电力拖动与控制系统课程设计逻辑无环流可逆报告.doc

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1、目 录摘要1 概述11.1 电力拖动系统的概述11.2直流传动控制系统发展概况11.3 无环流调速系统简介22 设计任务及要求42.1 初始条件42.2 设计任务:43 系统结构设计53.1 方案论证53.2 系统主电路的设计53.2.1 系统主电路原理53.2.2 主电路参数计算与设计64 调节器的设计84.1 电流调节器的设计与调试84.1.1 电流调节器的作用84.1.2 确定电流调节器的时间常数84.1.3 电流调节器的结构设计84.1.4 校验近似条件104.1.5计算调节器电阻和电容104.1.6 电流环的仿真104.2 速度调节器的设计与调试124.2.1 速度调节器的作用124

2、.2.2 电流环的等效传递函数134.2.3 确定转速调节器的时间常数134.2.4 转速调节器的结构设计144.2.5 检验近似条件154.2.6 计算调节器的电阻和电容154.2.7 转速环的仿真165 控制及驱动电路设计195.1 控制原理图及说明195.2 逻辑控制器的设计205.3 触发电路的设计226无环流控制系统运行状态及仿真246.1 无环流控制系统各种运行状态246.1.1 正向起动到稳定运转246.1.2 正向减速过程246.1.3 正向制动256.1.4 停车状态266.2 无环流直流可逆系统仿真267 总结与体会31参考文献33摘要随着国民经济的快速增长，在工业领域中占

3、据着重要地位的直流电动机的调速工作原理被广泛地研究,本次课程设计就是对逻辑无环流直流可逆调速系统的建模与仿真。两组晶闸管装置反并联的电枢可逆线路是直流可逆调速系统的典型线路之一，这种线路虽然能够实现可逆运行、回馈制动等优点，但是也会产生环流。所以为保证直流可逆调速系统的安全，必须抑制甚至消除其中的环流。所谓逻辑无环流系统就是在一组晶闸管工作时，用逻辑电路封锁另一组晶闸管的触发脉冲，使该组晶闸管完全处于阻断状态，从根本上切断环流通路。这种系统不仅能实现逻辑无环流可逆调速，还能实现回馈制动。本次报告对逻辑无环流直流可逆调速系统进行了设计，计算了电流（ACR）和转速(ASR)调节器的参数，而且还利用

4、MATLAB中的Simulink模块对无环流可逆直流调速系统进行了仿真，得到转速与电枢电流的波形。关键词：逻辑无环流，可逆直流调速系统，ASR,ACR，Simulink逻辑无环流直流可逆调速系统建模与仿真11 概述1.1 电力拖动系统的概述现代工业生产中，大多数生产机械都采用电力拖动。随着生产科学技术的发展，电力拖动及其自动化得到不断的发展。电力拖动系统为电气与机械综合的系统。它由电动机及其供电电源、传动机构、执行机构、电气控制装置四部分组成。电动机及其供电电源的作用是把电能转换成机械能；传动机构的作用是把机械能转化成所需要的运动形式并进行传递与分配；执行机构是完成生产工艺任务的；电气控制装置

5、是控制系统按着生产工艺的要求来动作，并对系统起保护作用或进行更高层次的自动化控制。随着生产的发展，生产工艺对电力拖动系统在准确性、快速性、经济性、先进性等方面提出愈来愈高的要求，因此，需要不断地改进和完善电气控制设备，使电力拖动自动化得到不断的发展。电力拖动系统的发展，亦按着从低级到高级、从简单到复杂的一般规律，从最初的成组拖动，经过单电动机拖动以至发展为现代电力拖动的解百纳形式多电机拖动。电力拖动自动化在新型电机、大功率半导体器件、大规模集成电路、电子计算机及现代控制理论发展的推动下，发生了巨大的变革。由单机自动化本身高层次的发展，扩展到生产过程与管理的自动化。电力拖动自动化的发展，为工业发

6、展和科学技术进步打开了更广阔的前景。1.2直流传动控制系统发展概况长期以来，直流电机由于其良好的起、制动性能和调速性能，在电力拖动调速系统中占有主导地位，虽然近年来交流电动机的调速控制技术发展很快，但就反馈闭环控制的机理来说，直流电动机的传动与控制理论和实现都是交流电动机传动控制的基础，从根本上说，由于直流电动机电枢和磁场能独立进行激励，而且转速和输出转矩的描述是对可控电压（或电流）激励的线性函数，因此，容易实现各种直流电动机控制系统，也容易实现对控制目标的“最佳化”，这也是直流机长期主导传动领域的原因。直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力

7、拖动系统领域中得到了广泛的应用。近年来，高性能交流调速技术法杖很快，交流调速系统正逐步取代直流调速系统。然而，直流拖动控制系统毕竟在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制的角度看，它又是交流拖动控制系统的基础。因此，还是应该首先很好地掌握直流拖动控制系统。从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动控制系统有调速系统、位置随动系统、张力控制系统、多电机同步控制系统等多种类型，各种系统往往都是通过控制转速来实现的，因此调速系统是最基本的电力拖动控制系统。1.3 无环流调速系统简介许多生产机械要求电动机既能正转，又能反转，而且常常还需要快速的启动和制动，这就需要电力拖动系统具有四象限运行的特性，也就是需

8、要可逆的调速系统。采用两组晶闸管反并联的可逆调速系统解决了电动机的正、反转运行和回馈制动问题，但是，如果两组装置的整流电压同时出现，便会产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，称做环流。这样的环流对负载无益，只会加重晶闸管和变压器的负担，消耗功率。换流太大时会导致晶闸管损坏，因此应该予以抑制或消除。有环流可逆系统虽然具有反向快、过渡平滑等优点，但设置几个环流电抗器终究是个累赘。因此，当工艺过程对系统过度特性的平滑性要求不高时，特别是对于大容量的系统，常采用既没有直流平均环流又没有瞬时脉动环流的无环流可逆系统。无环流可逆调速系统可按实现无环流原理的不同而分为两大类：逻辑无环流系统和错

9、位控制无环流系统。而错位无环流系统在目前的生产中应用很少，逻辑无环流系统目前生产中应用最为广泛的可逆系统，当一组晶闸管工作时，用逻辑电路封锁另一组晶闸管的触发脉冲，使它完全处于阻断状态，确保两组晶闸管不同时工作，从根本上切断了环流的通路，这就是逻辑控制的无环流可逆系统，组成逻辑无环流可逆系统的思路是：任何时候只触发一组整流桥，另一组整流桥封锁，完全杜绝了产生环流的可能。至于选择哪一组工作，就看电动机组需要的转矩方向。若需正向电动，应触发正组桥；若需反向电动，就应触发反组桥，可见，触发的选择应决定于电动机转矩的极性，在恒磁通下，就决定于Uim*信号。同时还要考虑什么时候封锁原来工作桥的问题，这要

10、看工作桥又没有电流存在，有电流时不应封锁，否则，开放另一组桥时容易造成二桥短路。可见，只要用Uim*信号极性和电流“有”、“无”信号可以判定应封锁哪一组桥，开放哪一组桥。基于这种逻辑判断电路的“指挥”下工作的可逆系统称逻辑无环流可逆系统。2 设计任务及要求2.1 初始条件1技术数据及技术指标： 直流电动机：PN=27KW, UN=220V , IN=308A , nN=1500r/min , 最大允许电流 Idbl=1.5IN , 三相全控整流装置：Ks=35电枢回路总电阻 R=0. 18 ，电动势系数： Ce= 0.196V.min/r系统主电路：Tm=0.12s ，Tl=0.012s滤波时

11、间常数：Toi=0.0025s , Ton=0.015s,其他参数：Unm*=8V , Uim*=8V , Ucm=8V i5% , n8%2.2 设计任务: 1技术要求： (1) 该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机可逆运行，具有较宽的调速范围（D10），系统在工作范围内能稳定工作 (2) 系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续 2设计内容：(1) 根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构型式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图 (2) 根据双闭环直流调速系统原理图, 分析转速调节器和电流调节器的作用, (3) 通过对调节器参数设计, 得到转速和电流的仿真波形，并由仿真

12、波形通过MATLAB来进行调节器的参数调节。(4) 绘制逻辑无环流直流可逆调速系统的电气原理总图（要求计算机绘图）3 系统结构设计3.1 方案论证在直流电动机的可逆调速系统中，例如可逆轧机、龙门刨床等生产机械要求运动控制系统能够实现快速的正、反转，以提高产量与加工质量；开卷机、卷取机等虽然不需要正、反向运行，却需要快速制动。因此电动机最基本的要素就是能改变旋转方向。改变电动机电枢电压的极性，或者改变励磁磁通的方向，都能够改变直流电动机的旋转方向。从实际生产惊经验来看，对于大容量的系统，从生产角度出发，往往采用既没有直流平均环流，又没有瞬时脉动环流的无环流可逆系统，无环流可逆系统省去了环流电抗器

13、，没有了附加的环流损耗，与有环流系统相比，因换流失败造成的事故率大为降低。因此，逻辑无环流可逆调速系统在生产中被广泛运用。3.2 系统主电路的设计3.2.1 系统主电路原理逻辑无环流直流可逆调速系统包括主电路、控制电路以及保护电路等。根据理论知识，我们知道要实现逻辑无环流可逆调速，就要采用桥式全控整流逆变电路。要达到电流和转速的超调要求就要设计电流-转速双闭环调速器；逻辑无环流的重要部分就是要采用逻辑控制，保证只有一组桥路工作，另一组封锁。逻辑控制器可以采用组合逻辑元件和一些分立的电子器件组成，也可用单片机实现，本文使用PLC来实现逻辑控制；触发电路要保证晶闸管在合适的时候导通或截止，并且要能

14、方便的改变触发脉冲的相位，达到实时调整输出电压的目的，从而实现调速。保护电路有瞬时过压抑制，过电流保护和过电压保护，当过压或过流时封锁触发脉冲，从而实现保护功能。逻辑无环流控制系统的主电路图3-1所示：图3-1图2-1 逻辑无环流可逆直流调速系统主电路 图3-1的逻辑环流可逆调速系统的工作原理是：两组桥在任何时刻只有一组投入工作，而另一组处于关断状态，所以在两组桥之间就不会存在环流。但当两组桥之间需要切换时，不能简单的把原来工作着的一组桥的触发脉冲立即封锁，而同时把原来封锁着的一组桥立即开通，因为已经导通的晶闸管并不能在触发脉冲取消的一瞬间立即被关断，必须待晶闸管承受反压时才能关断。如果对两组

15、桥的触发脉冲的封锁和开放同时进行，原先导通的那组桥不能立即关断，而原先封锁着的那组桥已经开通，出现两组桥同时导通的情况，因为没有环流电抗器，将会产生很大的短路电流，把晶闸管烧毁。为此首先应是已导通的的晶闸管断流，要妥当处理主回路中的电感储存的一部分能量回馈给电网，其余部分消耗在电机上，直到储存的能量释放完，主回路电流变为零，使原晶闸管恢复阻断能力，随后再开通原来封锁着的那组桥的晶闸管，使其触发导通，从而实现无环流的目标。3.2.2 主电路参数计算与设计由电力电子装置知识可知：三相桥式电路有：Ud=2.34U2cos Ud=UN=220V, 取=0 U2=Idmin=(5%-10%)IN,这里取

16、10% 则 晶闸管参数计算：对于三相桥式整流电路，晶闸管电流的有效值为：则晶闸管的额定电流为：取1.52倍的安全裕量，由于电流连续，因此晶闸管最大正反向峰值电压均为变压器二次线电压峰值，即：取23倍的安全裕量，。4 调节器的设计4.1 电流调节器的设计与调试4.1.1 电流调节器的作用1 ）作为内环的调节器，在转速外环的调解过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压 （即外环调节器的输出量）变化。2 ）对电网电压的波动起及时抗扰的作用。3 ）在转速动态过程中，保证获得电动机允许的最大电流，从而加快动态过程。4 ）当电动机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，

17、系统立即自动恢复正常。这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的。4.1.2 确定电流调节器的时间常数（1）整流装置滞后时间常数Ts：由课本知三相桥式电路平均失控时间Ts = 0.0017s；（2）电流滤波时间常数Toi：由初始条件可知，Toi=0.0025；（3）电环小时间常数之和：按小时间常数近似处理： 。4.1.3 电流调节器的结构设计采用含给定滤波和反馈滤波的模拟式PI型电流调节器，其原理图如图4-1所示。PI型电流调节器既可以提高稳态精度，又可以动作响应快。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4-1 模拟式PI型电流调速器由初始条件可以知道

18、，要求i5%，并且保证稳态电流无差，可按典型型系统来设计电流调节器，并且实际系统不允许电枢电流在突加控制作用时有太大的超调，以保证电流在动态过程中不超过允许值，而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要扽因素，为此，电流环应以跟随性能为主，即选用典型型系统。电流环控制对象是双惯性型的，因此可用PI型电流调节器，其传递函数为:检查对电源电压的抗扰性能有：，由课本所给典型型抗扰性能指标，可行指标都是可以接收的。电流调节器超前时间常数：；电流反馈系数为： 电流开环的增益：由性能指标i5%时，取，因此有：于是电流调节器ACR的比例系数可以取为：。4.1.4 校验近似条件 电流环的截止频率：；1） 校验晶闸

19、管整流装置的传递函数的这一条件: 满足近似条件；2） 校验忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件： 满足近似条件 3）校验电流环小时间常数近似处理条件： 满足近似条件 按照上述参数，电流环可以达到动态跟随性能指标为，满足设计要求。4.1.5计算调节器电阻和电容 电流调节器的原理图如图4-1所示，按所用运算放大器取，各电阻和电容值计算如下： 取； 取； 取。4.1.6 电流环的仿真电流环的动态结构图如下图4-3所示，仿真图形的搭建基于动态结构图的。图4-2 电流环动态结构图电流环的仿真图如图4-3所示，下面分别观察KT=0.5，KT=0.25,KT=1时的电流仿真图形。图4-3 电流环的仿真模型

20、1） KT=0.5时的电流环仿真结果：图4-4 KT=0.5的电流环仿真结果2） KT=0.25时的电流环的仿真结果：图4-5 KT=0.25的电流环仿真结果3） KT=1时的电流环的仿真图形：图4-6 KT=1时的电流环仿真结果总结：有以上三个电流环所得到的仿真图形可以看到，当KT=0.25时，电流没有超调，但上升时间较长，反应速度比较慢；而当KT=1时，电流超调，但是可以观察到电流上升时间短，反应速度较快。当KT=0.5时，电流超调较小，而上升时间也比较短，因而我们在工程设计中一般选取KT=0.5。4.2 速度调节器的设计与调试4.2.1 速度调节器的作用根据双闭环直流调速系统的原理图分析

21、，转速调节器在双闭环直流调速系统中的作用可归纳如下：1)转速调节器是调速系统的主导调剂器，它使转速n 很快地跟随给定电压 变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差。2)对负载变化起抗扰作用。3)其输出限幅值决定电动机允许的最大电流。4.2.2 电流环的等效传递函数电流环经简化后可视作转速环的一个环节，为此其闭环传递函数为：采用高阶系统的降阶近似处理，忽略高次项，可降阶近似为：接入转速环内，电流环等效环节的输入量应为，因此电流环在转速环中应等效为：4.2.3 确定转速调节器的时间常数 1)电流环等效时间常数。由于在电流环的设计中已经选取，则有：；2） 转速滤波时间常数Ton

22、。由初始条件可得：Ton=0.015s；3） 转速环小时间常数。按照小时间常数近似处理，取； 4）电压反馈系数：4.2.4 转速调节器的结构设计转速调节器的设计原理：采用含给定滤波和反馈滤波的模拟式PI型转速调节器，其原理图如图4-7所示。由于扰动作用点后面已经有了一个积分环节，因此转速开环传递函数应共有两个积分环节，所以应设计成典型型系统。图中为转速给定电压，为转速负反馈电压，调节器的输出是电流调节器的给定电压。图4-7 模拟式PI型转速调节器 根据设计要求，有n8%，因此选用PI调节器，其传递函数为： 按照所给要求以及初步计算，并且按跟随性能较好的原则，取h=3,则ASR超前时间常数为：；

23、 因此可求得转速开环增益为： 于是可得到ASR的比例系数为：4.2.5 检验近似条件由课本中我们可以求得转速环的截止频率为：1） 电流环传递函数简化条件： 满足简化条件2） 转速环小时间常数近似处理条件 满足简化条件4.2.6 计算调节器的电阻和电容 转速调节器原理图如图4-6所示，取,则有：，取，取,取当h=3时，通过查表可以得到n=52.6%，远远大于8%，不能满足设计要求。实际上由于书中的表格是按线性系统计算的，而突加阶跃给定时，ASR是饱和的，不符合线性系统的前提，应该按ASR退饱和的情况重新计算超调量。相关原理见相关书籍。理想空载启动时设z=0，已知数据：，R=0.18，IN=308

24、A , nN=1500r/min,Ce=0.196V.min/r,Tm=0.12s,s。当h=3时，=72.2%。按退饱和超调量的计算方法计算调速系统空载启动到额定转速时的转速超调量：因而满足设计要求。4.2.7 转速环的仿真转速环的动态结构图如下图4-8所示，同理转速环的仿真是基于转速环的动态结构图来进行仿真的。图4-8 转速环动态结构图转速环的仿真模型见下图4-9。图4-9 转速环仿真图形下面是PI调节器的模块的封装，利用模块封装能够坚守元件数目，同时可以简化仿真结构。图4-10 PI调节器的模块当电动机空载时，观察仿真图形：图4-11 转速环空载波形从图4-11中可以看到，ASR调节器经

25、过了不饱和、饱和、退饱和三个阶段，最终稳定在给定转速。如果把负载设置为308A,额定负载状态下，满载运行，得到转速与电流响应曲线如图4-12所示。图4-12 转速环满载波形图 利用转速环仿真模型同样可以对转速环抗扰性过程进行仿真，它是在负载电流Idl(s)的输入端加入负载电流。图4-13是在空载过程中受到额定电流扰动时的转速与电流响应曲线。图4-13 转速环的抗扰波形图 从上图可以看出，转速环有很好的抗干扰性能，使转速趋于稳定速度。 5 控制及驱动电路设计5.1 控制原理图及说明 逻辑无环流直流可逆调速系统原理框图如下图所示。图5-1逻辑无环流可逆直流调速系统原理图系统原理图的各环节简介：AS

26、R速度调节器ACR1ACR2正反组电流调节器GTF、GTR正反组整流装置VF、VR正反组整流桥DLC无环流逻辑控制器TA交流互感器TG测速发电机M工作电动机AR反号器Ld平波电抗器逻辑无环流可逆直流调速系统工作原理：主电路采用两组晶闸管装置反并联线路，由于没有环流，不用再设置环流电抗器，但是为了保证运行时电流波形的连续性，应保留平波电抗器。控制线路采用典型的转速、电流双闭环控制系统，电流环分设两个电流调节器ACR1和ACR2，ACR1用来控制正组触发装置，ACR2 控制反组触发装置，ACR1的给定信号Ui*经反向器AR同时作为ACR2的给定信号Ui*，这样就可以使电流反馈信号Ui*的极性在正转

27、和反转时都不用改变，从而可采用不反应电流极性的电流检测器，即交流互感器和整流器。由于在主电路中不设均衡电抗器，一旦出现环流将造成严重的短路事故，所以对工作时的可靠性要求特别高，为此在系统中加入了无环流控制器DLC，以保证系统的可靠运行，所以DLC是系统中的关键环节。无环流逻辑控制环节DLC工作原理：它按照系统的工作状态指挥正、反组的自动切换。其输出信号Ublf用来控制正组触发脉冲的封锁与开放，Ublr用来控制反组触发脉冲的封锁与开放，在任何情况下，两个信号必须是相反的，决不允许两组晶闸管同时开放脉冲，以确保主电路不出现环流。这些控制通常采用数字控制，如数字逻辑电路、PLC、微机等，用以实现同样

28、的逻辑控制关系。5.2 逻辑控制器的设计无环流逻辑控制器的任务是：在正组晶闸管工作时，则封锁反组晶闸管；在反组晶闸管工作时，则封锁正组晶闸管。采用数字逻辑电路，使其输出信号以0 和1 的数字信号形式来执行封锁与开放的作用，为了确保正反组不会同时开放，应使两者不能同时为1。系统在反转和正转制动时应该开放反组晶闸管，封锁正组晶闸管，在这两种情况下都要开放反组，封锁正组。从电动机来看反转和正转制动的共同特征是使电动机产生负的转矩。上述特征可以由ASR 输出的电流给定信号来体现，Ui*的极性恰好反映了电机电磁转矩（电枢电流）的方向的变化。Ui*称作“转矩极性鉴别信号”。DLC 应该先鉴别电流给定信号的

29、极性，将其作为逻辑控制环节的一个给定信号。仅用电流给定信号去控制DLC还是不够，因为其极性的变化只是逻辑切换的必要条件。只有在实际电流降到零时，才能发出正反组切换的指令。因此，只有在电流转矩极性和零电流检测信号这两个前提同时具备时，并经过必要的逻辑判断，才可以让DLC 发出切换指令。逻辑切换指令发出后还不能马上执行，需经过封锁时时间Tdb1才能封锁原导通组脉冲；再经过开放延时时间Tdt后才能开放另一组脉冲，以确保系统的可靠工作。通常Tdb1=3ms，Tdt=7ms。在逻辑控制环节的两个输出信号之间必须有互相连锁的保护，决不允许出现两组脉冲同时开放的状态。逻辑控制器装置采用PLC来实现，转矩极性

30、鉴别信号Ui*和零电流检测信号Ui0作为PLC的输入信号X0和X1，再由PLC的软件来实现逻辑运算和控制。在逻辑运算判断发出切换指令Ublf、Ublr后，必须经过封锁延时Udb1和开放延时Udt才能执行切换命令。一般封锁延时取Udb1=3ms，此时封锁原导通组脉冲；再经过开放延时Udt=7ms开放另一组。若封锁延时与开放延时同时开始计时，则开放延时时间为3+7=10ms，设延时后的Ublf、Ublr状态分别用辅助继电器M4、M5表示。 DLC装置的最后部分为逻辑保护环节。正常时，Ublf与Ublr状态总是相反的；一旦DLC发生故障，使Ublf和Ublr同时为“1”，将造成两组晶闸管同时开放，必

31、须避免此情况。满足保护要求的逻辑真值表如下表5-1。设DLC的输出信号由PLC输出端子Y0、Y1输出。表5-1 逻辑真值表M4M5Y0Y100000101101011禁止其中Y0控制GTF，Y1控制GTR。为了实现逻辑保护，一方面可以用Y0、Y1实现互相联锁，另一方面还可以用M4、M5接通特殊辅助继电器M8034禁止全部输出，进行双重保护；X2和X3是过压和过流检测信号。逻辑控制器的梯形图如图5-2所示。 图5-2 逻辑控制器梯形图5.3 触发电路的设计触发电路采用集成移相触发芯片TC787，与TCA785及KJ（或KC）系列移相触发集成电路相比，具有功耗小、功能强、输入阻抗高、抗干扰性能好、

32、移相范围宽、外接元件少等优点。只需要一块这样的集成电路，就可以完成三块TCA785与一块KJ041、一块KJ042器件组合才能具有的三相移相功能。TC787的原理框图如图5-3所示。图5-3 TC787原理框图由上图可见：在它的内部集成了三个过零和极性检测单元、三个锯齿波形成单元、三个比较器、一个脉冲发生器、一个抗干扰锁定电路、一个脉冲形成电路、一个脉冲分配及驱动电路，从而利用TC787来完成脉冲的分配与触发。6无环流控制系统运行状态及仿真6.1 无环流控制系统各种运行状态6.1.1 正向起动到稳定运转当给出正向起动讯号，为正，转速调节器ASR的输出为负，转矩极性鉴别器DPT输出的状态仍为“0

33、”。在起动电流未建立以前，零电流检测器DPZ输出的状态也不变，仍为“0”，所以逻辑装置输出仍封锁反向组脉冲，正向组开放。在给定电压的作用下，正向组触发器的脉冲控制角由往前移动，正组整流装置VF的平均整流电压逐渐增加，电机开始正向起动，在起动过程中由正组电流调节器ACR1的调节作用使起动电流维持最大允许值，得到恒加速起动。在起动电流作用下，电动机一直加速到给定转速，进入稳定运行。当主回路电流建立后，通过电流检测装置送给零电流检测器DPZ一个信号为正，这时DPZ的输出为“1”，但由于逻辑电路的记忆作用，其输出状态不变，正向组开放，反向组封锁。电动机稳定运行，转速的高低取决于给定电压的大小，改变的大

34、小，可以在一定范围内任意调速。6.1.2 正向减速过程正向减速时，则要突减给定电压（其极性不变），系统便进入降速过程。本系统降速过程可分为以下四个阶段：1）本桥逆变阶段由于极性不变，仅数值突然减小，而转速来不及改变，所以使得转速调节器ASR的输入偏差为负，其输出立即变正，但电枢电流不为零，逻辑装置的输出不发生翻转。此时电流调节器为负的最大值，使正向整流装置进入逆变状态。电枢电流减小，主回路电感通过处于逆变状态的正组整流装置将能量回送电网。此过程一直进行到衰减到零，本桥逆变结束。2）第一次切换当衰减到零，本桥逆变结束，零电流检测器输出从1态变为0 态，经封锁延时，逻辑装置的输出从0态变为1态，封

35、锁正组整流装置触发脉冲，再经开放延时，由1态变为0态，开放反组晶闸管整流装置脉冲。但是，在延时过程中，逻辑装置输出已经变为1态，而还没有变为0态仍是1态，但由于推环节的T型滤波网络的惯性，可以将逆变状态保持一小段时间，避免了换向时电流的冲击。3）他桥逆变阶段经过延时后，逻辑装置的输出变为0态。此阶段电流调节器输出退出负限幅值，向正的变化，前移（向增大方向移），当反组的逆变电压小于电动机反电势后，建立反向组的逆变电流。在反电势作用下，这个逆变电流上升到（）后，电动机的转速直线下降，反组整流装置处于有效逆变状态，电动机处于发电制动状态，通过反组整流装置逆变将电机的机械能回馈到电网，称此过程为它桥回

36、馈制动。待电动机转速下降到新的转速给定电压后，转速调节器的输入偏差为正，转速调节器的输出退出限幅成为负值。由于此时电枢电流不为零，逻辑装置输出不翻转。这时电流调节器输出为负的限幅值，则，反组整流装置输出逆变电压又变为最大值，使反组逆变电流减小，在主回路电感两端产生感应电势，阻碍逆变电流减小。电感释放能量，维持反组继续逆变工作。此过程仍为它桥逆变，其作用迫使逆变电流衰减到零。4）第二次切换当反组逆变电流衰减到零后，逻辑装置经延时，变为1态，封锁反组脉冲，再经延时，变为0态，开放正组脉冲。待电流调节器输出变为正值并且正组整流电压后，建立整流电流，使正组整流装置又重新进入整流状态工作。电枢电流开始上

37、升，待电流上升到负载电流值并略有超调后，经系统调节作用，使系统重新稳定于正向低速度运行状态。6.1.3 正向制动当给定停车命令后，由于机械惯性，转速负反馈仍存在，在它的作用下，转速调节器的输出由负变正。从制动过程来看大体可以分为两个阶段。制动的第一阶段是主回路电流过零以前，这是由于转速调节器输出改变了极性，正组触发装置GTF的输入移相控制信号变负，而正组整流装置仍然是导通的，故处于逆变状态。主回路电感很快衰减，释放能量，通过处于逆变状态的正组整流装置将能量送回电网，这个过程称为“本桥逆变”过程,并且这个过程是很短暂的。制动的第二阶段，也就是制动的主要阶段，是在切换到反组整流装置以后。当切换开始

38、，由于转速调节器的输出由负变正。这个极性使为正，对正组整流装置是逆变状态（）。而使为负，对反组整流装置则是整流状态（）。因此，刚切换过来反组整流装置开放时是处在整流状态，其整流电压与电动机反电势同极性相串联，形成很大的制动电流，这电流通过电流调节器的作用才把反组的触发脉冲推向的逆变状态，而且维持电流为恒值，直到最后电机转速制动到零为止。同理，可分析反向时的各种运行状态。当反向起动的主令信号给出后，由于首先要完成逻辑切换，解除反向组触发脉冲的封锁，因此反向起动要滞后一个延时时间。6.1.4 停车状态停车时，转速给定信号，转速调节器和电流调节器的输出和均为零，触发器输出的触发脉冲在位置，变流装置输

39、出整流电压为零，电动机处于停止状态。此时，零电流检测器的输出为0态，但转矩极性鉴别器输出的状态却有两种可能：一种是由负变为零，则为0态；另一种是由正变为零，则为1态。所以停车状态是正组晶闸管有脉冲，还是反组晶闸管有脉冲，则视接通电源时，的状态而定，或者是系统已经工作了一段时间之后，则由停车前一时刻的状态而定。6.2 无环流直流可逆系统仿真 下图是逻辑无环流直流可逆控制系统的仿真模型，得到调速系统在幅值为8时的正、负阶跃给定信号下，得到系统正反转时转速与电流的仿真波形。图6-1 逻辑无环流直流可逆调速系统仿真模型 当给定为正时，即Unm*=8V时，电动机空载与满载时的转速与电流波形下图所示。图6

40、-2 正转空载时转速与电流波形图6-3 正转满载时转速与电流波形当给定为负时，即Unm*=-8V时，电动机空载与满载时的转速与电流波形下面图形所示。图6-4反转空载时转速与电流波形图6-5反转满载时转速与电流波形同时，还对电动机由正转过程过渡到反转过程时的动态仿真，分别得到在空载和满载情况下的转速与电流波形。图6-6 空载正转过程变换到反转过程转速与电流波形图6-7 满载正转过程变换到反转过程转速与电流波形通过上图分析观察可得，系统从正转到反转时，经历了正向启动过程，从而达到正向稳定运行；当需要反转时，经过正向制动过程后，正向转速将为零，再经历反向启动过程，从而达到反向稳定运行状态。7 总结与

41、体会通过这次电力拖动与控制系统的课程设计，首先，我对课本有了一个比较系统的总结，将这个学期老师在课堂上所讲的知识点进行归纳串联起来，对这门学科形成一个全面的认识，从而加深了我对理论知识的理解与记忆；其次，在完成课程设计的过程中，给我印象最深的是运动控制系统涉及到多门学科知识，例如电力电子技术、控制理论等等，而这次课程设计刚好给我们一个对这些学科知识温故而知新的机会；另外，这次课程设计最大的收获就是我查阅资料的能力得到大大提升，虽然这次课程设计的题目网上漫天飞,但我还是通过实际所学的知识亲自做出来的.在自己做的过程中,难免会需要大量资料,而这就考察了我的查阅资料与筛选资料的能力.以前,学校的数据

42、库很少被我利用,而且操作也不是很熟悉,但这次我为了写出比较好的课程设计报告，查阅了大量的资料。而同时,在设计过程中,阅读资料也大大增加了我的知识面和阅读论文的能力,可谓是一举多得。我这次的课程设计题目是：逻辑无环流直流可逆调速系统建模与仿真。我查阅了大量资料，对逻辑无环流直流可逆调速系统有了更深入的理解。在逻辑无环流直流可逆调速系统设计中，主要包括转速-电流双闭环的设计、逻辑控制器的设计及晶闸管触发电路的设计，而其中涉及到了电力电子，电力拖动和PLC等多学科的知识。双闭环系统的核心是电流调节器和速度调节器，在确定两个调节器的类型和结构时采用常用的工程设计方法，电流调节器采用典型型系统，计算其基

43、本参数后，校验近似条件，能够满足系统的要求，若不能满足则要从新设计调节器的类型和结构。转速调节器采用典型型系统，和电流调节器一样，计算其基本参数，校验近似条件，能满足系统的要求。通过对调节器的设计，我对调节器的参数计算掌握的更牢固，并且参数变化对系统所产生的影响也有很明确的认识。最后,在课程设计中提高了我的动手能力。以前,我一直注重理论知识的学习,而忽视自己的动手实践能力,以致于虽然我在理论课上的考试成绩很高,但每次到实际问题时都是难以运用理论知识来解决所遇到的问题。然而,这次课程设计,遇到许多实际问题，都需要一一去解决，这样我的解决实际问题能力得到了加强，而这方面的能力也是我们在将来必备的。

44、虽然这次课程设计完成得还算顺利,但在课程设计的过程当中,也暴露出了我自身的许多问题.首先是以前所学的知识忘记得很快,由于没有及时的巩固以前的知识所造成的后果。这就给我敲响了警钟,及时复习所学的知识才能够运用得游刃有余,而且有人曾对我说过“对一件事情感兴趣是即使在没有任何外界压力下也依然孜孜不倦的去学习它,运用它”,这句话给了我很大的启发,我想我会在今后的学习中还会继续和运动控制系统打交道的。 总而言之，在这次设计中让我对运动控制系统这门课程有了更深入的了解，也使我认识到自己的不足之处。在此，感谢饶老师指导和帮助，通过您的耐心的答疑，让我很好地完成了任务！参考文献1. 陈伯时主编.电力拖动自动控制系统(第四版).北京：机械工业出版社,20032. 杨荫福.电力电子装置及系统.北京：清华大学出版社,20063. 王兆安.电力电子技术（第三版）.北京：机械工业出版社,20074. 潘晓晟.MATLAB电机仿真精华50例.北京：电子工业出版社，20075. 康华光.电子技术基础.北京：高等教育出版社,20066. 周渊深. 电力电子技术与MATLAB仿真.北京：中国电力出版社,2005附录：逻辑无环流可逆直流调速系统电气总图34