电流与转速双闭环直流调速系统的设计.doc

一、调速系统总体设计 双闭环直流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。 两者之间实行嵌套连接，且都带有输出限幅电路。转速调节器ASR的输出限幅电压决定了电流给定电压的最大值；电流调节器ACR的输出限幅电压限制了电力电子变换器的最大输出电压。 由于调速系统的主要被控量是转速, 故把转速负反馈组成的环作为外环, 以保证电动机的转速准确跟随给定电压, 把由电流负反馈组成的环作为内环, 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，这就形成了转速、电流双闭环调速系统。 图1-1 双闭环调速系统框图 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。这样构成的双闭环直流调速系统。 二、电流、转速调节器的设计 转速、电流双闭环调速系统的动态结构图如图2-1所示： 图2-1 双闭环直流调速系统动态结构图 由于电流检测信号中常含有交流分量，为了不使它影响到调节器的输入，需加低通滤波。这样的滤波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，以滤平电流检测信号为准。然而，在抑制交流分量的同时，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。由测速发电机得到的转速反馈电压含有换向纹波，因此也需要滤波，滤波时间常数用表示，根据和电流环一样的道理，在转速给定通道上也加入时间常数为的给定滤波环节。 系统设计的一般原则是：先内环后外环。在这里，首先设计电流调节器，然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器。 2.1电流调节器的设计 1.电流环结构框图的化简 在按动态性能设计电流环时，可以暂不考虑反电动势变化的动态影响，即(E≈0。这时，电流环如图2-2所示。 图2-2电流环的动态结构框图及其化简（忽略反电动势的动态影响） 忽略反电动势对电流环作用的近似条件是 式中ωc-------电流环开环频率特性的截止频率。 如果把给定滤波和反馈滤波两个环节都等效地移到环内，同时把给定信号改成U*i(s) /( ，则电流环便等效成单位负反馈系统。 图2-3电流环的动态结构框图及其化简（等效成单位负反馈系统） 最后，由于Ts 和 Toi 一般都比Tl 小得多，可以当作小惯性群而近似地看作是一个惯性环节，其时间常数为 T∑i = Ts + Toi 查表1得，三相桥式电路的平均失控时间为，电流滤波时间常数本设计初始条件已给出，即 电流环小时间常数之和 简化的近似条件为 电流环结构图最终简化成图2-4。 图2-4电流环的动态结构框图及其化简（小惯性环节的近似处理） 2电流调节器结构的选择 根据设计要求：稳态无静差,超调量，可按典型I型系统设计电路调节器。电流环控制对象是双惯性型的，因此可用PI型电流调节器其传递函数为： 式中 Ki — 电流调节器的比例系数； (i — 电流调节器的超前时间常数。 为了让调节器零点与控制对象的大时间常数极点对消，选择τi=Tl 则电流环的动态结构图便成为图2-5所示的典型形式，其中 a) b) 图2-5 校正成典型I型系统的电流环 a) 动态结构图 b) 开环对数幅频特性 电枢回路电磁时间常数 Tl=0.015s。 检查对电源电压的抗扰性能：，参照典型I型系统动态抗扰性能指标与参数的关系表2，可知各项指标都是可以接受的。 3.电流调节器的参数计算 转速反馈系数：a=U*mn/nmax=8/1500=0.005 电流反馈系数：= U*mn/Idm= U*mn/2IN=8/240.8=0.087 电流调节器超前时间常数：。 电流环开环增益：要求时，按表3应取ξ=0.707，， 因此 （135.1） ACR的比例系数为（0.189999） 4.检验近似条件 电流环截至频率： 机电时间常数 晶闸管整流装置传递函数的近似条件 **** 满足近似条件。 忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件 **** 满足近似条件。 电流环小时间常数近似处理条件 **** 满足近似条件。 5.计算调节器电阻和电容 含给定滤波与反馈滤波的PI型电流调节器如图2-6所示： 其中为电流给定电压，为电流负反馈电压，为电力电子变换器的控制电压。 图2-6 含给定滤波与反馈滤波的PI型电流调节器 由图2-6，按所用运算放大器取，各电阻和电容值为 ，取 ，取 ，取 按照