带电压内环的三环直流调速系统.doc

课程设计(论文) 题　目: 带电压内环的三环系统设计 学生姓名 专 业_ 学 号_ 班 级_ 指导教师 成 绩_ 一、设计目的和内容： 设计带电压内环的三环系统，完成理论的设计，通过matlab进行仿真调试，对参数进行调整，直至满足性能指标的要求。 二、性能指标要求： 转速电流的超调量小于5%，阶跃电压、阶跃负载扰动下的恢复时间小于0.05s。 三、小组成员： 四、实验步骤和内容： 1、测定直流电机各参数： 主要包括回路电阻、电感、电磁时间常数及机电时间常数的测量。 (1)电枢回路电阻测量 U/V I/A R/Ω 3 0.14 21.4 20.8 4 0.19 21.05 5 0.25 20 (2)电枢回路电感测量 U/V I/A Z/Ω L/H 12.7 0.065 195.38 0.6187 0.5516 21 0.101 207.92 0.6588 25 0.117 213.68 0.6773 Z=R+jwL w=2*pi*f f=50HZ L=sqrt(Z^2-R^2)/w (3)电机铭牌参数 型号 DJ15 直流（A） 1.20 励磁电流 I0.13A 功率 185W 转速 1600r/min 绝缘等级 E 电压 220V 励磁电压 220V (4)利用matlab计算机电时间常数 U=200V，R=900Ω x=[0 0.18 0.3 0.36 0.46 0.54 0.64 0.78 0.9 1.06 1.32 1.44 1.7 1.94 2.24 2.48] y=[0 1.04 1.44 1.6 1.84 2 2.4 2.56 2.8 2.8 3.04 3.2 3.28 3.28 3.36 3.36] 利用cftool曲线拟合所得结果和图形如下： Linear model Poly6: f(x) = p1*x^6 + p2*x^5 + p3*x^4 + p4*x^3 + p5*x^2 + p6*x + p7 Coefficients (with 95% confidence bounds): p1 = -0.1277 (-0.664, 0.4085) p2 = 1.048 (-2.892, 4.989) p3 = -3.46 (-14.38, 7.463) p4 = 6.177 (-7.978, 20.33) p5 = -7.234 (-15.81, 1.34) p6 = 6.405 (4.306, 8.503) p7 = 0.0203 (-0.1485, 0.1891) 测速电机终值3.36v 电机转速规律n=nz+(nst-nz)*e^(-t/Ttm) nst=0 n=nz(1-e^(-t/Ttm)) Ttm应为3.36*0.632=2.1235v时所对应的时间 将matlab中的拟合曲线进行局部放大得图形如下： 可读得相应时间为0.554s即Ttm=0.554s 电磁时间常数Tta==0.5516/20.8=0.0265s Ttm4*Tta 与理论结果基本符合。 2、理论设计：整体框架的设计、各环节传递函数的的计算和参数的整定 依据控制系统设计原则，首先画出转速——电流——电压三闭环的结构示意图，由结构示意图画出稳态结构图，依据结构图从内环到外环逐环进行设计，确定各部分的参数和传递函数，最后确定系统的动态结构图，进行仿真设计。 确定各相关参数，对结构图进行等效和简化。带电压内环的三环系统结构示意图如下： 对电压内环进行简化： 电压内环简化处理后的系统结构图如下： 忽略晶闸管内阻和平波电抗器的电感，Ra=R,Tla=Tl, 结构图中项可以忽略，简化后整个控制系统的结构图如下： 计算相关参数：电枢电阻R=20.8Ω,忽略晶闸管内阻和平波电抗器的电感，电磁时间常数Tl=L/R=0.56/20.8=0.027，U=IaRa+Ea Ce=(U-IaRa)/n=(140-0.14*20)/894=0.153 晶闸管传递函数：，查表可得三相桥式滤波电路的平均失控时间Ts=0.00167s,取放大系数Ks=30。 各反馈通道反馈系数的确定：=Un/nmax=3