電氣傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告-.doc

《電氣傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告-.doc》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《電氣傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告-.doc（31頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

電氣傳動(dòng)課程設(shè)計(jì) 班 級(jí)：06111102 姓名：古海君 學(xué)號(hào)：1120111573 其它小組成員： 余德本 梁澤鵬 王鵬宇 2014102摘要本次課程設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)并調(diào)試出直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。通過搭建電流環(huán)（內(nèi)環(huán)）和轉(zhuǎn)速環(huán)（外環(huán)）使系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差，動(dòng)態(tài)時(shí)電流超調(diào)量小于5%，并且空載啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量小于10%。系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置選用晶閘管，執(zhí)行機(jī)構(gòu)為直流伺服電動(dòng)機(jī)。本文首先明確了課程設(shè)計(jì)任務(wù)書，對(duì)其中的相關(guān)概念進(jìn)行分析。之后對(duì)課題的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行調(diào)研，了解雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用意義和價(jià)值。然后對(duì)實(shí)驗(yàn)條件作了詳細(xì)介紹，包括實(shí)驗(yàn)臺(tái)各個(gè)組成部分以及實(shí)驗(yàn)設(shè)備的選型和工作原理。以上內(nèi)容均為課程設(shè)計(jì)準(zhǔn)備工作，之后重點(diǎn)記錄了實(shí)驗(yàn)的測(cè)試、仿真和調(diào)試過程。其中，測(cè)試部分詳細(xì)介紹了各個(gè)電機(jī)參數(shù)和系統(tǒng)參數(shù)測(cè)試方法和數(shù)據(jù)結(jié)果，并利用這些數(shù)據(jù)計(jì)算調(diào)節(jié)器的參數(shù)；仿真部分利用matlab軟件通過已經(jīng)求得的參數(shù)得出計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果，并觀察是否滿足任務(wù)書要求；調(diào)試部分是核心，給出了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試全部過程并配以圖片加以說(shuō)明。文章最后給出測(cè)試結(jié)果從而得出結(jié)論，并論述了實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)并加以總結(jié)。轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是性能優(yōu)良，應(yīng)用廣泛的直流調(diào)速系統(tǒng),，它可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，并且具有調(diào)速范圍廣、精度高、動(dòng)態(tài)性能好和易于控制等優(yōu)點(diǎn)。轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的控制規(guī)律、性能特點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法是各種交、直流電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)，值得更加深入的學(xué)習(xí)研究。目錄一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1二、課題的發(fā)展?fàn)顩r研究意義1三、設(shè)備選型2四、實(shí)驗(yàn)臺(tái)簡(jiǎn)介4五、參數(shù)測(cè)試7六、參數(shù)設(shè)計(jì)13七、系統(tǒng)調(diào)試16八、系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果23九、實(shí)驗(yàn)室安全及實(shí)驗(yàn)過程注意事項(xiàng)24十、總結(jié)和心得體會(huì)25參考文獻(xiàn) 25附1：實(shí)驗(yàn)過程中遇到問題及解決方法 26附2：小組分工，個(gè)人主要工作及完成情況 27一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)并調(diào)試出直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。通過搭建電流環(huán)（內(nèi)環(huán)）和轉(zhuǎn)速環(huán)（外環(huán)），同時(shí)使用兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器，使系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)下轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，動(dòng)態(tài)時(shí)電流超調(diào)量小于5%，并且空載啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量小于10%。系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置選用晶閘管，執(zhí)行機(jī)構(gòu)選用直流伺服電動(dòng)機(jī)。二、課題的發(fā)展?fàn)顩r研究意義在電氣時(shí)代的今天，電動(dòng)機(jī)一直在現(xiàn)代化的生產(chǎn)和生活中起著十分重要的作用。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在有90以上的動(dòng)力 源來(lái)自于電動(dòng)機(jī)。我國(guó)生產(chǎn)的電能大約有60用于電動(dòng)機(jī)。可見，電動(dòng)機(jī)與人們的生活息息相關(guān)、密不可分。1 直流電氣傳動(dòng)經(jīng)歷了如下的發(fā)展歷程:開環(huán)控制單閉環(huán)控制多閉環(huán)控制;硬件控制軟件控制;模擬電路控制數(shù)模電路混合控制數(shù)字電路控制;分立元件電路控制小規(guī)模集成電路控制大規(guī)模集成電路控制。2 在電動(dòng)機(jī)的控制方法中，轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)具有調(diào)速范圍廣、精度高、動(dòng)態(tài)性能好和易于控制等優(yōu)點(diǎn)，所以長(zhǎng)期以來(lái)，它一直占據(jù)壟斷地位，在許多工業(yè)部門，如機(jī)床軋鋼紡織造紙等需要高性能調(diào)速的場(chǎng)合得到廣泛的應(yīng)用。3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的自動(dòng)控制系統(tǒng),在設(shè)計(jì)和調(diào)試過程中有大量的參數(shù)需要計(jì)算和調(diào)整，運(yùn)用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法工作量大，系統(tǒng)調(diào)試?yán)щy.利用MATLAB/Simulink對(duì)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究已經(jīng)成為近幾年人們研究的熱點(diǎn)。4 利用單片機(jī)控制雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的關(guān)鍵算法由軟件實(shí)現(xiàn)，可編程性好，可在不同的應(yīng)用場(chǎng)合采用不同的控制算法，且無(wú)需改變外圍電路，因而具有很好的靈活性，易于控制系統(tǒng)升級(jí)，可以滿足一些特殊場(chǎng)合要求。5 在智能控制方面，遺傳算法較工程設(shè)計(jì)法獲得了更優(yōu)的調(diào)節(jié)器參數(shù)，使得系統(tǒng)性能指標(biāo)有了顯著的提高；同時(shí)與傳統(tǒng)遺傳算法比較，新的自適應(yīng)遺傳算法大大提高了收斂速度，提高了設(shè)計(jì)效率，實(shí)驗(yàn)證明遺傳算法在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)中具有有效性和實(shí)用價(jià)值。6根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)過程必不可少的重要步驟。由于系統(tǒng)的實(shí)際參數(shù)往往與理論設(shè)計(jì)時(shí)所取得的值有誤差，而且系統(tǒng)某些環(huán)節(jié)的非線性因素會(huì)造成使用理論設(shè)計(jì)出的參數(shù)不能立即獲得理想的調(diào)速性能，因此需反復(fù)調(diào)試。7 此外，往往需要先利用工具對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，對(duì)閉環(huán)控制參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。仿真結(jié)果可驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、調(diào)速性能和精度，使得調(diào)試過程更加簡(jiǎn)化。8轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，且設(shè)計(jì)較為方便，是應(yīng)用非常廣泛的一種調(diào)速系統(tǒng)。它也是“運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”課程的重要內(nèi)容。目前,全國(guó)各大專院校、科研單位和廠家都在進(jìn)行雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的開發(fā)。9 隨著現(xiàn)代非線性技術(shù)發(fā)展，楊祖元等提出了采用模糊PID控制技術(shù)以提高調(diào)速系統(tǒng)抗擾動(dòng)能力,為復(fù)雜、時(shí)變的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)獲得較優(yōu)控制效果提供了一種有效解決的途徑。新的雙閉環(huán)系統(tǒng)控制方法正在被更廣泛的挖掘和研究。10三、設(shè)備選型1. 直流伺服電動(dòng)機(jī)1) 型號(hào):130SZ012) 技術(shù)參數(shù)：3) 使用條件：海拔不超過4000m；環(huán)境溫度：40C55C；空氣相對(duì)濕度：95(25時(shí))；振動(dòng)：振頻10150Hz，加速度2.5g;；沖擊：7g(峰值）；允許溫升：不超過75K（海拔為1000m時(shí)）。4) 工作原理：電動(dòng)機(jī)在本次實(shí)驗(yàn)用作執(zhí)行元件，它將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。它主要包括一個(gè)分布的定子繞組和一個(gè)旋轉(zhuǎn)電樞。在定子繞組旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，其在電樞鼠籠式鋁框中有電流通過并受磁場(chǎng)的作用而轉(zhuǎn)動(dòng)。5) 功能：130SZ系列微型直流伺服電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制等系統(tǒng)中用作執(zhí)行元件，也可用作驅(qū)動(dòng)元件。本系列電動(dòng)機(jī)是我國(guó)自行設(shè)計(jì)的新系列產(chǎn)品，同老系列S系列產(chǎn)品相比，具有體積小、重量輕、力能指標(biāo)高等特點(diǎn)，且產(chǎn)品系列化程度高，零部件通用化程度強(qiáng)。6) 市場(chǎng)價(jià)格：600元。2. 交直流電流傳感器1) 型號(hào):WBI125E012) 技術(shù)參數(shù)：IN：AC/DC 0-5A；OUT：DC 0-5V；電流測(cè)量精度：+0.5%。3) 工作原理：光電隔離原理、磁調(diào)制隔離原理。4) 功能：交直流電流傳感器可以將待檢測(cè)的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為便于測(cè)量的直流信號(hào)并進(jìn)行隔離傳送，構(gòu)成一個(gè)具有隔離功能的檢測(cè)電路，以保證系統(tǒng)電路和操作人員的安全?？蓪?duì)電網(wǎng)或電路中的交直流電流進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，具有體積小、響應(yīng)快、高精度、低漂移等特點(diǎn)。5) 市場(chǎng)價(jià)格：182元。3. 交直流電壓傳感器（IN：AC/DC 0-500V；OUT：DC 0-5V）1) 型號(hào):WBV125E012) 技術(shù)參數(shù)：IN：AC/DC 0-500V；OUT：DC 0-5V；電壓測(cè)量精度：+0.5%。 3) 工作原理：光電隔離原理、磁調(diào)制隔離原理。4) 功能：交直流電壓傳感器可以將待檢測(cè)的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為便于測(cè)量的直流信號(hào)并進(jìn)行隔離傳送，構(gòu)成一個(gè)具有隔離功能的檢測(cè)電路，以保證系統(tǒng)電路和操作人員的安全?？蓪?duì)電網(wǎng)或電路中的交直流電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，具有體積小、響應(yīng)快、高精度、低漂移等特點(diǎn)。5) 市場(chǎng)價(jià)格：210元。四、實(shí)驗(yàn)臺(tái)簡(jiǎn)介實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要分為給定、驅(qū)動(dòng)、執(zhí)行、檢測(cè)、電源及保護(hù)幾個(gè)功能模塊。強(qiáng)電和弱點(diǎn)由兩路開關(guān)分別控制。1. 電源模塊電源模塊提供了三個(gè)檔位的三相交流電，使用起來(lái)十分方便。電源模塊2. 電源開關(guān)及保護(hù)模塊電源開關(guān)有三個(gè)，分別為實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源總開關(guān)、強(qiáng)電開關(guān)和弱電開關(guān)。為避免危險(xiǎn)，該模塊還加入了急停按鈕以及各種錯(cuò)誤類型的報(bào)警指示燈，便于實(shí)驗(yàn)安全進(jìn)行。電源開關(guān)及保護(hù)模塊3. 弱電給定模塊弱電給定模塊用于產(chǎn)生給定電壓不同、方向不同的的階躍或斜坡信號(hào)。在本實(shí)驗(yàn)中均使用階躍信號(hào)控制晶閘管的導(dǎo)通角，從而起到弱電控制強(qiáng)電作用。弱電給定模塊4. 驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)模塊由晶閘管構(gòu)成的三相橋式電路組成，為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)提供可控電壓。驅(qū)動(dòng)模塊5. 執(zhí)行模塊執(zhí)行模塊包括電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)及其勵(lì)磁。共有四個(gè)電樞接口及四個(gè)勵(lì)磁接口共八個(gè)接口。兩個(gè)可調(diào)恒壓源提供勵(lì)磁電壓。執(zhí)行模塊6. 檢測(cè)模塊實(shí)驗(yàn)中用到的檢測(cè)模塊包括電流檢測(cè)模塊和轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊，用于搭建反饋通道，其中反饋系數(shù)可以根據(jù)需要自行調(diào)整。轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊五、參數(shù)測(cè)試1. 測(cè)量電機(jī)兩條機(jī)械特性曲線，并計(jì)算靜差率1) 實(shí)驗(yàn)電路圖機(jī)械特性測(cè)試電路2) 實(shí)驗(yàn)步驟a) 按原理圖接線，最小負(fù)載，給定電壓為零。b) 老師檢查后方可上電。c) 逐步增大給定電壓，當(dāng)電機(jī)開始運(yùn)行時(shí)，將負(fù)載開關(guān)打到空載位置。d) 逐漸增大給定電壓，使電樞電壓為110V，記錄此時(shí)的轉(zhuǎn)速和電樞電流。e) 將負(fù)載開關(guān)閉合到小負(fù)載位置記錄此時(shí)的轉(zhuǎn)速和電樞電流。f) 逐漸增加負(fù)載，記錄負(fù)載電流分別為0.6A4A區(qū)間5個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速。g) 調(diào)整給定電壓，電樞兩端電壓為55V.重復(fù)上述步驟。3) 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄Ud=110V時(shí)：空載轉(zhuǎn)速n0=1720轉(zhuǎn)速n（r/min）160015501470電樞電流I（A）11.52Ud=55V時(shí)：空載轉(zhuǎn)速n0=850 轉(zhuǎn)速n（r/min）800780720電樞電流I（A）0.50.714) 機(jī)械特性曲線機(jī)械特性曲線5) 轉(zhuǎn)差率計(jì)算當(dāng)Ud=110V時(shí)：當(dāng)Ud=55V時(shí)：2. 測(cè)量電樞回路各個(gè)電阻1) 實(shí)驗(yàn)電路圖電阻測(cè)量電路2) 實(shí)驗(yàn)步驟a) 按圖接線，變阻器采用負(fù)載變阻箱，將負(fù)載變阻箱上的開關(guān)撥到“斷”位置,電阻值為最大值。轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)電樞。b) 先合電源開關(guān)，確保給定電壓值為“0”，方可閉合主控開關(guān)。開環(huán)電路實(shí)驗(yàn)，防止直流電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)。c) 緩慢調(diào)節(jié)給定電壓，整流裝置輸出電壓Ud=(30-70)%Unom，調(diào)節(jié)變阻器使I=1A,2A.，讀取電樞電流和變阻器電壓值。d) 在給定電壓不變的條件下，調(diào)節(jié)變阻器，重新讀取電流、變阻器電壓電壓值。e) 聯(lián)立方程，計(jì)算出電樞回路總電阻R。f) 將給定電壓減為“0”，關(guān)斷主控開關(guān)，再關(guān)斷電源開關(guān)。g) 短接電樞兩端，重復(fù)上述步驟，得到電樞回路電阻R，即不包括電樞電阻的電阻。Ra=R-R。h) 短接電樞和電抗器兩端，重復(fù)上述步驟，即可得到平波電抗器直流電阻RL。 RL=R-R。（注意此時(shí)的電流）i) Rn=R-Ra-RL。3) 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及各電阻值計(jì)算不接入勵(lì)磁：UdUr1I1Ur2I280V76.6V0.5A71V1A短接電動(dòng)機(jī)：UdUr1I1Ur2I280V77.9V0.5A74.0V1A短接電動(dòng)機(jī)和平波電抗器：UdUr1I1Ur2I280V78.8V1.5A80.6V0.51A綜合以上數(shù)據(jù)可得：3. 測(cè)試飛輪矩GD21) 計(jì)算公式2) 實(shí)驗(yàn)步驟a) 在空載時(shí)測(cè)試空載功率P0，計(jì)算T0。b) 逐漸增大給定電壓，使轉(zhuǎn)速達(dá)到1500rad/s，然后突然掉電（將給定信號(hào)斷開），用示波器測(cè)試dt，計(jì)算飛輪矩。c) 給定電壓減小至“0”，再閉合給定信號(hào)開關(guān)。d) 將轉(zhuǎn)速達(dá)到1600rad/s.重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟。e) 取其平均值為飛輪矩的測(cè)試值。3) 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及飛輪矩計(jì)算轉(zhuǎn)速r/min電壓電流100066.50.313.90.273150098.20.3850.2841600104.40.385.50.293GD2=（0.273+0.284+0.293）/3=0.2834. 測(cè)試電勢(shì)常數(shù)1) 測(cè)試原理調(diào)節(jié)負(fù)載使得不同電壓時(shí)電流始終相等，此時(shí)n=Ud/ Ce，因此測(cè)得不同轉(zhuǎn)速下的整流電壓值可聯(lián)立方程得到：。2) 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及電勢(shì)常數(shù)計(jì)算56.280089.21300 5. 測(cè)試晶閘管放大倍數(shù)Ks12345001760.796.4005.6715.1818.0812.986. 測(cè)試電流反饋系數(shù)0.8411.21.011.21.451.21.21.211.27. 測(cè)試轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)n300600900120015001.12.03.14.05.00.003670.003330.003440.003330.003330.003388. 測(cè)試晶閘管整流延時(shí)TsTs=1.67ms9. 測(cè)試電機(jī)電磁時(shí)間常數(shù)Tl 六、參數(shù)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要分三步進(jìn)行，首先要確定轉(zhuǎn)速、電流環(huán)有關(guān)的參數(shù)等，然后設(shè)計(jì)電流內(nèi)環(huán)，最后設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速外環(huán)。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下：轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖1. 相關(guān)參數(shù)確定首先，已知=1/300，=1.2。由，得到轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出限幅為5.8V；由，得到電流調(diào)節(jié)器輸出限幅為5V。整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)Ts=1/mf=0.00167s；電流濾波時(shí)間常數(shù)T0i取0.002s，轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)T0n取0.01s。2. 設(shè)計(jì)電流環(huán)實(shí)際系統(tǒng)中的電磁時(shí)間常數(shù)T1遠(yuǎn)小于機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm，因而電流的調(diào)節(jié)過程比轉(zhuǎn)速的變化過程快得多，反電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流環(huán)來(lái)說(shuō)只是一個(gè)變化緩慢的擾動(dòng)作用，在電流調(diào)節(jié)器ASR的調(diào)節(jié)過程中可以近似的認(rèn)為反電動(dòng)勢(shì)基本不變，即E0。這樣，在設(shè)計(jì)電流環(huán)時(shí)，可以暫不考慮反電動(dòng)勢(shì)變化的動(dòng)態(tài)作用，而將電動(dòng)勢(shì)反饋斷開。再把給定濾波和反饋濾波兩個(gè)環(huán)節(jié)等效地移到環(huán)內(nèi)，最后，Ts和T0i都比T1小得多，可以當(dāng)做小慣性環(huán)節(jié)處理，等效成一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，?。篢i=Ts+T0i=0.0017+0.002=0.0037(s)電流環(huán)最終簡(jiǎn)化成下圖：簡(jiǎn)化后的電流環(huán)將電流環(huán)校正為典型型系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)為：WACRs=Kiis+1is取i=Tl，其中Tl=LR=0.211.2=0.018s。任務(wù)要求i5% ，按照典型I型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系，應(yīng)取KITi=0.5，因此：KI=0.5Ti=0.50.0037=135.1s-1于是，ACR的比例系數(shù)為：Ki=KIiRKsi=135.10.01811.2131.2=1.7取R0=40K，可計(jì)算得到：Ri=KiR0=68KCi=i/Ri=0.26F3. 設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)處理控制對(duì)象傳遞函數(shù)。求得電流環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)：；由于KITi=0.5，可簡(jiǎn)化得到：；將給定濾波和反饋濾波環(huán)節(jié)等效移到環(huán)內(nèi)，然后將兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并，即得到新的時(shí)間常數(shù)：；為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，必須在擾動(dòng)作用點(diǎn)前設(shè)置一個(gè)積分環(huán)節(jié)。擾動(dòng)作用點(diǎn)后已經(jīng)有一個(gè)積分環(huán)節(jié)，因此從靜態(tài)無(wú)差考慮，需要采用型系統(tǒng)。從動(dòng)態(tài)性能上看，考慮轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和非線性后，調(diào)速系統(tǒng)的跟隨性能與抗擾動(dòng)性能一致，而典型型系統(tǒng)具有良好抗擾動(dòng)性。所以按照典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。要把轉(zhuǎn)速環(huán)校正成典型型系統(tǒng)，ASR也應(yīng)采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：；可得開環(huán)傳遞函數(shù)：；其中轉(zhuǎn)速開環(huán)增益；按照跟隨性能和抗擾動(dòng)性能最好原則，取h=5，則轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：轉(zhuǎn)速開環(huán)增益：KN=h+12h2T2=396.4(s-2) 由此可計(jì)算：Kn=KNniCeTmnR=14.64令R0=40K,可計(jì)算得到：Rn=KnR0=585.6KCn=n/Rn=0.15F 七、系統(tǒng)調(diào)試1. 仿真調(diào)試1) 直流電機(jī)開環(huán)仿真模型。根據(jù)測(cè)試得到的電路參數(shù)，即R=11.2，Tl=0.018s，Ce=0.066，Cm=0.63，Tm=0.289s，利用matlab中的simulink工具進(jìn)行仿真，仿真圖及結(jié)果如下：直流電機(jī)開環(huán)模型仿真圖及結(jié)果2) 雙閉環(huán)仿真模型在開環(huán)模型的基礎(chǔ)上，搭建雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真模型。仿真圖及結(jié)果如下：雙閉環(huán)模型仿真圖及結(jié)果2. 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試1) 調(diào)試步驟a) 電動(dòng)機(jī)開環(huán)情況下運(yùn)行，負(fù)載為1A，轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分，測(cè)試電流、轉(zhuǎn)速的極性。b) 設(shè)定調(diào)節(jié)器的限幅值。c) 搭建雙閉環(huán)，先調(diào)試系統(tǒng)內(nèi)環(huán)，電流環(huán)參數(shù)初始值為理論設(shè)計(jì)的參數(shù)。d) 轉(zhuǎn)速環(huán)（外環(huán)）搭建成1:1反相器。e) 逐漸增大給定電壓，負(fù)載電流為1A，調(diào)整電流環(huán)參數(shù)，使系統(tǒng)迅速穩(wěn)定，不振蕩。f) 逐漸增加負(fù)載，調(diào)整電流環(huán)參數(shù)，使系統(tǒng)迅速穩(wěn)定，不振蕩。g) 當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定后，逐漸改變負(fù)載電流（空載、1 A、1.5 A 、2 A 、3 A ），記錄轉(zhuǎn)速的變化，記錄此時(shí)的電流環(huán)參數(shù)。h) 突加給定，用示波器觀察轉(zhuǎn)速和電流的超調(diào)量。i) 調(diào)整電流環(huán)參數(shù)，使超調(diào)量滿足指標(biāo)要求。j) 搭建雙閉環(huán)，轉(zhuǎn)速環(huán)初始值為理論設(shè)計(jì)值。k) 逐漸增大給定電壓，負(fù)載電流為1A，調(diào)整轉(zhuǎn)速環(huán)參數(shù)，使系統(tǒng)迅速穩(wěn)定，不振蕩。l) 逐漸增加負(fù)載，調(diào)整轉(zhuǎn)速環(huán)參數(shù)，使系統(tǒng)迅速穩(wěn)定，不振蕩。m) 當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定后，逐漸改變負(fù)載電流，記錄轉(zhuǎn)速的變化。記錄此時(shí)的電流環(huán)參數(shù)。n) 突加給定，示波器觀察轉(zhuǎn)速和電流超調(diào)量，調(diào)整電流環(huán)參數(shù)，使超調(diào)量滿足指標(biāo)要求。o) 做抗干擾特性實(shí)驗(yàn)。2) 調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)展示首先調(diào)試內(nèi)環(huán)，即電流環(huán)。將外環(huán)設(shè)置為反相器，內(nèi)環(huán)按照理論計(jì)算得到的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，R=68k，C=0.26F。得到電流能夠在一定程度下穩(wěn)定，但階躍響應(yīng)幾乎沒有超調(diào)。依據(jù)上述分析應(yīng)當(dāng)將P調(diào)大，I調(diào)小。首先將P調(diào)大，得到參數(shù)為R=100K，C=0.26F的一組數(shù)據(jù)。觀察波形情況，得到波形階躍響應(yīng)超調(diào)仍很小。經(jīng)過不斷地調(diào)節(jié)，得到參數(shù)為R=95K，C=0.18F的一組數(shù)據(jù)。觀察波形情況，發(fā)現(xiàn)波形迅速穩(wěn)定，階躍響應(yīng)有超調(diào)，符合調(diào)節(jié)要求。從而得到電流環(huán)的理想?yún)?shù)。保持電流環(huán)參數(shù)不變，接下來(lái)調(diào)試轉(zhuǎn)速環(huán)。首先將轉(zhuǎn)速環(huán)參數(shù)設(shè)置為理論計(jì)算值R=586k，C=0.15F。得到電流波形振蕩較大，而且動(dòng)態(tài)超調(diào)大于5%，轉(zhuǎn)速?gòu)目蛰d啟動(dòng)到額定值時(shí)的超調(diào)量極小。嘗試減小轉(zhuǎn)速環(huán)比例系數(shù)，并且調(diào)節(jié)R=480k，電容值不變，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量稍大了一些，但電流波形振蕩依然比較嚴(yán)重。保持R值不變，增大電容值，使C=0.2F發(fā)現(xiàn)電流波形的振蕩更加嚴(yán)重，因此應(yīng)該減小電容值。繼續(xù)保持R值不變，減小電容值，使C=0.1F，此時(shí)電流波形振蕩減小，但仍然不是最理想狀態(tài)。之后經(jīng)過不斷的調(diào)試和修改，發(fā)現(xiàn)當(dāng)R=520k，C=0.09F時(shí)波形較為理想。電流振蕩仍存在，但符合實(shí)際情況，轉(zhuǎn)速的動(dòng)態(tài)超調(diào)較理論值稍有增大，但也滿足條件，波形較為完美。八、系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果最終得到最優(yōu)參數(shù)為Ri=95k，Ci=0.18F；Rn=520 k，Cn=0.09F。其中轉(zhuǎn)速超調(diào)為8.3%，穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差。經(jīng)過抗干擾測(cè)試，系統(tǒng)接收擾動(dòng)后均能夠很快恢復(fù)至穩(wěn)定狀態(tài)，波形略有波動(dòng)，因此系統(tǒng)調(diào)試完畢，完全符合任務(wù)書要求。最終的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)波形示意圖如下所示：九、實(shí)驗(yàn)室安全及實(shí)驗(yàn)過程注意事項(xiàng)1. 實(shí)驗(yàn)必須按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書和指導(dǎo)教師的要求進(jìn)行。2. 實(shí)驗(yàn)室總電源的開啟應(yīng)由實(shí)驗(yàn)室工作人員來(lái)控制，其他人員未經(jīng)許可不得操作。3. 實(shí)驗(yàn)臺(tái)右上方提供三相電源。其中三相轉(zhuǎn)換開關(guān)旋鈕0123檔依次為080V110V220V，實(shí)驗(yàn)過程中嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)要求選擇電源電壓。4. 實(shí)驗(yàn)時(shí)不得觸碰電機(jī)以免發(fā)生危險(xiǎn)。5. 實(shí)驗(yàn)時(shí)，先連線，后加電。實(shí)驗(yàn)時(shí)若需改接電路，必須先斷電，改接完后再加電。6. 連線前，要對(duì)連接線進(jìn)行外觀檢查，并檢查線路中有無(wú)短路回路存在，避免觸電或損壞設(shè)備。7. 加電時(shí)，應(yīng)在同組全體成員都同意且確保安全的情況下進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)中若用到變阻器，應(yīng)先將其阻止置于最大位再慢慢下調(diào)，而調(diào)壓器調(diào)壓應(yīng)先調(diào)到零，再慢慢上調(diào)。注意不要用手觸摸36V安全電壓以上的帶電體。8. 電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電源一定要接線牢靠，防止飛車現(xiàn)象發(fā)生。9. 實(shí)驗(yàn)過程中，若出現(xiàn)漏電或故障，應(yīng)立即按下急停按鈕切斷電源，并向指導(dǎo)教師匯報(bào)，不得自行處理，等待事故處理結(jié)束后，再繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。10. 實(shí)驗(yàn)過程中，如出現(xiàn)蜂鳴器報(bào)警聲，此時(shí)應(yīng)迅速觀察故障提示燈并按下止鈴和復(fù)位按鈕，然后斷開控制電路電源，自行檢查電路錯(cuò)誤后再繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。11. 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)按要求先斷電，后拆線。斷電前調(diào)壓器先調(diào)到零。做好整理工作，實(shí)驗(yàn)設(shè)備歸回原位，清掃實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，切斷電源，填寫設(shè)備使用記錄經(jīng)指導(dǎo)老師檢查后方能離開。十、總結(jié)和心得體會(huì)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)不僅具有良好的靜特性(接近理想的“挖土機(jī)特性”)，還具有較好的動(dòng)態(tài)特性，其起動(dòng)時(shí)間短(動(dòng)態(tài)響應(yīng)快)，超調(diào)量也較小。此外，系統(tǒng)抗擾動(dòng)能力強(qiáng)，電流環(huán)能較好地克服電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響，而轉(zhuǎn)速環(huán)能抑制被它包圍的各個(gè)環(huán)節(jié)擾動(dòng)的影響，并最后消除轉(zhuǎn)速偏差。利用兩個(gè)調(diào)節(jié)器分別調(diào)節(jié)電流和轉(zhuǎn)速，這樣可以分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，分別調(diào)整(先調(diào)好電流環(huán)，再調(diào)轉(zhuǎn)速環(huán))，調(diào)整方便。轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的控制規(guī)律、性能特點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法是各種交、直流電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)，值得更加深入的學(xué)習(xí)研究。通過實(shí)際調(diào)試可以發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)器最優(yōu)參數(shù)的選擇是很難確定的。雖然通過軟件仿真和理論計(jì)算已經(jīng)可以得出最優(yōu)參數(shù)值，但實(shí)際系統(tǒng)存在諸多不可測(cè)因素，導(dǎo)致理論參數(shù)值與實(shí)際參數(shù)值的選取存在一定差距，因此今后學(xué)習(xí)不能僅局限于理論，一定要多走進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)，在實(shí)踐中進(jìn)步。但是理論基礎(chǔ)仍然是實(shí)際操作的前提，只有通過計(jì)算確定各個(gè)參數(shù)大致范圍，實(shí)際調(diào)試才不會(huì)盲目，因此擁有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)也很重要。這次課程設(shè)計(jì)不僅讓我鞏固了電力電子技術(shù)和電氣傳動(dòng)課程中所學(xué)的核心知識(shí)，也通過團(tuán)隊(duì)合作完成了雙閉環(huán)典型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，我對(duì)工程實(shí)踐的步驟和環(huán)節(jié)認(rèn)識(shí)也更為深入，受益頗多。參考文獻(xiàn)1周金龍.直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)控制的研究J.西南大學(xué).20082張鵬.直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)分析及仿真研究J.價(jià)值工程.2013(31)3阮毅,陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)-運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)(第四版)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,20094劉春艷,聞?dòng)聒P.基于MATLAB/Simulink雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真研究J.山西大同大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2013(3)5高芳.單片機(jī)在直流調(diào)速中的應(yīng)用技術(shù)研究J.電子技術(shù)與軟件工程 2013(21)6朱曉東,趙峰,李廣,王杰.基于自適應(yīng)遺傳算法的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J.礦山機(jī)械.2007(5)6張鵬. 直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)分析及仿真研究J.價(jià)值工程.2013(31)7杜翠靜,常萬(wàn)倉(cāng).雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)與仿真J.自動(dòng)化應(yīng)用. 2011(11)8聶曉華,余運(yùn)俊等.龍門刨床雙閉環(huán)直流控制系統(tǒng)仿真研究J.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù).2014(3)9邵雪卷,張井崗等.雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的研究J.電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào). 2008(1)10鄭光,王迤冉.雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)優(yōu)化及仿真研究J.計(jì)算機(jī)仿真. 2013(7)附1：實(shí)驗(yàn)過程中遇到問題及解決方法問題一：調(diào)節(jié)內(nèi)環(huán)時(shí)，發(fā)現(xiàn)理論計(jì)算數(shù)值并不理想，電流始終無(wú)超調(diào)。解決：需要調(diào)節(jié)PI參數(shù)，在穩(wěn)定的前提下，必須要有小數(shù)值超調(diào)。問題二：調(diào)節(jié)完內(nèi)環(huán)后，內(nèi)環(huán)不能改變，外環(huán)調(diào)節(jié)難度大，組員產(chǎn)生爭(zhēng)議。解決：繼續(xù)調(diào)節(jié)外環(huán)參數(shù)，不能改變已經(jīng)調(diào)好的內(nèi)環(huán)參數(shù)。防止內(nèi)環(huán)不穩(wěn)定造成的破壞。問題三：測(cè)飛輪矩時(shí)，轉(zhuǎn)速變化波形不能完全顯示在示波器中。解決：首先調(diào)試好示波器顯示設(shè)置，使得波形完整出現(xiàn)。問題四：雙閉環(huán)電流波形振蕩過大，改變參數(shù)沒有起到明顯效果。解決：詢問老師后得知振蕩無(wú)法避免，但通過適當(dāng)減小轉(zhuǎn)速環(huán)的R和C值可以減小振蕩，不可改變電流環(huán)參數(shù)來(lái)減小振蕩。附2：小組分工，個(gè)人主要工作及完成情況組長(zhǎng)，操作員：王鵬宇主要工作：仿真，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，連接電路，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。副組長(zhǎng)，操作員：余德本主要工作：仿真，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，連接電路，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。記錄員，操作員：梁澤鵬主要工作：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)表格，記錄所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，調(diào)整負(fù)載大小，調(diào)試示波器，連接電路。安全員，操作員：古海君主要工作：開關(guān)電源，提醒組員注意安全規(guī)范，連接電路，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。28