双闭环直流调速系统课程设计

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1、设计任务书某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据如下：直流电动机：，，，，电枢电阻总电阻R=0.1，电枢电路总电感L=3.0mH，电流允许过载倍数，折算到电动机轴的飞轮惯量。晶闸管整流装置放大倍数，滞后时间常数电流反馈系数电压反馈系数滤波时间常数取；调节器输入电阻。设计要求：稳态指标：无静差动态指标：电流超调量σi≤5%；采用转速微分负反馈使转速超调量等于0。目录第一章双闭环调速系统的组成…………………1第一节系统电路原理图…………………………1第二节系统的稳态结构图……

2、………………1第三节系统的动态结构图………………………4第二章闭环系统调节器的设计……………………7第一节电流调节器的设计……………………7第二节转速调节器的设计……………………12第三章系统的仿真………………………………17参考文献………………………………………………21第一章双闭环调速系统的组成第一节系统电路原理图转速、电流双闭环调速系统的原理图如图1-1所示，图中两个调节器ASR和ACR分别为转速调节器和电流调节器，二者串级连接，即把转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控

3、制晶闸管整流器的触发装置。电流环在内，称之为内环；转速环在外，称之为外环。两个调节器输出都带有限幅，ASR的输出限幅什决定了电流调节器ACR的给定电压最大值，对就电机的最大电流；电流调节器ACR输出限幅电压限制了整流器输出最大电压值，限最小触发角α。图1-1双闭环直流调速系统电路原理第二节系统的稳态结构图转速电流双闭环调速系统的稳态结构图如图1-2所示，PI调节器的稳态特性一般存在两种状况：饱和—输出达到限幅值，不饱和—输出未达到限幅值，在实际运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的，因此对于静特性来说

4、，只有转速调节器饱和与不饱和两种状况。1、转速调节器不饱和稳态时，两个调节器的输入偏差电压都是零，因此式中a，b——转速和电流反馈系数由第一个关系式可得从而得到图1-3静特性的CA段。与此同时，由于ASR不饱和，从上述第二个关系式可知:。这就是说，CA段静特性从理想空载状态的Id=0一直延续到Id=Idm，而Idm一般都是大于额定电流Idm的。这就是静特性的运行段，图1-3双闭环直流调速系统的静特性它是水平的特性。2、转速调节器饱和这时，ASR输出达到限幅值，转速外环呈开环状态，转速的变化对系统不再产

5、生影响。双闭环系统变成一个电流无静差的单电流闭环调节系统。稳态时式中，最大电流Idm是由设计者选定的，取决于电机的容许过载能力和拖动系统允许的最大加速度。所描述的静特性是上图中的AB段，它是垂直的特性。这样的下垂特性只适合于的情况，因为如果，则，ASR将退出饱和状态。双闭环调速系统在稳态工作中，当两个调节器都不饱和时，各变量之间有下列关系上述关系表明，在稳态工作点上，转速n是由给定电压U*n决定的；ASR的输出量U*i是由负载电流IdL决定的；控制电压Uc的大小则同时取决于n和Id，或者说，同时取决于

6、U*n和IdL。这些关系反映了PI调节器不同于P调节器的特点。比例环节的输出量总是正比于其输入量，而PI调节器则不然，其输出量的稳态值与输入无关，而是由它后面环节的需要决定的。后面需要PI调节器提供多么大的输出值，它就能提供多少，直到饱和为止。鉴于这一特点，双闭环调速系统的稳态参数计算与单闭环有静差系统完全不同，而是和无静差系统的稳态计算相似，即根据各调节器的给定与反馈值计算有关的反馈系数：转速反馈系数电流反馈系数两个给定电压的最大值和由设计者选定，设计原则如下：受运算放大器允许输入电压和稳压电源的限

7、制为ASR的输出限幅值第三节系统的动态结构图在单闭环直流调速系统动态数学模型的基础上，考虑双闭环控制的结构，即可绘出双闭环直流调速系统的动态结构图，如图1-4所示：图1-4双闭环直流调速系统的动态结构图双闭环直流调速系统突加给定电压由静止状态启动时，转速和电流的动态过程如图1-5所示。由于在起动过程中转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三种情况，整个动态过程就分成图中标明的I、II、Ⅲ三个阶段。图1-5双闭环直流调速系统启动时转速和电流的波形第I阶段电流上升的阶段（0～t1）：突加给定电压后，I

8、d上升，当Id小于负载电流IdL时，电机还不能转动。当Id≥IdL后，电机开始起动，由于机电惯性作用，转速不会很快增长，因而转速调节器ASR的输入偏差电压的数值仍较大，其输出电压保持限幅值，强迫电流Id迅速上升。直到，Id=Idm，=电流调节器很快就压制Id了的增长，标志着这一阶段的结束。在这一阶段中，ASR很快进入并保持饱和状态，而ACR一般不饱和。第II阶段恒流升速阶段（t1～t2）：在这个阶段中，ASR始终是饱和的，转速环相当于开环，系统成为在恒值