电力拖动与控制系统课程设计-双闭环直流调速系统设计

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1、摘要双闭环（转速环、电流环）直流调速系统是一种当前应用广泛，经济，适用的电力传动系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强的优点。我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。本文就此问题研究分析调节器的设计，包括结构设计，参数设计，电路设计等几个方面。关键词：双闭环直流调速负反馈电机拖动目录1双闭环直流调速系统11.1简介11.2组成原理图11.3稳态分析21.3.1稳态模型21.3.2静特性31.4

2、动态分析51.4.1稳态数学模型51.4.2动态性能分析52调节器设计72.1电流调节器设计72.2转速调节器设计92.3系统电路图124总结145参考文献15武汉理工大学《电力拖动与控制系统》课程设计说明书直流调速系统调节器设计1双闭环直流调速系统1.1简介转速单闭环直流调速系统在开环直流调速系统上引入了转速负反馈，根据自动控制原理的知识可以知道，引入一个量的负反馈，能够保持该量恒定。因此转速单闭环直流调速系统能够维持恒定的转速，如果采用PI调节器还能实现转速无静差。同时，由于反馈控制的特点：抵抗扰动，能够对负反馈包围的前向通道的扰动

3、产生抑制作用，所以转速单闭环直流调速系统有较好的抗负载扰动的能力。电流单闭环直流调速系统与转速单闭环直流调速系统类似，引入了电流反馈，具有良好的抵抗电网扰动的能力。转速、电流反馈控制的直流调速系统是静、动态性能优良、应用最广的直流调速系统。对于经常正、反转运行的调速系统，在起动（或制动）过程中，希望始终保持电流为允许的最大值，使调速系统以最大的加（减）速运行。当达到稳态转速时，最好使电流立即降下来，使电磁转矩与负载转矩相平衡，从而迅速转入稳态运行。采用单闭环调速系统是无法实现的，因而只能采用转速和电流两个调节器。1.2组成原理图为了使转

4、速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别引入转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流负反馈以调节转速和电流，二者之间实行嵌套连接。如下图所示。把转速调节器的输出当做电流调节器的输入，再用用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。15武汉理工大学《电力拖动与控制系统》课程设计说明书图1-1系统原理图由于题目要求稳态无静差，因而调节器必须采用相应的积分调节器，故相应转速环采用PI调节器进行调节。同时电流内环也采用相应的PI调节器也能实现很好的动、静态特性。1.3稳态分析1.3.1稳态模型首先要画出双闭环直流系统的稳态结

5、构图如图1-2所示，分析双闭环调速系统静特性的关键是掌握PI调节器的稳态特征。一般存在两种状况：饱和——输出达到限幅值；不饱和——输出未达到限幅值。当调节器饱和时，输出为恒值，输入量的变化不再影响输出，相当与使该调节环开环。当调节器不饱和时，PI作用使输入偏差电压在稳态时总是为零。15武汉理工大学《电力拖动与控制系统》课程设计说明书图1-2双闭环直流调速系统的稳态结构框图实际上，在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的。因此，对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况。1.3.2静特性分析静特性的关键是掌握PI调节器的稳态特

6、征，一般使存在两种状况：饱和—输出达到限幅值，不饱和—输出未达到限幅值。当调节器饱和时，输出为恒值，输入量的变化不再影响输出，除非有反向的输入信号使调节器退出饱和，换句话说，饱和的调节器暂时隔断了输入和输出的联系，相当于使该调节环开环。当调节器不饱和时，PI的作用使输入偏差电压ΔU在稳态时总为零。实际上，在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的。因此，对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况。（1）转速调节器不饱和这时，两个调节器都不饱和，稳态时，它们的输入偏差电压都是零，因此，由第一个关系式可得：从而得到1-3所示静特性

7、曲线的CA段。与此同时，由于ASR不饱和，可知，这就是说，CA段特性从理想空载状态的=0一直延15武汉理工大学《电力拖动与控制系统》课程设计说明书续到。一般都是大于额定电流Idn的。这就是静特性的运行段，它是一条水平的特性。（2）转速调节器饱和这时，ASR输出达到限幅值Uim*，转速外环呈开环状态，转速的变化对系统不再产生影响。双闭环系统变成了一个电流无静差的单电流闭环调节系统。稳态时：其中，最大电流Idm取决于电动机的容许过载能力和拖动系统允许的最大加速度，由上式可得静特性的AB段，它是一条垂直的特性。这样是下垂特性只适合于的情况，因

8、为如果,则,ASR将退出饱和状态。双闭环调速系统的静特性在负载电流小于Idm*时表现为转速无静差,这时,转速负反馈起主要的调节作用,但负载电流达到Idm时,对应于转速调节器的饱和输出Uim*,这时,电流调节