课程设计（论文）-双闭环直流调速与仿真.doc

课 程 设 计 任 务 书学院信息工程学院班 级*姓 名*设 计 起 止 日 期2014.6.232014.6.27设计题目：双闭环直流调速与仿真设计任务（主要技术参数）：直流电动机：,，R=0.1,，。， ；调节器输入电阻。动态指标：电流超调量；空载起动到额定转速时的转速超调量。指导教师评语： 成绩： 签字：年 月 日课程设计说明书 NO.1双闭环直流调速与仿真 沈 阳 大 学课程设计说明书 NO.2 目录1前言32设计要求33直流双闭环调速系统电路设计44计算机仿真75设计小结与体会96参考文献9 沈 阳 大 学课程设计说明书 NO.3 1 前言 自70年代以来，国外在电气传动领域内，大量地采用了“晶闸管直流电动机调速”技术（简称KZD调速系统），尽管当今功率半导体变流技术已有了突飞猛进的发展，但在工业生产中KZD系统的应用还是占有相当的比重。在工程设计与理论学习过程中，会接触到大量关于调速控制系统的分析、综合与设计问题。传统的研究方法主要有解析法，实验法与仿真实验，其中前两种方法在具有各自优点的同时也存在着不同的局限性。双闭环（电流环、转速环）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、抗干扰能力强等优点。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PI调节器的单闭环的调速系统可以再保证系统稳定的条件下实现转速无静差。但如果对系统的动态性能要求较高。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩。在单闭环系统中，只有电流截止至负反馈环节是专门用来控制电流的。但它只是在超过临界电流值以后，强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。 2设计要求 某晶闸管供电的转速电流双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据为：直流电动机：,，电枢电路总电阻R=0.1,电枢电路总电感,电流允许过载倍数，折算到电动机轴的飞轮惯量。晶闸管整流装置放大倍数，滞后时间常数 电流反馈系数 电压反馈系数 沈 阳 大 学课程设计说明书 NO.4 滤波时间常数 ；调节器输入电阻。稳态指标：无静差动态指标：电流超调量；空载起动到额定转速时的转速超调量。 3直流双闭环调速系统电路设计 3.1主电路设计 晶闸管-电动机调速系统（V-M系统）主电路原理图如图3-1所示：图3-1 V-M系统主电路原理图图中VT是晶闸管可控整流器，它由三相全控桥式整流电路组成，如图3-2所示：图3-2 三相全控桥式整流电路 沈 阳 大 学课程设计说明书 NO.5通过调节触发装置GT的控制电压来移动脉冲的相位，即可改变平均整流电压，从而实现平滑调速。 3.2主电路参数计算，取其中系数0.9为电网波动系数，系数1-1.2为考虑各种因素的安全系数，这里取1.0。电动势系数 额定励磁下的电动机的转矩系数 电磁时间常数 机电时间常数 s 3.3电流环设计转速、电流双闭环调速系统的动态结构图如图3-3所示 图3-3 直流双闭环调速系统动态结构图 沈 阳 大 学 课程设计说明书 NO.6 3.3.1.确定时间常数。（1） 整流装置滞后时间常数 三相桥式电路的平均失控时间；（2） 电流滤波时间常数 三相桥式电路每个波头的时间是3.33ms，为了基本滤平波头，应该有,因此取；（3） 电流环小时间常数 按小时间常数近似处理，取。图1直流双闭环调速系统动态结构图 3.3.2确定将电流环设计成何种典型系统 根据设计要求：，而且 ，因此设计成典型I型系统。 3.2.3电流调节器的结构选择 电流调节器选用比例积分调节器（PI）,其传递函数为。 3.2.4选择电流调节器参数 电流调节器超前时间常数：； 电流开环增益：因要求，故取，因此，于是电流调节器的比例系数为 3.2.5校验近似条件 沈 阳 大 学课程设计说明书 NO.7 电流环截止频率 （1)校验晶闸管装置传递函数的近似条件是否满足：，因为，所以满足近似条件； （2）校验忽略反电动势对电流环影响的近似条件是否满足：，由于，满足近似条件； （3）校验小时间常数近似处理是否满足条件：，4计算机仿真双闭环调速系统的动态结构图图4-1，增加了滤波环节，包括电流滤波、转速滤波和两个给定信号的滤波环节。 图4-1 双闭环直流调速系统结构图 沈 阳 大 学课程设计说明书 NO.8 4.1仿真图 图4-2 空载起动 图4-3转速环仿真图形从图3中可知： (1) 转速超调量为25%，转速超调量过大，系统相对稳定性弱； (2) 整个起动过程只需0.6 秒，系统的快速性较好。 4.2仿真调试分析通过以上仿真分析，与理想的电动机起动特性相比，仿真的结果与理论设计具有差距。为什么会出现上述情况，从理论的设计过程中不难看出，因为在“典型系统的最佳设计法”时，将一些非线性环节简化为线性环节来处理，如滞后环节近似为一阶惯性，调节器的限幅输出特性近似为线性环节等。经过大量仿真调试，改变电流和转速环调节器的参数，兼顾电流、转速超调量和起动时间性能指标，找出最佳参数为：，；，。其转速波形如图4所示。从图4中可知： (1) 转速环超调量为 6%，超调量符合要求。 (2) 整个起动过程约为 0.8 秒，系统的快速性仍较好。 沈 阳 大 学课程设计说明书 NO.9 5 设计小结与体会通过本次对一个V-M双闭环不可逆直流调速系统课程设计使我对电力拖动自动控制系统有了进一步的了解与认识。对所学内容有了更深刻的印象，并且进一步认识到工程设计时与实际相联系的重要性，比如在计算元件参数时计算出来的值往往与实际生产参数不符，这就需要根据实际情况对参数进行取舍。确定了电流调节器和转速调节器的结构并按照设计参数要求对调节器的参数进行了计算和确定。并在确定所有参数的基础上对系统进行了Matlab仿真。 通过本次设计使我对电力拖动自动控制系统有了进一步的认识和了解。对电力电子器件在工业发展中所起的巨大作用也有了认识。另外在设计过程中遇到了一些难题，在自己查找多方资料并和同学相互讨论的情况下终于找到了解决的方法。这使我明白理论和实际是存在一定偏差的，计算结果并不能代表实际数据。总的来说这次设计让我受益匪浅，对我来说是一次很好的经历。 6参考文献1 陈伯时 电力拖动自动控制系统运动控制系统，第三版，机械工业出版社，2003 2 杨威 张金栋 主编 电力电子技术 ,重庆大学出版社，2