直流双闭环调速系统

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1、课题：专业：电气工程及其自动化班级：3班学号：20100065姓名：龙明艳指导教师：唐明良开课时间：2013至2013学年第一学期成绩：重庆大学城市科技学院电气学院直流双闭环调速系统调节环节课程设计一、课程设计任务书已知晶闸管一直流电机双闭环调速系统（V-M系统）的Simulink的动态结构图如图所示。图中直流电机的数据有：Pnom=10KW，Unom=220V，Inom=53.5A，nnom=1500r/min，电枢电阻Ra=0.31ΩV-M系统主电路总电阻R=0.4Ω；电枢回路电磁时间常数Ta=0.00128s；三

2、相桥平均失控时间Ts=0.00167s；触发整流装置的发达系数Ks=30；系统运动部分飞轮矩相应的机电时间常数Tm=0.042s；系统测速反馈系数Kt=0.0067v/min；系统电流反馈系数Ki=0.072v/min；电流环滤波时间常数Toi=0.002s；转速环滤波时间常数Ton=0.01s。当忽略系统其它非线性只考虑电流环与转速环的饱和非线性时，设计电流调节器和转速调节器，并绘制系统带参数的Simulink动态结构图。设计要求：稳态指标：无静差动态指标：电流环节超调量σ％≤５％，转速环节超调量σ％≤10％.二、直

3、流双闭环调速系统的组成及其静态特性2.1、系统结构分析为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设计两个调节器，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。二者之间实行嵌套联接。把转速调节器的输出当做电流调节器的输入，再用电流调节器的输出控制电力电子变换器UPE。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。2.2、系统的静态特性分析双闭环调速系统的静特性，只要注意用带限幅的输出特性表示的PI调节器就可以了。PI调节器一般存在两种状态，即饱和与不饱和两种状态，当调节器饱和时，输出

4、为恒值，输入量的变化不在影响输出，除非有反向的输出信号使调节器退出饱和。当调节器不饱和时，PI的作用使输入偏差电压△U在稳态时总为零。在稳态工作点上，转速n是由给定电压Un*和反馈系数α决定的，转速调节器ＡＳＲ的输出量Uｉ*是电流调节器的参考输入，其大小有β和负载系数Id决定。由于转速调节器处于不饱和状态；当转速调节器ASR饱和时，Un*=Uｉ*，转速的变化不再对系统产生影响，相当于转速反馈环开环，双闭环系统变成为一个电流无静差的电流单闭环调速系统。这时稳态时，Id=Idm，因此双闭环调速系统在负载电流Id

5、现为转速无静差，这时反馈起主要作用。但负载电流Id=Idm时，对应于转速调节环的最大输出Uim，这时转速的变化不再影响转速调节器的输出，电流换起主要调节，系统表现为电流无静差。如图所示:三、调节器的工程设计3.1、电流调节器的设计3.1.1、电流环结构图的简化在按动态性能设计电流环时，可暂时不考虑反电势的动态影响，即△E≈0，这是电流环如图所示：满足条件：，这时才可忽略反电势的影响。一般，Ts和Tci都比T1小得多，所以可以看成一个惯性环节。则，令T∑i=Ts+Tci此时，电流环可简化为如图所示：则电流环节被控对象为：

6、3.1.2、电流调节器结构的选择从稳态特性上看，希望做到电流无静差以获得理性的堵转特性。从动态特性要求来看，电流环跟随电流给定，希望超调量小。由此出发，希望把系统校正为典型I型系统。电流环节包含了电网电压的波动，因此从系统的抗干扰能力出发，希望把系统校正为典型II型系统。在通常情况下，其中有两个惯性环节时间常数，当T1/T∑i≤10的时候，，典型系统的恢复时间是可以接受的。因此，在进行系统校正时，电流环节按典型I型系统设计。在题中，T1=0.0128，T∑i=Ts+Tci=0.00167+0.002=0.00367因此

7、，T1/T∑i≈10，此时，系统选用典型I型系统。其中，被控对象有两个惯性环节，为了把系统校正为典型I型系统，显然调节器选用PI调节器，其传递函数为3.1.3、电流调节器参数的计算等效时间常数：T∑i=0.00367；采用零极点对消的原理，取τi=T1=0.0128；Gi（s）WACR(s)==其中，为电流环节的开环传递函数的放大系数；如果取σ％≤５％，则KiT∑i=0.5Ki=1/2T∑i=136.24；KPI=0.323；所以，=电流环节的等效开环传递函数为：Gi（s）WACR(s)=此时，校正后的电流环节如下：经

8、MATLAB仿真检验，超调量σ％=4≤５％，符合设计要求。3.2、转速调节器的设计在电流环节，其电流闭环传递函数为φ（s）=整理得为φ（s）=；那么系统简化的动态结构图为：3.2.1转速调节器结构选择简化后的转速反馈系统所示，转速开环对象包含了一个积分环节和一个惯性环节，而且积分环节在负载扰动作用点之后。要实现转速无静差，应在负载