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1、一方案比较选择典型系统K 叫js +1)控制系统的开环传递函数可表示W (s)= 斗Sr n (Ts + 1)ii=1分母中的sr项表示该系统在原点处有r重极点，根据r = 0,1,2,等不同数值，分 别称作0型、I型、II型、系统。0型系统稳态精度低，而III型和III型以上的系统很 难稳定。因此，为了保证稳定性和较好的稳态精度，多用I型和II型系统。典型I型系统开环传递函数为W(s) =K ，T系统的惯性时间常数；K系统s (Ts + 1)的开环增益。闭环系统结构图示于图1-1a，图1-1b表示它的开环对数频率特性。R(s)C(s)b图1 1典型I型系统典型I型系统结构简单，对数幅频特性的
2、中频段以-20dB/dec的斜率穿越零分贝线, 只要参数的选择能保证足够的中频带宽度，系统就一定是稳定的，且有足够的稳定裕量。当O 丄或O T 1时，arctgo T 45。 cc本文采用典型I型。二工作原理2.1单闭环直流调速系统的原理直流调速是指人为地或自动地改变直流电动机的转速，以满足工作机械的要求。从机 械特性上看，就是通过改变电动机的参数或外加工电压等方法来改变电动机的机械特性， 从而改变电动机机械特性和工作特性机械特性的交点，使电动机的稳定运转速度发生变 化。调速通常通过给定环节，中间放大环节，校正环节，反馈环节和保护环节等来实现。 电动机的转速能自动的校正与给定转速的偏差，不受负
3、载及电网电压波动等外界扰动的影 响，使电动机的转速始终与给定转速保持一致的调速系统称为闭环控制系统。这是由于闭 环控制系统具有反馈环节。2.2典型I型系统性能指标和参数的关系典型I型系统的开环传递函数包含两个参数：开环增益K和时间常数T。其中，时间常数T在实际系统中往往是控制对象本身固有的，能够由调节器改变的只 有开环增益K，也就是说，K是唯一的待定参数。图2-13绘出了在不同K值时典型I型系统的开环对数频率特性，当 丄时，特性 c T以-20dB/dec斜率穿越零分贝线，系统有较好的稳定性。由图中的特性可知201gK二20（lg-lgl）二201g，所以K（当 -时）。K越大，截止频率o也越
4、cccc Tc大，系统响应越快，但相角稳定裕度Y二900 arctgo T越小，这也说明快速性与稳定性之c间的矛盾。图3-2不同K值时典型I型系统的开环对数频率特性2.3典型I型系统跟随性能指标与参数的关系（1）稳态跟随性能指标不同输入信号作用下的稳态误差：在阶跃输入下的I型系统稳态时是无差的，但在斜 坡输入下则有恒值稳态误差，且与K值成反比，在加速度输入下稳态误差为。表2-1 I型系统在不同的典型输入信号作用下的稳态误差输入信号阶跃输入斜坡输入加速度输入R (t)二 R0R(t) = v t0、a 12 R(t)=2稳态误差0v / K0(2)动态跟随性能指标典型 I 型系统是一种二阶系统，
5、闭环传递函数的一般形式为W (s)二C(s)二二 ，一无阻尼时的自然振荡角频率，或称固有角频率;clR(s) s2 +s + 3 2nnng 阻尼比，或称衰减系数。参数K、T与标准形式中的参数、g之间的换算关系如下3K，g = 1 1， nn Y T2 KT且g3 =。当g 1时，过阻尼的单调特性；当= 1时, n 2T是临界阻尼。由于过阻尼特性动态响应较慢，一般把系统设计成欠阻尼状态，即 0 g 1。典型 I型系统中，KT 0.5，因此在典型I型系统中应取0.5g 1。欠阻尼二阶系统在零初始条件下的阶跃响应动态指标：(兀 一 arccosg)，V1 -g 2超调量：b % = e/- 1-g
6、2) x 100%，上升时间:峰值时间：冗t =p 3 t1-g 2n表 2-2 典型 I 型系统动态跟随性能指标和频域指标与参数的关系参数关系KT0.250.390.500.691.0阻尼比g1.00.80.7070.60.5超调里b %0%1.5%4.3%9.5%16.3%上升时间tr6.6 T4.7 T3.3 T2.4 T峰值时间tpg8.3 T6.2 T4.7 T3.6 T相角稳定裕度76.369.965.559.251.8Y截止频率Oc0.243/T0.367/ T0.455/T0.596/ T0.786/ T2.4典型I型系统抗扰性能指标与参数的关系图2-14a是在扰动量F作用下的
7、典型I型系统，其中，W/s）是扰动作用点前面部分 的传递函数后面部分是（s），于是气（叫s） = W=岛。只讨论抗扰性能时，可令输入变量R二0，这时输出变量可写成AC。将扰动作用F（s）前移到输入作用点上，即得图2-14b所示的等效结构图。b)a)F (s)典型I型系统图 2 14在扰动作用下输出变化量AC的象函数为AC （s）=端器），若W (s) =K 12S + 1)、W (s)二2 ，W (s)W (s)二 W(s)，属典型 I 型系统。1s(Ts +1)2 T s + 1121 2F 在阶跃扰动F(s)=-下，sAC (s)=sFK2W (s)_ T s +1 _ FK (Ts +1
8、)1 + W (s )W (s):K K _ (Ts + 1)(Ts 2 + s + K)12 s + 1_22Ts +1当 KT _ 0.5，则 AC(s) _2FK T (Ts +1)2(Ts + 1)(2T 2 s 2 + 2Ts +1) 2阶跃扰动后输出变化量的动态过程函数,AC (t)=2FK m22m 2 一 2m +1(1 - m)e-t/T2 一 (1 一 m)e-2t cost2T+ me-t /2t sint2T式中m 丄 1控制对象中小时间常数与大时间常数的比值。T2输出量的最大动态降落AC 用基准值C的百分数表示，所对应的时间t用时间常数 maxbmT的倍数表示，允许误
9、差带为5%C时的恢复时间t也用T的倍数表示。为了使AC /C b v max b和t /T的数值都落在合理范围内，将基准值C取为C = - FK。v b b 2 2表 2-3 典型 I 型系统动态抗扰性能指标与参数的关系（控制结构和扰动作用点如图 2-15 所示，已选定的参数关系 KT=0.5）TTm =TT2 2151120130ACma X 100%Cb55.5%33.2%18.5%12.9%t / Tm2.83.43.84.0t / Tv14.721.728.730.4由表 2-3 中的数据可以看出，当控制对象的两个时间常数相距较大时，动态降落减小但恢复时间却拖得较长。三参数计算3.1
10、已知参数电动机：额定数据为 Pn=3.5Kw，Un=220V，In=19.5A，Nn=1500r/min，Ce=0.132v/min/r, 他励电压：220v；空载启动转速超调量10%3.2 参数计算(1)整流变压器额定参数的计算与选择在平均电压Ud和主电路形式一定的条件下，晶闸管交流侧的电源相电压有效值U2只能在 一个较小的范围内变化。因为电压U2选择过高,则晶闸管装置运行的控制角a过大造成功 率因数变坏，无功功率增大。并在电源回路的电感上产生很大的电压降，但若电压 U2 过低， 则有可能在晶闸管控制角a =0时仍达不到负载要求的电压额定值因而达不到负载要求的 功率,在一般情况下,晶闸管装置
11、所要求的交流供电电压于电网电压往往不一致 ,另外,为了 尽可能减小电网与晶闸管装置的相互干扰,要求能够隔离,所以通常需配用整流变压器,整流 变压器的一次相电压U1就是电网相电压,根据本系统要求的整流电压Ud=220V,及整流电 流Id=10A，在下面对整流变压器的额定参数，二次相电压U2、二次相电流12、一次相电流 11、二次容量S2、一次容量S1和平均容量S进行一些必要的计算。1. 二次相电压U2的计算U2=(1.2 1.5)UO/A=1.3 X 220/2.34=122Vuo电动机电枢额定电压A一系数对于三相桥式，A=2.342. 二次相电流I2和一次相电流I1I2=k2XId I1=I2
12、/k k=U1/U2则 I2=0.816X17.2=14.04AI1=14.04/380/122=4.51AId 一电动机的额定电流K2电流的波形系数为0.8163. 二次容量S2、一次容量S1和平均计算容量SS1=3U1I1= 3X220X4.51=5141.4VAS2=3U2I2= 3X122X14.04=5138.64VAS=(S1+S2)/2=5140.02VA(2)晶闸管和整流管的选择及计算1. 整流器件的额定电压UTNUm=61/2U2=299VUTN=(23)Um取系数为2.5则可得 UTN=747V2. 整流器件的额定电流IT(AV)IT(AV)=(1.52)kfbIdmax=
13、1.8X0.368X17.2X1.5=14.7A式中kfb=0.368 Idmax=入X电动机的额定电流入一为过载倍数(3)平波电抗器的电感量的选择及计算 在使用晶闸管装置时,为了提高它对负载供电的性能和提高运行的安全可靠性 ,常在直流侧 使用带有空气隙的铁芯电抗器,本节着重于电抗器的计算,电抗器的主要参数是:流过电抗器 的电流和电抗器的电感量。1.使输出电流连续所需的电感量当晶闸管的控制角a较大，负载电流小到一定程度时，会出现输出电流不连续的现象，为保 证电流连续,电枢回路中应有的电感量:Ll=KlU2/Idmin=0.693X122/ (5%X 17.2) =98.3mHIdmin一要求连
14、续的最小负载电流平均值为5%InomKl=0.6932. 平波电抗器电感的计算 LD电动机的电枢电感LD=KDUe/2PneIeX 103=6X 220/2X 2X 1500X 17.2X 103=12.8mH式中P极对数(P=2)KD=812 (无补偿的电机)KD=56 (有补偿的电机) LB变压器二次测每相的漏电感LB=KBUk%X U2/100X Ie= 3.9X 5/100X 122/17.2=1.38mHUk%变压器的短路比，对于100KVA以下的变压器Uk%=5%KB=3.9 LP平波电抗器的电感LP=Ll(LD+2LB)= 98.3(12.8+2X 1.38)=82.74 mH四单元器件4.1 转速调节器转速调节器选用 PI 型数字调节器,脉冲传递函数f ) K T zfK +K
