自动控制系统课程设计含有电流自适应调节器的双闭环调速系统设计.doc

自动控制系统课程设计报告 课程名称：自动控制系统课程设计 设计题目：含有电流自适应调节器的双闭环 调速调速系统设计 院 系：信息与电气工程学院 班 级： 设计者： 指导教师： 设计时间：2017年1月 课程设计（论文）任务书 专业 电气工程及其自动化 班 级 学生 指导教师 题目 自动控制系统课程设计 子题 含有电流自适应调节器的双闭环调速系统设计 设计时间 2017年12月26日 至 2017年1月9日 共2周 设计要求 一、 设计目的： 通过课程设计掌握双闭环控制系统的分析与设计方法。 掌握典型双闭环调速系统的组成，动态和静态性能指紐和电流断续时的 处理。 根据实际情况，掌握设计转速调节器，电流调节器（包含电流断续）的 一般方法。 培养自己科学严谨的治学态度。 二、 设计内容: 转速调节器，电流调节器（ASR，ACR）具有抗干扰滤波能力，稳态运行 无静差。 电流调节器ACR具有电流自适应功能。 稳态指标：无静差。 动态指标：电流超调量空载起动到额定转速时的转速超调量 o 10%。 三、 参数选择 基本参数如下： 直流电动机:220V, 36A，1460r/min,00. 127Vmin/r,允许过载倍数入=1.5。 晶闸管装置放大系数：Ks=33。 电枢回路总电阻：R=0. 3Q。 时间常数：Tl=0. 03s, Tln=0. 18s。 电流反馈系数：P =0. 185V/A （10V/1.5Inom）。 转速反馈系数:a =0. 007Vmin/r （^lOV/Nnom） 一、题目分析 1.问题的提出 双闭环调速系统以其快速性好、高稳定性、结构简单、控制方便等优点在直 流调速系统中占有主要地位。但电流的断续是双闭环调速系统中存在的一个问 题。当电枢回路电感不太人或电动机负载较轻时，由于在续流过程中，电感所存 储的磁场能不足以维持电流连续，这就造成电枢冋路电流的断续。当电流断续吋, 系统的机械特性上翘变软成非线性特性。此吋，电动机若工作在机械特性的非线 性区域，系统的调速性能将明显下降，其至导致系统的不稳定。因此，必须采取 一定的措施来改善系统的特性。 1.1双闭环调速系统 双闭环反馈调速系统是由单闭环系统发展而来的。单闭环系统用PI调节器实 现转速无静差，消除负载转矩扰动对稳态转速的影响，并用电流截止负反馈限制 电枢电流的冲击，避免出现过电流现象。但转速单闭环系统并不能充分按照理想 要求控制电流（或电磁转矩）的动态过程。 为了使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 别引入转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流，二者之间实现嵌套连接，如 图1所示。线路连接原理如阁2所示。其中，ASR和ACR分别为转速调节器和电 把转速调节器的输岀当做电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制 电力电子变换器UPEo从闭环结构上看，电流环在里面，称为内环；转速环在 外而，称为外环。这就形成了转速、电流双闭环直流调速系统。为了获得良好的 静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用PI调节器。 1.2电流断续时系统的工作状态 当电流断续吋，电感的续流作用在一个波头内就己结束，每个波头结束 时，电流都减至零，相当于7；为零，这使得平均整流电压与平均整流电流之 间的关系成为比例环节。即此时电动机主回路的动态传递函数为兑为 R 电流断续时的电枢等效总电阻，由此可见，即放大倍数大大减小。 R R 当电流断续时，电流环的调节对象变成一个延迟环节和一个比例环节的 串联，其传递函数为此时要保证电流环的动态特性不变，用PI T^s +1 R 调节器己不能完成任务，并且调节对象的放大倍数明显下降，这使系统过渡 过程时间明显增长，系统的快速性下降，严重时易导致系统不稳定。 若电流环其他部分的传递函数不变，设电流断续时电流调节器的传递函 数为WAO?(S)，则有以下关系式： K- * / K- * / R _ r * 9 + 1 * Ks * /R 所以 ACRR 7 ACR R 7；5 + l 为保证系统快速性令7； = r;则有 ACRT:RsTS ACR T: R s TS 其中 K’sRL MX 由此可见，电流断续时选用积分调节器并使积分时间常数满足公式, 就可确保系统的动态性能不变。 二、调节器设计 2.1电流调节器WACR⑻的设计 反馈系数：a =0.007 3=0.185V/A ( ^10V/1.5Inom) (1)确定时间常数： T,=0.03s Tm=0.18s Ts=0.0017s Toi=0.002s Tzi=0.0037s CeD CeD n =0.0708 (2)计算电流调节器参数 则: Ti=Ti=0.03 要求恥15%，按表取仏7^;0*5 ,故 K^nS.ls-1 于是ACR的比例系数