直流双闭环调速系统电路设计

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1、武汉理工大学《运动控制系统》课程设计说明书目录1设计方案分析22直流双闭环调速系统电路设计32.1晶闸管—电动机（V-M系统）主电路的设计32.2稳态结构图与参数32.3动态结构图42.4转速、电流调节器的设计52.4.1电流调节器的设计52.4.2转速调节器的设计73MTALAB仿真93.1仿真模型设计93.2仿真结果分析93.2.1稳定运行时的仿真结果93.2.2稳定运行时负载变化和磁场减半的仿真114小结体会13参考文献14附录（一）双闭环直流调速系统仿真模型1516武汉理工大学《运动控制系统》课程设计说明书双闭环调速系统设计及变负载扰动磁场突然减半MATLAB仿真1设计方案分析转

2、速、直流反馈控制的直流调速系统是静、动态性能最优良，应用最广的直流调速系统。直流双闭环调速系统中设置了两个调节器,即转速调节器(ASR)和电流调节器(ACR),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。其中转速调节器是调速系统的主导调节器，它的作用主要有一下三点。（1）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）对负载变化起抗扰动作用。（3）其输出限幅值决定电动机允许的最大电流。电流调节器作为内环的调节器，在转速外环的调节过程中，它的作用主要有以下四点。（1）电流紧紧跟随其给定电压变化。（2）对电网电压的波动起及时抗扰的作

3、用。（3）在转速动态过程中，保证获得点动机允许的最大电流，从而加快动态过程。（4）当电动机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。下图转速、电流反馈控制直流调速调速系统的原理图。图1转速电流反馈控制直流调速系统原理图16武汉理工大学《运动控制系统》课程设计说明书为使转速和电流两种负反馈分别起作用，引入的转速负反馈和电流负反馈的调节环节之间实行嵌套连接，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，在用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。转速调节器和电流调节器均为PI调节器，以满足调速系统的要求。2直流双闭环调速系统电路设计2.1晶闸管—电动机（V-M系统）主电路的设

4、计晶闸管-电动机调速系统（V-M系统）主电路原理图如图2所示。图2V-M系统主电路原理图图2中所示的V-M系统中，调节控制电压，可以移动触发装置GT输出脉冲的相位，即可方便地改变可控整流器VT输出瞬时电压的波形，以及输出平均电压的数值。图2中的VT是晶闸管可控整流器，它由三相半波整流电路组成，三相半波整流电路如图3所示。图3三相半波整流电路2.2稳态结构图与参数16武汉理工大学《运动控制系统》课程设计说明书双闭环调速系统的稳态结构图如图4所示，两个调节器均采用带限幅作用的PI调节器。转速调节器ASR的输出限幅电压决定了电流给定的最大值，电流调节器的ACR的输出限幅电压限制了电力电子变换器

5、的最大输出电压。当调节器饱和时，输出达到限幅值，输入量的变化不再影响输出，除非有反向的输入信号使调节器退出饱和。换句话说，饱和的调节器暂时隔断了输入和输出的联系，相当于使该调节环开环。当调节器不饱和时，PI调节器工作在线性调节状态，其作用是使输入偏差电压在稳定时为零。图4双闭环直流调速系统的稳态结构图α和β分别为转速和电流反馈系数，由公式（2-1）和（2-2）可算出α和β的值分别为0.01和0.017。（2-1）（2-2）2.3动态结构图双闭环调速系统的动态结构图如图5所示。图5双闭环调速系统的动态结构图16武汉理工大学《运动控制系统》课程设计说明书和分别是电流反馈滤波时间常数和转速反馈

6、滤波时间常数。如图5所示，双闭环调速系统的实际动态结构图设置了滤波环节，包括电流滤波、转速滤波和两个给定信号的滤波环节。设置滤波环节的必要性是由于反馈信号检测中常常含有谐波和其他扰动量，为了抑制各种扰动量对系统的影响，需加低通滤波，这样的滤波环节传递函数可用一阶惯性环节来表示，其滤波时间常数按需要选定。然而，在抑制扰动量的同时，滤波环节也延迟了反馈信号的作用，为了平衡这个延迟作用，在给定信号信号通道上加入一个等时间常数的惯性环节，称作给定滤波环节。在调解器设计时采用先内环再外环的方式。2.4转速、电流调节器的设计2.4.1电流调节器的设计含给定滤波和反馈滤波的模拟式PI型电流调节器原理图

7、如图6所示。在设计电流调节器时，首先考虑应该把电流环校正成哪一类典型系统。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，电流环应该以跟随性能为主，即选典型I型系统。图6含给定滤波和反馈滤波的模拟式PI型电流调节器电流调节器参数计算过程如下：（1）确定时