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1、目录1、引言错误!未定义书签。二、初始条件：错误!未定义书签。三、设计要求：错误!未定义书签。四、设计基本思路错误!未定义书签。五、系统原理框图错误!未定义书签。六、双闭环调速系统的动态结构图错误!未定义书签。七、参数计算错误!未定义书签。1. 有关参数的计算错误!未定义书签。2. 电流环的设计错误!未定义书签。3. 转速环的设计错误!未定义书签。七、双闭环直流不可逆调速系统线路图错误!未定义书签。1 .系统主电路图错误!未定义书签。2 .触发电路错误!未定义书签。3 .控制电路错误!未定义书签。4 .转速调节器ASR计错误！未定义书签。5 .电流调节器ACR计错误！未定义书签。6 .限幅电路
2、的设计错误！未定义书签。八、系统仿真错误！未定义书签。1. 使用普通限幅器进行仿真错误！未定义书签。2. 积分输出加限幅环节仿真错误！未定义书签。3. 使用积分带限幅的PI调节器仿真错误！未定义书签。九、总结错误！未定义书签。、设计目的1. 联系实际，对晶闸管-电动机直流调速系统进行综合性设计，加深对所学自动控制系统课程的认识和理解，并掌握分析系统的方法。2. 熟悉自动控制系统中元部件及系统参数的计算方法。3. 培养灵活运用所学自动控制理论分析和解决实际系统中出现的各种问题的能力。4. 设计出符合要求的转速、电流双闭环直流调速系统，并通过设计正确掌握工程设计的方法。5. 掌握应用计算机对系统进
3、行仿真的方法。、初始条件:1技术数据（ 1） 直流电机铭牌参数：PN=90KW,UN=440V,IN=220A,nN=1500r/min，电枢电阻Ra=Q,允许过载倍数入=;（ 2） 晶闸管整流触发装置：Rrec=Q,Ks=45-48。（ 3） 系统主电路总电阻：R=Q（ 4） 电磁时间常数：T1=（ 5） 机电时间常数：Tm=（ 6） 电流反馈滤波时间常数：Toi=，转速率波时间常数：Ton=.（ 7） 额定转速时的给定电压：Unm=10V（ 8） 调节器饱和输出电压：10V2技术指标 1） 1）该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机不可逆运行，具有较宽的调速范围（D）10）,系统在工作范
4、围内能稳定工作； 2） 系统静特性良好，无静差（静差率s2）; 3） 动态性能指标：转速超调量6n8%电流超调量6i5%动态速降An8-10%）,调速系统的过渡过程时间（调节时间）ts1s； 4） 4）调速系统中设置有过电压、过电流等保护，并且有制动措施。三、设计要求：1） 根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构型式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图；2） 调速系统主电路元部件的确定及其参数计算。3） 动态设计计算：根据技术要求，用Mrmin准则设计转速环，确定ASR调节器与ACRH节器的结构型式及进行参数计算,使调速系统工作稳定，并满足动态性能指标的要求；（4）绘制V-M双
5、闭环直流不可逆调速系统线路图（主电路、触发电路、控制电路）；(5)对所设计出的双闭环直流电动机调速系统仿真实验，并给出仿真结果图；(6)整理设计数据资料，课程设计总结，对本课程设计提出新设想和新建议。四、设计基本思路转速、电流双闭环调速系统属于多环控制系统。目前都采用由内向外，一环包围一环的系统结构。每一闭环都设有本环的调节器，构成一个完整的闭环系统。设计多环系统的一般方法是，由内环向外环一环一环地进行设计。对双闭环调速系统而言，先从内环(电流环)开始，根据电流控制要求，确定把电流环校正为哪种典型系统，按照调节对象选择调节器及其参数。设计完电流环后，就把电流环等效成一个小惯性环节，作为转速环的
6、一个组成部分，然后用同样的方法进行转速环的设计。然后通过MATLA进行动态分析，根据分析情况更改实现方案，对参数进行调整等。五、系统原理框图在转速、电流双闭环调速系统中，既要控制转速，实现转速无静差调节，又要控制电流使系统在充分利用电动机过载能力的条件下获得最佳过渡过程，其关键是处理好转速控制与电流控制之间的关系，就是将二者分开，用转速调节器ASRM节转速，用电流调节器ACRM节电流。ASR与ACR问实现审级连接，即以ASR的输出电压Ui作为电流调节器的电流给定信号，再用ACR勺输出电压Uc作为晶闸管触发电路的移相控制电压。从闭环反馈的结构看，转速环在外面为外环，电流环在里面为内环。为了获得良
7、好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用具有输入、输出限幅电路的PI调节器，且转速与电流都采用负反馈闭环。系统原理图如下：六、双闭环调速系统的动态结构图目前，V-M调速系统多为带电流内环的转速控制系统。设计时需增加电流、转速反馈滤波五节，以抑制反馈信号中的交流分量，同时在转速、电流给定信号通道中加入两个给定滤波器，其时间常数与相应反馈滤波环节的时间常数相等以平衡反馈滤波环节给定转速、电流反馈信号带来的延滞。相应的动态结构图如下所示，图中,AS存口ACM结构和参数待定的转速和电流调节器。电，流内讦七、参数计算1.有关参数的计算a.电动机的机电常数nNb.三相桥式晶闸管整流装置的滞后时间2
8、mf 2 6 500.0017sc.电流反馈系数为CeUA4402200.0880.2804/r1mm1500UmI dm因为允许过载倍数入=,故最大允许电流Idm1.5Id100.0303V/A1.5220d.转速反馈系数Unm-0-0.0067VnN15001.rmine.电流给定和反馈滤波时间常数Toi0.0025sf.转速给定和反馈滤波时间常数Ton0.014s2.电流环的设计a.电流环小时间常数T iToi Ts 0.00250.0017 0.0042sb.电流调节器结构的选择,根据设计要求，i 5% ,且Ti01229T i0.0042.10因此可按典I系统设计,且选用PI调节器，
9、其传递函数为Wacr(S)c.确定电流调节器参数ACRg前时间常数：iTi0.012s电流环开环放大系数Ki:要求i5%时，应按二阶“最佳系统设计，取Ki12t-20.00421119.05s1从而，ACR勺比例系数为Ki K0.0120.12119.050.1260.0303451d.校验近似条件电流环截止频率：ciKI119.05s晶闸管装置传递函数近似条件ci3TSS13TS11196.1s1ci30.0017满足近似条件。小时间常数近似条件1161.69s 1 ci满足近似条件。忽略反电势对电流环影响的条件13TmT13186.6s ci满足近似条件。e.计算调节器电阻和电容按所用运算
10、放大器RiKiR00.126 202.52k由iRG有以1064.76F1由ToiRCoi得4Coi4ToiR040.0025201030.5F3.转速环的设计a.转速环小时间常数Tn2TiTon20.00420.0140.0224sb.选择转速调节器结构根据稳态、动态性能指标的要求，应按典II系统设计转速环，为此应选用PI调节器，其传递函数为ns1WASR(s)Kn一nsc.选择转速调节器参数为了使转速环的跟随性能和抗扰性能都较好，应采用Mrmin准则选择参数，取h=5,因此ASR勺超前时间常数为nhTn50.02240.112s转速环开环放大系数为K h 1N 2h2T2n51251223
11、9.16520.02242从而，转速调节器比例系数为d.检验近似条件 转速环截止频率cn(h 1) Cel2hT n R(5 1) 0.0303 0.2804 0.1 ” c28.32 5 0.0224 0.00670.12Kn /KN1239.16 0.11226.79s 1电流环传递函数简化条件cn15r15T i47.62s 15 0.0042cn满足近似条件。小时间常数近似处理条件cn3 2T 3n12 0.0042 0.014-130.74scn满足近似条件。e.计算转速调节器电阻和电容取输入电阻R0RnKnR0 28.3 20 566kCnRn / 106 0.197 FCon4T
12、on4 0.014Rq201031062.8 Ff.校核转速超调量因为当h=5时CJ max % cT 081.2%马Ce N0.12 2200.280494.15r /minCI .所以 （x%） 2aCbInIlnNns81.2% 2 U220可见，所设计的系统能满足设计要求94.1515000 02241y3.42% 8%0.1必须注意：因为3179.06s 1 TmT1cn （ cn27.9s 1),对转速环来说，忽略反电势的条件并不成立，所以转速超调量将比上面的计算值更小，更能满足设计要求。七、双闭环直流不可逆调速系统线路图1 .系统主电路图主电路采用三相桥式整流电路，如下图所示:L
13、VT4VT6VT2说明：三相桥式全控整流电路有如下特点：(1)三相桥式全控整流电路必须有两只品闸管同时导通才能构成电流回路，其中一只在共阴组，另外一只在共阳组，而且这两只导通的管子不在同一相内。因此，负载电压是两相电压之差，即线电压，一个周期内有六次脉动，它为线电压的包络线。(2)品闸管在一个周期内导通120。，关断240。，管子换流只在本组内进行，每隔120换流一次。(3)出发脉冲需宽脉冲或双窄脉冲，共阴极组及共阳极组内各管脉冲相位差为120。，接在同一相的不同管子脉冲相位差为180。晶闸管按顺序轮流导通，相邻顺序管子脉冲相位差为60。，即每隔60。换流一次。(4)晶闸管承受的最大反向电压为变压器二次侧线电压的电压峰值。2 .触发电路说明：三相桥式全控整流电路有如下特点：(1)三相桥式全控整流电路必须有两只品闸管同时导通才能构成电流回路，其中一只在共阴组，另外一只在共阳组，而且这两只导通的管子不在同一相内。因此，负载电压是两相电压之差，即线电压，一个周期内有六次脉动，它为线电压的包络线。(2)品闸管在一个周期内导通120。，关断2400,管子换流只在本组内进行，每隔120换流一次。(3)出发脉冲需宽脉冲或双窄脉冲，共阴极组及共阳极组内各管脉冲相位差为120。，接在同一相的不同管子脉冲相位差为180。晶闸管按顺序轮流导通,相邻顺序管
