直流调速在横移链床的应用(梯形图+结构框图+电路原理图)-论文

直流调速在横移链床的应用直流调速在横移链床的应用 梯形图梯形图 结构框图结构框图 电路原理图电路原理图 论文论文 直流调速在横移链床的应用 梯形图 结构框图 电路原理图 目录 摘要 III Abstract IV 前言 V 第1章 系统方案选择 1 1 1本设计的研究内容 1 1 2系统控制对象的确定 1 1 3电动机供电方案的选择 1 1 4系统结构选择 1 第2章 双闭环直流调速系统的硬件设计和总体结构 3 2 1系统的硬件介绍 3 2 2直流调速装置6RA70 8 2 3 S7 300 PLC与直流调速装置6RA70的通讯 9 2 3 系统的总体结构 11 第3章 调节器的设计 12 3 1 双闭环直流调速系统的组成 12 3 2 数学模型 13 3 2 1 电动机的数学模型 13 3 2 2 系统的数学模型 15 3 3 电流调节器的设计 16 3 3 1 电流环结构图的化简 16 3 3 2 电流调节器结构的选择 16 3 3 3 电流调节器的参数计算 17 3 3 4 电流调节器的实现 19 3 4 转速调节器的设计 20 3 4 1 电流环的等效闭环传递函数 20 3 4 2 转速调节器结构的选择 21 3 4 3 转速调节器的参数计算 22 3 4 4 转速调节器的实现 26 第4章 直流调速系统PLC控制的软件设计 27 4 1控制要求 27 4 2 I O分配 27 4 3 直流调速梯形图输入程序 28 致谢 32 参考文献 33 直流调速在横移链床的应用 摘要 双闭环直流调速系统是工业生产过程中应用最广的电气传动装置之一 传统的 模拟系统虽在一定程度上满足了生产要求 但是因为元件容易老化 线路复杂 控制效本文源自六维论文网果易受到器件性能 温度等因素的影响 从而使系统 的运行可靠性及准确性得不到保证 本设计采用PLC对双闭环直流调速系统进行 控制 阐述了双闭环直流调速系统的硬件组成和软件设计 根据横移链床上的检 测结果 由PLC来调整电动机两端的电压 从而达到控制电机转动的目的 能更 好的满足工业生产的要求 具有很高的实用价值 关键词 PLC 直流调速 DC Speed Control in transferring the application of chain bed Abstract Double Loop DC Motor Control System is the process of industrial production the most widely one of the electrical gear Although the traditional analog system to some extent to meet the production requirements but because the components easier to aging complex lines无耻悲鄙下流的网学网总是抄六维论文网 can not be guaranteed The design uses a PLC to double loop control of DC drive system on a dual Loop DC Motor Control System hardware and software design Under the bed chain and transferring test results from the PLC to adjust the motor voltage at both ends so as to achieve the purpose of control of motor rotation can better meet the requirements of industrial production of high practical value Keywords PLC programmable logic controller DC control system 前言 直流调速系统 特别是双闭环直流调速系统是工业生产过程中应用最广的电气 传动装置之一 广泛地应用于横移链床等许多领域的自动控制系统中 它通常采 用三相全控桥式整流电路对电动机进行供电 从而控制电动机的转速 虽在一定 程度上满足了生产要求 但是因为元件容易老化和在使用中易受外界干扰影响 并且线路复杂 通用性差 控制效果受到器件性能 温度等因素的影响 从而致 使系统的运行特性也随之变化 故系统的运行可靠性及准确性得不到保证 甚至 出现事故 随着微电子技术 微处理机以及计算机软件的发展 使调速控制的各种功能几乎均 可通过微处理机 借助软件来实现 PLC控制调速系统技术更先进 操作方便 主 要表现为 1 电压波动小 2 调速范围宽 3 静态精度高且能长期保持 4 设定值量化程度高 且状态重复率好 5 调试即投产灵活方便 易于设计和修改设计 6 动态性能好 借助于丰富的软件 易于实现各类自适应和复合控制 7 适用范围广 可实现各类变速控制及易于实现PLC系统通信 1307 直流调速在横移链床的应用 梯形图 结构框图 电路原理图 第1章 系统方案选择 1 1本设计的研究内容 本设计采用PLC的脉冲输出指令控制主电路采用西门子直流调速装置6RA70输 出供电 控制电路由软件实现系统的功能 通过对PLC控制字节的设置来实现对 电机的调速 从而取代传统的调速系统 使直流调速系统实现全数字化 无耻悲鄙下流的网学网总是抄六维论文网 1 3电动机供电方案的选择 7 降压调速是直流电机调速系统用的主要方法 本设计采用 SIMOREG DC MASTER是全数字调速装置6RA70直接接到三相交流电网上 并能调节直流调 速系统的电枢和励磁 通过实现与PLC通讯并通过PLC高速计数模块的脉宽调制 实现降压调速 1 4系统结构选择 1 采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统虽然可以在保证系统稳定的条件 下实现转速无静差 不过当对系统的动态性能要求较高时 例如要求快速起制动 等等 单闭环系统难以满足要求 因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制 动态过程的电流或转矩 在单闭环调速系统中 只有电流截止负反馈环节是专门 用来控制电流的 但它只是在超过临界电流值以后 靠强烈的负反馈作用限制电 流的冲击 并不能很理想地控制电流的动态波形 当电流从最大值降低下来以后 电机转矩也随之减少 因而加速过程必然拖长 而双闭环调速系统 则可以近似在电机最大电流 转矩 受限的条件下 充分利用 电机的允许过载能力 使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动 到达稳态转 速后 又可 以让电流迅速降低下来 使转矩马上与负载相平衡 从而转入稳态运行 此时起 动电流近似呈方形波 而转速近似是线性增长的 这是在最大电流 转矩 受到限 制的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程 采用转速电流双闭环调速系 统 在系统中设置了两个调节器 分别调节转速和电流 二者之间实行串级联接 这样就可以实现在起动过程中只有电流负反馈 而它和转速负反馈不同时加到 一个调节器的输入端 到达稳态转速后 只靠转速负反馈 不靠电流负反馈发挥 主要的作用 这样就能够获得良好的静 动态性能 与带电流截止负反馈的单闭环系统相比 双闭环调速系统的静特性在负载电流 小于最大值时表现为转速无静差 这时 转速负反馈起主调作用 系统表现为电 流无静差 得到过电流的自动保护 显然静特性优于单闭环系统 在动态性能方 面 双闭环系统在起动和升速过程中表现出很快的动态跟随性 在动态抗扰性能 上 表现在具有较强的抗负载扰动 抗电网电压扰动 因此 本设计采用转速 电 流双闭环直流调速系统 第2章 双闭环直流调速系统的硬件设计和总体结构 2 1系统的硬件介绍 6 PLC的内部结构 SIMATIC S7 300可编程序控制器是模块化结构设计 各种单独的模块之间可进行广泛组合以 用于扩展 结构组成 中央处理单元 CPU S7 300系列的PLC有各种不同性能的CPU模块 以满足不同的需求 有的CPU上集成 有输入输出点 有的CPU上集成有PROFIBUS DP通讯接口 有的CPU上集成有PtP接口等 1 标准型CPU standard cpu 系列 标准型CPU为CPU31x系列 如果CPU模块为CPU31x 2DP则表示该CPU上集成有现场总线PROFIBUS DP通信接口 2 集成型CPU系列 集成型CPU为CPU31xIFM系列 目前有两种型号CPU312IFM和CPU314IFM是在 标准型CPU模板上同时集成了部分I O点 高速计数器及其某些控制功能 CPU312IFM的集成功能 10个数字输入点24v DC 6个数字输出点24v DC 1个有4个输入端的32位高速计数器 计数频率10KHZ 1个频率测量通道 最高测量频率10KHZ 门控时间0 1s 1s 10s CPU314IFM的集成功能 20个数字输入点24v DC 4个模31xC系列 是在CPU31xIFM系列的基础上推出的功能更强 结构更紧凑的 CPU模块 它们均配备了MMC卡和9针MPI 有的还配置了9针DP接口有的配置了 15针PtP接口 4 故障安全型CPU系列 故障安全型 CPU的型号为CPU31XF系列是西门子公司最新推出的具有更高可靠性的CPU模 块 在s7 300系列中主要有CPU315F 和 CPU317F 2DP 信号模块 SM s7 300的信号模块有 数字输入输出模块 模拟量输入输出模块 位置输入模块 用 于连接有爆炸危险场合的输入输出模块 1 数字输入 输出 DI DO 模块 数字量输入 DI 模块SM321 数字量输入模块将来自现场的数字信号电平转换成PLC内部信号电平 经过光电 隔离和滤波后 送到输入缓冲区等待CPU采样 采样后的信号状态经过背板总线 进入输入映像区 数字量输出 DO 模块SM322 数字量输出模块将PLC内部信号电平转换现场所需要的外部信号电平 可以直接 驱动电磁阀线圈 接触器线圈等负载 数字量输入 输出 DI DO 模块SM323 SM323数字量输入 输出模块是在一块模板上同时具有数字量输入点和数字量输 出点 在额定输入电压下 输入延迟为1 2 4 8ms输出具有短路保护功能 2 模拟量输入 输出 AI AO 模无耻悲鄙下流的网学网总是抄六维论文网 电路 光电隔离器及逻辑电路组成 它将控制过程中的模拟信号转换成PLC内部处理用 的数字信号 模拟量输出 AO 模板SM332 直流调速在横移链床的应用 梯形图 结构框图 电路原理图 SM332用于将s7 300的数字信号转换成系统所需要的模拟信号 控制模拟量调节器或执行机构 模拟量输入 输出 AI AO 模板SM334 SM334是在一块模块上同时具有模拟量输入 输出功能 通讯处理器 CP 用于连接网络和点对点连接通讯方便用户的STEP7的用户界面提供了通讯组态 功能 SIMATIC S7 300 具有多种不同的通讯模块 通信处理器模块CP340 CP340用于建立点对点低速链接 最大传输速率为19 2kbps 有三种通信接口 RS 232C V 24 20mA TTY RS 422 RS 485 X 27 可通过ASC 3964 R 通信协议及打印机驱动软件 实现与S5系列PLC S7系列PLC及其他厂家的控制系统 机器人控制器 条形码阅读器 扫描仪等设备的通信连接 通信处理器模块CP341 CP341用于建立点对点的高速连接 最大传输速率为76 8 kbps 当CPU没有通信任务时 可以通过点对点连接用于高速数据交换 有3种通 信接口RS 232C V 24 20mA TTY RS 422 RS 485 X 27 可以通过ASC 3964 R RK512及用户指定的通信协议 实现与S5系列PLC S7系列PLC及其他厂家的控制系统 机器人控制器 条形码阅读器 扫描仪等设备的通信连接 通信处理器模块CP342 2 CP343 2 CP342 2 CP343 2用于实现S7 300到AS I接口总线的连接 最多可连接31个AS I从站 如果选用二进制从站 最多可选址248个二进制元素 具有监测AS I接口的电源电压和诊断功能 通信处理器模块CP342 5 CP342 5用于实现S7 300到PROFIBUS DP现场总线的连接 它分担CPU的通信任务 并允许进一步的其他连接 为用户 提供各种PROFIBUS总线系统服务 可以通过PROFIBUS DP对系统进行远程组态和远程编程 当CP342 5作为主站时 可完全自动处理数据传输 允许D从站或ET200 DP从站连接到S7 300 当CP342 5作为从站时 允许S7 300与其他PROFIBUS DP主站交换数据 通信处理器模块CP341 1 CP341 1用于实现S7 300到工业以太网总线的连接 它自身具有处理器 在工业以太网上独立处理数 据通信并允许进一步连接 完成与编程器 PC S5系列PLC S7系列PLC的数据通信 通信处理器模块CP343 1 TCP CP343 1 TCP使用标准的TCP IP通信协议 实现S7 300 S7 400到工业以太网的连接 它自身具有处理器 在工业以太网上独立处理数据通 信并允许进一步连接 完成与编程器 PC S5系列PLC S7系列PLC的数据通信 通信处理器模块CP343 5 CP343 5用于实现S7 300到PROFIBUS FMS现场总线的连接 它分担CPU的通信任务并允许进一步的其他连接 为用户 提供各种PROFIBUS总线系统服务 可以通过PROFIBUS FMS对系统进行远程组态和远程编程 功能模块 FM s7 300系列PLC有大量的功能模块 这些功能模块式智能模块在执行这些功能时 为PLC的CPU模块分担了大量的任务 功能模块主要有 单通道高速智能计数器模块FM350 1 8通道高速智能计数器模块FM350 2 快速进给 慢速驱动定位模块FM351 步进电机定位模块FM353 电子凸轮控制器FM352 伺服电机定位模块FM354 闭环控制模块FM355 定位和连续路径控制模块FM357 根据客户要求 还可以提供以下设备 负载电源模块 PS PS307 电源模块PS307用于将120 230V交流电压转换为24V直流电压 根据输出电流的 不同 有3种规格的电源模块可选 2A 5A 10A 接口模块 IM 接口模块用于s7 300系列PLC的中央机架到扩展机架的连接 主要有3种规格 1 接口模板IM365 IM365用于连接中央机架与1个扩展机架 由两块模块组成 一块插中央机架 通 过1m长的连接电缆 将另一块插入扩展机架 在一个扩展机架上做多安装8块模 块 2 接口模板IM360 无耻悲鄙下流的网学网总是抄六维论文网 组织块是操作系统与用户程序间的接口 SIMATIC S7 CPU提供大量的OB 组织块 用组织块可以创建在特定的时间执行的特定程序 或响应特定事件的程序 1 循环执行的组织块 需要连接执行的程序安排在OB1中 执行完后又开始新 的循环 2 启动组织块 用于系统的初始化 CPU上电或操作模式改为RUN时 根据不 同的启动方式来执行OB100 OB102中的一个 3 定期执行的组织块 包括日期时间中断组织块 OB10 OB17 和循环中断组 织块 OB30 OB38 可以根据设定的日期时间或时间间隔执行中断 4 事件驱动的组织块 包括延迟中断 OB20 OB23 硬件中断 OB40 OB47 异步错误中断 OB80 OB87 和同步故障中断 OB121 OB122 5 背景组织块 避免循环等待时间 直流调速在横移链床的应用 梯形图 结构框图 电路原理图 2 2直流调速装置6RA70 全数字式 6RA70 电枢电流 15 2000A 电枢电压 420 485VDC SIMOREG DC MASTER是全数字调速装置 它接到三相交流电网上 并能调节直流调速系统的 电枢和励磁 SIMOREG DC MASTER 是全数字调速装置 它接到三相交流电网上 并能调节直流调速系统的电枢和励 磁 在运行状态下 过载电流为装置铭牌上所标注的额定直流电流 最大的允许 持续直流电流 的1 5倍 最大过载持续时间不仅与过载电流的时间曲线有关 而 且还与装置上一次过载情况有关 因装置而异 装置内部有一个参数设定单元PMU设定参数时不需要其它辅助编程或测量装置 两台高性能16 位微处理器承担了电枢和励磁回路的所有开环和闭环控制功能 精确地满足各种要求 SIMOREG DC MASTER 以其高度运行可靠性和使用性在世界范围内的各个工业领域著称 如印刷机械主 传动 在起重机行业中的行走机构和提升机构 电梯和缆车传动 在橡胶工业和 造纸工业中的应用 在钢铁工业中的剪切传动轧机传动 卷取机传动 模切机或 薄膜机械和电动机 汽轮机或齿轮箱试验机的负载机械 SIMOREG DC MASTER 在各种的应用上是一个极经济和灵活的解决方案 优化的通讯技术 SIMOREG DC MASTER 使用开放的和标准的 PROFIBUS DP 现场总线系统 通过RS 232 接口可直接连接到 PC 和实现装置对装置通讯 在这种情况下 PROFIBUS DP 是在自动化设施中网络的中心通讯价值 装置与装置间通讯 使用新颖的BICO技术使SIMOREG DC MASTER 在软件功能性方面达到一个新水平 其中 两个功能强大的处理器处理电枢和励 磁回路开环和闭环所有传动控制 利用BICO技术 只需简单的参数设定 就可实 现功能块的不同组合 满足实际的应用 BICO 新颖的软件解决方案使用RS485 接口实现装置与装置间的连接 因而实现一个高速全数字设定值级链 2 3 S7 300 PLC与直流调速装置6RA70的通讯 西门子直流调速装置6RA70除了与驱动基本应用有关的功能外 还具有强大的通 讯功能 驱动通讯可以分为三种方式 PROFIBUS DP协议 USS协议 SIMO LINK协议 PROFIBUS DP协议和 USS协议属于主从通讯 需要有PLC作为主站 直流调速装置作为从站 USS协议 的主要优点是 其接口集成在基本装置中 不需要额外的费用 主要缺点是通讯 速度慢 只有基本通讯功能 最多31个从站 PROFIBUS DP协议的主要优点是 通讯速度快 除了基本功能之外还有一些附加功能站点数 更多 主要缺点是需要另外购买作为选件的通讯模块 SIMOLINK协议主要用来 实现直流调速装置与直流调速装置之间的通讯 1必备条件 主站 S7 300 CPU315 2DP可编程控制器 从站 直流调速装置通讯模块 编程装置 PC STEP7 V5 3 MPI接口 装有的STEP7 V5 3的PC机用于S7 CPU315 2DP的硬件组态与编程 通过MPI电缆与CPU315 2DP的MPI接口连接 用于硬件组态数据及程序的下载 CPU315 2DP的DP接口通过PROBIBUS电缆与直流调速装置CBP2的DP接口连接 用于S7 300与直流调速装置的通讯 2硬件组态 在SIMATIC Manager 中插入一个新项目 名称为Drives Comm 在项目名称Drives Comm 下插入SIMAT2IC 300 Station 接下来对该站进行硬件组态 从硬件组态目录中依次插入机架 电源 CPU 设置CPU 上PROFI2BUS DP 接口的网络参数 可采用缺省设置 即 地址2 最高地址126 波特率1 5Mbps 协议DP 在PROFIBUS 1 DP master system 1 总线上挂上MasterDrives 从站 从站路径为 PROFIBUS DP SI2MOREG MASTERDRIVES DC MASTER CBPX 选择MASTERDRIVES DC MASTER CBPX 作为从站 地址设成3 在直流调速装置从站中插入类似于ET200M 从站中的模板 以确定报文结构 将右边窗口硬件目录中MAS2TERDRIVES DC MASTERCBPX 下面的PPO 3 0PKW 2PZD 插入左下窗口中的第一行 Slot 1 该选项共占两行 意思是 PPO类型3 即 0 个字参数数据 又叫PKW 2 个字过程数据 又叫PZD 参数数据用于PLC 读 写调速装置的参数 过程数据用于PLC 控制和监视生产过程 0 个字参数数据表示PLC 不能读 写直流调速装置的参数 参数数据也不占用S7 的外设地址 2 个字过程数据表示PLC 和直流调速装置交换2 个字过程数据 各占用S7 300 PLC4 个字节的外设地址 通常S7 传送到直流调速装置的第1 个字是控制字 第2 个字是设定值 直流调速装置传送到S7 的第1 个字是状态字 第2 个字是实际值 3编辑 根据前面的组态 由于输入 输出各占四个字节 可以使用两次MOVE 指令 L T 指令 由于程序简单 程序可以直接编写在OB1 中 程序如下 L MW0 T PQW632 L MW2 T PQW634 L PIW632 T MW4 L PIW634 T MW6 数据从MB0 MB3 即 MW0 和MW2 写入直流调速装置 从直流调速装置读回的数据放入MB4 MB7 即 MW4 和MW6 传送到直流调速装置的第1 个字 MW0 是控制字 控制指令 当MW0 W 16 9C7E时 直流调速装置处于运行准备状态 当MW0 W 16 9C7F 时 直流调速装置进入运行状态 传送到直流调速装置的第2 个字 MW2 是速度设定值 当MW2 W 16 4000 时 相当于100 的速度 4 参数设置 在无耻悲鄙下流的网学网总是抄六维论文网 P554 01 3100 起 停指令 P443 01 3002 设定值 P734 01 32 状态字1 P734 02 148 实际值 参数设置可以通过操作面板PMU 也可以通过Driv2eMonitor 软件进行 直流调速在横移链床的应用 梯形图 结构框图 电路原理图 系统的总体结构MPI PLC 300 PC机 PROFIBUS DP 直流调速装置6RA70 直流电机 图2 1 PC机 CPU315 2DP与直流调速装置的连接即系统总体结构第3章 调节器的设计 3 1 双闭环直流调速系统的组成 系统中分别设置电流调节器和转速调节器 结构图如图3 1所示 把转速调节器的 输出当作电流调节器的输入 再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE 从闭环结构上看 电流环在里面 称作内环 转速环在外边 称作外环 这就形 成了转速 电流双闭环调速系统 图3 1 转速 电流双闭环调速系统结构图 转速和电流两个调节器一般都采用PI调节器 两个调节器的输出都是带限幅作用 的 转速调节器ASR的输出限幅电压 决定了电流给定电压的最大值 电流调节器ACR的输出限幅电压 限制了电力电子变换器的最大输出电压 原理图如图3 2所示 图3 2 双闭环直流调速系统电路原理图 3 2 数学模型 3 2 1 电动机的数学模型 1 他励直流电机在额定励磁下的等效电路如图3 3所示 其中电枢回路的总电阻R和 电感L包含电力电子器件内阻 电枢电阻和电感以及可能在主电路中接入的其他 电阻和电感 图3 3 他励直流电机在额定励磁下的等效电路 假定主电路电流连续 则动态电压方程为 3 1 如果忽略粘性磨檫及弹性转矩 电动机轴上的动力学方程为 3 2 额定励磁下的感应电动势和电磁转矩分别为 3 3 3 4 式中 为包括电动机空载转矩在内的负载转矩 为电力拖动系统折算到电动机轴上的飞轮惯量 为额定励磁下电动机的转矩系数 定义下列时间常数 电枢回路电磁时间常数 电力拖动系统机电时间常数 由此可以得到以下两个式子 3 6 其中 为负载电 在零初始条件下 取等式两侧的拉式变换 得到电压与电流的传递函数 3 7 电流与电动势间的传递函数 3 8 直流电动机的动态结构框图如图3 4所示 图3 4 直流电动机的动态结构框图 由图可看出 直流电机有两个输入量 一个是施加在电枢上的理想空载电压 另一个是负载电流 前者是控制输入量 后者是扰动输入量 如果不需要在结构图上显现出电流 可将扰动量 的综合点前移 再进行等效变换 如果是理想空载 则 0 结构变换图如图3 5所示 直流调速在横移链床的应用 梯形图 结构框图 电路原理图 1 Idl 0 2 Idl 0 图3 5 直流电机结构框图变换 3 2 2 系统的数学模型 双闭环直流调速系统的动态结构图 如图3 6所示 其中 和 分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数 图3 6 双闭环直流调速系统的动态结构框图 3 3 电流调节器的设计 4 用工程设计方法来设计转速 电流双闭环调速系统的两个调节器 先内环后外环 首先设计电流调节器 然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节 再设计转速调节器 3 3 1 电流环结构图的化简 转速的变化往往比电流变化慢得多 对电流环来说 反电动势是一个变化较慢的 扰动 在电流的瞬变过程中 可以认为反电动势基本不变 即 把给定滤波和反馈滤波两个环节都等效地移到环内 同时把给定信号改成 则电流环便等效成单位负反馈系统 和 一般都比 小得多 可以当作小惯性群而近似地看作是一个惯性环节 其时间常数为 则电流环结构图最终简化成图3 7所示 图3 7 电流环小惯性环节近似处理 3 3 2 电流调节器结构的选择 电流环应以跟随性能为主 应选用典型I型系统 应采用PI型的电流调节器 其传 递函数可以写成 式中 为电流调节器的比例系数 为电流调节器的超前时间常数 3 3 3 电流调节器的参数计算 调节器零点与控制对象的大时间常数极点对消 选择 则电流环的动态结构图便成为图3 8所示的典型形式 其中 无耻悲鄙下流的网学网总是抄六维论文网 Tm s 0 1625s R 1 25 1 3 0 3 2 85 T 电路的平均滞后时间Ts 0 0017s 取电流反馈滤波时间常T 0 002s 可得电流环的小时间常数为T Ts T 0 0017s 0 002 0 0037s 2 选择电流调节器结构 虽然 10 但由于对电流超调量有较严格要求 而抗扰指标却没有具体要求 因此电流环 仍按典型I型系统设计 电流调节器选用PI调节器 其传递函数为 WACR s 3 选择电流调节器参数 积分时间常数 为满足 5 要求 取电流环开环增益KI为 KI 135 14 s 1 电流调节器比例系数 3 27 取调节器的输入电阻 Ro 20k 则电流调节器各参数为 R K R 3 27 20 k 60 54 k 取62 k 因为 故 取0 47 根据上述参数可以确定动态指标为 故满足设计要求 4 检验近似条件 电流环截止频率 135 14s 1 晶闸管装置传递函数近似条件为 现 故条件满足 忽略反电动势影响近似条件为 现 故该近似条件满足 小时间常数近似处理条件为 现 故该近似条件满足 3 3 4 电流调节器的实现 含给定滤波和反馈滤波的模拟式PI型电流调节器原理图如图3 9所示 图中 为电流给定电压 为电流负反馈电压 调节器的输出就是电力电子变换器的控制电压 图3 9 PI型电流调节器 根据运算放大器的电路原理 可以导出 直流调速在横移链床的应用 梯形图 结构框图 电路原理图 3 4 转速调节器的设计 3 4 1 电流环的等效闭环传递函数 电流环经简化后可视作转速环中的一个环节 它的闭环传递函数 为 3 14 忽略高次项 可降阶近似为 3 15 近似条件为 3 16 式中 为转速环开环频率特性的截止频率 电流环在转速环中应等效为 3 17 于是 原来是双惯性环节的电流环控制对象 经闭环控制后 可以近似地等效成 只有较小时间常数 的一阶惯性环节 这就表明 电流的闭环控制改造了控制对象 加快了电流的跟 随作用 这是局部闭环 内环 控制的一个重要功能 3 4 2 转速调节器结构的选择 转速控制系统的动态结构图如图3 10所示 把转速给定滤波和反馈滤波环节移到 环内 同时将给定信号改成 再把时间常数为 和 的两个小惯性环节合并起来 近似成一个时间常数为 的惯性环节 其中 3 18 则转速环结构图可简化成图3 11 图3 10 转速控制系统的结构框图 图3 11等效成转速负反馈和小惯性的近似处理 为了实现转速无静差 在负载扰动作用点前面必须有一个积分环节 它应该包含 在转速调节器ASR中 在扰动作用点后面已经有了一个积分环节 因此转速环开 环传递函数应共有两个积分环节 所以应该设计成典型 型系统 ASR也应该采用PI调节器 其传递函数为 3 19 式中 为转速调节器的比例系数 为转速调节器的超前时间常数 调速系统的开环传递函数为 令开环增益 为 3 20 则 3 21 校正后的调速系统动态结构图如图3 12所示 图3 12 校正后的调速系统动态结构图 3 4 3 转速调节器的参数计算 按照典型 型系统参数关系 有 3 22 3 23 因此 3 24 1 确定时间常数 因 故转速反馈系数 为 电流环等效时间常数为2 取转速反馈滤波时间常数 0 01s 转速环时间常数 2 转速调节器结构选择 ASR稳态放大系数 设计中要求虽然允许系统有静差 但经计算可知 转速调节器稳态放大系数很大 因此转速调节器如采用比例调节器 将很难满足稳定性要求 为此 转速调节器 采用进近似PI调节器 按典型 型系统进行设计 可证明 当近似PI调节器的稳 态放大系数很大时 其传递函数为 W 3 选择转速调节器参数 按跟随性能和抗扰性能较好的原则选择h 5 求出转迭超调量 和过渡时间 如果能够满足设计要求 则可能根据近迭h值计算有关参数 否则要改变h值重 新计算 知道满足设计要求为止 当h 5时 ASR退饱和超调量 式中 为电动机允许过载系数 按题意 2 1 z为负载系数 设为理想空载起动 则z 0 为调速系统开环无耻悲鄙下流的网学网总是抄六维论文网 即 时 退饱和超调量为 满足设计要求 空载起动到额定转速的孤独过程中 由于大部分时间内ASR饱和而不起调节作 用 使过度过程时间 延长 表示为 其中 为恒流升速时间 是退饱和超过渡过程时间 退饱和超调过渡过程时间等于动态速升恢复时间 由查表可知 当h 5时 8 8 0 153s 但恢复时间是按误差为5 计算 这里 2 170 4r min 故5 8 5r min 这就是说 转速进入8 5r min的恢复时间为0 153s 直流调速在横移链床的应用 梯形图 结构框图 电路原理图 但这里恢复时间应按转速进入 来计算 由于 75r min 8 5r min 显然所需时间远小于0 153s 故忽略不记 于是 可见 能满足设计要求 这样就可以根据h 5选择转速调节的参数 ASR的时间常数