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1、目录一、设计目的2二、初始条件：2三、设计要求：2四、设计基本思路3五、系统原理框图3六、双闭环调速系统的动态结构图3七、参数计算41. 有关参数的计算42. 电流环的设计53. 转速环的设计6七、双闭环直流不可逆调速系统线路图81.系统主电路图82. 触发电路93. 控制电路134. 转速调节器ASR设计135. 电流调节器 ACR 设计 146. 限幅电路的设计14八、系统仿真151. 使用普通限幅器进行仿真152. 积分输出加限幅环节仿真163使用积分带限幅的PI调节器仿真17九、总结20、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
2、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行仿真的方法。二、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=0.088Q，允许过载倍数入=1.5；(2) 晶闸管整流触发装置：Rrec=0.032Q, Ks=45-48。(3) 系统主电路总电阻：R=0.12Q(
3、4) 电磁时间常数： T1=0.012s(5) 机电时间常数： Tm =0.1s(6) 电流反馈滤波时间常数:Toi=0.0025s,转速率波时间常数:Ton=0.014s.(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) 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；(2) 系统静特性良好，无静差(静差率sW2)；(3) 动态性能指标：转速超调量6 nV8%，电流超调量6 iV5%，动态速 降AnCiHhUrACR六、双闭环调速系统的动态结构图目前， V-M 调速系统多为
4、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，ASR和ACR为结构和参数待定的转速和电流调节器。七、参数计算1. 有关参数的计算a. 电动机的机电常数CeU -1 RNN_anN440 - 220 x 0.0881500二 0.2804V - r-1 - minb. 三相桥式晶闸管整流装置的滞后时间eo=0-0017 sc.电流反馈系数为0因为允许过载倍数入=1.5，故最
5、大允许电流I二1.5 Id dm0 二 Uim 二 巴二 0.0303V / AI1.5 x 220dmd.转速反馈系数aa 二一nm 二二 0.0067V - r-i - minn 1500Ne. 电流给定和反馈滤波时间常数T 二 0.0025soif. 转速给定和反馈滤波时间常数T 二 0.014son2. 电流环的设计a. 电流环小时间常数T 二 T + T 二 0.0025 + 0.0017 二 0.0042s工 ioi sb.电流调节器结构的选择，根据设计要求，i -5%，且1-T工i0.0120.0042u 2.9 10因此可按典I系统设计，且选用PI调节器，其传递函数为W (s)
6、 = KACRiT s + 1iTsic. 确定电流调节器参数ACR 超前时间常数：T 二 T 二 0.012 si1电流环开环放大系数K :要求 ci满足近似条件。小时间常数近似条件ci 3 TTs oi1 1 1 1=_ x= 161.69s -1 oOin. TT 30.0017x0.0025s oi满足近似条件。忽略反电势对电流环影响的条件i 1o 3ci T T* m 13二 3 xTTm 1二 86.6s-i o0.1x 0.012c满足近似条件。e. 计算调节器电阻和电容按所用运算放大器R二20k0，则0=K R = 0.126 x 20 = 2.52k 0i0iit 0.012
7、=i- =x106 二 4.76卩FR2.52 x103i由Toi=丄R C4 0 oiCoi4T4x 0.0025=“ =0.5卩 FR20 x 10303. 转速环的设计a. 转速环小时间常数T 二 2T + T 二 2 x 0.0042 + 0.014 二 0.0224s 工n工ionb.c.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W (s) KASRn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 Mr 准则选择参 min数，取h=5,因此ASR的超前时间常数为T hT 5x0.0224 0.1
8、12sn E n转速环开环放大系数为h +1-K 239.16N2h2T22x52x0.02242En从而，转速调节器比例系数为t 卩CT(h +1)卩CT(5 +1)x0.0303x0.2804x0.1K K ne_m e-m = 28.32hT aR2 x 5 x 0.0224 x 0.0067 x 0.12工nd.检验近似条件 转速环截止频率Ko Ncn o1二 K TNn二 239.16 x 0.112 二 26.79s-1n N aR电流环传递函数简化条件1o o5T5 x 0.0042cn工i满足近似条件。小时间常数近似处理条件ocn 1 1ocn满足近似条件。e.计算转速调节器电
9、阻和电容取输入电阻R0二20kG，则R 二 K R 二 28.3 x 20 二 566kQn n 0Cn二緒x106=.197卩 Fn4T4x 0.014C = on =x 106 = 2.8 卩 Fon R20 x 1030f. 校核转速超调量因为当h=5时max % 二 81.2%Cb0.120一 x 220 二 94.15r /min n 0.2804ACJ -1AnT所以 5 % = (ma %) X 2dmL X N X SnCIn TbNsm1.5 x 220 - 0 94.15 0.0224二 81.2% x 2xx x二 3.42% 8%22015000.1可见，所设计的系统能
10、满足设计要求。厂必须注意：因为3：二79.06s-1（ 二27.9s-1），对转速环来说，忽T Tcn cnm 1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VT4 VT6 VT2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晶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）晶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，
