自动控制课题设计自动控制课题设计.doc

《自动控制系统》课程主题设计 转速、电流双闭环直流调速系统及其MATLAB仿真研究 姓 名：王瑞祥 学 号：120101301 专 业：电气自动化 指导教师：张琦 焦作大学 2014-06 目录 课程设计任务书 前言 1课程设计的目的 2课程设计的内容 第一章 直流双闭环调速系统原理 1.1系统的组成 1.2系统的原理图 第二章 转速、电流双闭环直流调速器的设计 2.1电流调节器的设计 2.2转速调节器的设计 第三章 系统仿真 心得体会 参考文献 前言 对最常用的转速、电流双闭环调速系统的工程设计方法进行了详细的推导。然后采用Matlab/Simulink方法对实际系统进行仿真，找出推导过程被忽略的细节部分对调速系统的影响，给出工程设计和实际系统之间产生差距的原因，有助于在实际中设计出较优的系统。 1课程设计的目的 《自动控制系统课程设计》是学习理论课程之后的实践教学环节。目的是使学生巩固和加深课程的理论知识，结合实际，融会贯通。进一步培养学生独立分析和解决实际工程技术问题的能力。充分发掘自身的潜力，开拓思路设计双闭环 直流调速系统。并掌握其系统的组成、工作原理、调节器的设计及Simulink仿真等内容，同时在计算、绘图、编号、设计说明书等方面得到训练，为今后的学习工作奠定基础。 2 课程设计的主要内容 晶体管整流装置采用三相桥式全控整流，整流变压器绕组按△-Y连接。直流他励电动机的额定数据为： 440V，200A，1460r/min；允许过载倍数λ1.5；触发整流放大系数Ks=36，整流回路总电阻R=0.7Ω（包括电枢电阻），时间常数Tl=0.06s,Tm=0.7s。电流反馈系数转速α=0.05V/A，反馈系数测速α=0.008V?min/r发电机采用永磁式，额定数据为：23.1W，110V，0.21A，1900 r/min。 稳态性能指标要求： 响应无误差； 电流环超调量σ≤0.05； 转速环按典型II型系统设计；要求： 在给定输入作用下的调节时间最短 第一章?直流双闭环调速系统原理 1.1系统的组成? 转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能很好、应用最广的直流调速系统。采用PI调节的单个转速闭环调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。但是对系统的动态性能要求较高的系统，单闭环系统就难以满足需要了。? 为了实现在允许条件下的最快启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值Idm的恒流过程。按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。所以，我们希望达到的控制：启动过程只有电流负反馈，没有转速负反馈；达到稳态转速后只有转速负反馈，不让电流负反馈发挥作用。故而采用转速和电流两个调节器来组成系统。? 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可以在系统中设置两个调节器，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。二者之间实行嵌套（或称串级）联接，如图1-1所示。把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再把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；转速换在外边，称作外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。 ? ??????????????图1-1?转速、电流双闭环直流调速系统?? ? 1.2?系统的原理图? 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，这样组成的直流双闭环调速系统原理图如图1-2所示。图中ASR为转速调节器，ACR为电流调节器，TG表示测速发电机，TA表示电流互感器，UPE是电力电子变换器。图中标出了两个调节器出入输出电压的实际极性，它们是按照电力电子变换器的了控制电压UC为正电压的情况标出的，并考虑到运算放大器的倒相作用。图中还标出了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Uim?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Ucm限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm。? 图1-2??双闭环直流调速系统电路原理图? 第二章?转速、电流双闭环直流调速器的设计? 2.1?电流调节器的设计? 2.1.1?电流环结构框图的化简? ???在图2-1点画线框内的电流环中，反电动势与电流反馈的作用互相交叉，这将给设计工作带来麻烦。实际上，反电动势与转速成正比，它代表转速对电流环的影响。在一般情况下，系统的电磁时间常数TL远小于机电时间常数Tm，因此，转速的裱花往往比电流变化慢得多，对电流环来说，反电动势是一个变化较慢的扰动，在电流的瞬变过程中，可以认为反电动势基本不变，即?E≈0。这样，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