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1、设计题目:双闭环V-M调速系统中主电路，电流调节器及转速调节器的设计。二、条件及控制对象的根本参数：1电动机参数为： Pnom=3kW，Unom=220V， Inom=17.5A，nnom =1500r/min，电枢绕组 电阻Ra=1.25 ，GD2=3.53Nm2。采用三相全控桥式电路，整流装置内阻R,ec=1.3 。平波电抗器电阻 R =0.3 。整流回路总电感 L=200mH。2这里暂不考虑稳定性问题，设ASR和ACR均采用PI调节器，ASR限幅输出Uim=8V, ACR限幅输出Uctm=8V，最大给定Unm=10V，调速X围D=20，静差率s=10%，堵转电流Idbl =2.1 I n
2、om，临界截止电流I dcr =2 I nom。3设计指标：电流超调量3 i % 5%,空载起动到额定转速时的转速超调量3n 10%，空载起动到额定转速的过渡过程时间ts 0.5。三、设计要求1用工程设计方法和西门子调节器最正确整定法 *进展设计，决定 ASR和ACR构造并 选择参数。2对上述两种设计方法进展分析比拟。3设计过程中应画出双闭环调速系统的电路原理图及动态构造图4利用 matlab/simulink进展结果仿真。*为可选作内容四、设计方法及步骤：I用工程设计方法设计1系统设计的一般原那么：直流双闭环调速系统中设置了两个调节器，即转速调节器（ASR）和电流调节器（ACR），分别调节转
3、速和电流，即分别引入转速负反应和电流负反应。按照设计多环控制系统的先内环后外环的一般原那么，从内环开场，逐步向外扩展。在双闭环系统中，应该首先设计电流调节器， 然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器。一转速反应系数；一电流反应系数2主电路的主要参数的计算Ud1U2 :U2d(11.2)=114.9V2.34cos 00.9其中系数0. 9为电网波动系数，系数 1-1. 2为考虑各种因素的平安系数，这里取1. 10 2电流环设计2电动势系数：Ce Un一InR220 17.5 1.25 0.132V ?min/rnN15003转矩系数：Cm30Ce1.26kgm / A
4、wordzl.4由题意得，平波电抗器电阻R =0.35机电时间常数：Tm 西？一竺3?-00.169s375 CeCm375 0.1322 303电流环调节器的参数计算1) 确定时间常数a.整流装置滞后时间常数Ts。通过查表得，三相桥式电路的平均失控时间Ts=0.0017s。b. 电流滤波时间常数 To,。三相桥式电路每个波头的时间是3.3ms,为了根本滤平波头，应有12Toi =3.33ms，因此取 Toi =2ms=0.002s。c. 电流环小时间常数之和T ,。按小时间常数近似处理，取T , = Td, + Ts=0.0037s。选择电流调节器构造取电流时间常数Tl=0.03s根据设计要
5、求3 i %5%,并保证稳态电流无差，可按典型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，其传递函数为WACR（S）心（iS 1）iS检查对电源电压的抗扰性能:Ti0.03s0.0037s=8.1，通过查表典型I型系统动态干扰性能，各项指标都是可以承受的。2) 选择电流调节器参数电流调节器超前时间常数：i T 0.03s电流环开环增益：要求3i%5%时，按典型1型系统动态跟随性能指标和频域指标与参数的关系表格，取KT =0.50，即KIT i =0.5s，因此1KI =0.5/ T i =0.5/0.0037=135.1 s于是，ACR的比例系数为 KiK iR
6、Ks其中Ks为晶闸管的内置放大系数，设其为30为电流反应系数UmI dm102.1 17.50.2721R为电枢回路的总电阻,设其为2.85135.10.03 2.851.4130 0.2721根据上述参数可以到达的动态指标为3) 校验近似条件电流环截止频率：ciKi =135.1 s 1a.晶闸管整流装置传递函数的近似条件3TS3 0.0017s 196.1 s1cib.忽略反电动势变化对电流动态影响的条件10.03 0.0169133.23cic. 电流环小时间常数近似处理条件1 130.0017 0.002180.775s满足近似条件=4.3%5%，满足设计要查表可得，设计后的电流环可以
7、到达动态指标查表可知 求。4) 计算调节电阻和电容取 R仁 R2=R3=R4=40k，各电阻和电容值为R Ki Rq =1.41*40=56.4kG =5040uFRCoi4ToL 0.2uFRq=4 .3%5%，满足设计要求。按照上述参数，电流环可以到达的动态跟随性能指标为 综上所述电流环ACR丨调节器的传递函数为：Wacr (S)( e(0.03S+1)is0.03s4转速调节器设计与参数选择转速调节器电路设计含给定滤波与反应滤波的 PI型转速调节器如下列图所示其中Ui为电流给定电压，|d为电流负反应电压，+15V为电力电子变换器的控制电压。1) 确定时间常数1a. 电流环等效时间常数2T
8、 i 2 0.00367 0.0074sK|b. 转速滤波时间常数，根据所用的测速发电机波纹情况，取Ton=0.01sc.转速环小时间常数，T nTon0.0074 0.01 0.0174sK|2) 选择转速调节器构造3) 按照设计要求无静差，应选用PI调节器考虑动态性能要求，按典型系统II设计系统按典型II型系统设计。其传递函数为_RWn(s)Jns 1)Kn R( nS 1)n CeTms2(T nS 1)4) 选择转速调节器参数按跟随和抗扰性能都较好的原那么，取中频宽H=6,那么a.ASR的超前时间常数n HT n6 0.0174 0.1044sb.转速开环增益：Kn口 2321.12s
9、 22h2T2n2 36 0.01742c.转速反应系数:U nmnmax赢 0.006聞/d. ASR的比例放大系数为:Kn(h 1) CeTm2h RT n7 O.2721 0.132 O.16910.1242 6 0.0067 0.3 0.01745）校验近似条件转速环截止频率cnKn1Kn n 321.12 0.104433.5249sa. 转速环小时间常数近似处理条件为1 _厂 113 2T .Ton32 0.0037 0.01b. 电流环传递函数简化为：38.6scn32.52s5T54.05scn32.52snRnon4TonR04 0.01340 101uF综上所述，ASR转速
10、调节器的传递函数为:WACR (s)Kn( ns 1)= 10.124 (0.1044S+1)ns0.1044 swn（s）=Kn R( ns 1)10124 0.0067 0.3(0.1044s+1)n CeTms2(T ns 1) = 0.1044 0.2721 0.132s2(0.0174s 1)0.0021s 0.020.000065s3 0.0037s20.21s 20.0065s3 0.37s2五、MATLAB仿真SImulI nk仿真，所设计系统的构造图为:6计算调节器电阻和电容取 R0=40R, KnR010.124 40 404.960.1044257uF404.96结果为:
11、计算得：3 j%=2.7%5%,符合条件。六、设计心得:通过本次课程设计，我对自动控制系统在工业中的运用有了深入的认识，对自动控制 系统设计步骤、思路、有一定的了解与认识。在课程设计过程中， 我都按照自动控制系统课上学到的设计步骤来做，首先熟悉系统的流程，进展分析，确定每个模块即电流环调节，和速调节的设计方法，最后设计总体方案。通过查资料选取适当的硬件，运放选择OPO7,画出对应的电路图， 各局部的功能模块通 过计算，得到其传递函数。通过传递函数我们在 simulink 中进展仿真，把电路连好设定好参 数就可以进入参数调试，仿真。由于 simulink 不是很熟悉， 在仿真过程中我遇到了很多的
12、难题， 通过请教对 matlab 比拟 熟悉的同学，我克制了很多困难圆满完成这次设计。但是，通过设计我也明白了一点， 我们 上课所学到的知识在做本设计时是远远的不够的， 只是设计的一点皮毛而已。 平常我们应该 扩大自己得知识面。 经过这次的课程设计， 不仅在书上学到的知识得到了稳固， 而且还在设 计过程中拓展了其他没有学过的知识。 这次的课程设计从查找资料， 到确定方案， 最后再到 用软件仿真，这次课程设计是我的一笔很大的财富。 在今后的学习中，我会更加全面的思考问题，能够有效的解决遇到的问题。七、参考文献1. 王兆安，等 .电.力电子技术 M .:机械工业， 2000.2. X广溢，等电机学M。 XX:XX 大学,2002.3. 王军 .自动控制原理 M。 XX:XX 大学， 2008.4周渊深交直流调速系统与 Flat 1 ab仿真M.俨比京：中国电力，2004.5陈伯时，电力拖动自动控制系统（第2版）M.:机械工业.20056.陈伯时 .电力拖动自动控制系统一一运动控制系统（第3版）机械工业
