控制系统课程设计

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1、控制系统（1）课程设计指导书12012-2013学年第一学期班级：电气定单2009级一班指导教师：张开如一、课程设计任务书1.课程设计题目：双闭环直流调速系统的设计2.课程设计主要参考资料（1）电力拖动自动控制系统-运动控制系统，陈伯时主编，第3、4版，机械工业出版社（2）电力电子技术（教材），王兆安，黄俊主编，机械工业出版社（3）电力电子技术，孙树朴等编著，2000.7，中国矿业大学出版社3.课程设计应解决主要问题（1）推导双闭环调速系统的静特性方程式：工作段和下垂段静特性方程式；（2）计算系统的稳态参数；（3）用工程设计方法进行动态设计，确定AS

2、R和ACR结构并选择参数（注：应考虑给定和反馈滤波）；（4）画出三相全控桥式晶闸管整流电路图，计算晶闸管定额参数（电压、电流等）。4.课程设计相关附件这一项不填（所有相关图纸画在设计过程中的相关位置）。5.时间安排共四周：2012.8.27～2012.9.21。第一、二周：2012.8.27～2012.9.7理论设计。要求：根据指导书进行设计。第三、四周：2012.9.10～2012.9.21实验室调试（根据实验室情况，可以延期到四周后的周六或周日做实验）。二、已知条件及控制对象的基本参数（1）已知电动机参数为：额定功率PN=3kW，额定电压UN=2

3、20V，额定电流IN=17.5A，额定转速nN=1500r/min，电枢绕组电阻Ra=1.25Ω，GD2=3.53N·m2。（2）采用三相全控桥式晶闸管整流，整流装置内阻Rrec=1.3Ω。平波电抗器电阻RL=0.3Ω。整流回路总电感L=200mH（考虑了变压器漏感等）。（3）采用速度、电流双闭环调节。这里暂不考虑稳定性问题，设ASR和ACR均采用PI调节器，ASR限幅输出Uim*=-10V，ACR限幅输出Uctm=10V，ASR和ACR的输入电阻Ro=20KΩ，最大给定Unm*=10V，调速范围D=20，静差率s=10%，堵转电流Idbl=2.1I

4、N，临界截止电流Idcr=2IN。（4）设计指标：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%，空载起动到额定转速的过渡过程时间tS≤1.5s。三、设计要求（1）画出双闭环调速系统的电路原理图和系统的稳态结构图（设ASR和ACR均采用PI调节器）；（2）推导系统的静特性方程式：工作段和下垂段静特性方程式；（3）计算系统的稳态参数，包括：推导计算KASR公式、推导计算KACR公式；计算Ce、ncr(临界截止电流Idcr对应的电动机转速)、电流反馈系数β、KASR、KS和KACR；（4）用工程设计方法进行动态设计，决定ASR和AC

5、R结构并选择参数（注：应考虑给定和反馈滤波）；（5）动态设计过程中画出双闭环调速系统的电路原理图及动态结构图；（6）画出三相全控桥式晶闸管整流电路图，计算晶闸管定额参数；（7）（此小题为选做）若选用锯齿波垂直移相相控触发电路，试画出与电流调节器输出信号和各晶闸管的连接线路图，并选择触发电路同步电压（画出晶闸管主电路及同步变压器）。四、设计方法及步骤1.稳态设计（1）画系统的稳态结构图时，应先画出电路原理图，而此时的PI调节器只有两种状态：饱和-输出达到限幅植，不饱和-输出未达到限幅植。参考教材。（2）在推导系统的静特性方程式时，注意所谓工作段是指调节

6、器的输出未达到限幅植，此时的稳态结构图参考教材。下垂段静特性方程式是指速度调节器的输出达到限幅植，6此时只有电流环起作用。据此即可推导出系统的静特性方程式。（3）将工作段的静特性方程式用相对值表示时，可得到由于，所以系统的静差率主要为s2起作用，而s1可以忽略不计。故系统的静差率可近似表示为所以由于电动机堵转时n=0,Id=Idbl,代人下垂段静特性方程式，可得到一方程。另堵转电流Idbl和临界截止电流Idcr在一条特性曲线上，故可将ncr和临界截止电流Idcr也代入下垂段静特性方程式得到另一方程，由这两方程即可推导出计算KACR的公式。由于静特性是

7、线性的，所以ncr=nN-ΔnN。计算电流反馈系数β时应考虑最大电流情况；同样计算KS也应考虑最大电流情况。2.电流环的动态设计系统动态设计一般原则是“先内环后外环”，从内环开始，逐步向外扩展。在这里，首先设计电流调节器，然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器。先应绘出双闭环调速系统的动态结构图，然后先将电流环挑出并设计好，电流环设计可分为以下几个步骤：l电流环结构图的简化l电流调节器结构的选择l电流调节器的参数计算l电流调节器的实现（1）电流环动态结构图及简化简化内容：l忽略反电动势的动态影响l等效成单位负反馈系统小惯性环

8、节近似处理1)忽略反电动势的动态影响，即DE≈0。这时，绘出电流环的动态结构图。2)等效成单位负反馈系统如果