转速、电流双闭环直流调速系统设计

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1、运动控制课程设计评语：考勤(10)守纪(10)过程(40)设计报告(30)答辩(10)总成绩(100)专业：自动化班级：姓名：学号：指导教师：2015年07月16H转速、电流双闭环直流调速系统设计1•设计目的一般来说，我们总希望在最人电流受限制的情况下，尽量发挥直流电动机的过载能力，使电力拖动控制系统以尽可能大的加速度起动，达到稳态转速后，电流应快速下降，保证输出转矩与负载转矩平衡，进入稳定运行状态。为实现在约束条件快速起动，关键是要有一个使电流保持在最大值的恒流过程。根据反馈控制规律，要控制某个量，只要引入这个量的负反馈。因此采用电流负反馈控制过程，起动过程中，电动机

2、转速快速上升，而要保持电流恒定，只需电流负反馈;稳定运行过程中，要求转矩保持平衡，需使转速保持恒定，应以转速负反馈为主。故采用转速、电流双闭环控制系统。2.设计任务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：(1)直流电动机：220V、160A、1460r/min>Ce=0.129Vmin/r,允许过载倍数入=1.5；(2)晶闸管装置放大系数：Ks=40；(3)电枢回路总电阻：R=0.5Q；⑷时间常数：Ti二0.03s,T沪0.19s；(5)电流反馈系数：3=0.042V/A；(6)转速反馈系数：a=0.0068Vmin/r；试按工程设计方

3、法设计双闭环系统的电流调节器和转速调节器，并用Simulink建立系统模型，给出仿真结果。3•设计要求根据电力拖动自动控制理论，按工程设计方法设计双闭环调速系统：(1)设计电流调节器的结构和参数，将电流环校正成典型I型系统；(2)分析电流环不同参数下的仿真曲线；(3)在简化电流环的条件下，设计速度调节器的结构和参数，将速度环校正成典型II型系统；(4)分析转速环空载起动、满载起动、抗扰波形图仿真曲线(5)进行Simulink仿真，验证设计的有效性。4•设计内容4.1双闭环直流调速系统的组成为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调节器,分别调节转速和电

4、流，二者之间实行串级连接，如图1所示，即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晶闸管整流器的触发装置。从闭环结构上看，电流调节环在里面，叫做内环；转速环在外面，叫做外环。这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。该双闭环调速系统的两个调节器ASR和ACR一般都采用PI调节器。因为PI调节器作为校正装置既可以保证系统的稳态精度，使系统在稳态运行时得到无静差调速，乂能提高系统的稳定性；作为控制器时乂能兼顾快速响应和消除静差两方面的要求。一般的调速系统要求以稳和准为主，采用PI调节器便能保证系统获得良好的静态和动态性能。按照电机理想运行特性，应该在启动

5、过程中只有电流负反馈，达到稳态转速后，乂希望只有转速反馈，双闭环调速系统的静特性就在于当负载电流小于最大电流时，转速负反馈起主要作用，当电流达到最大值时，电流负反馈起主要作用，得到电流的自动保护。图1为双闭环调速系统的动态结构框图。图1双闭环调速系统的动态结构框图4.2设计思路设计转速、电流反馈控制直流调速系统的原则是先内环后外环，从电流环（内环）开始，对其进行必要的变换和近似处理，然后根据电流环的控制要求确定把它校正成哪一类典型系统，再按照控制对象确定电流调节器的类型，按动态性能指标要求确定电流调节器的参数。电流环设计完成后，把电流环等效成转速环（外环）中的一个环节，

6、再用同样的方法设计转速环。4.3电流环的设计4.3.1时间参数的确定⑴屯枢回路屯磁时间常数：T,=-=0.03s；R(2)电力拖动系统机电时间常数：加=晟“18$(3)整流滤波吋间常数：三相桥式电路的平均失控时间：Ts=0.00167s(4)电流滤波吋间常数：三相桥式电路每个波头的时间是0.0033s,为了基本滤平波头，应有(1〜2)T&二0.0033s,因此取Toi=2ms=0.002s(5)电流环小吋间常数之和：按小吋间常数近似处理，取Tzi=Ts+Toi=0.00367s4.3.2典型系统的选择从稳态要求上看，希望电流无静差，以得到理想的堵转特性，采用I型系统就够

7、了。从动态要求上看，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的因素，为此，电流环应以跟随性能为主，应选用典型I型系统。电流环的控制对象是双惯性型的，要校正成典型I型系统，显然应采用PI型的电流调节器，其传递函数可以写成(沪K"$+l)T{S4・3・3计算电流调节器的参数(l)ACR超前时间常数：=7；=0.035(2)电流环开环增益：在木设计中，要求^<5%时=0.5,因此,0.5135」昇于是，ACR的比例系数为:4.3.4校验近似条件电流环截止频率：