单闭环直流调速系统设计.doc

单闭环直流调速系统设计 系统组成与数学建模 设计方法 用试凑法 凑试法——设计时往往须用多种手段，反复试凑 PI调节器设计 相应的对数频率特性绘于图1-41中。 图1-41 实际设计时，一般先根据系统要求的动态性能或稳定裕度，确定校正后的预期对数频率特性，与原始系统特性相减，即得校正环节特性。具体的设计方法是很灵活的，有时须反复试凑，才能得到满意的结果。 对于本例题的闭环调速系统，可以采用比较简便方法，由于原始系统不稳定，表现为放大系数K 过大，截止频率过高，应该设法把它们压下来 为了方便起见，可令，Kpi( = T1 使校正装置的比例微分项（Kpi( s + 1）与 原始系统中时间常数最大的惯性环节对消。 其次，为了使校正后的系统具有足够的稳定裕度，它的对数幅频特性应以–20dB/dec 的斜率穿越 0dB 线，必须把图1-42中的原始系统特性①压低，使校正后特性③的截止频率ωc2 1/ T2。这样，在ωc2 处，应有 设计举例 例题1-4 用线性集成电路运算放大器作为电压放大器的转速负反馈闭环直流调速系统如图1-28所示，主电路是晶闸管可控整流器供电的V-M系统。已知数据如下： 电动机：额定数据为10kW，220V，55A，1000r/min，电枢电阻 Ra = 0.5Ω； 晶闸管触发整流装置：三相桥式可控整流电路，整流变压器Y/Y联结，二次线电压 U2l = 230V，电压放大系数 Ks = 44； V-M系统电枢回路总电阻：R = 1.0Ω； 测速发电机：永磁式，额定数据为23.1W，110V，0.21A，1900r/min； 直流稳压电源：±15V。 若生产机械要求调速范围D=10，静差率5%，试计算调速系统的稳态参数（暂不考虑电动机的起动问题）。 解 （1）为满足调速系统的稳态性能指标，额定负载时的稳态速降应为 = 5.26r/min 2）求闭环系统应有的开环放大系数 先计算电动机的电动势系数： V·min/r = 0.1925V·min/r 则开环系统额定速降为 r/min = 285.7r/min 闭环系统的开环放大系数应为 （3）计算转速反馈环节的反馈系数和参数 转速反馈系数(包含测速发电机的电动势系数Cetg和其输出电位器的分压系数( 2，即 ( = (2 Cetg 根据测速发电机的额定数据， = 0.0579V·min/r 先试取( 2 =0.2，再检验是否合适。 现假定测速发电机与主电动机直接联接，则在电动机最高转速1000r/min时，转速反馈电压为 V=11.58V 稳态时ΔUn很小， U*n只要略大于 Un 即可，现有直流稳压电源为±15V，完全能够满足给定电压的需要。因此，取=0.2是正确的。 于是，转速反馈系数的计算结果是 V·min/r = 0.01158V·min/r 电位器的选择方法如下：为了使测速发电机的电枢压降对转速检测信号的线性度没有显著影响，取测速发电机输出最高电压时，其电流约为额定值的20%，则 =1379( 此时所消耗的功率为： 为了使电位器温度不致很高，实选瓦数应为所消耗功率的一倍以上，故可为选用10W，1.5kΩ的可调电位器。 （4）计算运算放大器的放大系数和参数 根据调速指标要求，前已求出，闭环系统的开环放大系数应为 K ≥53.3，则运算放大器的放大系数 Kp 应为 实取=21。 图1-28中运算放大器的参数计算如下： 根据所用运算放大器的型号， 取 R0 = 40kΩ， 则 例题1-5 在例题1-4中，已知 R = 1.0 ( ， Ks = 44， Ce = 0.1925V·min/r，系统运动部分的飞轮惯量GD2 = 10N·m2。 根据稳态性能指标 D =10，s ≤ 0.5计算，系统的开环放大系数应有K ≥53.3 ，试判别这个系统的稳定性。 解 首先应确定主电路的电感值，用以计算电磁时间常数。 对于V-M系统，为了使主电路电流连续，应设置平波电抗器。例题1-4给出的是三相桥式可控整流电路，为了保证最小电流时电流仍能连续，应采用式（1-8）计算电枢回路总电感量，即 现在 则