直流双环系统设计及仿真分析.docVIP

摘要 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，本系统设计中设置两个调节器，分贝调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。两者之间实行嵌套连接，把转速调节器的输出当成电流调节器的输入，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、电流双闭环系统。 本系统采用了两个PI调节器分别形成内、外两个闭环的效果。这样的静特性显然比带电流截止负反馈的单闭环系统静特性好。然而实际上运算放大器的开环放大系数并不是无穷大，所以静特性的两段实际上都略有很小的静差。 关键词：空载启动 PI调节器 双闭环 仿真 直流双环系统的设计及仿真分析 1双闭环系统组成及工作原理 1.1 双闭环系统的组成 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，本系统设计中设置两个调节器，分贝调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。两者之间实行嵌套连接，如图1-1所示。 把转速调节器的输出当成电流调节器的输入，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、电流双闭环系统。 1.2 双闭环系统工作原理 为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器都是采用PI调节器，这样构成的双闭环直流调速系统的电路原理图如图1-2所示： 图中含有两个调节器输入输出电压的实际极性，他们是按照电力电子变换器的变换电压为正电压的情况标出的，并考虑到运算放大器的倒向作用。图中还含有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的输出限幅电压限制了电力电子变换器的最大输出电压。 双闭环调速系统的静特性在负载电流小于时表现为转速无静差，这时，转速负反馈起主要调节作用。 当负载电流达到后，转速调节器饱和，电流调节器起主要调节作用，系统表现为电流无静差，得到过电流的自动保护。 如果采用了两个PI调节器分别形成内、外两个闭环的效果。这样的静特性显然比带电流截止负反馈的单闭环系统静特性好。然而实际上运算放大器的开环放大系数并不是无穷大，特别是为了避免零点飘移而采用 “准PI调节器”时，静特性的两段实际上都略有很小的静差。 2 双闭环系统的设计 2.1 系统的初始条件 已知电动机参数：电动势系数电枢回路总电阻触发整流环节的放大倍数电磁时间常数机电时间常数电流与转速反馈滤波时间常数；额定转速时的给定电压调节器ＡＳＲ，ＡＣＲ饱和输出电压。 2.2电流调节器 2.2.1 电流反馈系数的计算及时间长数的确定 1、 2、整流装置的时间常数 ，按表2-1： 表2-1 各种整流电路的失控时间 所以三相半波电路的平均失控时间。 3、电流滤波时间常数，三相桥式电路每个波头的时间是，为了基本滤平波头，应有，而且题目给定符合要求，所以设定。 4、电流环小时间常数之和，按小时间常数近似处理，取 2.2.2 电流调节器结构的选择 根据设计要求，并保证稳态电流误差，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，其传递函数为： 检查对电源电压的抗扰性能：，参照表2-2的典型系统动态抗扰性能，各项指标都是可以接受的。 表2-2 典型Ⅰ型系统动态抗扰性能指标与参数的关系 2.2.3 电流调节器参数的计算 电流调节去超前时间常数：。 电流环开环增益：要求时，按表2-3，应取， 经计算的： 于是，ACR的比例系数为： 表2-3 典型I型系统跟随性能指标和频域指标与参数的关系 2.2.4 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对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。 2.2.5 计算调节器的电阻电容 图2-1 PI型电流调节器 由图2-1所示，按所用运算放大器取，各电阻和电容值为： ； ； ，取。 按照上述参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标为（见表2-3），满足设计要求。 2.3 转速调节器 2.3.1 转速反馈系数的计算及时间常数的确定 1、 2、电流环等效时间常数，因为，。 3、转速滤波时间常数，（题目中以给出） 4、转速环小时间常数，按小时间常数近似处理，取： 2.3.2 转速调节器的结构选择 按照设计要求，选用PI调节器，其传递函数为： 2.3.3 转速调节器参数计算 计算转速调节器参数按跟随和抗扰性能都较好的原则，取h=3，则ASR的超前时间常数为：所以转速开环增益： 故可得ASR的比例系数为： 2.3.4 检验近似条件 转速环截止频率为： 。 1、电流环传递函数简化条件为： 满足简化条件； 2、转速环小时间常数近似处理条件为：