直流双环系统的设计及仿真——运动控制系统课程设计总结报告.doc

学 号： 课 程 设 计 题 目 直流双环系统（二）的设计及仿真分析（四） 学 院 自动化学院 专 业 自动化专业 班 级 姓 名 指导教师 2013 年 12 月 30 日 课程设计任务书 学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 自动化学院 题 目: 直流双环系统（二）的设计及仿真分析（四） 初始条件： 有一转速、电流双闭环控制的H形双极式PWM直流调速系统，电动机参数为： ，电枢电阻，电枢回路总电阻，允许电流过载倍数，电势系数，电磁时间常数，机电时间常数，电流反馈滤波时间常数，转速反馈滤波时间常数，调节器输入输出电压，调节器输入电阻，电力晶体管的开关频率，PWM环节的放大倍数。 要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 试对该系统进行动态参数设计。设计指标：稳态无静差，电流超调量；空载起动到额定转速时的转速超调量，过渡过程时间。画出系统结构框图并计算： 电流反馈系数β和转速反馈系数α； 设计电流调节器，计算电阻和电容的数值（取）； 设计转速调节器，计算电阻和电容的数值（取）； 让电机带载（，风机泵类负载）启动到额定转速，观察并录下电机的转速、电流等的波形，并进行分析。 时间安排： 2013.12.25布置课程设计题目 2013.12.26 - 2013.12.29 完成课程设计 2013.12．30 – 2014.1.3 撰写课程设计报告 2014.1.6 答辩并上交报告 指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日 目 录 摘 要 1 1双闭环系统组成及工作原理 2 1.1 双闭环系统的组成 2 1.2 双闭环系统工作原理 2 1.3 带滤波环节的双闭环调速系统 3 2 双闭环系统的设计 5 2.1 电流反馈系数β和转速反馈系数α的计算 5 2.2 电流调节器的设计 5 2.3 转速调节器的设计 7 3 系统仿真与分析 11 3.1 系统空载启动时的仿真 11 3.2 带风机泵类负载启动时的仿真 12 心得体会 14 参考文献 15 本科生课程设计成绩评定表 16 摘 要 转速单闭环直流调速系统解决了开环系统调速范围和静差率的矛盾关系，但不能充分按照理想要求控制电流（或电磁转矩）的动态过程，对于经常正、反转运行的调速系统，转速单闭环系统的表现不尽人意。转速、电流双闭环系统既能在启动（或制动）过渡过程中，使电流保持为最大允许电流，是调速系统以最大的加速度运行，又能在正常运行过程中，很好地抑制扰动对系统的影响。同时，由于增设了电流内环，电网电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节，因此，双闭环系统中，由电网波动引起的转速变化会比单闭环系统小得多。 用工程设计方法来设计双闭环调速系统时，先从电流环开始，对其进行必要的变换和近似处理，然后根据电流环的控制性能指标要求确定把它校正成哪一典型类型，再按照控制对象确定电流调节器的类型，最后按动态性能指标要求确定电流调节器的参数。电流环设计完成后，把电流环等效成转速环中的一个环节，再用同样的方法设计转速环。 在典型系统设计的基础上，利用MATLAB/SIMULINK进行仿真，分别使电机空载启动和带额定负载启动，观察并录下电机的转速、电流等的波形，并进行分析。 关键词：双闭环系统 工程设计方法 MATLAB仿真 1双闭环系统组成及工作原理 1.1 双闭环系统的组成 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，本系统设计中设置两个调节器，分调节转速和电流，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，如图1-1所示。 把转速调节器的输出当成电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。这就形成了转速、电流双闭环系统。 1.2 双闭环系统工作原理 为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器都是采用PI调节器，这样构成的双闭环直流调速系统的电路原理图如图1-2所示： 图中含有两个调节器输入输出电压的实际极性，他们是按照电力电子变换器的变换电压为正电压的情况标出的，并考虑到运算放大器的倒向作用。图中还含有两个调节器的输出都是带限幅作用的，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