測裝置的設計18HYPERLINK l _Toc335639654 3.2.2 電流檢測裝置的設計19HYPERLINK l _Toc335639655 3.3 調速系統的靜態參數計算19HYPERLINK l _Toc335639656 4 雙閉環直流調速系統的調節器設計21 4.1HY

5、PERLINK l _Toc335639658 電流調節器的設計21 4.2HYPERLINK l _Toc335639659 轉速調節器的設計24HYPERLINK l _Toc335639661 5 MATLAB仿真27HYPERLINK l _Toc335639662 5.1 SIMULINK模型的構建27HYPERLINK l _Toc335639663 5.2 SIMULINK模型的仿真調試與結果28HYPERLINK l _Toc335639664 5.3 SIMULINK模型仿真結果的分析31HYPERLINK l _Toc335639665 6 總結32HYPERLINK l

6、_Toc335639666 7 參考文獻33 圖表目錄 TOC f F h z t figure c 圖表 HYPERLINK l _Toc335385511 表1-1電動機供電方案的選擇9HYPERLINK l _Toc335385512 圖1-2雙閉環直流調速系統總體結構圖10圖1-3雙閉環直流調速系統電路原理圖11圖2-1變壓器的相關參數13表2-2晶閘管的型號14表2-3壓敏電阻型號參數15圖2-4主電路接法16圖3-1轉速給定電路原理圖 18圖3-2轉速檢測電路原理圖 18圖3-3電流檢測電路原理圖 19圖4-1電流環的動態結構圖 21圖4-2電流調節器 23圖4-3電流環的頻率特性

7、 23圖4-4轉速環的動態結構圖 24圖4-5轉速調節器 26圖4-6轉速環的頻率特性 26圖5-1 SIMNLINK模型27圖5-2 1.8s加入階躍負載26圖5-3空載加給定波形圖 29圖5-4突加負載（50%）波形圖 29圖5-5電網擾動（-10%）波形圖30圖5-6 負載加至50%和100%，n=1000r/min的靜特性n=f()30圖5-7 負載加至50%和100%，n=300r/min的靜特性n=f()31運動控制系統課程設計任務書（一）設計題目及設計要求1.設計題目：十機架連軋機分部傳動直流調速系統的設計在冶金行業中，軋制過程是金屬壓力加工的一個主要工藝過程，連軋是一種可以提高

8、勞動生產率和軋制質量的先進方法，連軋機則是冶金行業的大型設備。其主要特點是被軋金屬同時處于若干機架之中，并沿同一方向進行軋制，最終形成一定的斷面形狀。每個機架的上下軋輥共用一臺電機實行集中拖動，不同機架采用不同電機實行部分傳動，各機架的軋輥之間的速度實現協調控制。2.基本數據： 本課題的十機架連軋機的每個機架對應一套直流調速系統，由此形成10個部分，各部分電動機參數如下表：機架序號電機型號額定功率額定電壓額定電流額定轉速電樞電阻勵磁電阻飛輪慣量極對數Pn(kW)Un(V)In(A)nn(r/min)Ra()Rf()GDa2(N.m2)P 1Z4-160-2118.544050.510000.8

9、261207.44812Z4-160-312244059.110000.6751208.62413Z4-180-21304407910000.41912016.8561 4Z4-180-31374409710000.33212018.81615Z4-200-114544011810000.256312036.06416Z4-200-315544014110000.175112047.0417Z4-225-1175440193100004-225-319044022710000.09312060.7619Z4-250-1111044028110000.091112086

10、.24110Z4-250-3113244033410000.0668120109.761（1）電樞回路等效電阻取R=2Ra；總飛輪力矩GD2=2.5 GDa2。（2）參閱教材中“雙閉環調速系統調節器的工程設計舉例”的數據，未知數據可由電機參數推導得出。 （3）勵磁兩端電壓為220V，在恒定磁場勵磁電感取0，空載試驗時摩擦系數(Bm)設置為0。3.設計要求（1）調速系統性能指標：調速范圍 =10，靜差率5%；穩態指標：穩態無靜差，電流脈動系數10%動態指標：電流超調量5%；啟動到額定轉速時的轉速退飽和超調量10%?？箶_性能：在負載波動70%時，15% ，恢復時間400ms。（2）要求系統具有過流

11、和過壓保護。（3）要求對拖動系統設置給定積分器。（二）設計的內容調速方案的選擇（1）直流電動機的選擇（根據上表按小組順序選擇電動機型號）。（2）電動機供電方案的選擇（要求通過方案比較后，采用晶閘管三相全控橋整流器供電方案）。（3）系統的結構選擇（要求通過方案比較后，采用轉速電流雙閉環系統結構）。（4）確定直流調速系統的總體結構框圖。2. 主電路的計算（可參考“電力電子技術”中有關主電路計算的章節）（1）整流變壓器計算。二次側電壓計算；一、二次側電流的計算；容量的計算。（2）晶閘管元件的選擇。晶閘管的額定電壓、電流計算。 （3）晶閘管保護環節的計算。過電壓保護；過電流保護；（4）平波電抗器計算。

12、 3. 觸發電路的選擇與校驗（可參考“電力電子技術”中有關觸發電路的章節）選用集成觸發芯片，要求產生雙窄脈沖，并畫出觸發電路連接圖。 4控制電路設計計算主要包括：給定環節電路的設計計算、轉速檢測環節和電流檢測環節電路的設計計算、調速系統的靜態參數計算（可參考教材有關內容）等。 5雙閉環直流調速系統的調節器設計 主要設計轉速調節器和電流調節器，包括電路設計及參數計算，可參閱教材中“雙閉環調速系統調節器的工程設計舉例”的有關內容。 （三）系統的計算機仿真1. 仿真方式要求：對所設計的系統進行計算機仿真實驗，用Power Systerm模塊的調速系統的仿真方法(必做)，也可用調速系統動態結構框圖的仿

13、真方法（選做）。2. 仿真及其測試要求：（1）MATLAB仿真搭建：主電路用晶閘管單元搭建，觸發器可用自己設計或用原有模塊；電機模型可用simulink提供的模型；搭建系統盡可能接近真實。（2）根據所設計的調節器參數，對以下各項內容進行仿真及實驗測試：突加給定使= 500 r/min；突加負載（50%）；電網擾動（-10%）；分別觀察記錄以上幾種情況下轉速、電樞電流、轉速調節器輸出、電流調節器輸出等的波形，并記錄各個量穩定運行時的數值；靜特性測試，負載加至50%和100%，分別測試=1000 r/min.和=300 r/min 的靜特性.。（3）調整轉速調節器和電流調節器的PI參數，觀察不同的

14、PI參數對系統性能的影響。（4）分析轉速調節器輸出限幅在系統啟動過程中所起的作用，如取不同的限幅值會對系統性能產生什么影響？（四）設計提交的成果材料(1) 設計說明書一份，與任務書一并裝訂成冊，包括：前言；目錄；調速的方案選擇；主電路的計算；觸發電路的選擇與校驗；控制電路設計計算；雙閉環直流調速系統的動態設計；系統的計算機仿真；附錄參考文獻；（格式參考范例）(2) 直流調速系統電氣原理總圖一份（用A3圖紙手工繪制）；(3) 仿真模型和仿真結果清單；(4) 要求：在說明書中所論述的測試方法正確，仿真數據準確，計算步驟清晰，記錄仿真實驗波形完整并分析說明，同時書寫工整，繪圖整潔。（五）參考書： 交

15、直流調速系統系統電力拖動自動控制系統-運動控制系統電力電子技術 電力電子設備設計和應用手冊 電力電子和電力拖動控制系統的MATLAB仿真（六）設計時間 2013 年 9 月 18 日至 2013 年 10 月 12日（ 2 周） 指導教師 ： 學生：（簽字） 2013年9月 18 日前言在現代化工業中，為了滿足各種生產工藝過程的要求，需要采用各種各樣的生產機械，這些生產機械大多依賴于電動機的拖動。隨著工藝技術的不斷發展，各種生產機械根據其工藝特點，對生產機械和拖動的電動機也不斷提出各種各樣的要求。這些不同的工藝要求，都是依靠電動機及其控制系統和機械傳動裝置來實現的，并且每種拖動系統都是與控制轉

16、速密不可分的；因此調速控制技術將成為最基本的電力拖動控制技術。從根本上說，由于直流電動機的電樞電流和磁場能夠獨立進行控制，并且具有良好的啟制動、正反轉及調速等性能；因此，容易實現各種性能較高的直流電動機控制系統，也容易實現最佳化。這就是直流電動機在調速領域中仍占領主要地位的原因。負反饋和PI調節器組成的的單閉環的調速系統可以在保證系統穩定的條件下實現轉速無靜差。但如果對系統的動態性能要求較高，例如要求起制動、突加負載動態速降小等相關性能，單閉環系統就難以滿足要求。這主要是因為在單閉環系統中不能完全按照需求來控制動態過程的電流或轉矩。在單閉環系統中，只有電流截止負反饋環節是專門用來控制電流的，但

17、它只是在超過臨界電流值以后，依靠強烈的負反饋作用限制電流的沖擊，并不能很理想的控制電流的動態波形。在實際工作中，我們希望在電機最大電流限制的條件下，充分利用電機的允許過載能力，最好是在過度過程中始終保持電流（轉矩）為允許最大值，使電力拖動系統盡可能產生最大的啟動加速度；到達穩定轉速后，又讓電流立即降下來使轉矩馬上與負載相平衡，從而轉入穩態運行。這是在最大電流轉矩的條件下調速系統所能得到的最快的啟動過程；因此我們采用了轉速電流雙閉環直流調速系統，能夠解決上述的各種問題。摘要本次課程設計的主要內容為機架連軋機的雙閉環直流調速系統的設計，設計的內容分別為調速方案的選擇、主電路的計算、觸發電路的選擇與

18、校驗、控制電路的設計計算、雙閉環直流調速系統的調節器設計。并且將設計的內容進行MATLAB仿真，分別在突加給定、突加負載、突加擾動條件下測試其生成的轉速、電流波形，分析其動態特性與靜態特性。關鍵詞：雙閉環、直流調速系統、MATLAB仿真。1 系統方案選擇和總體結構設計1 . 1 系統方案的選擇1 . 1 . 1 系統控制對象的確定1.技術數據：本次課程設計采用Z4-180-31型直流電動機。設計選用的直流電動機的額定參數為額定功率37kW、額定電壓440V、額定電流97A、額定轉速1000r/ min,電樞電阻Ra=0.332。2.電樞回路總電阻可取為R=Ra=0.664，系統總飛輪矩GD2=

19、47.4Nm。3.設計要求：設計的直流閉環調速系統,在穩態時達到無靜差，動態性能指標為電流超調量 轉速超調量。 1 . 1 . 2 電動機供電方案的選擇變壓器調速是直流調速系統所采用的主要方法之一，調節電樞供電電壓所需的可控制電源通常有3種：旋轉變流機組，靜止可控整流器，直流斬波器和脈寬調制變換器。（下表列舉了三種方案的優缺點） 表1-1 電動機供電方案的選擇 旋轉變流機組靜止可控整流器（V-M）直流斬波器和脈寬調制變換器優點適用于調速要求不高，要求可逆運行的系統可實現平滑調速，快速性能好，提高系統動態性能適用于中、小功率的的系統缺點設備多、體積大、費用高、效率低、維護不便帶有機械換向裝置，運

20、行時易產生火花受器件各量的限制 因此，根據本系統的設計要求與結構特點應采用靜止可控整流器的電動機供電方式。在V-M系統中，調節器給定電壓，即可移動觸發裝置GT輸出脈沖的相位，從而有效的改變整流器的輸出電壓的值。由于要求直流電壓脈動較小，故采用三相整流電路；考慮到應使電路結構簡單、性價比高且需滿足性能指標要求，則選擇晶閘管三相全控橋整流電路用來供電；這是因為晶閘管可控整流裝置無噪聲、無磨損、響應快、體積小、重量輕、投資省；而且工作可靠，能耗小，效率高。同時，由于電機的容量較大，又要求電流的脈動小。所以綜上所述應選則晶閘管三相全控橋整流電路的供電方案。1 . 2 總體結構設計1 . 2 . 1 系

21、統結構選擇雖然采用PI調節器的單個轉速直流調速系統（單閉環系統）可以保證在系統穩定的前提下實現轉速無靜差。但是，如果對系統的動態性能要求較高，例如要求快速起制動，突加負載動態速降小等等，單閉環系統就難以滿足要求。因此本次課程設計的系統結構將被設定為轉速電流雙閉環直流調速系統。從而實現系統的最優起制動。其系統總體結構圖如圖1-2所示。 圖1-2 雙閉環直流調速系統總體結構圖1 . 2 . 2 系統的工作原理顧名思義“雙閉環直流調速系統”是為了實現轉速和電流兩種負反饋分別起作用。所以，可在系統中設置兩個調節器，分別調節轉速和電流，即分別引入轉速負反饋和電流負反饋。二者之間實行串級聯接，把轉速調節器

22、的輸出當做電流調節器的輸入，再用電流調節器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從閉環結構上看，電流環在里面，稱作內環；轉速環在外邊，稱作外環。這就形成了轉速電流雙閉環調速系統。為了獲得良好的動靜態性能，轉速和電流兩個調節器一般都采用PI調節器，這樣構成的雙閉環直流調速系統的電路原理圖如圖1-3所示。 圖1-3 雙閉環直流調速系統電路原理圖 2 主電路設計在電器設備或電力系統中，主電路是直接承擔電能的交換或控制任務的電路。所以我認為在設計的最開始應先設計整個系統中最為重要也是最為基礎的主電路，而主電路中又包含整流變壓器的選擇設計、晶閘管參數的選擇以及平波電抗器的設計。所以，我在第二個設計環節中將以

23、主電路的參數設計作為主要內容。2.1 整流變壓器的選擇與計算 在變壓器連接組別的選擇中，我們通過Dy11與Yy11的比較后，最終選取了Dy11型別的變壓器。其原因如下：D聯結對抑制高次諧波的惡劣影響有很大作用，并且高壓相繞組的三次諧波電動勢在D聯結回路中環流，三次諧波電流可在D聯結的一次繞組內形成環流，使之不致注入公共的高壓電網中去。所以，我組采用了Dy11型別的變壓器。（注：本報告所涉及的公式均摘自于電力電子設備設計及應用手冊工具書中）1. 確定一次相電壓和二次相電壓參數：變壓器一次側電壓，聯結，。 變壓器二次側電壓按下式計算（對于Y型聯接）： = 225.64282.05 （2-1） (2

24、-1)式中：整流變壓器Y聯接式的相電壓有效值（取254V） 電動機電樞額定電壓（440V）整流電路系數，三相全控橋安全系數 2. 確定一次相電流和二次相電流參數：二次相電流：=79.152A （2-2） (2-2)式中：二次相電流有效值A； 直流電動機的長時最大負載電流（97A）； 二次電流波形系數，三相橋為。 一次相電流： =254/380*79.152=52A （2-3） (2-3)式中：一次相電流有效值(52A）； 一、二次相電壓有效值（380V,254V）。 3. 確定一次視在功率、二次視在功率的參數： （2-4） 表2-1 變壓器的相關參數 變壓器數值變壓器參數數值一二次側相電壓（V

25、）380254一二次側相電流(A)5279一二次側視在功率(KVA)59.260.1型別Dy11 2.2 晶閘管元件的選擇與計算 1.額定電壓選擇 （2-5） (2-5)式中：晶閘管的標稱電壓；晶閘管在工作中承受的最大峰值電壓對于三相全控橋來說 取1500V2.額定通態平均電流 （2-6） （2-6）式中：通態平均電流的計算系數，對于三相橋, 大負載電流 取100A3.查下表2-2：選取KP100晶閘管。 表2-2 晶閘管的型號參數/類型同態正向平均電流It（av）短態、正反向重復峰值電壓Udrn，Urrrm/V門極觸發電壓Vgt/V門極觸發電流Igt/mAKP115016002.520KP5

26、510020003.060KP101010020003.0100KP202010020003.0100KP505010024003.0200KP100（）10010030003.5250KP20020010030003.5250KP50050010030004.0350KP80080010030004.0450KP1000100010030004.0450 2.3 晶閘管保護環節的設計晶閘管有諸多優點如換相方便，無噪音等。設計晶閘管電路除了正確的選擇晶閘管的額定電壓、額定電流等參數外，還必須采取必要的過電壓、過電流保護措施，這樣可以有效避免電路故障。所以正確的保護環節是晶閘管裝置能否可靠運行的

27、關鍵。2.3.1 過電壓保護凡是超過晶閘管在正常工作時所承受的最大峰值電壓，都算過電壓。操作過電壓：由晶閘管裝置的拉閘、合閘與器件關斷等電磁過程所引起的過電壓。浪涌電壓：由于雷擊等原因從電網浸入的偶然性的浪涌電壓。過壓保護的任務：使經常發生的操作過電壓限制在額定電壓以下；使偶然性的浪涌電壓限制在器件的斷態和反向不重復峰值電壓和以下下表為常用的壓敏電阻型號及其參數。 表2-3 壓敏電阻型號參數 型號最大工作連續電壓壓敏電壓最大限制電壓通流容量（820us）最大能量（J）電容量AC(V)DC(V)V0.1mAVP(V）Ip(A)1次（A）2次（A）10/1000us1KH Z（pF）MYG-32D

28、391K250320390（351429）65020025000200003303200MYG-32D431K275350430（387473）71020025000200003603100MYG-32D471K300385470（432517）77520025000200003802800MYG-32D511K320415510（459561）84520025000200004302700MYG-32D621K385505620（558682）102520025000200004702400MYG-32D681K420560680（612748）11202002500020000495220

29、0MYG-32D751K460615750（657825）124020025000200005202000MYG-32D781K485640780（702858）129020025000200005501900MYG-32D821K510670820（738902）135520025000200005801800MYG-32D911K550745910（8191001）150020025000200006201300MYG-32D951K575765950（8551045）157020025000200006501200MYG-32D102K6258251000（9001100）1650200

30、25000200006851100MYG-32D112K6808951100（9901210）181520025000200007501000 將壓敏電阻采用星型的聯接方式，能夠有效地對電路進行過壓保護。2.3.2 過電流保護電力電子電路運行不正?；蛘甙l生故障時，可能會發生過電流。采用快速熔斷器是電力電子裝置中最有效、應用最廣的一種過電流保護措施。快速熔斷器的靈敏度比較高，是最簡單有效的過電流保護器件，與普通熔斷器相比，具有快速熔斷的特性，在發生短路后，熔斷時間很短，能保證在晶閘管損壞之前自身熔斷，避免過電流損壞晶閘管。快速熔斷器可以安裝在直流側、交流側和直接與晶閘管串聯。 2.4 平波電抗器

31、參數計算按輕載時的電流連續或有較好的電流波形選電抗器的電感量；按最大負載時的電流來確定電抗器的導線的載流量；在計算電感量時我參考了電力電子設備設計和應用手冊這本教材，并選取了相關的計算公式與參數。2.4.1使電流連續的電感量（） 對于三相全控橋 （2-7） （2-7）式中：整流變壓器二次繞組Y連接時的相電壓（V） 直流電動機的最小負載電流（A），按5%額定電流計算。 。2.4.2電動機電樞電感量 () （2-8） (2-8)式中：電動機額定電壓（V）； 電動機額定電流（A）；電動機額定轉速（rpm）；p 極對數； 系數，一般無補償電動機取812；快速無補償電動機取68； 有補償電動機取56。

32、0.022H2.4.3整流變壓器每相繞組的漏電感 () （2-9） (2-9)式中：變壓器的短路比，1010000KVA的變壓器，對應的 %=510;與整流電路有關的系數，查表，對于三相全控橋=3.9;負載電流, Id=0.75Inom；2.4.4平波電抗器的電感量 () （2-10）. 圖2-4 主電路接線圖2.5 晶閘管的驅動電路觸發電路的選型為保證相控電路的正常工作，很重要的一點時應保證按觸發角的大小在正確的時刻相電路中的晶閘管施加有效地觸發脈沖，因此，習慣上也將實現對相控電路相位控制的電路總稱為觸發電路。晶閘管的觸發電路應滿足下列要求：觸發電路的寬度應保證晶閘管可靠導通；觸發脈沖應有足

33、夠大的幅度；所提供的觸發脈沖不用超過晶閘管們記得電壓、電流和額定功率；現階段國內常用KJ系列集成觸發芯片，使用三個KJ004集成塊和一個KJ041集成塊就可形成六路雙脈沖，再由六個晶體管進行脈沖放大可構成完整的三相全控橋整流電路的集成觸發電路。KJ004內部結構與分立元件的鋸齒波移相觸發電路相似。可分為同步，鋸齒波形成，移相，脈沖形成，脈沖分揀及脈沖放大幾個環節。 3 控制電路的設計除去主電路與觸發電路之外，控制電路也是必不可少的電路之一?？刂齐娐分饕山o定環節與檢測環節組成，下面我們將分別介紹其各自的設計與計算。3.1 給定環節電路的設計與計算轉速給定電路主要由滑動變阻器構成，調節滑動變阻器

34、即可獲得相應大小的給定信號。轉速給定電路可以產生幅值可調和極性可變的階躍給定電壓或可平滑調節的給定電壓。其電路原理圖如圖4-1所示。其中用（2K,1W）電位器RP1引出給定電壓，R1為1K的電阻，保證給定的最大值在10V。其中，在設計的過程發現，滑動變阻器的輸出端會產生分流現象，這會導致其分壓的值產生很大誤差，影響實驗效果；最終，我們采用了電壓跟隨器來對其進行電位隔離，由于電壓跟隨器的輸入阻抗非常大，所以不會再產生分流的現象。有效地解決了上述問題。 圖3-1 轉速給定電路原理圖3.2 檢測裝置的設計3.2.1轉速檢測裝置的設計轉速檢測電路的主要作用是將轉速信號變換為與轉速呈正比的電壓信號，濾除

35、交流分量，為系統提供滿足要求的轉速反饋信號。轉速檢測電路主要由測速發電機組成，將測速發電機與直流電動機同軸連接，測速發電機輸出端即可獲得與轉速成正比的電壓信號，經過濾波之后即可作為轉速反饋信號反饋回系統。測速發電機的選擇 ：有電機參數可知選用的直流測速發電機的參數有:額定電壓ETG=40V,nTG=2000r/min 負載電阻RTG=2K的電位器。由于主電動機的額定轉速為1000r/min ,因此，測速發電機發出最高電壓為20V，給定電源15V,只要適當取反饋系數，即可滿足系統要求。 圖3-2 轉速檢測電路原理圖3.2.2 電流檢測裝置的設計電流檢測電路的主要作用是獲得與主電路電流呈正比的電壓

36、信號，經過濾波整流后，再作用于控制系統中。該電路主要由電流互感器構成，將電流互感器接于主電路中，在輸出端即可獲得與主電路電流成正比的電壓信號，起到電氣隔離的作用。 二次側額定電流為 最大電流為 電流互感器額定電流應小于 與最大電流相對應的最大反饋電壓取10V。 電壓轉換電阻。 圖3-3 電流檢測電路原理圖3.3 調速系統的靜態參數計算 額定勵磁下電動勢系數 額定勵磁下的轉矩系數 電力拖動系統機電時間常數 電樞回路電磁時間常數 整流器滯后時間常數 其中全控橋式整流器脈波數 整流器放大系數 其中電流調節器輸出限幅值取 電流反饋系數 其中速度調節器輸出限幅值取 取電流反饋濾波時間常數 轉速反饋系數

37、其中轉速給定最大值取 取反饋濾波時間常數4 雙閉環直流調速系統的調節器設計控制電路中最重要的就是調節器的設計，所以我將它單獨列舉出來以便體現出它在整個系統里所占的比重。本節主要介紹轉速環與電流環的設計與計算，由內到外，所以先從電流環開始介紹。4.1 電流調節器的設計 1.選擇電流調節器的結構由于電流環的一項重要作用就是保持電樞電流在動態過程中不超過允許值，因而，在突加控制作用時不希望有超調，或者超調量越小越好，從這個觀點出發，應該把電流環校正成典型型系統。設計電流調節器電流環控制對象是雙慣性型的，故可用PI型電流調節器。 電流調節器的比例系數 電流調節器的超前時間系數 電流環的動態結構圖與傳遞

38、函數分別如下： 圖4-1 電流環的動態結構圖令以抵消大慣性環節，則式中 電流環的開環放大倍數， 2.時間常數的確定在三相橋式全控電路有：已知平均滯后時間，濾波器的時間常數；考慮到比和大得多，因而，在設計時可以把和合并處理，所以電 流環小時間常數=0.0017+0.002=0.0037s。 3.電流調節器參數計算：電流調節器超前時間常數,根據電流超調量 按“二階最佳工程設計法”即可確定PI調節器的參數：查得有=0.5，所以=；電樞回路總電阻 R=2=0.664，所以ACR的比例系數ty=4.校驗近似條件 電流環截止頻率=135.1。 晶閘管整流裝置傳遞函數的近似條件： ，滿足條件。 忽略反電動勢

39、變化對電流環動態影響條件： ，滿足條件。 電流環小時間常數近似處理條件： ，滿足條件。5.計算調節器的電阻和電容取運算放大器的，有=1.5240=60.8，取60k ，取0.9，取0.2。 綜上所述，電流調節的結構圖如下所示： 圖4-2 電流調節器 6.電流環的頻率特性通過計算可知：電流環校正成典型型系統之后的開環傳遞函數為： ；頻率特性如下圖所示： 圖4-3 電流環的的頻率特性4.2 轉速調節器的設計1.選擇轉速調節器的結構轉速環應校正成典型型系統的原因是比較明確的，這是出于穩態無靜差的要求。由于在負載擾動作用點后已經有了一個積分環節，所以還需在擾動作用點前設置一個積分環節，因此前向通道中有

40、兩個積分環節，故為典型型系統。再從動態特性看，調速系統首先需要有較好的抗擾性能，典型型系統恰好能滿足這個要求。忽略負載擾動，要把轉速環校正成典型型系統，ASR應該采用PI調節器。 其傳遞函數為：轉速調節器的比例系數轉速調節器的超前時間常數轉速環動態結構圖與開環傳遞函數分別如下： 圖4-4 轉速環的動態結構圖式中 轉速環的開環放大倍數，.2.時間常數的確定：由上述電流調節器的設計可知,已知轉速環濾波時間常數=0.01s，故轉速環小時間常數。3.計算轉速調節器參數：按照“最佳三階工程設計法”取h=5,則ASR的超前時間常數為：轉速環開環增益 ASR的比例系數為： .4.檢驗近似條件 轉速環截止頻率

41、為。 電流環傳遞函數簡化條件為，滿足條件。 轉速環小時間常數近似處理條件為：，滿足 近似條件。5.計算調節器電阻和電容：取=40，則，287。 ，取0.3. ，取1. 綜上所述，轉速調節器的結構圖如下所示： 圖4-5 轉速調節器轉速環的頻率特性 通過計算，轉速環校正成典型型系統的傳遞函數為： ； 頻率特性如下圖所示： 圖4-6 轉速環的頻率特性計算轉速環退飽和超調量： 滿足設計要求。5 MATLAB仿真仿真是原理應用到實踐過程當中極其重要的一步，它是一種非常有效的研究手段，可以避免實驗的危險性與冗余性。所以，我采用了MATLAB中SIMULINK軟件對設計的系統進行了仿真，分別在突加負載、突加

42、給定、電網擾動三個方面進行了測試，并且分析其靜態特性與動態特性；從而全面的了解了該系統的所有特性。5.1 SIMULINK模型的構建圖5-1 SIMULINK模型系統參數如下：可調電壓源參數：每相電壓U=380V；變壓器變比為電機電樞電阻； 平波電抗器電機電樞電感； 轉動慣量轉速調節器 ；電流調節器5.2 SIMULINK模型的仿真調試與結果圖5-2 1.8s加入階躍負載波形分析：0t1時刻為電流上升階段，轉速環迅速進入飽和狀態，輸出達到飽和限幅值，其加在ACR的輸入端，強迫電流迅速增大。t1t2時刻為恒流升速階段，由于，ASR一直處于飽和狀態，其輸出為限幅值不變，轉速環相當于開環狀態，電樞電流保持恒定。t2t3階段為轉速調節階段