双闭环直流调速系统的

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1、运动控制期中作业---转速双闭环直流调速系统的设计电气与控制工程学院自动化1003班王义100605032316转速电流双闭环直流调速系统设计1.已知参数有一专转速电流双闭环直流调速系统，主电路采用三相桥式整流。已知电动机参数为：PN=500KW，UN=750V，IN=760A，nN=375r/min电动势系数Ce=1.82V·min/r，电枢回路总电阻R=0.14Ω,允许电流过载倍数λ=1.5，触发整流环节的放大倍数Ks=75,电磁时间常数Tl=0.031,机电时间常数Tm=0.012S,电流反馈滤波时间常数Toi

2、=0.002S，转速反馈滤波时间常数Ton=0.02S。设调节器输入输出电压U*nm=Uim=Uom=10V,调节器输入电阻Ro=40KΩ。2.设计指标稳态无静差，电流超调量σi≤5%；空载起动到额定转速时的转速超调量σn≤10%。3.设计要求1）运用调节器工程设计法设计ASR和ACR,达到系统的设计指标，得到ASR和ACR的机构与参数。电流环设计为典1系统，并取参数KT=0.5，转速换设计为典2系统；2）用MATLAB对上述设计的直流双闭环调速系统进行仿真，给出仿真结果；3）设计出上述设计的直流双闭环调速系统的完整

3、硬件实现原理图，原理图采用Protel软件画图；4）说明原理图实现上诉直流调速系统的原理；5）给出原理图每个元件的型号和值，并说明选择依据；6）系统控制部分可以采用模拟电路或者微处理器实现。若采用微处理器实现，要说明软件实现流程以及核心软件的算法；7）整个设计报告采用A4纸打印，标题采用宋体四号，正文采用宋体小四。设计内容一.双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析1.双闭环直流调速系统的动态数学模型双闭环直流调速系统的动态结构图，如图1所示。图中和16分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数。图2双闭环直流调速系

4、统的动态结构图2.起动过程分析双闭环直流调速系统突加给定电压由静止状态起动时，转速和电流的动态过程示于图2。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2双闭环直流调速系统起动时的转速和电流波形nOOttIdmIdLIdn*IIIIIIt4t3t2t1第I阶段（）是电流上升阶段。突加给定电压后，、、16都上升，在没有达到负载电流以前，电机还不能转动。当后，电机开始起动，由于机电惯性的作用，转速不会很快增长，因而转速调节器ASR的输入偏差电

5、压的数值仍较大，其输出电压保持限幅值，强迫电流迅速上升。直到，，电流调节器很快就压制了的增长，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不饱和。第II阶段（）是恒流升速阶段，ASR饱和，转速环相当于开环，在恒值电流给定下的电流调节系统，基本上保持电流恒定，因而系统的加速度恒定，转速呈线性增长。与此同时，电机的反电动势E也按线性增长，对电流调节系统来说，E是一个线性渐增的扰动量，为了克服它的扰动，和也必须基本上按线性增长，才能保持恒定。当ACR采用PI调节器时，要使其输出量按线性增长，其

6、输入偏差电压必须维持一定的恒值，也就是说，应略低于。第Ⅲ阶段（以后）是转速调节阶段。当转速上升到给定值时，转速调节器ASR的输入偏差减小到零，输出维持在限幅值，电机仍在加速，使转速超调。转速超调后，ASR输入偏差电压变负，开始退出饱和状态，和很快下降。但是，只要仍大于负载电流，转速就继续上升。直到=时，转矩，则dn/dt=0，转速n才到达峰值（时）。此后，电动机开始在负载的阻力下减速，与此相应，在时间内，，直到稳定。如果调节器参数整定得不够好，也会有一段振荡过程。在这最后的转速调节阶段内，ASR和ACR都不饱和，AS

7、R起主导的转速调节作用，而ACR则力图使尽快地跟随其给定值。双闭环直流调速系统的起动过程有以下三个特点：饱和非线性控制；转速超调；准时间最优控制。163.动态抗扰性能分析一般来说，双闭环调速系统具有比较满意的动态性能。对于调速系统，最重要的动态性能是抗扰性能。主要是抗负载扰动和抗电网电压扰动的性能。1、抗负载扰动负载扰动作用在电流环之后，因此只能靠转速调节器ASR来产生抗负载扰动的作用。图3抗负载扰动2、抗电网电压扰动电网电压变化对调速系统也产生扰动作用。双闭环系统中，由于增设了电流内环，电压波动可以通过电流反馈得到

8、比较及时的调节。图4抗电网电压波动4.转速和电流两个调节器的作用161.转速调节器的作用(1)转速调节器是调速系统的主导调节器，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机允许的最大电流。2.电流调节器的作用(1)作为内环的调节器，在转速外环的