双闭环直流调速系统设计及仿真验证设计.docVIP

双闭环直流调速系统设计及仿真验证设计 2012年3月6日 目录 1.背景前言 - 3 - 2.技术要求 - 4 - 3.设计步骤 - 4 - 3.1 静态计算： - 4 - 3.2动态计算： - 5 - 3.2.1电流调节器（内环） - 5 - 3.2.2转速调节器（外环） - 5 - 3.3选择ASR - 5 - 3.4确定时间常数 - 5 - 3.5选择调节器参数 - 5 - 3.6计算调节器电阻和电路 - 5 - 4.仿真验证 - 5 - 5.问题说明 - 5 - 5.1要求说明为什么设计为双闭环，双闭环有什么好处。 - 5 - 5.2图2中各框分别表示什么环节。 - 5 - 5.3为什么两个环分别为典Ⅰ和典Ⅱ型系统。 - 5 - 1.背景前言 直流调速系统是传统的调速系统，自１９世纪８０年代起至１９世纪末以前，工业上传动所用电动机一直以直流电动机为唯一方式。它具有稳速精度高、调速比大、响应时间短等特点，宜于在广泛范围内平滑调速，故广泛应用于轧钢、机床、轻工、计算机、飞机传动机构等领域。 近年来，交流调速系统发展很快，被科学技术水平较高的西方国家所广泛采用，与直流调速相比，交流调速有本身固有的优点：结构简单、坚固耐用、经济可靠及小动态相应性能好等，还能实现高速拖动，而且电源广泛。但由于直流拖动系统在理论上和时间上都比较成熟，具有良好的起、制动性能，从反馈闭环控制的角度来看，直流拖动控制系统又是交流拖动控制系统的基础，所以我们应该很好的掌握直流拖动控制系统。 但是直流调速系统的设计是一个庞大的系统工程，。对于一个经过大量分析、计算、设计、安装等一系列工作的系统究竟能否一次性调试成功，这关系到已经投入的大量人力、财力、物力是否会浪费的问题。因此，一个直流调速系统在正式投入运行前，往往要进行仿真调试。 2.技术要求 本设计给出一个小型直流调速系统，其指标及参数为∶ 2.1静态精度(转差率Ｓ), 在电网电压波动±10%，负载变化±20%，静态精度 S〈5%，电流和转速超调量,振荡次数N(2~3)，调速范围D〉10~15； 2.2电动机数据∶额定电流136A，额定电压230V，功率30KW， 额定转速1460转/分，电势转速比 电枢电阻RΩ=0.5Ω,过载系数λ=1.5,可控硅整流装置KS=40. ，。 2.3测速发电机，永磁式，额定数据为∶电压110V，电流0.045A，转速1900r/min， 3.设计步骤 转速调节器和电流调节器的参数设计，因为要求静态精度很小，故两个调节器均选为PI调节器，按照参数设计如下： 3.1 静态计算： 根据调速范围和静差率的要求得到; 取测速反馈输出电压为10V, 则转速反馈系数： ASR饱和输出取12V，系统输出最大电流为，则电流反馈系数： ，取0.05 3.2动态计算： 3.2.1电流调节器（内环） 三相桥式整流电路平均失控时间：，电流滤波时间常数：。 此环设计为典Ⅰ系统，因此系统满足电流环要求超调量小的要求，其动态结构如下： 图3 电流环动态结构图 其中电流环小时间常数： 由其动态结构图知，电流环控制对象是双惯性的，要求校正成典Ⅰ型系统，采用PI调节器。 PI调节器传函：，则电流环校正成图4 图4 校正后的电流环 ACR时间常数： 又因，取 ACR的比例系数为： 因此根据以上数据选取参数，取：R0=40K, 取40K 取 取 则实际电路图如图4-8所示。其中：D1,D2,W1,W2构成限幅电路。 图5 电路环原理图 3.2.2转速调节器（外环） 在设计转速调节器时，可以把已设计好的电流环当作是转速调节系统中的一个环节，求出其等效传递函数，再用设计电流环相同的方法进行设计。 简化后的转速环动态结构图如下 图6 转速环的动态结构图 3.3选择ASR 由于要求抗干扰能力强，应按照典Ⅱ型系统设计，又由于设计要求无静差，ASR需含积分环节。 ASR也采用PI调节器， 转速校正成典Ⅱ系统后动态结构图如图7： 图7 校正后的转速环 3.4确定时间常数 电流环等效时间常数为0.0074s 转速滤波时间常数为取为0.01s 转速环小时间常数s 3.5选择调节器参数 根据性能指标选取h=5 ASR的超前时间常数 转速环开环增益 ASR的比例系数为： 转速截止频率 3.6计算调节器电阻和电路 取R0=20KΩ =KnR0=11.7×40=468, 取70KΩ, =τn/=0.087/470=0.185μF, 取0.2μF, Con=4Ton/R0=4×0.01/40=1μF. 取1μF 实际原理图如图8所示： 图8 转速