电流环的设计.docx

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1、成绩中国农业大学课程设计（2010-2011学年春季学期）论文题目：基于双闭环的直流脉宽调速系统计算书课程名称：电力拖动自动控制系统任课教师：陈一飞班　　级：自动化081　　学　　号：姓　　名：李璐基于双闭环的直流脉宽调速系统建模及调节器设计一、设计总体要求：要求设计双闭环直流脉宽调速系统，可完成以下任务：(1)该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机可逆运行，具有较宽的调速范围（D≥10），系统在工作范围内能稳定工作；(2)系统静特性良好，无静差（静差率s≤2）；(3)动态性能指标：转速超调量δn＜8%，电

2、流超调量δi＜5%，动态速降Δn≤10%，调速系统的过渡过程时间（调节时间）ts≤1s；(4)系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续；(5)调速系统中设置有过电压、过电流等保护，并且有制动措施。电路设计及分析根据设计任务可知，要求系统在稳定的前提下实现无静差调速，并要求较好的动态性能，可选择PI控制的转速、电流双闭环直流调速系统，以完全达到系统需要。转速、电流双闭环直流调速系统框图如图1-1所示。图1-1转速、电流双闭环调速系统系统框图两个调节器的输出均带限幅作用的,转速调节器ASR的输出限幅电压决定了电

3、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电换器的最大输出电压。双闭环直流调速系统原理框图如下图1-2所示：图1-2双闭环直流调速系统原理框图由此得到系统电气原理图见附图1。二、电流调节器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。由于电流检测中常常含有交流分量，为使其不影响调节器的输入，需加低通滤波。转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速n很快地跟随给定电压变化

4、，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差。它对负载变化起抗扰作用。其输出限幅值决定电机允许的最大电流。由于测速发电机得到的转速反馈电压含有换向纹波，因此也需要滤波。图1-2系统实际动态原理框图一、电流环的简化在图1-2虚线框内的电流环中，饭电动势与电流反馈的作用相互交叉，这将给设计工作带来麻烦。实际中，对电流环来说，饭电动势是一个变化比较慢的扰动，在电流的瞬变过程中，可以认为反电动势基本不变，即ΔE0.其中忽略反电动势对电流环的近似条件是（1—3）式中——电流环开环频率特性的截止频率。如果把

5、给定滤波和反馈滤波两个环节都等效地移到环内，同时把给定信号改为，则电流环便等效成单位负反馈系统，如图1—3b所示，从这里可以看出两个滤波时间常数取值相同的方便之处。最后，由于和一般都比小得多，可以当作小惯性群而近似看作是一个惯性环节，其时间常数为（1—4）则电流环结构框图最终简化成图1—3c所示。简化的近似条件为（1—5）(a)(b)(c)图1—3电流环的动态结构框图及其简化(a)忽略反电动势的动态影响(b)等效成单位负反馈(c)小惯性环节近似处理二、电流调节器参数计算电流反馈系数：=10/λIN=101.5

6、×760=0.00881、确定时间常数：（1）、整流装置滞后时间常数Ts。查表可得，三相桥式电路的平均失控时间Ts=0.0017s。（2）、电流滤波时间常数Toi,Toi=2ms=0.002s。（3）、电流小环节时间常数之和T∑i=Ts+Toi=0.0037s。2、选择电流调节器结构根据设计要求δi＜5%，并保证无静差，按典Ⅰ型系统设计电流调节器。电流环控制对象是双惯性的，因此可用PI型电流调节器。传递函数为WACR(s)=Ki(τis+1)τis检查对电源电压的抗扰性能：TlT∑i≈0.0310.0037≈

7、8.38。参看书表3-2的典Ⅰ型系统动态抗性能，各项指标都可以接受。参考关系KT0.250.390.50.691.0阻尼比ξ1.00.80.7070.60.5超调量δ0%1.5%4.3%9.5%16.3%上升时间6.6T4.7T3.3T2.4T峰值时间8.3T6.2T4.7T3.6T相角稳定裕度γ65.5°截止频率0.243/T0.367/T0.455/T0.596/T0.786/T3、计算电流调节器参数：电流调节器超前时间常数：=0.031s电流开环增益：要求δi＜5%，，因此=12×0.0037≈135.

8、1s-1于是，ASR的比例系数为Ki=KIτiRKsβ=135.1×0.0031×0.1475×0.0088≈0.8914、校验近似条件电流环截止频率：ωci=KI=135.1s-1(1)、校验晶闸管整流装置传递函数的近似特殊条件=13×0.0017s-1≈196.1s-1满足近似条件（2）、校验忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件=3×10.112×0.0031s-1≈50.91s-1满足近似条