电力拖动自动控制系统课程设计.doc

黑龙江大学 课程设计说明书 学院：机电工程学院 专业：电气工程及其自动化 课程名称：电力拖动自动控制系统 设计题目：双闭环调速系统ASR和ACR 结构及参数设计(5) 姓名：刘铁生 学号指导教师：袁 明 成绩： 双闭环调速系统ASR和ACR结构及参数设计(5) 一、设计目的： 掌握用工程设计方法设计双闭环调速系统的转速调节器和电流调节器，加深对双闭环直流调速系统理解。 二、设计内容： 有一个转速、电流双闭环直流调速系统，采用三相桥式全控整流装置供电，已知电动机数据如下：550kW，750V，780A，375r/min，Ce=1.92V·min/r，允许电流过载倍数1.5，主回路总电阻R= 0.1Ω，Ks=75，TL=0.03s,Tm=0.084s,电流反馈滤波时间常数Toi=0.002s,转速反馈滤波时间常数Ton=0.02s,ASR最大最大给定值和输出限幅值为12V,ACR最大输出限幅值为12V。 设计要求：稳态无静差，动态指标：电流超调量(i≤5%，电机空载起动到额定转速时的转速超调量(n≤10%，ASR按典型Ⅰ型系统设计，并取KT＝0.5。 三、时间安排： 6.22—6.23 查阅相关资料； 6.24—6.25 按要求设计相关内容，完成设计文本 6.26 考核答辩 四、参考书目： 1.《电力拖动自动控制系统》（第3版） 陈伯时主编 机械工业出版社 2.《电力电子技术》（第4版） 王兆安 黄俊主编 机械工业出版社 3.《自动控制理论》 刘丁主编 机械工业出版社 4.《电机及拖动基础》（第3版） 顾绳谷主编 机械工业出版社 目 录 一、 绪论 3 1.1 双闭环调速系统介绍 3 1.2 双闭环调速系统的动态结构图 3 1.3 电流调节器的作用 4 1.4 转速调节器的作用 5 二、 电流调节器的设计 5 2.1 电流环结构框图化简 5 2.2 电流调节器结构的选择 7 2.3 电流调节器的参数计算 8 2.4 电流调节器的实现 10 三、 转速调节器的设计 11 3.1电流环的等效闭环传递函数 11 3.2转速调节器结构的选择 12 3.3转速调节器的参数计算 13 3.4转速调节器的实现 15 四、 心得与体会 17 绪论 1 双闭环调速系统介绍 自70年代以来，国外在电气传动领域内，大量地采用了“晶闸管直流电动机调速”技术（简称KZ—D调速系统），尽管当今功率半导体变流技术已有了突飞猛进的发展，但在工业生产中KZ—D系统的应用还是占有相当的比重。在工程设计与理论学习过程中，会接触到大量关于调速控制系统的分析、综合与设计问题。传统的研究方法主要有解析法，实验法与仿真实验，其中前两种方法在具有各自优点的同时也存在着不同的局限性。双闭环（电流环、转速环）调速系统是一种当前应用广泛，经济，适用的电力传动系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环的调速系统可以再保证系统稳定的条件下实现转速无静差。但如果对系统的动态性能要求较高，例如要求起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足要求。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩。在单闭环系统中，只有电流截止至负反馈环节是专门用来控制电流的。但它只是在超过临界电流值以后，强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。在实际工作中，我们希望在电机最大电流限制的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过度过程中始终保持电流（转矩）为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度启动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。这是在最大电流转矩的条件下调速系统所能得到的最快的启动过程。直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在广泛范围内平滑调速，在轧钢机、矿井卷扬机、挖掘机、海洋钻机、金属切削机床、造纸机、高层电梯等需要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛的应用。 1.2 双闭环调速系统的动态结构图 在单闭环直流调速系统动态模型的基础上，考虑双闭环的控制结构，即可描绘出双闭环直流调速系统的动态结构框图，如图1-1所示。图中WASR(s)和WACR(s)分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数。为了引出电流反馈，在电动机的动态结构图中必须把电枢电流Id显露出来。 图1-1 双闭环