[论文精品]双闭环直流调速系统设计(asr)

1专业设计课题名称双闭环直流调速系统设计（ASR）专业自动化班级二学号姓名指导教师2011年11月27日2一、设计目的和意义转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能很好、应用最广的直流调速系统。双闭环调速系统是由单闭环调速系统发展而来的。单闭环调速系统可以实现转速调节无静差，但单闭环调速系统中用一个调节器综合多种信号，各参数间相互影响，难于进行调节器动态参数的调整，而用两个调节器分别调节转速和电流，构成转速、电流双闭环调速系统，则可以获得近似理想的过渡过程。运用所学知识分析自动控制系统，掌握调速系统的设计方法，加强动手能力，从而印证和巩固理论知识，为以后的学习和工作奠定基础。二、设计条件及要求原始数据直流电动机PED185W,UED220V,IED10A,NED1500RPM,并励UR220V,IR01A主电路KS39,GD2006,0003,45,R375TL00267,TM00448,CE015V/R/MIN,CM955CEZ0，21设计要求G7081G709G20081定G17139G17745G991静态速G19489G4579于2G7082G709电流G2462转速G17241调G18339G4579于15G7083G709电机G20081定G17139G17745G991动态速G1948910G5050G2503G7084G709G2563动G6403G14645G8437数2G2523G8437三、相关知识31闭环调速系统的组成G7693据自动控制原理，G2465G20316控制的闭环系统是G6365G15999调G18339的G1571差进行控制的系统，G2494G16213G15999调G18339G1998现G1571差，G4439G4613G1262自动G1147G10995G13428G8503G1571差的作用。3调速系统的转速G19489G14865G8503是由G17139G17745G5353G17227的转速G1571差，G7186G9994，G5353G1849转速闭环G4570G1363调速系统可以G3835G3835G1955G4581转速G19489G14865。A131A2A0A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A3A13A14A15A16A17A1G990G3282为G5114转速G17139G2465G20316的闭环直流调速系统原理G7706G3282。G3324G2465G20316控制的闭环直流调速系统中，G994电动机G2528G17736G4445G16025一G2500G8991速发电机TG，从而得G1998G994G15999调G18339转速成G8503G8616的G17139G2465G20316电G2399NU，G994G13485定电G2399NU相G8616G17751后，得G2052转速G1571差电G2399NU，G13475过G6930G3835器A，G1147G10995控制电G2399CUG17767G1849G2052电力电G4388G2476G6454器UPE中，用来控制电动机转速N。G3282中，UPE是由电力电G4388器G1226G13464成的G2476G6454器，G4439的G17767G1849G12483G6521G989相G1144流电G9316，G17767G1998为可控的直流电G2399DU。32转速电流双闭环直流调速系统的组成G18331用PI调节器G13464成速G5242调节器G36G54G53的单闭环调速系统，G7094能得G2052转速的无静差调节，G2460能获得G17751G5567的动态响应。从G6205G3835调速G14551G3272的G16294G5242来G11487，G1194G5062基G7424G9397G17287一G14336G10995G1147机G7812G4557调速的G16213G8726。但是G4557于系统的G5567速G2563动、G12373加G17139G17745动态速G19489G12573，单闭环系统G17836G993能G9397G17287G16213G8726。G7389G1135G10995G1147机G7812G13475G5132G3800于G8503G2465转工作G10378态，为G1114G6564G20652G10995G1147G10587，G16213G8726G4625G18339G13565G11713G2563动、制动和G2465转过G5242过程的G7114间，G5415G9994可用加G3835和过渡过程中的电流，G2375加G3835动态转G11709来实现，但电流G993能G17241过G7242G19404G12661和电动机的G1813G16780G1552。为G1114G16311G1927G17837个G11695盾，可以G18331用电流截止G17139G2465G20316环节。G4439G994转速G17139G2465G20316调速系统结合G3324一G17227，可以专门用来控制电流。但G4439G2494能是G3324G17241过临界电流DCRIG1552以后，靠强烈的G17139G2465G20316作用限制电流的冲击，由于电流截止G17139G2465G20316G2494能限制最G3835电流，4电动机转G11709也随电流的G1955G4579而G991G19489，G1363G2563动加速过程G2476慢，G2563动的G7114间也G8616G17751长，G5114电流截止G17139G2465G20316的单闭环调速系统G2563动过程的波形如G328232AG709所示。为G1114G6564G20652G10995G1147G10587和加工质G18339，G16213G8726G3835G18339G13565G11713其过渡过程的G7114间。我们希望能充分利用电动机所G1813G16780的过G17745能力，G1363G2563动G7114的电流保持G3324最G3835G1813G16780G1552G990，电动机G17767G1998最G3835转G11709，从而转G11709可直线迅速G990升，G2052达稳态转速后，迫G1363电流迅速G991G19489，G1363转G11709G994G17139G17745相平衡，从而转G1849稳态运行。G17837样的理想G17227动过程波形示于G328232BG709。其中BG709G8616AG709中调节G7114间G16213G4579，为G1114能实现G3324G1813G16780条G1226G991最G5567G2563动，依照G2465G20316控制规律，G18331用转速、电流双闭环调速系统能够达G2052G990述G16213G8726。DINDLIDMINDLI0TAG709G5114电流截止G17139G2465G20316的单闭环直流调速系统G17227动过程DINDMINDLI0TBG709理想的G5567速G17227动过程G328232直流调速系统G17227动过程的电流和转速波形为G1114实现转速和电流的调节作用，G3324系统中设置G1114两个调节器，分别调节转速和电流，G2375分别G5353G1849转速G17139G2465G20316和电流G17139G2465G20316。两者之间实行串级连G6521,转速和电流双闭环调速系统如G328233所示。从G3282中可G11487G1998，G7424系统具G7389两个G2465G20316回路，5称为双闭环。其中一个G2494由电流调节器G36CG53G2462电流检G8991G2465G20316环节构成的电流环，另一个是由转速调节器G36G54G53和转速检G8991G2465G20316环节构成的速G5242环。从结构G990分析知道，转速环包G3272电流环，故G2460称电流环为内环，称转速G6454为外环。G3324电路中G36G54G53和G36CG53实行串级连G6521，G2375由G36G54G53控制G36CG53，而G36CG53G2460控制触发电路，G3282中G36G54G53和G36CG53均G18331用G8616例积分G708PIG709调节器，其G17767G1849和G17767G1998均G18331用限幅电路。G328233转速电流双闭环直流调速系统ASRG252转速调节器ACRG252电流调节器TGG252G8991速发电机TAG252电流互感器UPEG252电力电G4388G2476G6454器NUG252转速G13485定电G2399NUG252转速G2465G20316电G2399IUG252电流G13485定电G2399IUG252电流G2465G20316电G239933双闭环调速的工作过程电动机G3324G2563动阶段，电动机的实际转速低于G13485定G1552，速G5242调节器的G17767G1849G12483存G3324一个G1571差信号，G13475G6930G3835后G17767G1998的电G2399保持为限幅G1552，速G5242调节器工作G3324开环G10378态，速G5242调节器的G17767G1998电G2399作为电流G13485定G1552送G1849电流调节器，此G7114则以最G3835电流G13485定G1552G1363电流调节器G17767G1998移相信号，直流电G2399迅速G990升，电流也随G2375增G3835G2052最G3835G13485定G1552，电动机以最G3835电流恒流加速G2563动。电动机的最G3835电流可以通过调节速G5242调节器的G17767G1998限幅G1552来改G2476。G3324电动机转速G990升G2052G13485定转速后，速G5242调节器G17767G1849G12483的G1571差信号G1955G4579G2052近似于零，速G5242调节器和电流调节器退G1998饱和G10378态，闭环调节开始G17227作用。G4557G17139G17745G5353G17227的转速波动，速G5242调节器G17767G1849G12483G1147G10995的G1571差信号通过速G5242调节器、电流调节器来修G8503触发器的移相电G2399，G1363整流桥G17767G1998的直流电G2399相6应G2476化，从而校G8503电动机的转速G1571差。转速和电流双闭环直流调速系统的电路原理G3282如G328234所示。G3282中标G1998G1114两个调节器G17767G1849G17767G1998电G2399的实际极性，G4439们是G6365照电力电G4388G2476G6454器的控制电G2399CU为G8503电G2399的情况标G1998的，并考虑G2052运算G6930G3835器的倒相作用。G3282中G17836标G1998G1114两个调节器的G17767G1998都是G5114限幅作用的，转速调节器ASR的G17767G1998限幅电G2399IMUG1927定G1114电流G13485定电G2399的最G3835G1552，电流调节器ACR的G17767G1998限幅电G2399CMU限制G1114电力电G4388G2476G6454器的最G3835G17767G1998电G2399DMU。A1834A19A20A21A22A23A24A25A26A27A28A29A30A31A1834双闭环直流调速系统的原理框图我们设计的转速、电流双闭环直流调速系统的原理G7706G3282，如G328235所示。G17837个G7706G3282含G7389滤波环节，包括电流滤波、转速滤波和两个G13485定信号的滤波环节。其中OIT为电流G2465G20316滤波G7114间G5132数；ONT为转速G2465G20316滤波G7114间G5132数。7G328235双闭环调速系统的原理G7706G3282因为电流检G8991信号中含G7389G1144流分G18339，所以为G1114G993让G4439影响调节器的G17767G1849，必须加低通滤波。G17837个滤波环节传递函数可用一阶惯性环节来表示，以滤平电流检G8991信号。G9994而，G3324抑制G1144流分G18339的G2528G7114，滤波环节也延迟G1114G2465G20316信号的作用，为G1114平衡G17837个迟延作用，G3324G13485定信号通道G990加G990一个G2528G12573G7114间G5132数的惯性环节，称作G13485定滤波环节。G4439的目的是让G13485定信号和G2465G20316信号G13475过相G2528的延G7114，G1363二者G3324G7114间G990恰好匹配。G13475过G8991速发电机得G2052的转速G2465G20316电G2399含G6454向G13453波，因此也G19668G16213滤波，G4439和电流环原理一样，G3324转速G13485定通道G990也加G1849滤波环节。35转速调节器与电流调节器的作用351转速调节器的作用G708G20G709G1363电动机转速G81G17331随G13485定电G2399G2476化，保证稳态无静差。G708G21G709G4557G17139G17745G6212动G17227G6251G6212作用。G708G22G709其G17767G1998限幅G1552G1927定G1813G16780的最G3835电流，G3324G2563动G7114G13485G1998最G3835电流G13485定信号。352电流调节器的作用G708G20G709G3324转速调节过程中，G1363电流G17331随其G13485定电G2399G2476G6454。G708G21G709G4557电G13605电G2399G6212动G17227G2462G7114G6251G6212作用。G708G22G709G2563动G7114保证获得恒定的最G3835G1813G16780电流。G708G23G709G5415电动机过G17745G10990G14279G3593转G7114，限制电G7542电流的最G3835G1552，G17227G2052G5567速的G4445G1852保G6264作用。36典型系统G22G17G25G17G20G1868G3423IG3423系统作为G1868G3423IG3423系统，其开环的传递函数为1KWSSTSG5347中T为系统的惯性G7114间G5132数；K为系统的开环增G11422。G17885G6333G4439作为G1868G3423的IG3423系统是因为G4439的结构G12628单，而G1000G4557数幅G20069G10317性的中G20069段以20/DBDEC的G7024G10587G12371G172460DB线，G2494G16213参数的G17885G6333能保证G17287够的中G20069G5114G4497G5242，8系统G4613一定是稳定的，G1000G7389G17287够的稳定G16041G18339。G7186G9994，G16213G1582G2052G17837一G9869，应G3324G17885G6333参数G7114保证TC1TARCTGTARCTGRCCG4439的闭环系统系统结构G7706G3282如G328236AG709所示。而G328236BG709表示G4439的开环G4557数G20069G10587G10317性。AG709闭环系统结构G7706G3282BG709开环G4557数G20069G10587G10317性G328236G1868G3423G265G3423系统362G1868G3423IIG3423系统G1868G3423IIG3423系统的开环传递函数为211KSWSSTSG4439的闭环系统结构G7706G3282和开环G4557数G20069G10587G10317性如G328237所示。9AG709闭环系统结BG709开环G4557数G20069G10587G10317性G328237G1868G3423G266G3423系统G3324G1868G3423IIG3423系统中，G4439的中G20069段也是以G16G21G19G71G37G18G71G72G70的G7024G10587G12371G17246G19G71G37线。由于分G8609中2S的相G20069G10317性是G1618G19G101,后G19766G17836G7389一个惯性环节，如G7536G993G3324分G4388G9167G990一个G8616例G5506分环节1S，G4613无法G6238相G20069G10317性G6272G2052G16G20G27G19G101线以G990，也G4613无法保证系统稳定，G16213实现G328243BG709中的G10317性，G7186G9994应保证11CT而相G16294G16041G5242为TARCTGARCTGTARCTGARCTGRCCCC00180180G8616TG3835得多，则系统的稳定G16041G5242G17246G3835。通过G990G19766的G2477述我们知道G1868G3423IG3423系统和G1868G3423IIG3423系统G19512G1114G3324稳态G16835差G990的G2318别外，一G14336来G16840，G3324动态性能中G1868G3423IG3423系统的G17331随性能的G17241调G18339G4579，但G6251G6212性能G12257差；而G1868G3423IIG3423系统的G17241调G18339相G4557G17751G3835，G6251G6212性能G2376G8616G17751好。G17837是设计G7114G17885G6333G1868G3423系统的G18337G16213依据36工程设计方法的基本思路用G13475G1868的动态校G8503方法设计调节器必须G2528G7114G16311G1927自动控制系统的稳定性、G5567速性、G6251G5190G6212性G12573各方G19766相互G11695盾的静态、动态性能G16213G8726。作为工程设计方法,G20330G1820G16213G1363G19394G20076G12628化,G12373G1998主G16213G11695盾。G12628化的基G7424G5617路是，G6238调节器的设计过程分10为两G8505G12544一G8505，G1820G17885G6333调节器的结构，以G11842保系统稳定，G2528G7114G9397G17287所G19668G16213的稳态G12946G5242。G12544二G8505，G1889G17885G6333调节器的参数，以G9397G17287动态性能G6363标G17837样G1582，G4613G6238稳、G1946、G5567G6251G5190G6212之间互相G1144G2461的G11695盾G19394G20076分成两G8505来G16311G1927，G12544一G8505G1820G16311G1927主G16213G11695盾G252动态稳定性和稳态G12946G5242，G9994后G3324G12544二G8505中进一G8505G9397G17287其G4439动态性能G6363标。G3324G17885G6333调节器结构G7114，G2494G18331用G4581G18339的G1868G3423系统，G4439的参数G994性能G6363标的G1863系都G5062G1119G1820G6226G2052，具G1319G17885G6333参数G7114G2494须G6365现成的G1856G5347和表G7696中的数据计算以G991G4613可以G1114。G17837样G4613G1363设计G10371法规G14551化，G3835G3835G1955G4581G1114设计工作G18339四、设计步骤41电流环的等效闭环传递函数ACRG17885用PIG3423电流调节器，KITA32I05，TA32I00037S，电流环的动态结构G7706G3282校G8503为G328241示G328241校G8503后的电流环动态结构G7706G3282电流环G13475过G12628化后可G11487成是转速环中的一个环节，G18039G1052，G19668G8726G1998G4439的闭环传递函数SWCLI。由G328241可知1111112SKSKTSTSKSTSKUSISWIIIIIIIIDCLIG5585G11065G20652G8437G20045，SWCLI可G19489阶近似为111SKSWICLI11G6521G1849转速环内，电流环G12573G6940环节的G17767G1849G18339应为SUI，因此电流环G3324转速环中应G12573G6940为111SKSWSUSIICILID42转速调节器结构的选择用电流环的G12573G6940环节G1207G7379G328241中的电流环后，G6238转速G13485定滤波和G2465G20316滤波环节移G2052环内，G2528G7114G4570G13485定信号改成SUNG18，G1889G6238G7114间G5132数为1G18IK和ONT的两个G4579惯性环节合并G17227来，近似成一个G7114间G5132数为NT的惯性环节，其中ONITKTN1则转速环结构G7706G3282可G12628化成G328242。G328242用G12573G6940环节G1207G7379电流环G4579惯性的近似G3800理为G1114实现转速无静差，G3324G17139G17745G6212动作用G9869G2081G19766必须G7389一个积分环节，G4439应G16825包含G3324转速调节器ASR中。现G3324G6212动作用G9869后G19766G7389一个积分环节，所以转速环开环传递函数G1861G7389两个积分环节，所以应设计成G1868G3423G266G3423系统，G17837样的系统G2528G7114也能G9397G17287动态G6251G6212性能好的G16213G8726。所以，ASR也应G16825G18331用PI调节器，G4439的传递函数为1SSKWNNNASRG5347中KN为转速调节器的G8616例系数；N为转速调节器的G17241G2081G7114间系数。12G993考虑G17139G17745G6212动G7114，校G8503后的调速系统动态结构G7706G3282如G328243所示G328243校G8503后的转速环43转速环的具体设计步骤431G11842定G7114间G5132数1G709电流环G12573G6940G7114间G5132数1/KI。G2474KITA33I05,则TA34I2G10400037S00074S2G709转速滤波G7114间G5132数TON。G7693据所用G8991速发电机G13453波情况，G2474TON001S3G709转速G6454G4579G7114间G5132数TA34N。G6365最G4579G5132数近似G3800理，G2474TA34NK1TON00074S001S00174S432G17885G6333调节器结构G6365照设计G16213G8726，G17885用PI调节器，PIG3423转速调节器原理G3282如G328244所示。G3282中G56N为转速G13485定电G2399，G16G81为转速G17139G2465G20316电G2399，调节器的G17767G1998是电流调节器的G13485定电G2399G56I。A3544PIA36A37A38A39A40A41其传递函数为1SSKWNNNASR13433计算转速调节器参数G6365G17331随和G6251G6212性能都G17751好的原则，G2474G75G32G24，则G36G54G53的G17241G2081G7114间G5132数为NHTA34N5G10400174S0087S则转速环开环增G11422KN2N2T21HH2201740526S23964S2则ASR的G8616例系数为KNN21RTHTCHME017405370030520448015054693434检G20576近似条G1226转速环截止G20069G10587为1153408704396SSKNNCN1G709电流环传递函数G12628化条G1226为CNISSTK11I7630037011353131，G9397G17287G12628化条G12262G709转速G6454G4579G7114间G5132数近似G3800理条G1226为CNONISSTK1173801011353