直流双环系统的设计及仿真分析

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1、武汉理工大学《运动控制系统》课程设计说明书课程设计任务书学生姓名：张弛专业班级：电气1002班指导教师：刘芙蓉工作单位：自动化学院题目:直流双环系统（三）的设计及仿真分析（四）初始条件：双闭环调速系统，其整流装置采用三相桥式全控整流电路。系统基本数据如下：直流电动机：Unom=220V，Inom=136A，nnom=1460r/min，，允许过载倍数，额定转速时的给定电压调节器ＡＳＲ，ＡＣＲ饱和输出电压。时间常数：TL=0.03s，Tm=0.18s，晶闸管装置放大倍数：KS=40，电枢回路总电阻：R=0.5Ω。要求完成的主要

2、任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）试对该系统进行动态参数设计。设计指标：稳态无静差，电流超调量；空载起动到额定转速时的转速超调量，过渡过程时间。画出系统结构框图并计算：(1)电流反馈系数β和转速反馈系数α；(2)设计电流调节器，计算电阻和电容的数值（取）；(3)设计转速调节器，计算电阻和电容的数值（取）；(4)让电机带载（，风机泵类负载）启动到额定转速，观察并录下电机的转速、电流等的波形，并进行分析。17武汉理工大学《运动控制系统》课程设计说明书时间安排：2013.5.22布置课程设计题目20

3、13.5.23-5.28完成课程设计2013.5．29-5.30撰写课程设计报告2013.5.31答辩并上交报告指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日17武汉理工大学《运动控制系统》课程设计说明书摘要为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，我们设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。两者之间实行嵌套连接，把转速调节器的输出当成电流调节器的输入，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、电流双闭环系

4、统。在起动过程中只有电流负反馈没有转速负反馈。达到稳态后转速负反馈起主导作用电流负反馈仅为电流随动子系统在原（转速）单闭环直流调速系统中再添加“电流”负反馈，就构成了转速电流双闭环直流调速系统。关键词：空载启动PI调节器双闭环仿真17武汉理工大学《运动控制系统》课程设计说明书目录1.直流双环系统设计21.1转速、电流双闭环直流调速系统的组成21.2转速、电流双闭环直流调速系统的静态结构31.3转速、电流双闭环直流调速系统的动态结构32.电流环的设计42.1系统参数选取及设计42.2确定时间常数42.3计算电流调节器的参数42

5、.4检验近似条件53.速度环的设计63.1确定时间常数63.2转速调节器结构63.3计算转速调节器参数63.4检验近似条件63.5校核转速超调量74.MATLAB仿真84.1仿真结构图84.2仿真结果图104.3仿真结果分析134.3.1启动过程分析134.3.2负载变化扰动的调节过程145.心得体会156.参考文献1617武汉理工大学《运动控制系统》课程设计说明书直流双环系统的设计及仿真分析1.直流双环系统设计1.1转速、电流双闭环直流调速系统的组成采用转速负反馈和PI调节器的单闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实

6、现转速无静差。但是，如果对系统的动态性能要求较高，例如：要求快速起制动，突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足需要。主要原因是因为在单闭环系统中不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程。在单闭环直流调速系统中，电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只能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。为了实现在允许条件下的最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程。按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么，采用电流负反馈应该能够得到近似

7、的恒流过程。为了实现转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，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套（或称串级）联接如下图所示。图1-1转速、电流双闭环直流调速系统结构图1-1中，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。为了获得良好的静动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用PI调节器，这样构成的双闭环直流调速系统的电路原理图。17武

8、汉理工大学《运动控制系统》课程设计说明书1.2转速、电流双闭环直流调速系统的静态结构为了分析双闭环调速系统的静特性，必须先绘出它的稳态结构图，如下图。它可以很方便地根据上图的原理图画出来，只要注意用带限幅的输出特性表示PI调节器就可以了。分析静特性的关键是掌握这样的PI调节器的稳态特征。图