双闭环直流调速系统设计及仿真验证设计

《双闭环直流调速系统设计及仿真验证设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、双闭环直流调速系统设计及仿真验证设计2012年3月6日目录1.背景前言-3-2.技术要求-4-3.设计步骤-4-3.1静态计算：-4-3.2动态计算：-5-3.2.1电流调节器（内环）-5-3.2.2转速调节器（外环）-5-3.3选择ASR-5-3.4确定时间常数-5-3.5选择调节器参数-5-3.6计算调节器电阻和电路-5--11-4.仿真验证-5-5.问题说明-5-5.1要求说明为什么设计为双闭环，双闭环有什么好处。-5-5.2图2中各框分别表示什么环节。-5-5.3为什么两个环分别为典Ⅰ和典Ⅱ型系统。-5-1.背景前言直流调速系统是传统的调速系

2、统，自１９世纪８０年代起至１９世纪末以前，工业上传动所用电动机一直以直流电动机为唯一方式。它具有稳速精度高、调速比大、响应时间短等特点，宜于在广泛范围内平滑调速，故广泛应用于轧钢、机床、轻工、计算机、飞机传动机构等领域。-11-近年来，交流调速系统发展很快，被科学技术水平较高的西方国家所广泛采用，与直流调速相比，交流调速有本身固有的优点：结构简单、坚固耐用、经济可靠及小动态相应性能好等，还能实现高速拖动，而且电源广泛。但由于直流拖动系统在理论上和时间上都比较成熟，具有良好的起、制动性能，从反馈闭环控制的角度来看，直流拖动控制系统又是交流拖动控制系统的

3、基础，所以我们应该很好的掌握直流拖动控制系统。但是直流调速系统的设计是一个庞大的系统工程，。对于一个经过大量分析、计算、设计、安装等一系列工作的系统究竟能否一次性调试成功，这关系到已经投入的大量人力、财力、物力是否会浪费的问题。因此，一个直流调速系统在正式投入运行前，往往要进行仿真调试。2.技术要求本设计给出一个小型直流调速系统，其指标及参数为∶2.1静态精度(转差率Ｓ),在电网电压波动±10%，负载变化±20%，静态精度S〈5%，电流和转速超调量,振荡次数N<(2~3)，调速范围D〉10~15；2.2电动机数据∶额定电流136A，额定电压230V，

4、功率30KW，额定转速1460转/分，电势转速比电枢电阻RΩ=0.5Ω,过载系数λ=1.5,可控硅整流装置KS=40.，。-11-2.3测速发电机，永磁式，额定数据为∶电压110V，电流0.045A，转速1900r/min，3.设计步骤转速调节器和电流调节器的参数设计，因为要求静态精度很小，故两个调节器均选为PI调节器，按照参数设计如下：3.1静态计算：根据调速范围和静差率的要求得到;取测速反馈输出电压为10V,则转速反馈系数：ASR饱和输出取12V，系统输出最大电流为，则电流反馈系数：，取0.053.2动态计算：3.2.1电流调节器（内环）三相桥式

5、整流电路平均失控时间：，电流滤波时间常数：。此环设计为典Ⅰ-11-系统，因此系统满足电流环要求超调量小的要求，其动态结构如下：+-ACR图3电流环动态结构图其中电流环小时间常数：由其动态结构图知，电流环控制对象是双惯性的，要求校正成典Ⅰ型系统，采用PI调节器。PI调节器传函：，则电流环校正成图4+-图4校正后的电流环ACR时间常数：又因，取ACR的比例系数为：因此根据以上数据选取参数，取：R0=40K,取40K-11-取取则实际电路图如图4-8所示。其中：D1,D2,W1,W2构成限幅电路。图5电路环原理图3.2.2转速调节器（外环）在设计转速调节器

6、时，可以把已设计好的电流环当作是转速调节系统中的一个环节，求出其等效传递函数，再用设计电流环相同的方法进行设计。简化后的转速环动态结构图如下图6转速环的动态结构图-11-3.3选择ASR由于要求抗干扰能力强，应按照典Ⅱ型系统设计，又由于设计要求无静差，ASR需含积分环节。ASR也采用PI调节器，转速校正成典Ⅱ系统后动态结构图如图7：+-图7校正后的转速环3.4确定时间常数（1）电流环等效时间常数为0.0074s（2）转速滤波时间常数为取为0.01s（3）转速环小时间常数s3.5选择调节器参数根据性能指标选取h=5ASR的超前时间常数转速环开环增益-1

7、1-ASR的比例系数为：转速截止频率3.6计算调节器电阻和电路取R0=20KΩ=KnR0=11.7×40=468,取70KΩ,=τn/=0.087/470=0.185μF,取0.2μF,Con=4Ton/R0=4×0.01/40=1μF.取1μF实际原理图如图8所示：图8转速调节器原理图通过计算，最后得出图9所示动态框图。-11-图9直流电动机双闭环调速系统的动态结构图以上要求说明：为什么两个环分别为典Ⅰ和典Ⅱ型系统。4.仿真验证打开matlab软件，在软件中构建仿真框图，如下图所示：图10仿真框图调试完成后，打开SCOPE,可以输出转速曲线图，如下

8、图所示：图11转速曲线图-11-分析上图可以知道：转速稳定值在1470R/MIN附近区域。当电压波动在±10