双闭环调速系统_课程设计(编辑修改稿)

双闭环调速系统_课程设计(编辑修改稿)内容摘要：

4 计算结果sK 给定电压ctU/V 电源端电压dU/V 电 枢 电 流I/A 37 59 85 102 122 135 151 165 179 186 204 221 230 247 260 261 表 35 电源放大系数的测量结果 四川大学电气信息学院自动化系课程设计 转速，电流反馈控制直流调速系统的设计 15 图 期望的电源放大系数关系 给定电压和电源输出电压的关系只有在一定范围内才可以被看成一个比例关系，过小的给定 电压，输出处于死区，而过大的给定电压又会使输出饱和，输出电压的值不再随给定电压的增加而增加。 通常系统工作在死区和饱和区中间的线性区内。 由于实验中给定电压的范围没有选好，导致给定电压较小时的死区特性没有明显的表示出来。 此外实验区线中的线性区也远不如期望曲线那样直。 饱和区 线性区 死 区 四川大学电气信息学院自动化系课程设计 转速，电流反馈控制直流调速系统的设计 16 实际上触发角控制电压的关系如下 )( ctUf 整流输出的瞬时电压和平均电压为 dtdiLRiEu ddd 0  cossin0 mUmU md  其中 为脉冲触发延迟角 mU整流输出的最大电压 m为一个周期内的脉动个数 结合ctU影响触发角的原理，输 出电压不仅由于器件存在饱和现象和不灵敏现象，同时受电感变化和谐波的影响，使得 Ks 即使在线性段也有较大的变化。 sK在0dct U的关系中表现为两者的斜率，这个斜率应该随着ctU的增加而先变大后变小，但在ctU为 1V 时出现了一些反复，这应该是由于测量过程中的误差带来的，是由于在记录这一点数据时没有将电枢电流调回 导致的。 要得到模型中放大系数sK，可以用线性区中几组sK的平均值。 线性区s 平均s 表 36 sK的线性化 (5)直接测量得到的量 平波电抗器直流电阻dR/ 平波电抗器电感dL/mH 电枢电感aL/mH 758 318 四川大学电气信息学院自动化系课程设计 转速，电流反馈控制直流调速系统的设计 17 测得平波电抗器的电阻后就可以得到电枢回路的总电阻  48dan RRRR 由直接测量得到的两个电感值和电枢回路总电阻就可以得到电机的电磁时间常数 4 R LLT dal (6)示波器采集到的转速 时间波形 图 31 突加给定后的电机电流响应 由以上的波形图可以大致求出系统的机电时间常数 求出阴影部分的面积为 纵坐标一格代表 ms183. 75A10. 5 s AIdl  AIdm  机电时间常数为 四川大学电气信息学院自动化系课程设计 转速，电流反馈控制直流调速系统的设计 18  dldmm II sT 综上，典型话后系统各结构的系数为 电动势系数eC 电源放大倍数 sK 电磁时间常数 lT 机电时间常数 mT 失控时间（三相桥式）sT 表 37 模型参数的取值 系统的动态结构框图为 图 32 VM 系统结构框图 33 系统模型仿真和误差分析 利用求取电动势系数的转速 给定表和，不同电枢电流对应的电源放大系数表可以对已经建立的模型进行检验，虽然求电源放大系数时没有加入励磁磁通，电机没有转速，但鉴于转速和转速带来的反电动势不影响电源环节的输入输出，所以ctU和sK的关系是可以使用的。 在已经建立的晶闸管 电动机系统模型中改变ctU的值，可以得到 四川大学电气信息学院自动化系课程设计 转速，电流反馈控制直流调速系统的设计 19 表 38 模型静特性与测得的特性对比 图 33 模型响应和实验结果的对比 比较可知，由参数测定得到的模型在转速和电源电压上偏小，由 edd C RIUn  0 下面通过仿真探讨模型误差可能的来源。 ctU/v 0dU/v n/ rpm dI/A 0dU/v n/ rpm 83 582 111 756 127 891 159 1086 163 1137 187 1283 223 1560 2 222 1530 模型仿真结果 实验结果 四川大学电气信息学院自动化系课程设计 转速，电流反馈控制直流调速系统的设计 20 晶闸管整流器输出的电源电压较大时，也是电机转速较高的时候，对应的给定电压也较大，可以看到，实验数据和通过实验数据建立的模型仿真结果又较大的差异，可能有以下一些原因带来了 模型偏差 ①实验中励磁磁通可能改变了，导致测量转速时的励磁磁通和建立模型某一参量时的励磁磁通不相匹配，也就是说在这一模型中电动势系数是不合适的。 ②实验中电枢电压测量存在偏差，由于电源电压的测量精度不够等原因，会影响到模型中电机的机械特性，从而改变给定电压和转速之间的关系。 ③电源放大系数的非线性性带来模型的偏差，由之前的模型计算可以看出，电阻和电感的测量都是相对精确的，但是测量计算得到的电源放大系数sK却随给定电压ctU的变化存在明显的非线性性，这会导致模型中的电源端电压和实验中的电源端电压不一致，从而影响电机的转速。 下面对以上三种可能的原因进行讨论 ① 我们试着改变电动势系数eC,观察在同样给定下电机转速的变化 图 34 改变励磁后的电机起动 可以看到随着电动势系数减小，也就是励磁磁通减小，电机稳定后的转速会有所上升，在 的给定电压时，实验得到 的转速是 1086rpm，电压为 159V，四川大学电气信息学院自动化系课程设计 转速，电流反馈控制直流调速系统的设计 21 而理论仿真得到的转速和电压分别为 867rpm，和 178V，按照我们在电机拖动中德知识，弱磁后系统电压减小，在一定范围内转速提高，并符合模型偏差量，结合，给定电压较大时（ ）时的情况，可以初步判断，有可能是励磁磁通变化带来模型误差。 ②改变电枢电阻，观察转速的变化 图 35 改变电枢电阻后的电机起动（空载 /负载） 可以看到，在存在负载时，电枢电阻偏大会降低最后的转速，但是计算模型时的电阻只包括电枢内阻，电抗阻值和电源内阻，实验时还存在起动电阻没有完全切 除的可能，所以电阻测量的偏差不是模型误差的来源。 四川大学电气信息学院自动化系课程设计 转速，电流反馈控制直流调速系统的设计 22 ③ 改变模型中的电源放大系数，考虑到模型电源放大系数的非线性性， 图 36 改变电源放大系数对转速的影响 仿真和实验时给定电压 时的转速分别为 867rpm 和 1086rpm，由上图可以看到 Ks 的偏大会使转速偏大，实际转速较模型仿真出的转速偏大，可能是模型电源放大系数偏小带来的，但这是不合理的，因为在计算平均放大系数时所用线性段放大系数都是偏大的，很难想象模型的放大系数还会出现偏小的情况。 综上所述，模型的偏差是由于得到参数的实验和得 到转速的实验励磁磁通不同带来，这是可以接受的，因为实际中励磁磁通本来就会不断改变。 第四章 工程设计方法设计和整定转速，电流反馈调速系统 41 设计整定的思路 双闭环调速系统是一个典型的串级系统，其整定方法和其他串级系统类似，有三种整定方法，一步整定法，两步整定法和逐步逼近法，本次课程设计用的是两步整定法，先整定电流内环，后整定转速外环。 电流内环的要求主要是快速跟随，转速外环的主要要求是抗扰动，消除转速静差，由此确定内环简化为典型 Ⅰ 型系统，外环为典型 Ⅱ 型。 实际系统和理论系统不同，实际系统必须有滤 波环节以减少高频干扰信号，四川大学电气信息学院自动化系课程设计 转速，电流反馈控制直流调速系统的设计 23 在这个双闭环调速系统中还必须有电流滤波，转速滤波和给定滤波三个环节，同时为了保证综合点处参与运算的量相位相同，同样的滤波（一阶惯性）环节加在反馈回路是有必要的。 42 电流调节器的整定和电流内环的校正，简化 已经计算得到的系统模型参数如下 电动势系数 eC 电源放大倍数sK/。