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1、 转速电流双闭环直流调压调速系统课程设计报告题 目 转速电流双闭环直流调压调速系统 学 院 电子信息工程学院 专 业 自动化 学生姓名 秋凉 学 号 222222222222 年级 2010 级指导教师 一叶 职称 高空工人 2013年 12 月 29 日 转速电流双闭环直流调压调速系统的设计摘要：随着现代工业的发展，在调速领域中，双闭环控制的理念已经得到了越来越广泛的认同与运用。相对于单闭环系统中不能随心所欲的控制盒转矩的动态过程的弱点，双闭环控制则很好的弥补了这个缺陷，双闭环控制可实现转速和电流的两种负反馈的分别作用，从而获得良好的静、动态特性。其良好的动态性能主要体闲在其抗负载扰动以及抗
2、电网电压扰动之上。正是由于双闭环调速的众多优点，所以在此有必要对其最优化设计进行深入的探讨和研究。关键词：调速系统；转速环；电流环目 录1 调速控制系统的总体设计- 11.1 系统设计应注意的问题- 11.2 稳态结构图- 22 系统参数- 62.1 参数要求- 62.2 电流调节器的参数计算- 62.2.1 确定时间常数- 62.2.2电流调节器的结构选择 -62.2.3 电流调节器的参数计算- 72.2.4校验近似条件 -72.2.5 调节器电阻和电容的计算- 72.3 转速调节器的参数计算- 82.3.1 确定时间常数- 82.3.2 转速调节器的结构- 82.3.3 转速调节器的参数计
3、算- 82.3.4 检验近似条件- 92.3.5 调节器电阻和电容的计算- 92.3.6 校核转速超调量- 93 转速、电流反馈控制直流调速系统的调节器设计- 113.1电流调节器的设计- 113.2 转速调节器的设计- 153.3转速调节器退饱和时转速超调量的计算- 183.4 转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真- 203.4.1 电流环的系统仿真 -213.4.2 转速环的系统仿真- 224 总结 -25参考文献 -26致谢 -27成都大学电子信息工程学院课程设计1 调速控制系统的总体设计1.1 系统设计应注意的问题（1）对于经常正、反转运行的调速系统，缩短起、制动过程的时间是提高生产率
4、的重要因素。（2）在起动（或制动）过渡过程中，希望始终保持电流（电磁转矩）为允许的最大值，使调速系统以最大的加（减）速度运行。（3）当到达稳态转速时，最好使电流立即降下来，使电磁转矩与负载转矩相平衡，从而迅速转入稳态运行。 图1-1 时间最优的理想过渡过程 起动电流呈矩形波，转速按线性增长。这是在最大电流（转矩）受限制时调速系统所能获得的最快的起动（制动）过程。 转速、电流反馈控制直流调速系统原理图如图1-1所示。图1-2 转速、电流反馈控制直流调速系统原理图ASR-转速调节器 ACR-电流调节器 TG-测速发电机 TA-电流互感器 UPE-电力电子调节器 Un*-转速给定电压 Un-转速反馈
5、电压 Ui*-电流给定电压 Ui-电流反馈电压 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。 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。形成了转速、电流反馈控制直流调速系统（简称双闭环系统）。 1.2 稳态结构图 转速调节器ASR的输出限幅电压决定了电流给定的最大值，电流调节器ACR的输出限幅电压限制了电力电子变换器的最大输出电压，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
6、作在线性调节状态，其作用是使输入偏差电压在稳态时为零。对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况，电流调节器不进入饱和状态 。图1-3 双闭环直流调速系统的稳态结构图转速反馈系数 电流反馈系数（1） 转速调节器不饱和两个调节器都不饱和，稳态时，它们的输入偏差电压都是零。（2） 转速调节器饱和ASR输出达到限幅值时，转速外环呈开环状态，转速的变化对转速环不再产生影响。双闭环系统变成一个电流无静差的单电流闭环调节系统。稳态时图1-4 双闭环直流调速系统的静特性AB段是两个调节器都不饱和时的静特性，IdIdm, n=n0。BC段是ASR调节器饱和时的静特性，Id=Idm, nn0。在负载电流
7、小于Idm时表现为转速无静差，转速负反馈起主要调节作用。当负载电流达到Idm时，转速调节器为饱和输出U*im，电流调节器起主要调节作用，系统表现为电流无静差。采用两个PI调节器形成了内、外两个闭环的效果。当ASR处于饱和状态时，Id=Idm，若负载电流减小，Idn0，n0，ASR反向积分，使ASR调节器退出饱和。各变量的稳态工作点和稳态参数计算双闭环调速系统在稳态工作中，当两个调节器都不饱和时，各变量之间有下列关系：根据各调节器的给定与反馈值计算有关的反馈系数：转速反馈系数 电流反馈系数 2 系统参数2.1 参数要求某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据如下：直流
8、电动机：220V，136A，1460r/min，Ce=0.132Vmin/r，允许过载倍数=1.5；晶闸管装置放大系数：Ks=40；电枢回路总电阻：R=0.5；时间常数：Ti=0.03s， Tm=0.18s；电流反馈系数：=0.05V/A（10V/1.5IN）。转速反馈系数=0.07Vmin/r（10V/nN），要求转速无静差，空载起动到额定转速时的转速超调量n10%。设计电流调节器，要求电流超调量2.2 电流调节器的参数计算2.2.1 确定时间常数整流装置滞后时间常数Ts=0.0017s。电流滤波时间常数Toi=2ms=0.002s。电流环小时间常数之和，按小时间常数近似处理，取Ti=Ts+
9、Toi=0.0037s。2.2.2 电流调节器的结构选择要求i5%，并保证稳态电流无差，按典型I型系统设计电流调节器。用PI型电流调节器。检查对电源电压的抗扰性能：2.2.3 电流调节器的参数计算电流调节器超前时间常数：i=Ti=0.03s。电流环开环增益：取KiTi=0.5，ACR的比例系数为2.2.4 校验近似条件电流环截止频率ci=KI=135.1s-1（1）校验晶闸管整流装置传递函数的近似条件 （2）校验忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件（3）校验电流环小时间常数近似处理条件2.2.5 调节器电阻和电容的计算取 取40k 取0.75F 取0.2F2.3 转速调节器的参数计算2.3.1 确定时间常数（1）电流环等效时间常数。取KITi=0.5，则（2） 转速滤波时间常数。取Ton=0.01s。（3）转速环小时间常数。按小时间常数近似处理，取2.3.2 转速调节器的结构选用PI调节器，2.3.3 转速调节器的参数计算取h=5，则
