电力拖动自动控制系统课程设计-直流电机双闭环调速系统设计

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1、《电力拖动自动控制系统》课程设计题目：直流电机双闭环调速系统设计专业：自动化班级：学号：姓名：时间：2013年1月6日--2013年1月10日直流电机双闭环调速系统设计1序言电力拖动自动控制系统课程设计与综合实验是工业电气自动化专业的一门专业课程，它是一次综合性的理论与实践相结合的训练，也是本专业的一次基本技能训练。1.1目的和意义1)理论联系实际，掌握根据实际工艺要求设计电力拖动自动控制系统的基本方法。2)对一种典型的双闭环调速自动控制系统进行综合性的分析设计，掌握各部件和整个系统的设计调试步骤、方法及操作实际系统的方法。加强基

2、本技能训练。3)掌握参数变化对系统性能影响的规律，培养灵活运用所学理论解决控制系统中各种实际问题的能力。4)培养分析问题、解决问题的独立工作能力，学会实验数据的分析与处理能力及编写设计说明书和技术总结报告的能力。为下学期毕业设计作准备。5)通过设计熟练地查阅有关资料和手册。1.2设计要求要求设计一个直流双闭环调速系统。其主要内容为：1)测定综合实验中所用控制对象的参数（由实验完成）。2)根据给定指标设计电流调节器和转速调节器，并选择调节器参数和具体实现电路。3)按设计结果组成系统，以满足以下性能指标。a.调速范围D＝5～10，静差

3、率。b.空载启动时电流超调,转速超调(在额定转速时)。c.动态速降小于。d.振荡次数小于2次。4)研究参数变化对系统性能的影响。5)在时间允许的情况下进行调试。1.3设计对象及有关数据直流电机：185W，220V，1.2A，1600转/分。直流测速机：10W，10V，0.2A，1900转/分。Toi=0.0011s,Ton=0.005s，两个调节器的输入电阻，λ=1.5。2系统结构方案的选择2.1调压、变组、及弱磁方案调速的选择与论证直流电动机的转速和其他参量的关系可用式（2-1）表达（2-1）式中——转速，单位为；——电枢电压，

4、单位为；——电枢电流，单位为；——电枢回路总电阻，单位为；——励磁磁通，单位为；——由电机结构决定的电动势常数。由式（2-1）可以看出，有三种方法调节电动机的转速。1)调节电枢供电电压。2)减弱励磁磁通。3)改变电枢回路电阻。对于要求在一定范围内无极平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。改变电阻只能有极调速，减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（即电动机额定转速）以上作小范围的升速。因此，双闭环直流调速系统选取变压调速方式。2.2单环、双环的选择与论证采用转速负反馈和PI调节器的单闭

5、环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。如果对系统的动态性能要求较高，例如要求快速起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足需要。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流和转矩。在单闭环直流调速系统中，只有电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只是在超过临界电流值Idcr以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想地控制电流的动态波形。带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统起动时的电流和转速波形下图1所示。当电流从最大值降低下来以后，电机的电磁转矩也随之减小，因而加速过程

6、必然延长。a）带电流截止负反馈的单闭环调速系统b）理想的快速起动过程图1调速系统起动过程的电流和转速波形实际上，由于主电路电感的作用，电流不能跳变，图2-1b所示的理想波形只能得到近似的逼近，不能完全实现。为了实现在允许条件下最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值Idm的恒流过程，按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么采用电流负反馈就应该能得到近似的恒流过程。问题是希望在起动过程中只有电流负反馈，而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器的输入端，到达稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不再靠电流负

7、反馈发挥主要的作用。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，二者之间实行串级联接，即为双闭环控制。如下图2所示。这就是说，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，电流调节环在里面，叫做内环；转速调节环在外边，叫做外环。这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。图2转速、电流双闭环直流调速系统ASR—转速调节器ACR—电流调节器TG—测速发电机TA—电流互感器UPE—电力电子变换器Un*、Un——转速给定电压和转速反馈电压Ui*

8、、Ui——电流给定电压和电流反馈电压为了获得良好的静、动态性能，双闭环直流调速系统的两个调节器一般都采用PI调节器，其原理图示于下图3。在图上标出了两个调节器输入输出电压的实际极性，它们是按照电力电子变换器UPE的控制电压Uct为正电压的情况标出的