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1、VM双闭环直流调速系统部门：XXX时间：XXX制作人：XXX整理范文，仅供参考，可下载自行修改1前言直流双闭环直流调速系统是工业生产过程中应用最广的电气传 动装置之一。广泛地应用于轧钢机、冶金、印刷、金属切削机床等 许多领域的自动控制系统中。它通常采用三相全控桥式整流电路对 电动机进行供电，从而控制电动机的转速，传统的控制系统采用模 拟元件，如晶体管、各种线性运算电路等，在一定程度上满足了生 产要求。V-M 双闭环直流调速系统是晶闸管 -电动机调速系统 简称 V-M 系 统），系统通过调节器触发装置 GT 的控制电压 Uc 来移动出发脉冲 的相位，即控制晶闸管可控整流器的输出改变平均整流电压U
2、d,从 而实现平滑调速。本次课设用实际电动机和整流装置数据对 V-M 双 闭环直流调速系统进行设计，建模与仿真。b5E2RGbCAPV-M双闭环直流调速系统建模与仿真1设计任务初始条件及要求1.1初始条件 1）技术数据：直 流 电 动 机 ： PN=27KW, UN=220V , IN=136A , nN=1500r/min ,最大允许电流 Idbl=1.5IN ,三相全控整流装置：Ks=40电枢回路总电阻R=0. 5Q ,电动势系数： Ce= 0.132V.min/r系统主电路：Tm=0.18s , Tl=0.03s滤波时间常数：Toi=0.002s , Ton=0.01s,其他参数：Unm
3、*=10V , Uim*=10V , Ucm=10V 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D210)，系统在工作范围内能稳定工作 p1EanqFDPw(2 系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续2设计内容：(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 DXDiTa9E3d(2 根据双闭环直流调速系统原理图, 分析转速调节器和电流调节 器的作用,(3 通过对调节器参数设计, 得到转速和电流的仿真波形，并由仿真波形通过MATLAB来进行调节器的参数调节。RTCrpUDGiT(4绘制V-M双闭环直流不可逆调
4、速系统的电气原理总图要求计算机绘图)(5 整理设计数据资料，课程设计总结，撰写设计计算说明书。2调速系统总体设计2.1调速系统组成原理分析单闭环调速系统用PI调节器实现转速稳态无静差，消除负载转矩扰动对稳态转速的影响，并用电流截止负反馈限制电枢电流的冲击， 避免出现过电流现象。单转速单闭环系统并不能充分按照理想要求 控制电流的动态过程。由于主电路电感的作用，电流不可能突变， 为了实现在允许条件下的最快起动，关键是要获得一段使电流保持 为最大值Idm的恒流过程。按照反馈控制规律，采用某个物理量的 负反馈就可以保持该量基本不变，采用电流负反馈就能够得到近似 的恒流过程。应该在起动过程中只有电流负反
5、馈，没有转速负反 馈，在达到稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不再让电流负反 馈作用。5PCzVD7HxA为了使转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两 个调节器，分别引入转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流， 二者之间实行嵌套连接，如图2-1所示。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去控制电力电子变换器 UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边， 称作外环。这就形成了转速,电流反馈控制直流调速系统。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。jLBHrnAILg图2-1转速电流反馈控制直流调速系统原理图AS
6、R 转速调节器ACR电流调节器TG测速发电机TA-电流互感器UPE-电力电子变换器Un*-转速给定电压Un转速反馈电压Ui*电流给定电压Ui电流反馈电压2.2稳态结构图分析双闭环直流调速系统稳态结构如图2-2-1所示，两个调节器均 采用带限幅作用的PI调节器。转速调节器ASR的输出限幅电压Uim*决定了电流给定的最大值，电流调节器 ACR的输出限幅电压 Ucm限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm,图中用带限幅的输 出特性表示PI调节器的作用。当调节器饱和时，输出达到限幅值， 输入量的变化不再影响输出，除非有反向的输入信号使调节器退出 饱和。当调节器不饱和时，PI调节器工作在线性调节状态，其
7、作用 是输入偏差电压在稳态时为零。为了实现电流的实时控制和快速跟 随，希希望电流调节器不要进入饱和状态，因此，对于静特性来 说，只有转速调节器饱和不饱和两种情况。xHAQX74J0X 双闭环直流调速系统的静特性在负载电流小于Idm时表现为转速无 静差，这时，转速负反馈起主要作用。当负载电流达到Idm时对应 于转速调节器为饱和输出Uim*，这时，电流调节器起主要作用，系 统表现为电流无静差，起到过电流的自动保护作用。LDAYtRyKfE图2-2-1双闭环直流调速系统的稳态结构图 a转速反馈系数=0.007&电流反馈系数=0.05诒v图2-2-2 双闭环直流调速系统原理图 2.3调节器作用2.3.
8、1转速调节器作用 1）转速调节器是调速系统的主导调速器，它使转速 n 很快地跟随 给定电压Un*变化，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。Zzz6ZB2Ltk2）对负载变化起扰动作用。因为负载扰动作用在电流环之后，只能靠转速调节器ASR来产生抗负载扰动作用。dvzfvkwMIl 3）其输出限幅值决定电动机允许的最大电流。2.3.2电流调节器作用 1）作为内环的调节器，在转速外环的调节过程中，它的作用是使 电流紧紧跟随其给定电压 Ui*即外环调节器的输出量）变化。 rqyn14ZNXI2）对电网电压的波动起及时抗扰的作用。增设了电流内环， 电压波动可以通过电流反馈得到比较
9、及时的调节，不必等它影响到 转速以后才反馈回来，因而使抗扰性能得到改善。EmxvxOtOco3）在转速过程中，保证获得电动机允许的最大电流，从而加 快动态过程。单相半波2010单相桥式全波）105三相半波6.673.33二相桥式3.331.672）电流滤波时间常数Toi。Toi=0.002s。3）电流环小时间常数之和TSio按小时间常数近似处理,取 TSi=Ts+Toi=0.0017+0.002=0.0037so3.1.2选择电流调节器结构根据课设任务要求 I ,并保证稳态电流无差，可以按典I 型系统设计电流调节器。电流环控制对象是双惯性型的，因此可用 PI型电流调节器，其传递函数为y6v3A
10、LoS89冃X 式中Ki是电流调节器的比例系数；是电流调节器的超前时间常数。检查对电源电压的抗扰性能： _|心8.11，各项指标都是可以接受的。3.1.3计算电流调节器参数电流调节器超前时间常数：二Tl=0.03so电流环开环增益：要求I时，应取KITSi=0.5，因此KI= =135.1于是，ACR的比例系数为Ki= _| =1.0133.1.4校验近似条件电流环截止频率：|二KI=135.1(1校验晶闸管整流装置传递函数的近似条件目=| 乂 |心196.1国 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I =I 40.82V |满足近似条件(3校验电流环小时间常数近似处理条件
11、 0 二耳*心180.8旦满足近似条件3.1.5计算调节器电阻和电容电流调节器原理如图3-2所示，按所用运算放大器取Ro=40K，各 电阻和电容值计算如下：Ri二KiRo=1.013*40=40.52K , 取 40KCi=0.75uF 取 0.75uFCoi= = | =0.2uF 取 0.2uF图3-2含给定滤波和反馈滤波的PI型电流调节器按照上述参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标为=4.3%V5%满足设计要求3.2转速调节器的设计3.2.1确定时间常数(1电流环等效时间常数。已取KITSi=0.5，则=2TTi=2*0.0037=0.0074s(2转速滤波时间常数Ton。Ton=0.
12、01s(3转速环小时间常数TSno按小时间常数近似处理，取TSn=+Ton=0.0074+0.01=0.0174s3.2.2选择转速调节器结构按照设计要求，选用PI调节器，传递函数为WASRs)= _2SJ式中Kn是转速调节器的比例系数；是转速调节器的超前时间常数。3.2.3计算转速调节器参数按跟随和抗扰性能都较好的原则，取h=5，则ASR的超前时间常数 为=hTSn=5*0.0174=0.087s转速开环增益为=396.4ASR的比例系数为Kn= | 二=11.73.2.4检验近似条件转速环截止频率为I 二 =KN =396.4*0.087=34.5(1)电流环传递函数简化条件f凶=3回 =
13、63.7-I满足简化条件 转速环小时间常数近似处理条件心38.7亠 满足近似条件3.2.5校核转速超调量理想空载启动时设z=0,已知数据： | , R=0.5, IN=136A,nN=1500r/min,Ce=0.132V.min/r,Tm=0.18s,T 匚 n=0.0174s。当 h=5 时，由表 3-3 可 知| =81.2%,那么=2*81.2%*1.5*(136*0.5/0.132/1500*(0.0174/0.18=8.0% V 10%M2ub6vSTnP能满足设计要求表3-3典型II型系统动态抗扰性能指标与参数的关系h345678910Cmax/Cb72.2%77.5%81.2%84.0%86.3%88.1%89.6%90.8%tm/ T2.452.702.85tv/ T13.6010.458.803.003.15
