转速电流双闭环调试系统与改进范例.docx

转速﹑电流双闭环控制直流调速系统 的设计与仿真 专业：电气工程及其自动化 班级：电气 1205 成员：国志超、董凯、刘小飞 日期：2015年5月10日 预备知识 1.转速﹑电流双闭环控制直流调速系统介绍 直流调速系统，传统上采用速度和电流的双闭环调速。这是从单闭环自动调速系统发展起来的。采用PI控制器的单闭环系统，虽然实现了转速的无静差调速，但因其结构中含有电流截止负反馈环节，限制了起制动的最大电流。加上电机反电势随着转速的上升而增加，使电流达到最大值之后迅速降下来。这样，电动机的转速也减小下来，使起动过程变慢，起动时间增长。为了提高生产率和加工质量，要求尽量缩短过渡过程时间。我们希望使电流在起动时始终保持在最大允许值上，电动机输出最大转矩，从而可使转速直线上升过渡过程时间大大缩短。另一方面，在一个调节器的情况下，输入端综合几个信号，各参数互相影响，调整也比较困难。为获得近似理想的起动过程，并克服几个信号在一处的综合的缺点，经研究与实践，出现了转速、电流双闭环调速系统。 2.理想启动过程 对于经常正﹑反转运行的调速系统，尽量缩短起、制动过程的时间是提高生产率的重要因素。为此，在电机最大允许电流和转矩受限制的条件下，应该充分利用电机的过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流为允许的最大值，使电力拖动系统以最大的加速度起动，到达稳态转速时，立即让电流降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。这样的理想起动过程波形示于下图。这时，起动电流呈方形波，转速按线性增长。这是在最大电流（转矩）受限制时调速系统所能获得的最快的起动过程。 0 n n t 理想起动过程波形 3. 转速﹑电流双闭环直流调速系统的组成 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，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,如下图所示。图中，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。 转速﹑电流双闭环直流调速系统 双闭环直流调速系统电路原理图 设计参数 直流电动机UN=220 v nN=1500 r/minIN=100 A Ce=0.133 v*min/r允许过载倍数λ=1.5 晶闸管装置放大系数KS=50 电枢回路总电阻R=0.5Ω 时间常数TL=0.02s Ts=0.0017s Tm=0.2s 转速反馈系数α=0.01 V*min/r 电流反馈系数β=0.05 V/A 按工程设计方法设计双闭环系统的调节器 双闭环调速系统的动态结构框图 电流调节器的设计 在电流环的设计中，从稳态要求上看，希望电流无静差，以得到理想的堵转特性，有右图可以看出，采用I型系统就可。从动态要求上看，实际系统不允许电枢电流在突加控制作用是有太大的超调，以保证电流在动 电流环简化图 态过程中不超过允许值，而对电网电 压波动的及时抗扰性知识次要的因素。为此，电流环以跟随性能为主，即应选用典型I型系统。 上图表明，电流环的控制对象是双惯性型的，要校正成典型I型系统，显然应采用PI型电流调节器。 参数计算 1．确定时间常数 ① 整流装置滞后时间常数Ts， 三相桥式电路的平均失控时间：Ts=0.00167s0.0017s ② 电流滤波时间常数： ③ 电流环小时间常数之和,按小时间常数近似处理，取 2．选择电流调节器结构 根据设计要求电流超调量，并保证稳态电流无差，可按典型I型系统设计电流调节器，电流环控制对象是双惯性型的，因此可用PI型电流调节器，其传递函数见式 式中 ——电流调节器的比例系数； ——电流调节器的超前时间常数。 检查对电源电压的抗扰性能 3．计算电流调节器参数 ① 电流调节器超前时间常数: ② 电流环开环增益：要求si ≤5%，按表2-2，应取=0.5，因此 于是，ACR的比例系数为 4．校验近似条件 电流环截止频率： ① 晶闸管整流装置传递函数的近似条件 满足近似条件。 ② 忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件 满足近似条件。 ③ 电流环小时间常数近似处理条件 满足近似条件。 5．计算调节器电阻和电容 取，各电阻和电容值为 ，取 ， 取 ，取 按照上述参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标为，满足设计要求。 转速调节器的设计 用电流环的等效环节代替上图中的电流环后，把转速给定滤波和反馈滤波环节移到环内，同时将给定信号改成/，再把时间常数为/和的两个小惯性环节合并起来，近似成一个时间常数为的惯性环节，其中