三闭环直流调速系统的设计、建模与仿真.docVIP

三 闭 环 直 流 调 速 统 的 建 模 与 仿 真 三闭环直流调速系统的设计 一、三闭环直流调速系统总体设计方案 三闭环直流调速主电路由双闭环直流调速系统改进而得。当采用双闭环直流调速系统时，在电流上升阶段，电流急剧上升，变化率很大，会在直流电动机中产生严重后果，如产生很高的附加电动势及机械传动机构产生强烈的冲击。为解决这一矛盾，在电流环内设置一个电流变化率环，构成转速、电流、电流变化率的三环系统。转速调节器ASR设置输出限幅，以限制最大启动电流。根据系统运行的需要，当给定电压后，ASR输出饱和，电机以最大的允许电流起动，同时由于电流变化率ADR环的作用，使电流上升斜率有一定限制，当达到给定的速度后转速超调，ASR退饱和，电机电枢电流缓慢下降。这样，经三个调节器的调节作用，使系统很快达到稳定。 在带电流变化率内环的三环调速系统中，ASR的输出仍是ACR的给定信号，并用其限幅值限制最大电流；ACR的输出不是直接控制触发电路，而是作为电流变化率调节器ADR的给定输入，ADR的负反馈信号由电流检测通过微分环节LD得到，ACR的输出限幅值则限制最大的电流变化率。最后，由第三个调节器ADR的输出限幅值决定触发脉冲的最小控制角。 带电流变化率内环的三环调速系统原理图 二、电流变化率环的设计 电流调节器使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出量）变化。对电网电压的波动起及时抗扰的作用。在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。 电流变化率环的闭环传递函数为 式中，= ； 为ADR的积分时间常数； 为ADR时间常数调整器的分压比； 电流微分时间常数； 电流微分滤波时间常数。 在该设计中电流变化率调节器ADR选用PI调节器,取电流微分滤波时间常数为0.002 S;电路中PI调节器的电阻R取为1K,调节器的电容取为47uF, ADR时间常数调整器的分压比取0.5，得到积分调节器为；仿真后发现效果不好，就添加了比例调节器，放大系数取1，得到ADR的PI调节器的传递函数为;一般取电流微分时间常数为0.01，电流检测反馈为0.05，所以； + _ （a) S S 二、电流调节器的设计 1.确定时间常数 滞后时间常数=0.0017s =0.18s （4）电流环小时间常数。由题目条件可知。 故按小时间常数近似处理，取=0.0037s。 2.选择电流调节器的结构 根据电流超调量 的要求，电流环按照典型系统设计，电流调节器采用PI调节器，其传递函数为： 式中 ——电流调节器的比例系数；——电流调节器的超前时间常数 3. 选择电流调节器参数 ACR超前时间常数： 电流反馈系数：=0.05V/A 电流环开环增益：要求时,查表得,因此 带入以上数据有： =1.01 4. 校验近似条件 转速环截止频率为 （1）晶闸管装置传递函数近似条件： 而= ，即满足近似条件 （2）忽略反电动势对对电流环影响的条件： 而 ==40.8 ，即满足近似条件 （3）小时间常数近似处理条件： 而 ，即满足近似条件 三、转速环的设计如下 1. 确定时间常数 已知，由电流环设计可知， 故转速环小时间常数 2. 选择转速调节器的结构 由于设计要求无静差，转速调节器必须含有积分环节；又根据动态要求，应按典型II型系统设计转速环。故ASR选用PI调节器，其传递函数为：