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课 程 设 计 任 务 书
专 业 班 级 姓 名 设 计 起 止 日 期 设计题目: 设计任务(主要技术参数):
指导教师评语:
成绩: 签字:
年 月 日
双闭环直流调速系统的设计
班 级: 自动化
学 号:
姓 名:
指导教师:
设计时间:
目 录
1 课程设计的目的……………………………………………………………… 1
2 课程设计的主要内容………………………………………………………… 1
2.1 系统的组成…………………………………………………………………… 1
2.2 系统的工作原理……………………………………………………………… 2
2.3 系统的静特性分析…………………………………………………………… 2
2.4 系统的动态过程分析………………………………………………………… 3
2.5 电流调节器的设计…………………………………………………………… 4
2.6 转速调节器的设计…………………………………………………………… 7
2.7 电流环的仿真………………………………………………………………… 9
2.8 转速环的仿真………………………………………………………………… 11
2.9 过电流保护…………………………………………………………………… 16
3 设计结果分析…………………………………………………………………… 17
3.1 电压变化和负载变化引起的扰动情况……………………………………… 17
3.2 转速、电流双闭环直流调速系统存在的缺点及解决方案………………… 18
3.3 电流调节器和转速调节器的作用…………………………………………… 19
3.4 采用转速电流双闭环直流调速系统的理由…………………………… 19
4 设计心得体会…………………………………………………………………… 21
参考文献…………………………………………………………………………… 22
课程设计说明书 NO.1
1 课程设计的目的
《自动控制系统课程设计》是学习理论课程之后的实践教学环节。目的是使学生巩固和加深课程的理论知识,结合实际,融会贯通。进一步培养学生独立分析和解决实际工程技术问题的能力。充分发掘自身的潜力,开拓思路设计双闭环 直流调速系统。并掌握其系统的组成、工作原理、调节器的设计及Simulink仿真等内容,计算绘图、编号、设计说明书等方面得到训练为今后的学习工作奠定基础为转速给定电压,为转速反馈电压,为电流给定电压,为电流反馈电压。
图1 双闭环直流调速系统 xx 大 学
课程设计说明书 NO.2
2.2 系统的工作原理
如图2所示,图中标出了两个调节器输入输出的电压的实际极性,他们是按照电力电子变换器的控制电压U为正电压的情况标出的,并考虑到运算放大器的倒相作用。为了获得良好的静、动态性能,转速和电流两个调节器一般都采用PI调节器。
在启动过程中由于外环很快达到饱和,只有电流负反馈起作用,此时相当于在最大允许起动转矩的情况下进行恒流起动,系统能获得最大的加速度,且电流和转速负反馈分别加到两个调节器的输入端,到达稳态转速后,转速环起作用,系统进行转速调节,使转速稳定,此时电流环只起跟随作用,这样就可以实现准时间最优控制,使系统能够获得良好的静、动态性能。
图2 双闭环直流调速系统电路原理图
2.3 系统的静特性分析
双闭环直流调速系统的稳态结构如图3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U决定了电流给定的最大值,电流调节器ACR的输出限幅电压U限制了电力电子变换器的最大输出电压U[1]。
分析静特性的关键是掌握PI调节器的稳态特征,一般使存在两种状况:饱和—输出达到限幅值,不饱和—输出未达到限幅值。当调节器饱和时,输出达到限 xx 大 学
课程设计说明书 NO.3
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间的联系,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△U在稳态时为零。
图3 双闭环直流调速系统的稳态结构图
——转速反馈系数 ——电流反馈系数
2.4 系统的动态过程分析
双闭环直流调速系统突加给定电压U由静止状态起动时,转速和电流的动态起动过程如图4所示。由于在启动过程中,转速调节器ASR历经了不饱和、饱和、退饱和三种情况,整个动态过程就分为图中标明的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个阶段。第Ⅰ阶段是电流上升阶段。第Ⅱ阶段是恒流升速阶段。第Ⅲ阶段是转速调节阶段。
图4 双闭
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