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dq065 机器人 系统 设计

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学 报吨 轰 2OOO 闭环 直流调 速 系统I的 程设 与洪 型 系统 、 _ - 一 一、 tI - a 张 吉 松 (上 海 电 机 技 术 高 等 专 科 学 校 电 气工 程 卅 系 上 海 2 0 0 2 4 0) l 摘要介 绍 了 双 闭环直 流 调 速 系统 的工 程 设 计方 法 与 典 型 系统 的关 系 F 设 计 举 例 关 键 词双 闭环 ， 诃速 ， 典 型 系统 中图 号T M 9 2 1 - 1 一个 晶闸管直流调速 系统是 由转速的给定、 检测、 反馈 ， 平波电抗器 ， 可控整流器 ， 放大器 ， 直流电动机等环节组成。这些环节都是根据用户要求 首先被选择而确定下来 ， 从 而构成 了系 统的固有部分。一般来说 ， 仅有这些固有部分所组成 的系统是难 蹦满足生产机械 的全面要琅 的， 特别是对系统动态性能的要求， 有时甚至是不稳定 的。为 了设计建立 一个静 态、 动态都是 适用的调速系统 ， 尤其是达到动态性能的要求 ， 还必须对 系统进行校 正， 也就是在上述 固有部 分所组成的调速 系统中另外加入 一个校正环节， 使系统 的动态性 能也 能达到指标要求。确定 系统校正环节的过程就是 系统的动态设计。校正环 节又称为调节器 ， 系统的动态设计就是调 节器设 计 。 作为 工程设 计 方法 ， 首先 要使 问题简 化 ， 突 出主要 矛盾 ， 简 化 问题 的基本 思 路是 ： 把 调 节器 的设 计过程分 为 两步 ： 第一步 ， 先 选择调 节器 的结 构 ， 确 保 系统稳定 ， 同 时满足 所 需 的静 态精 度。第二步， 再选择调 节器的参数， 以满足动态性能指标。在选择调节嚣结构 时， 只采用少量 的典 型系统 ， 它的参数与系统性能指标的关系都 已事先找到。具体选择参数时， 只须按现成的 公式和表格 中的数据计算 一下就可 阻了， 这样使设计方法规范化 ， 大大减少 了设计的工作量。 在工程设计中， 通常将二阶系统与三阶系统作为动态校 正的预期系统 ， 分别称它们为典 系统 与典 系统。作为典 I系统， 其开环传递函数为： ) ： 丽 它的闭环结构 图与它的开环对数频率特性如图 1 所示。选择它作为典型系统不仅 因为其结构 筒单 ， 而且对数幅额特性的中频带 以一 2 0 d b d e c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 的余量。作为典 系统， 其开环传递 函数 为 ： ， 一 ( ! ) 一S ( 巧 +1 ) 它的闭环结构 图与它的开环对数额率特性如图 2所示。其中频段也是 一2 (Mb d e c的斜 率穿 越零分贝线， 保证系统的稳定， 7f 比 T大得越 多， 别稳定裕量越大。 收稿 日期2 O O O 一0 3 0 4 l 9 维普资讯 双 闭环直流调速 系统 的工程设计 与典型 系统 图 1 典 型 I系统 b 】 站 构 图 b ) 结构田 图 2典型 系统 确定 多闭环控制 已是现代 电力控制系统结构的普遍形式， 以转速 ， 电流双闭环结构应用最为广 泛。对于双闭环调速系统 ， 先 以电流环开始， 首先确定 电流调节器的类型及 参数 ， 然后将校正 后的电流环 当作速度环内的一个等效环节， 与其它环节一起作为速度环的被控对象再来确定 速度调节嚣的类型及参数。电流环 的一项重要作用就是保持 电流在动态过程 中不超过允许 值 ， 因而在突加给定 电压 时不希望有超调， 或者超调越小越好。从这个观点出发， 把 电流环校 正成典 I系统。负载扰动是转速环 的主要扰动。由于要求转速对 负载扰 动无静差 ， 在速度调 节器 中必合有积分环节 ， 一般为 P I 调节嚣。 因此转速环按典 系统设计。设计举饲 ： 由晶闸 管变流嚣供 电的双 闭环调 速 系统原理框 图如 图 3所 示 ， 动态结构 图如 图 4所示。 图 3 双 司 环调 速 系统 原 理框 图 基本参数如下： 直流电动机 ： 3 0 k w， 2 2 0 v ， 1 3 6 A， 1 4 6 0 r m ln ，C e =0 1 3 2 v I Il ltl f r 一2 0 维普资讯 双闭环 直流调速 系统的 工程设 计与典 型 系统 圈 4双 闭 环调 速 系统 动 态结 构 图 允许过载倍 数 =1 5 晶闸管变流器 ：三相垒 控桥 武 电路 ， 放大 系数 船=4 0 。 电枢 回路总 电阻：R：0 5 N 时间常数 ：T a：0 0 3 s ， ：0 1 g s 电流反馈系数 ： B =0 0 5 ， 转速反馈系数： a =0 0 0 7 设计 要求 ： 静态指标 ： 无静差 动态指标 ：电流超调量 o i 5 ，转速超 调量 1 0 。 1 电流环设计 1 1 确定 时间常数 1 )整流装 置滞后 时间常数 T s=0 0 0 1 7 s 2 )电流滤 溲 时间常数 T o i=0 t X ) 2 s 3 )电流小时间常数 T E T s +T o i = 0 0 0 3 7 s 1 2 电流调节器 A C参数计算 按典 I系统设计，电流调节器为比例积分调节器 传递 函数 c ( s ) ：K i 生 按指标要求 取阻尼 比 = 0 7 0 7 时计算 P I 参数： =T a = 0 0 3 s f 8- 琢 R T瓦 a = 1丽 0 5 丽 0 0丽 3=1 _ o 1 3 1 3 计算调节器电路参数： 取R o：2 O Kn R ： K R o=1 0 1 3x2 0=2 0 Kn a ： 盖 = 0 0 3 1 0 6 = 1 5 = ： =0 根据 以上计算参数， 电流环可达到的跟随指标 ： d = 4 3 5 满足要求。 2 转速环设计 2 1 确定 时问常数 1 )电流环等效 时问常数： 2 1r g 2x 0 0 0 3 7 = O 0 0 7 4 s 2l 维普资讯 双 闭环直 流调速 系统的2 Y - 程设 计 与典型 系统 2 )转速滤波 时间常数 T o n=0 0 1 s 3 )转速环小 时间常数 =2 +T o n=0 0 1 7 4 s 2 2转速 调节器 A s参数计算 按典 I I 系统设计。转速调节器 A S选 P I 调节器 ， 传递函数 ( s ) =爵 为 兼顾抗 扰 性与跟随 性取 中频宽 h =5 ： =5 =50 0 1 7 4=0 0 8 7 s = =丽0 而 0 5 x而 0 1 3 2 x 0 1 8=1 16 81 6 7a R 1 6 7 0 0 0 7 0 5 0 01 7 4 一 一 一 2 3 计算调节器 电路参数 取 R o=2 0 K O：R n=Kn R o=1 1 6 82 0=2 3 3 6 2 K n c n = 嚣= 面 0 0 8 7 l a 6 = 0 3 7 2 ff = = ：z 2 4 枝核 转速超 调 量 查 表 当 h=5时，A Cn u a x=8 1 2 Z，根据 z=2 F K2 T，=2 e =1 51 3 6 A 扰动 点后面 的放大 系数 满足指 标要求 。 z = 2Me R = Cma x=81 2 Z =0 8 1 21 4 9 3 9： 1 2 1 3 0 r rai n a n ， ACn u a x： ：8 3 1 0 一 孔 凡才 主编 晶 闸管直 流 调速 系 统 胨伯时 主编 电力 拖动 自动控 制 系统 谢 宗安 主编 自动控 制 系 统 参考文献 = 1 4 9 3 9 r mi n En g i n e e r i n g d e s i g n a n d t y p i c a l s y s t e m f o r d o u b l e c l o s e l o o p a d j u s t i n g s p e e d s y s t em j o n g A b s t r a c t T h is p a p e r d e s c r i b e s e n g i n e e ri n g d e s a n d t y p i c a l s y s t e m fo r d