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1、双闭环调速系统调节器设计及仿真验证设计内容及要求设计内容不可逆的生产设备，采用双闭环调速系统，其整流装置采用三相桥式整流电路，系统的基本数据如下：直流电动机：U750V，I760A，n=375rmin，nomnomnomC1.82Vminr，允许过载倍数h=1.5；时间常数：T=0.031s，T=0.112s；晶闸管放大倍数：eLmK75；主回路总电阻：R0.14,；额定转速时的给定电压U*10V，调节器ASR、ACR饱和sn输出回路电压U*10V，U10V。imcm1.2设计要求控制电路的设计，包括系统参数的选取、电流环的设计，速度环的设计。（2稳）态要求：稳态无静差。动态要求：电流超调量Q
2、5%，空载启动到额定转速时的转速超调量Q10%。in用对双闭环系统仿真绘制调速系统稳定运转时转速环突然断线仿真框图。撰写设计说明书。2双闭环直流调速系统的工作原理双闭环（转速环、电流环）直流调速系统是一种当前应用广泛，经济，适用的电力传动系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强的优点。我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。采用转速负反馈和调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。2.双1闭环直流调速系统的组成为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级连
3、接。如图1所示，即把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置。从闭环结构上看，电流调节环在里面，叫做内环；转速环在外面，叫做外环。这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。该双闭环调速系统的两个调节器和一般都采用调节器。因为调节器作为校正装置既可以保证系统的稳态精度，使系统在稳态运行时得到无静差调速，又能提高系统的稳定性；作为控制器时又能兼顾快速响应和消除静差两方面的要求。一般的调速系统要求以稳和准为主，采用调节器便能保证系统获得良好的静态和动态性能。双闭环直流调速系统的动态结构图如图2所示，虚线框内为电流内环。图双闭环直流调速系统的动态结构图#2-1
4、)2-2)2-3)转速反馈系数，卩一电流反馈系数。由已知条件代入一下公式:U*，nnNU*B=imIdmI，入IdmN得到：，0.0267，卩，0.00882.双2闭环直流调速系统两个调节器的作用（1）转速调节器的作用：使转速跟随给定电压变化，当偏差电压为零时，实现稳态无静差；对负载变化起抗扰作用；其输出限幅值决定允许的最大电流。（2）电流调节器的作用：在转速调节过程中，使电流跟随其给定电压变化；对电网电压波动起及时抗扰作用；起动时保证获得允许的最大电流，使系统获得最大加速度起动；当电机过载甚至于堵转时，限制电枢电流的最大值，从而起大快速的安全保护作用当故障消失时，系统能够自动恢复正常。3直流
5、双闭环调速系统电路设计3.1电流调节器设计图3电流环动态结构图电流环动态结构图如图3所示。实际上，反电动势与转速成正比，它代表转速对电流环的影响。在一般情况下，转速的变化往往比电流变化慢的多。对电流环来说，在电流的瞬变过程中，可以认为反电动势基本不变。这样，在按动态性能设计电流环时，可以暂不考虑反电动势变化的动态影响。（1确）定时间常数查表可得，三相桥式电路的平均失控时间T0.0017s。s三相半波整流电路每个波头的时间是3.3ms，为了基本滤平波头，应有（12）T3.33ms,，因此取T=0.002s。oioi#武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书i3)T=T,T=0.0037soi选）择
6、电流调节器结构根据设计要花5%，并保证稳态电流无差，可按典型型系统设计电路调节器。i电流环控制对象是双惯性型的，因此可用型电流调节器，其传递函数为:W(s)=ACRK(s,1)ii(2-4)I#武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书I#武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书电流环开环传递函数为：K(s+1)W(s)=iLopisi(2-5)(TL+1)(Ts+1)iI#武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书I#武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书i因为TT，所以选择=T，用调节器零点消去控制对象中大的时间常数点，以L便矫正成典型型系统，因此opis(Ts+1)s(Ts+1)iiii(2-6)
7、I#武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书计）算电流调节器参数电流调节器超前时间常数：=T=0.031s。iLI#武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书电流开环增益:要求q5%,可取KT=0.5。但由此算出的数据无法满足转速要求,所以取KT=0.25。0.25=67.5680.0037的比例系数(2-7)KTR67.568x0.031x0.1475x0.0088ii=a0.444K卩检）验近似条件电流环截至频率=K=67.568s-iI#武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书ci1）校验晶闸管整流装置传递函数的近似条件：I#武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书I#武汉理工大学运动控制系统课程
8、设计说明书s-ia191.1s-i3TT30.0017x0.002csoi（5计）算调节器电阻和电容电流调节器原理图如图所示，所用运放取R,40KO:0R，KR，0.444x40K0，17.76K0ii0T0.031l，1.75uFR17760iC4T4x0.002，0.2uF满足近似条件满足近似条件(2-8)(2-9)(2-10)oiOT40000R0图含给定滤波和反馈滤波的型电流调节器2转速调节器设计图用等效环节代替电流环#武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书W(s)，ASRK(s+1)nnsn图校正为典型II型系统所以转速滤波时间常数。o取T，0.01s。on3）转速环小时间常数T。E
9、按小时间常数近似处理，1，+T，0.0248s。KoI选）择转速调节器结构：按照设计要求，选用调节器,其传递函数为：WASR(s)，K(s+1)nnsn(2-12)把电流环的等效环节接入转速环后，整个转速控制系统的动态结构框图如图6所示。由于需要实现转速无静差，而且在后面已经有一个积分环节，因此转速环开环传递函数应共有两个积分环节，所以应该设计成典型II型系统，这样的系统同时也能满足动态抗扰性能好的要求。由此可见，也应该采用调节器，其传递函数为：(2-11)确定时间常数KT，0.25IEi电）流环等效时间常数为1/K，设计电流调节器时已取1，4T，40.0037，0.0148sKEiI#武汉理
10、工大学运动控制系统课程设计说明书#武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书则校正后的典型II型系统为:2-13)K(s+1)W(s)，Ns2(Ts+1)#武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书#武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书计）算转速调节器参数：按跟随和抗扰性能都较好的原则I，=5，则的超前时间常数为=hTn转速开环增益为h+1=195.11s-22h2T2n的比例系数为(h+1)卩CeTm=11.61=0.124s。(2-14)(2-15)检）验近似条件：转速环截止频率2haRTnn=K=24.19s-1Nn电）流环传递函数简化条件为31KTi尸=45.045s-1cn满足简化条件。转
11、）速环小时间常数近似处理条件为1onKT3尸=27.4s-1wcn满足简化条件。计）算调节器电阻和电容取R=40K，则0R=266.4K取270K0=nnRn0.1F，0.38uF2664000.4uFC=oonR04x0.01=1uF400001uF2-16)2-17)2-18)含给定滤波与反馈滤波的型转速调节器如图所示#武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书图含给定滤波与反馈滤波的型转速调节器仿真与调试由上面电路设计计算出来的参数，用画出方框图，仿真方框图如图所示。Gain1fK-GainSIntsgfatorTransferFenGain4lntegTstc-f1TfansferFcn4
12、TransfETFen吕ProductSaturationSaturation1TransferFcnl1D375D.D1s+175D.DD17s+110.DD2S-H仙1140D.032S+10.01s+1TiansferFcn5图双闭环直流调速系统仿真图仿真要求空载启动到额定转速，并且In，在变负载扰动下。所以在转速环引一根d反馈，取760375。s限幅均为10V。系统稳定运行时，转速环突然断线。用阶跃与转速环相乘，Steptime设置成，Initialvalue设置为，Finalvalue设置成。空载启动,秒后转速环断线。运行仿真模型，得到仿真波形图,如图9、图10、图11、图12、图13、图14、图15、图16所示。标，稳态无静差。#武汉理工大学运动控制系统课程设计说明书有限幅
