双闭环V-M调速系统中主电路电流调节器及转速调节器的设计.docx

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1、摘要双闭环直流调速系统课程设计摘要：这份课程设计实现了双闭环直流调速系统的设计，实验结果可以准确宜观的观察转速-电流双闭环调速系统的启动过程，可方便的设计各种不同的调节器参数及控制策略并分析其多系统性能的影响，取得了很好的效果。进一步解决限流问题，唯一的途径就是对电流也实行反馈控制，问题是怎样处理好转速控制和电流控制之间的关系。经过反复研究和实践，终于发现，如果在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，两者之间实行串联连接，即以转速调节器的输出作为电流调节器ACR的输入，再用电流调节器的输出作为晶闸管触发装置的控制电压，那么这两种调节作用就能互相配合，相辅相成了。关键词：双闭环直流调速系统；

2、不可逆系统；直流电动机；MATLAB；仿真；课程设计目录一设计题目1二已知条件及控制对象的基本参数1三设计要求1四设计方法及步骤1I用工程设计方法设计1(1)系统设计的一般原则(2)电流调节器设计2(3)转速调节器设计511用西门子调节器最佳整定法设计9(1)电流环的动态校正9(2)转速换的动态校正10m两种设计方法的分析与比较H五设计心得11六参考文献12一、设计题目：双闭环V-M调速系统中主电路电流调节器及转速调节器的设计二、已知条件及控制对象的基本参数：(1)已知电动机参数为：Pnom=3kW,Ullom=220V,Inom=11.5,nwow=1500rmin,电枢绕组电阻Ra=I.2

3、5Q,GD2=3.53ah210,但从动态要求上看，实际系统不允许电枢电流在突加控Tli0.0037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，对电流超调量有较严格要求，而抗扰指标却没有具体要求，所以对电网电压的波动的及时抗扰作用只是次要因素。为此，电流环应以跟随性能为主，因此电流环仍按典型I型系统设计。电流调节器选用Pl调节器，其传递函数为：%（三）=K,空出3）选择电流调节器参数积分时间常数i=Tl=0.07s为满足b*5%要求，取电流环开环增益&为2Tli (2x0.0037)135. 14 S-i电流调节器比例系数Kj为“TiRCL,0.072.85CCrKi=C.-i-

4、=135.14=3.27Ks0.21837.84取调节器的输入电阻R,=20kQ,则电流调节器的各参数为Ri=KiRo=3.2720k=60.54k,取62kCT=嘿猾八L13,取4 4x0002x10520103F =0. 4 F ,取 0. 47根据上述参数可以达到的动态指标为 i%=4. 3%5%故能满足设计要求。4)校验近似条件电流环截至频率ci =/C=135.14l,晶闸管装置传递函数近似条件为 -, C 3Ts1 1沅- 3x0.00175i=196. 1 5, ci故该近似条件满足。忽略反电动势影响的近似条件为3/(TmTl),现3,1/(V；)=31/(0.1620.07)J

5、=28.2,ci故该近似条件满足。(3)转速环设计电流环经过简化后可视作为转速环中的一个环节，为此，需要求出它的闭环传递函数Wcli(s),忽略高次项，可由近似条件图226转速环的动态造构图及其简化接入转速环内，电流环在转速环内应等效为：这样，原来是双惯性环节的电流环控制对象，经闭环控制后，可以近似的等效为只有较小时间常数1/K/的一个惯性环节，这就表明，电流的闭环控制改造了控制对象，加快了电流的跟随作用，这是局部闭环(内环)的一个重要功能。转速环动态结构图及简化：1)确定时间常数因U；=annom,故转速反馈系数为a=-g-=V*minr=O.0067V*minr1500电流环的等级时间常数

6、为2,=0.0074s.取转速反馈滤波时间常数7；“=0.01s,转速环的时间常数为Tii=2Tli+Toit=Q.0074s+0.01s=0.0174s2)选择转速调节器结构设计要求中虽然允许系统有静差，转速调节器的稳态放大系数很大，因此转速调节器如采用比例调节器，将很难满足稳定性要求。为此，转速调节器采用近似PI调节器，按典型H型系统进行设计。这样的系统同时也可满足动态抗扰性能好的要求。至于其阶跃响应超调量较大那是线性系统的计算数据，实际系统中转速调节器的饱和非线性性质会使超调量大大降低，当近似PI调节器的稳态放大系数很大时，其传递函数可表示为%sr(三)=K,Xns3)选择转速调节器参数

7、按跟随性能和抗扰性能较好的原则选择h=5,求出转速超调量6“和过渡过程时间txO如果能够满足设计要求，则可根据所选的h值计算有关参数；否则要改变h值重新进行计算，直到满足设计要求为止。当h=5时，ASR退饱和超调量为%=(ACW%)2(4-z)时,&CbnTm式中，4为电动机允许过载系数，按题意2=2.1；z为负载系数，设为理想空载起动，则z=0;%加为调速系统开环机械特性的额定稳态速降，%加=今止；(竿-)是基准值为Cb时CeQA r-当h=5时，(空皿 Cb的超调量相对值，而G=2(/1-z)A%加冬。%)=81.2%,故起动到额定转速，即n=%wn时，退饱和超调量为n=9.2%l0%满足

8、设计要求。空载起动到额定转速的过渡过程中，由于在大部分时间内ASR饱和而不起调节作用，使过渡过程时间4延长，ts可表示为其中4为恒流升速时间，L是退饱和超调过渡过程时间。CTn0.1320.1621500C1.=e,n三=s=0.31sRlnom2.852.117.5退饱和超调过渡过程时间等于动态速升的回复时间。当h=5时/=8.8=0.153s。但恢复时间是按误差为5%G,计算的。这里Cz,=2TN= 2lnom=170. 4rmin,故 5% G =8.5rmin.,这就是说，转速进入8.5rmin的恢复时间为0.153s。但这里的恢复时间应按转速进入来计算，由于Wn=75r/min8.5

9、rmin,显然所需时间将远小于O.153s，故可忽略不计，于是Z,f2=031s可见，能满足设计要求。这样，就可根据h=5选择转速调节器的参数。ASR的时间常数为rn=h=50.0174s=0.087s转速环开环增益为1+ 16500.01742H = 396.4”ASR比例系数为(h+)CeTttt_60.2180.1320.162K11=8.4IhaRTn100.00672.850.0174如设调节器输入电阻R,=20k,则R=KnR,=8.4x20k=168k,取160kCq=“F=0.54,取0.47F40.0110620103F =2 F，取 2 F4)校验近似条件转速环截止频率为cn=-=Knn=396.40.087ST=34.5ST电流闭环传递函数简化条件为/,现57刀=s1=54.1sco5%50.0037故满足该简化条件。小时间常数近似处理条件为COmI71/(2),现gjl(2.Q)=I1/(2X0.0037X0.01)ST=38.7551cl故满足该简化条件5)易犯错误由例2-2知，此系统是有差系统，ASR似乎可用