控制系统综合设计-双闭环控制的直流调速系统

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1、控制系统综合设计指导老师：XXX老师年级专业12自动化X班姓名学号XXXxxxxXXXxxxx2016年1月8日题目及要求设计题目：直流调速系统计算机仿真设计背景：直流调速系统是传统的调速系统，自19世纪80年代起至19世纪末以前，工业上传动所用电动机一直以直流电动机为唯一方式。它具有稳速精度高、调速比大、响应时间短等特点，宜于在广泛范围内平滑调速，故广泛应用于轧钢、机床、轻工、计算机、飞机传动机构等领域。近年来，交流调速系统发展很快，被科学技术水平较高的西方国家所广泛采用，与直流调速相比，交流调速有本身固有的优点：结构简单、坚固

2、耐用、经济可靠及小动态相应性能好等，还能实现高速拖动，而且电源广泛。但由于直流拖动系统在理论上和时间上都比较成熟，具有良好的起、制动性能，从反馈闭环控制的角度来看，直流拖动控制系统又是交流拖动控制系统的基础，所以我们应该很好的掌握直流拖动控制系统。但是直流调速系统的设计是一个庞大的系统工程，对于一个经过大量分析、计算、设计、安装等一系列工作的系统究竟能否一次性调试成功，这关系到已经投入的大量人力、财力、物力是否会浪费的问题。因此，一个直流调速系统在正式投入运行前，往往要进行仿真调试。设计要求：本设计给出一个小型直流调速系统，其指标

3、及参数为∶（1）静态精度(转差率S)，在电网电压波动±10%，负载变化±20%，频率变化±1HZ时，S<5%，电流和转速超调量，振荡次数N<(2~3)，D>10~15；（2）电动机数据∶额定电流136A，额定电压230V，功率30KW，额定转速1460转/分，电势转速比，电枢电阻RΩ=0.5Ω，过载系数λ=1.5，可控硅整流装置KS=40。s，s。（3）测速发电机，永磁式，额定数据为∶电压110V，电流0.045A，转速1900r/min，W，A，。目录1系统设计方案21.1方案一：转速负反馈单闭环调速系统21.2方案二：速度、电

4、流双闭环调整系统21.3方案选择32双闭环控制的直流调速系统原理及参数计算42.1直流调速系统的静特性42.2电流调节器的传递函数参数计算52.3转速调节器的传递函数参数计算62.4双闭环控制的直流调速系统动态结构框图83双闭环控制的直流调速系统仿真9利用Matlab中的Simulink对该系统进行建模、仿真和分析。94结论与收获125小组分工12参考文献13121系统设计方案为了满足调速的设计要求，本设计的直流调速必须采用负反馈调节实现，可供选择方案有转速负反馈单闭环调速以及速度、电流双闭环调速。为了消除静差，均使用PI调节器。

5、1.1方案一：转速负反馈单闭环调速系统图1所示是一个典型的转速负反馈单闭环调速系统的原理图。图1转速负反馈单闭环调速系统原理图其工作原理是：速度设定是一个可变电位器，改变电位器的工作点就能改变其输出电压，由一个输入设定速度值，送到调节器A，调节器按照其控制算法进行解算，输出控制信号Uct给触发电路单元GT，由GT控制可控整流单元Z，输出Ud经电抗器L给直流电机M，电机M带动机械负载工作，同时转速检测单元TG把实际速度反馈给调节器A，调节器本身采用减法器模式，这样就是一个差值，然后这个差值就对后续的结果产生作用。电机启动初期，差值最

6、大；达到稳态时，差值就变到最小；当要改变转速时，只需改变电位器即可。1.2方案二：速度、电流双闭环调整系统图2所示是一个典型的速度、电流双闭环调整系统的原理图。12图2速度、电流双闭环调速系统原理图速度、电流双闭环调速系统工作原理是：速度设定信号Un*和速度检测信号Un的差值作为速度调节器ASR的输入信号，经ASR按照PI控制规律进行解算，其输出信号是Ui*;Ui*与电源支路Ui的差值作为电流调节器ACR的输入，经过电流调节器ACR按照PI控制律进行控制，输出信号Uct，Uct是电力电子触发单元GT的控制换算信号，直接控制可调电压

7、单元V输出电压Uod给直流电机M，改变设定信号Un*，就可以改变转速n。1.3方案选择根据设计中对电流的控制提出了要求：一是启制动的时间控制问题；二是负载扰动的电流控制问题。采用单闭环调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。但是，如果对系统的动态性能要求较高，例如要求快速起制动，突加负载动态速降小等等，单闭环系统难以满足要求，因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩，在单闭环调速系统中，只有电流截止负反馈是专门用来控制电流的，但它只是在超过临界电流值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想

8、地控制电流的动态波形，当电流从最大值降低以后，电机转矩也随之减少，因而加速过程必然拖长。12若采用双闭环调速系统，则可以近似在电机最大电流（转矩）受限的条件下，充分利用电机的允许过载能力，使电力拖动尽可能用最大的加速度起动，到达稳态转速后，又可以让