西安科技大学运动控制系统作业基于单片机的直流双闭环调速系统剖析.doc

电控学院 运动控制系统期中作业 院 （系）： 电气与控制工程学院 专业班级： 姓 名： 学 号： 2015年5 月29日 一、设计要求 1.1已知参数： 某转速电流双闭环直流调速系统采用晶闸管三相桥式全控整流电路供电已知基本数据如下： （1）电动机参数：=500KW,=750V,=760A,=375r/min,电动势系数1.82V.min/r，电枢回路总电阻=0.14Ω，允许过载倍数=1.5； （2）触发整流环节的放大倍数=75，电磁时间常数=0.031，机电时间常数=0.112s，电流反馈滤波时间常数=0.002s，转速反馈滤波时间常数=0.02s。设调节器输入输出电压===10V，调节器输入电阻=40KΩ。 1.2设计指标： 稳态无静差，电流超调量≤5%，空载起动到额定转速时的转速超调量≤10%。 1.3设计要求： （1）运用调节器工程设计法设计ASR与ACR，达到系统的设计指标，得到ASR与ACR的结构与参数。电流环设计为典1系统，并取参数KT=0.5，转速环设计为典2系统； （2）用MATLAB对上述设计的直流双闭环调速系统进行仿真给出仿真结果软件画图（4）（5）2.1 总述 虽然三相半波可控整流电路使用的晶闸管个数只是三相全控桥整流电路的一半，但它的性能不及三相全控桥整流电路。三相全控桥整流电路是目前应用最广泛的整流电路，其输出电压波动小，适合直流电动机的负载，并且该电路组成的调速装置调节范围广（将近50）。把该电路应用于本设计，能实现电动机连续、平滑地转速调节、电动机不可逆运行等技术要求。 三相全控桥整流电路实际上是组成三相半波晶闸管整流电路中的共阴极组和共阳极组串联电路。在一个周期内6个晶闸管都要被触发一次，6个触发脉冲相位依次相差60度 。为了构成一个完整的电流回路，要求有两个晶闸管同时导通，其中一个在共阳极组，另外一个在共阴极组。晶闸管VT2、VT4、VT6接成共阳极组，晶闸管VT1、VT3、VT5接成共阴极组。在电路控制下，只有接在电路共阴极组中电位为最高又同时输入触发脉冲的晶闸管，以及接在电路共阳极组中电位最低而同时输入触发脉冲的晶闸管，同时导通时，才构成完整的整流电路。 开环直流调速系统调节控制电压Uc就可改变电动机的转速。如果负载的生产工艺对运行时的静差率要求不高，这样的开环调速系统都能实现一定范围内的无级调速，但是，对静差率有较高要求时，开环调速系统往往不能满足要求。这时就要采用闭环调速系统。 采用PI调节的单个转速闭环直流调速系统可以保证系统稳定的前提下实现转速无静差。但是，如果对系统的动态性能要求较高，单环系统就难以满足需要。这是就要考虑采用转速、电流双环控制的直流调速系统。为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流。二者之间实行嵌套（串联）联接。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。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、电流双闭环调速系统。 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。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限制了电力电子电换器的最大输出电压Udm。 2.2 电流环设计 （1） ①整流装置滞后时间常数。经查课本表2-2可得，三相桥式电路的平均失控时间=0.0017s。 ②电流滤波时间常数。三相桥式电路每个波头的时间是3.3ms，为了基本滤平波头，应有（1～2）=3.33ms,因此取=2ms=0.002s。 ③电流环小时间常数之和。按小时间常数近似处理，取=+=0.0037s。 （2）选择电流调节器结构 设计要求电流超调量≤5%，且无稳态静差。因此采用典型1型系统设计电流调节器。电流控制对象是双惯性型的，所以ACR采用PI型调节器。 其传递函数如下： 检查对电源电压的抗性性能：，参看课本表3-2的典1系统动态抗扰性能，各项指标都是可以接受的。 3）计算电流调节器参数 电流调节器超前时间常数 ： 电流环开环增益：要求电流超调量≤5%时，查课本表3-1，有较好的静动态性能，取KT=0.5,因此： 电流反馈系数： 于是，ACR的比例放大系数: （4）检验近似条件 电流截止频率： 校验晶闸管整流装置传递函数的近似条件