转速电流双闭环调试系统与改进.doc

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1、转速﹑电流双闭环控制直流调速系统的设计与仿真专业：电气工程及其自动化班级：电气1205成员：国志超、董凯、刘小飞日期：2015年5月10日一、预备知识1.转速﹑电流双闭环控制直流调速系统介绍直流调速系统，传统上采用速度和电流的双闭环调速。这是从单闭环自动调速系统发展起来的。采用PI控制器的单闭环系统，虽然实现了转速的无静差调速，但因其结构中含有电流截止负反馈环节，限制了起制动的最大电流。加上电机反电势随着转速的上升而增加，使电流达到最大值之后迅速降下来。这样，电动机的转速也减小下来，使起动过程变慢，起动时间增长。为了提高生产率和加工质量，要求尽量缩短过渡过程时间。我

2、们希望使电流在起动时始终保持在最大允许值上，电动机输出最大转矩，从而可使转速直线上升过渡过程时间大大缩短。另一方面，在一个调节器的情况下，输入端综合几个信号，各参数互相影响，调整也比较困难。为获得近似理想的起动过程，并克服几个信号在一处的综合的缺点，经研究与实践，出现了转速、电流双闭环调速系统。2.理想启动过程对于经常正﹑反转运行的调速系统，尽量缩短起、制动过程的时间是提高生产率的重要因素。为此，在电机最大允许电流和转矩受限制的条件下，应该充分利用电机的过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流为允许的最大值，使电力拖动系统以最大的加速度起动，到达稳态转速时，立即让电

3、流降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。这样的理想起动过程波形示于下图。这时，起动电流呈方形波，转速按线性增长。这是在最大电流（转矩）受限制时调速系统所能获得的最快的起动过程。0nnt理想起动过程波形3.转速﹑电流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，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

4、。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。转速﹑电流双闭环直流调速系统双闭环直流调速系统电路原理图一、设计参数直流电动机UN=220vnN=1500r/minIN=100ACe=0.133v*min/r允许过载倍数λ=1.5晶闸管装置放大系数KS=50电枢回路总电阻R=0.5Ω时间常数TL=0.02sTs=0.0017sTm=0.2s转速反馈系数α=0.01V*min/r电流反馈系数β=0.05V/A二、按工程设计方法设计双闭环系统的调节器双闭环调速系统的动态结构框图1.电流调节器的设计在电流环的设计中，从稳态要求上看，希望电流无静差，以得到理想的堵转特性，有右图可以看

5、出，采用I型系统就可。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是有太大的超调，以保证电流在动电流环简化图态过程中不超过允许值，而对电网电压波动的及时抗扰性知识次要的因素。为此，电流环以跟随性能为主，即应选用典型I型系统。上图表明，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型电流调节器。参数计算1．确定时间常数①整流装置滞后时间常数Ts，三相桥式电路的平均失控时间：Ts=0.00167s0.0017s②电流滤波时间常数：③电流环小时间常数之和,按小时间常数近似处理，取2．选择电流调节器结构根据设计要求电流超调量，并保证稳态电流无差，

6、可按典型I型系统设计电流调节器，电流环控制对象是双惯性型的，因此可用PI型电流调节器，其传递函数见式式中——电流调节器的比例系数；——电流调节器的超前时间常数。检查对电源电压的抗扰性能3．计算电流调节器参数①电流调节器超前时间常数:②电流环开环增益：要求si≤5%，按表2-2，应取=0.5，因此于是，ACR的比例系数为4．校验近似条件电流环截止频率：①晶闸管整流装置传递函数的近似条件满足近似条件。②忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件满足近似条件。③电流环小时间常数近似处理条件满足近似条件。5．计算调节器电阻和电容取，各电阻和电容值为，取，取，取按照上述参数，电流

7、环可以达到的动态跟随性能指标为，满足设计要求。1.转速调节器的设计用电流环的等效环节代替上图中的电流环后，把转速给定滤波和反馈滤波环节移到环内，同时将给定信号改成/，再把时间常数为/和的两个小惯性环节合并起来，近似成一个时间常数为的惯性环节，其中则转速环结构框图可简化成下图。为了实现转速无静差，在负载扰动作用点前面必须有一个积分环节，它应该包含在转速调节器ASR中（见上图）。现在扰动作用点后面已经有了一个积分环节，因此转速环开环传递函数应共有两个积分环节，所以应设计成典型Ⅱ型系统，这样的系统同时也能满足动态抗扰性能好的要求。由此可见，ASR也应该采用PI调节器。