V-M双闭环直流调速系统..doc

前言 直流调速系统，特别是双闭环直流调速系统是工业生产过程中应用最广的电气传动装置之一。广泛地应用于轧钢机、冶金、印刷、金属切削机床等许多领域的自动控制系统中。它通常采用三相全控桥式整流电路对电动机进行供电，从而控制电动机的转速，传统的控制系统采用模拟元件，如晶体管、各种线性运算电路等，在一定程度上满足了生产要求PN=27KW, UN=220V , IN=136A , nN=1500r/min , 最大允许电流 Idbl=1.5IN , 三相全控整流装置：Ks=40 电枢回路总电阻 R=0. 5Ω ， 电动势系数： Ce= 0.132V.min/r 系统主电路：Tm=0.18s ，Tl=0.03sToi=0.002s , Ton=0.01s, 其他参数：Unm*=10V , Uim*=10V , Ucm=10V （2）技术指标 稳态指标：无静差 动态指标：电流超调量：δi≤5%，起动到额定转速时的超调量：δn≤%，动态速降Δn≤10%，调速系统的过渡过程时间（调节时间）ts≤1s．技术要求： 该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机可逆运行，具有较宽的调速范围（D≥10），系统在工作范围内能稳定工作 系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续 ．设计内容：1) 根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构型式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图 根据双闭环直流调速系统原理图, 分析转速调节器电流调节器的作用, 通过对调节器参数设计, 得到转速和电流的仿真波形，并由仿真波形通过MATLAB来进行调节器的参数调节。 绘制V-M双闭环直流可逆调速系统的电气原理总图（要求计算机绘图） 整理设计数据资料，课程设计总结，撰写设计计算说明书 图2-1 转速电流反馈控制直流调速系统原理图 ASR---转速调节器 ACR---电流调节器 TG---测速发电机 TA---电流互感器 UPE---电力电子变换器 Un*---转速给定电压 Un---转速反馈电压 Ui*---电流给定电压 Ui---电流反馈电压 2.2稳态结构图分析 双闭环直流调速系统稳态结构如图2-2-1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Uim*决定了电流给定的最大值，电流调节器ACR的输出限幅电压Ucm限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm，图中用带限幅的输出特性表示PI调节器的作用。当调节器饱和时，输出达到限幅值，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。当调节器不饱和时，PI调节器工作在线性调节状态，其作用是输入偏差电压在稳态时为零。为了实现电流的实时控制和快速跟随，希希望电流调节器不要进入饱和状态，因此，对于静特性来说，只有转速调节器饱和不饱和两种情况。 双闭环直流调速系统的静特性在负载电流小于Idm时表现为转速无静差，这时，转速负反馈起主要作用。当负载电流达到Idm时对应于转速调节器为饱和输出Uim*，这时，电流调节器起主要作用，系统表现为电流无静差，起到过电流的自动保护作用。 图2-2-1 双闭环直流调速系统的稳态结构图 α——转速反馈系数 =0.007 β——电流反馈系数 =0.05 图2-2-2 双闭环直流调速系统原理图 2.3调节器作用 2.3.1转速调节器作用 （1）转速调节器是调速系统的主导调速器，它使转速n很快地跟随给定电压Un*变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差。 （2）对负载变化起扰动作用。因为负载扰动作用在电流环之后，只能靠转速调节器ASR来产生抗负载扰动作用。 （3）其输出限幅值决定电动机允许的最大电流。 2.3.2电流调节器作用 （1）作为内环的调节器，在转速外环的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压Ui*（即外环调节器的输出量）变化。 （2）对电网电压的波动起及时抗扰的作用。增设了电流内环，电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节，不必等它影响到转速以后才反馈回来，因而使抗扰性能得到改善。 （3）在转速过程中，保证获得电动机允许的最大电流，从而加快动态过程。 （4）当电动机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复过程。 2.4 V-M系统分析 图2-3 晶闸管整流器-电动机调速系统原理图 图2-3绘出了V-M系统的原理图，图中VT是晶闸管整流器，通过调节触发装置GT的控制电压Uc来移动触发脉冲的相位，改变可控整流器平均输出直流电压Ud，从而实现直流电动