电力拖动自动控制系统课程设计-直流调速系统设计及仿真和串级调速系统建模及仿真.doc

电气与电子信息工程学院控制系统课程设计课程设计报告名 称： 直流调速系统设计及仿真和串级调速系统 建模及仿真 专业名称： 电气工程及其自动化 班 级： 学号： 姓 名： 指导教师： 设计地点： 课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作部门： 一、课程设计题目：直流调速系统设计及仿真和串级调速系统建模及仿真二、设计目的：控制系统课程设计是继“自动控制系统”课之后开设的实践性环节课程。由于它是一门理论深、综合性强的专业课，单是学习理论而不进行实践将不利于知识的接受及综合应用。本课程设计将起到从理论过渡到实践的桥梁作用,通过该环节训练达到下述教学目的：1、通过课程设计，使学生进一步巩固、深化和扩充在交直流调速及相关课方面的基本知识、基本理论和基本技能，达到培养学生独立思考、分析和解决问题的能力。2、通过课程设计，让学生独立完成一项直流或交流调速系统课题的基本设计工作，使学生熟悉设计过程，了解设计步骤，达到培养学生综合应用所学知识能力、培养学生实际查阅相关设计资料能力的目的、培养学生工程绘画和编写设计说明书的能力。3、通过课程设计，提高学生理论联系实际，综合分析和解决实际工程问题的能力。通过它使学生理论联系实际，以实际系统作为实例，对系统进行分析设计，掌握控制系统设计必须遵循的原则、基本内容、设计程序、设计规范、设计步骤方法及系统调试步骤。通过设计培养学生严肃认真、一丝不苟和实事求是的工作作风。培养学生的创新意识和创新精神，为今后走向工作岗位从事技术打下良好基础。三、课程设计内容（含技术指标）1直流调速系统设计及仿真题目和设计要求：(1)电机数如下表：机架序号电动机型号Pn（KW）Un（V）In（A）nn（r/min）Ra（）GDa2（Nm2）极对数1Z2-914823020914500.358.021(2)技术数据电枢回路总电阻取a；总飞轮力矩：。其他参数可参阅教材中“双闭环调速系统调节器的工程设计举例”的有关数据。要求：调速范围10，静差率：稳态无静差，电流超调量；启动到额定转速时的转速退饱和超调量。要求系统具有过流、过压、过载和缺相保护。要求触发脉冲有故障封锁能力。要求给拖动系统设置给定积分器。(3)设计的内容1.调速的方案选择（） 直流电动机的选择（根据上表按小组顺序选择电动机型号）（） 电动机供电方案的选择（要求通过方案比较后，采用晶闸管三相全控整流器供电方案）；（） 系统的结构选择（要求通过方案比较后，采用转速电流双闭环系统结构）；（） 确定直流调速系统的总体结构框图。2.主电路的计算（可参考“电力电子技术”中有关主电路技术的章节）（） 整流变压器计算，二次侧电压计算；一、二次侧电流的计算；容量的计算。（） 晶闸管元件的选择。晶闸管的额定电压、电流计算。（） 晶闸管保护环节的计算。a)交流侧过电压的保护；b)阻容保护、压敏电阻保护计算；c)直流侧过电压保护；d)晶闸管及整流二极管两端的过电压保护；e)过电流保护。f)交流侧快速熔断器的选择,与元件全连的快速熔断器的选择,直流侧快速熔断器的选择。（） 平波电抗器计算。.触发电路的选择与校验触发电路种类多，可直接选用，电路中元器件参数可参照有关电路进行选用。4.控制电路设计计算：主要包括：给定电源和给定环节的设计计算、转速检测环节的设计与计算、调速系统的稳态参数计算、调速系统的稳态参数计算。5.双闭环直流调速系统的动态设计：主要设计转速调节器和电流调节器，可参阅双闭环调速系统调节器的工程设计法进行设计。6. 对系统进行仿真校验并上交设设说明书。2交流调速系统建模及仿真 串级调速系统系统建模及仿真：系统设计数据技术数据：380V，50HZ，三相交流供电电源绕线式三相交流异步电动机，额定功率PN=2.2kW，额定电压UN=380v， 额定电流IN=5A，额定转速nN=1460r/min,，J=0.045kgm2，Rs=1.435，P=2。建立串级调速系统的仿真模型，并进行参数设置。做出仿真结果，上交说明书。四、课程设计基本要求通过课程设计，学生应掌握控制系统工作原理、总体方案确定原则、主电路设计及元器件选型、控制回路设计及元器件选择、辅助回路设计等。并能熟练应用相应软件绘制原理图，并能应用控制系统仿真软件对所设计系统进行仿真实验。1）本课程设计应根据设计任务书以设计技术规程及规定进行，完成内容：1.根据设计课题的技术指标和给定条件，能独立而正确地进行方案论证和设计计算，要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整。2.要求掌握直流调速系统的设计内容、方法、步骤和交流调速系统建模与仿真。3.学会查阅有关参考资料和手册，并能正确选择有关元器件和参数。4.学会绘制有关电气系统原理图和编制元器件明细表。5.学会编写设计说明书。6.通过对所设计的系统进行仿真实验，掌握系统仿真的方法。2）实施过程：1.学生分组、布置题目。按学号分组，然下达课程设计任务书，原则上每小组一个题目。2.熟悉题目并选题，收集资料。设计开始，每个学生根据所选的题目，充分了解技术要求，明确设计任务，收集资料，包括参考书、手册和图表等，为设计做好准备3.直流调速系统设计及仿真。正确选定系统方案，并进行主电路和保护电路设计、计算和元器件选型，认真画出系统总体结构框图。4. 直流调速系统控制电路的方案选定、设计、计算和元器件选型，完成操作电路原理设计和元件选型，最后进行仿真实验并校验是否达到要求。5.交流调速系统的建模与仿真，先简要讲述基本原理，然后进行建模仿真，给出仿真结果。6.校核整个系统设计，编制元件明细表。7.绘制正规系统原理图，整理编制课程设计任务书。目录第1部分 直流电动机调速系统的设计及仿真11第1章 综述111.1直流调速系统发展概况 111.2 国内外发展概况11第2章 系统方案选择和总体结构设计132.1系统技术数据及要求132.2调速系统的方案选择13第3章 主电路设计与计算153.1整流变压器的设计153.2晶闸管元件的选择173.3晶闸管保护环节的计算173.4平波电抗器的计算19第4章 触发电路选择与校验22第5章 双闭环的动态设计和校验235.1电流调节器的设计和校验235.2转速调节器的设计和校验25第6章 直流调速系统仿真及结果分析286.1系统仿真结果的输出及结果分析29第2部分 串级调速系统系统建模及仿真30第1章 综述301.1题目要求301.2串级调速的原理301.3串级调速的优点301.4方案选择30第2章 模型的建立与仿真322.1总体仿真图322.2 ACR的结构322.3 ASR的结构332.4 触发电路的结构332.5 电机定子转子部分电路34第3章 仿真结果35第3部分 总结36参考文献36附录37第1部分 直流调速系统设计及仿真第1章 综述1.1直流调速系统发展概况 在现代工业中，电动机作为电能转换的传动装置被广泛应用于机械、冶金、石油化学、国防等工业部门中，随着对生产工艺、产品质量的要求不断提高和产量的增长，越来越多的生产机械要求能实现自动调速。 在可调速传动系统中，按照传动电动机的类型来分，可分为两大类：直流调速系统和交流调速系统。交流电动机直流具有结构简单、价格低廉、维修简便、转动惯量小等优点，但主要缺点为调速较为困难。相比之下，直流电动机虽然存在结构复杂、价格较高、维修麻烦等缺点，但由于具有较大的起动转矩和良好的起、制动性能以及易于在宽范围内实现平滑调速，因此直流调速系统至今仍是自动调速系统的主要形式。 直流调速系统的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、自动控制技术和微机应用技术的最新发展成就。正是这些技术的进步使直流调速系统发生翻天覆地的变化。其中电机的控制部分已经由模拟控制逐渐让位于以单片机为主的微处理器控制，形成数字与模拟的混合控制系统和纯数字控制系统，并正向全数字控制方向快速发展。电动机的驱动部分所用的功率器件亦经历了几次更新换代。目前开关速度更快、控制更容易的全控型功率器件MOSFET和IGBT成为主流。功率器件控制条件的变化和微电子技术的使用也使新型的电动机控制方法能够得到实现。脉宽调制控制方法在直流调速中获得了广泛的应用。 1964年A.Schonung和H.stemmler首先提出把PWM技术应用到电机传动中从此为电机传动的推广应用开辟了新的局面。进入70年代以来，体积小、耗电少、成本低、速度快、功能强、可靠性高的大规模集成电路微处理器已经商品化，把电机控制推上了一个崭新的阶段，以微处理器为核心的数字控制（简称微机数字控制）成为现代电气传动系统控制器的主要形式。PWM常取代数模转换器（DAC）用于功率输出控制，其中，直流电机的速度控制是最常见的应用。通常PWM配合桥式驱动电路实现直流电机调速，非常简单，且调速范围大。在直流电动机的控制中，主要使用定频调宽法。 目前，电机调速控制模块主要有以下三种： （1）、采用电阻网络或数字电位器调整直流电机的分压，从而达到调速的目的； （2）、采用继电器对直流电机的开或关进行控制，通过开关的切换对电机的速度进行调整； （3）、采用由IGBT管组成的H型PWM电路。用单片机控制IGBT管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。 1.2 国内外发展概况 1.2.1 国内发展概况 我国从六十年代初试制成功第一只硅晶闸管以来，晶闸管直流调速系统开始得到迅速的发展和广泛的应用。用于中、小功率的 0.4200KW晶闸管直流调速装置已作为标准化、系列化通用产品批量生产。 目前，全国各大专院校、科研单位和厂家都在进行数字式直流调速系统的开发，提出了许多关于直流调速系统的控制算法： （1）、直流电动机及直流调速系统的参数辩识的方法。该方法据系统或环节的输入输出特性，应用最小二乘法，即可获得系统环节的内部参数。所获得的参数具有较高的精度，方法简便易行。 （2）、直流电动机调速系统的内模控制方法。该方法依据内模控制原理，针对双闭环直流电动机调速系统设计了一种内模控制器，取代常规的PI调节器，成功解决了转速超调问题，能使系统获得优良的动态和静态性能，而且设计方法简单，控制器容易实现。 （3）、单神经元自适应智能控制的方法。该方法针对直流传动系统的特点，提出了单神经元自适应智能控制策略。这种单神经元自适应智能控制系统不仅具有良好的静、动态性能，而且还具有令人满意的鲁棒性与自适应性。 （4）、模糊控制方法。该方法对模糊控制理论在小惯性系统上对其应用进行了尝试。经1.5kw电机实验证明，模糊控制理论可以用于直流并励电动机的限流起动和恒速运行控制，并能获得理想的控制曲线。 上诉的控制方法仅是直流电机调速系统应用和研究的一个侧面，国内外还有许多学者对此进行了不同程度的研究。 1.2.2 国外发展概况 随着各种微处理器的出现和发展，国外对直流电机的数字控制调速系统的研究也在不断发展和完善，尤其80年代在这方面的研究达到空前的繁荣。大型直流电机的调速系统一般采用晶闸管整流来实现，为了提高调速系统的性能，研究工作者对晶闸管触发脉冲的控制算法作了大量研究，提出了内模控制算法、I-P控制器取代PI调节器的方法、自适应和模糊PID算法等等。 目前，国外主要的电气公司，如瑞典ABB公司，德国西门子公司、AEG公司，日本三菱公司、东芝公司、美国GE公司等，均已开发出数字式直流调装置，有成熟的系列化、标准化、模版化的应用产品供选用。如西门子公司生产的SIMOREG-K 6RA24 系列整流装置为三相交流电源直接供电的全数字控制装置，其结构紧凑，用于直流电机电枢和励磁供电，完成调速任务。设计电流范围为15A至1200A，并可通过并联SITOR可控硅单元进行扩展。根据不同的应用场合，可选择单象限或四象限运行的装置，装置本身带有参数设定单元，不需要其它任何附加设备便可以完成参数设定。所有控制调节监控及附加功能都由微处理器来实现，可选择给定值和反馈值为数字量或模拟量。1.2.3 总结 随着生产技术的发展，对直流电气传动在起制动、正反转以及调速精度、调速范围、静态特性、动态响应等方面都提出了更高的要求，这就要求大量使用直流调速系统。因此人们对直流调速系统的研究将会更深一步。 1.3 本课题研究目的及意义 直流电动机是最早出现的电动机，也是最早实现调速的电动机。长期以来，直流电动机一直占据着调速控制的统治地位。由于它具有良好的线性调速特性，简单的控制性能，高效率，优异的动态特性，现在仍是大多数调速控制电动机的最优选择。因此研究直流电机的速度控制，有着非常重要的意义。 随着单片机的发展，数字化直流PWM调速系统在工业上得到了广泛的应用，控制方法也日益成熟。它对单片机的要求是：具有足够快的速度；有PWM口，用于自动产生PWM波；有捕捉功能，用于测频；有A/D转换器、用来对电动机的输出转速、输出电压和电流的模拟量进行模/数转换；有各种同步串行接口、足够的内部ROM和RAM，以减小控制系统的无力尺寸；有看门狗、电源管理功能等。因此该实验中选用Cygnal公司的单片机C8051F020。 第2章 系统方案选择和总体结构设计2.1系统技术数据及要求本次设计选用的电动机型号Z2-91型，其具体参数如下表2-1所示表2-1 Z2-91型电动机具体参数电动机型号PN(KW)UN(V)IN(A)NN(r/min)Ra()GDa2（Nm2）P极对数Z2-914823020914500.358.0211电枢回路总电阻取a；总飞轮力矩：。2其他参数可参阅教材中“双闭环调速系统调节器的工程设计举例”的有关数据。3要求：调速范围10，静差率：稳态无静差，电流超调量；启动到额定转速时的转速退饱和超调量。4要求系统具有过流、过压、过载和缺相保护。5要求触发脉冲有故障封锁能力。6要求给拖动系统设置给定积分器。2.2调速系统的方案选择因为调速精度要求高，采用转速电流双闭环系统结构，以提高电机的动态快速性以及进行限流保护。调速系统的结构框图如图2-1所示。图2-1 调速系统的结构框图2.2.1主电路的选择一般说来，单相整流电路适用于晶闸管整流装置整流器功率很小的电路中（4KW以下），而三相整流电路则适用于功率较大的电路，因为可以减小负载电流的脉动。由于所提供的电动机为10KW。因此本设计主电路采用三相整流电路。在三相整流电路中，主要有三相零式整流电路、三相全控桥式整流电路和三相半控桥式整流电路。三相零式电路突出的优点是电路简单，用的晶闸管少，触发器也少，对需要220V电压的用电设计直接用380V电网供电，而不需要另设整流变压器。但缺点是要求晶闸管耐压高，整流输出电压脉动大，需要平波电抗器容量大，电源变压器二次电流中有直流分量，增加了发热和损耗。因零线流过负载电流，在零线截面小时压降大。而三相全控桥式整流电路，在输出电流和电压相同时，电源相电压可较三相零式整流电路小一半。因此显著减轻了变压器和晶闸管的耐压要求。变压器二次绕组电流中没有直流分量，种用率高。输出整流电压脉动小，所以平波电抗器容量就可以小一些。三相全控桥式整流电路的缺点是整流器件用得多，需要六个触发电路，需要220V电压的设备也不能用380电网直接供电，而要用整流变压器。三相半控桥式整流电路，虽然只用三只晶闸管、三个触发电路，但整流输出电压脉动大，且不能用于需要有源逆变的场合。综合上述三种三相整流电路的特点及本次课程设计要求，主电路选用三相全控桥式整流电路。又由于电动机的额定电压为220V，为保证供电质量，应采用三相减压变压器将电源电压降低；为避免三次谐波电动势的不良影响，三次谐波电流对电源的干扰，主变压器采用D/Y联结。2.2.2 触发电路的选择目前触发电路主要有阻容移相触发电路、单结晶体触发电路、正弦波同步触发电路、锯齿波同步触发电路，以及集成触发电路等。对常见的几种触电发电路进行综合考虑，集成触发电路具有明显的优点，因而选用集成触发电路。触发集成芯片采用目前比较常用的KC系列第3章 主电路设计与计算3.1整流变压器的设计3.1.1变压器二次侧电压的计算是一个重要的参数，选择过低就会无法保证输出额定电压。选择过大又会造成延迟角加大，功率因数变坏，整流元件的耐压升高，增加了装置的成本。一般可按下式计算，即： 式中-整流电路输出电压最大值； -主电路电流回路n个晶闸管正向压降； C - 线路接线方式系数； -变压器的短路比，对10100KVA，=0.050.1； -变压器二次实际工作电流与额定之比，应取最大值。 在要求不高场合或近似估算时，可用下式计算，即： 式中A-理想情况下，=0时整流电压与二次电压之比，即A=；B - 延迟角为时输出电压与之比，即； 电网波动系数； 11.2考虑各种因数的安全系数；根据设计要求，采用公式： ()查表得 A=2.34；取=0.9；a角 考虑10裕量，则 B=0.985 (取,则电压比。3.1.2一次、二次测电流1I、2I的计算 查表得 , 考虑变压器励磁电流得： =3.1.3变压器容量的计算； （3-2） ； （3-3） ； （3-4）式中、分别是一次侧与二次侧绕组的相数,、；=3220101.75=67.155 KVA=3125170.54=63.953 KVA =1/2（67.155+63.953）=65.554 KVA 取=65.554 KVA3.2晶闸管元件的选择3.2.1 晶闸管的额定电流选择晶闸管时必须要考虑到晶闸管的额定电流的有效值是否大于实际流过管子电流最大有效值。实际选择时必须选则额定电流的有效值大的晶闸管，即可用下面公式来判断本设计中选择的晶闸管是否可用。或=K （3-5）考虑（1.52）倍的裕量 （3-6）式中K=/（1.57）是电流计算系数。由表查得 K=0.368，考虑1.52倍的裕量 （3-7） =(1.52)0.368209A =115.37153.82A因此可以取=135A。故可选晶闸管的型号为MFC-135。3.2.2晶闸管的额定电压晶闸管实际承受的最大峰值电压，乘以（23）倍的安全裕量，参照标准电压等级，即可确定晶闸管的额定电压，即整流电路形式为三相全控桥，查表得，则=取V。3.3晶闸管保护环节的计算晶闸管须要采取过电压、过电流等保护措施。必要的保护措施是晶闸管装置能否可靠地正常运行的关键。3.3.1过电压保护 以过电压保护的部位来分，有交流侧过压保护、直流侧过电压保护和器件两端的过电压保护三种。（1）交流侧过电压保护交流侧过电压保护可采用阻容保护措施即在变压器二次侧并联电阻R和电容C。本系统采用D-Y连接。S=65.554kvA, U2=125V取值：当 S10KVA时，取=4。=F=100.7F耐压1.5Um =1.5125=265.17V选取110F,耐压265.17V的电容器。取=5V，=0.61取R=1 =A =W选取1、60W的电阻,选用RT-60-1-型电阻。压敏电阻的计算 =V=229.8V流通量取5KA。由于压敏电阻允许偏差为+10，则可选MY31-240/5型压敏电阻作交流侧过电压保护。（2）直流侧过电压保护直流侧保护一般采用压敏电阻作过电压保护。 =(1.82.2) 230V=414506V 由于压敏电阻允许偏差为+10，则可选MY31-440/5型压敏电阻作直流侧过电压保护。（3）闸管及整流二极管两端的过电压保护 查下表：表3-1 阻容保护的数值一般根据经验选定晶闸管额定电流/A1020501002005001000电容/F0.10.150.20.250.512电阻/1008040201052抑制晶闸管关断过电压一般采用在晶闸管两端并联阻容保护电路方法。电容耐压可选加在晶闸管两端工作电压峰值的1.11.15倍。由上表得C=0.5F，R=10，电容耐压1.5=1.5125=459.28V选C为0.5F的CZJD-2型金属化纸介质电容器, 耐压为480V。=W=1.17W 由计算知选R为10普通碳膜电阻器，MF-2W。3.3.2 过电流保护本系统采用电流截止反馈环节作限流保护外，还没有与元件串联的快速熔断器作过载与短路保护，用过电流继电器切断故障电流。（1） 快速熔断器的选择 接有电抗器的三相全控桥电路，通过晶闸管电流有效值IT=Id/1.732=135A/1.732=77.94A,故选用RLS-80的熔断器，熔体电流为80A。（2） 过电流继电器的选择 根据负载电流为135A，可选用吸引线圈电流为150A的JL14-11ZS型手动复位直流过电流继电器。3.4平波电抗器的计算（1）算出电流连续的临界电感量可用下式计算，单位mH。 （3-8）式中为与整流电路形式有关的系数，可由表查得；为最小负载电流，常取电动机额定电流的510计算。根据本电路形式查得=0.695所以=0.05=0.05209A=10.45A（2）限制输出电流脉动的临界电感量平波电抗器的临界电感量（单位为m）可用下式计算 （3-9）式中系数，与整流电路形式有关，电流最大允许脉动系数，通常三相电路（510）。根据本电路形式查得=1.045, 所以 （3）电动机电感量和变压器漏电感量电动机电感量（单位为mH）可按下式计算 （3-10）式中 、n分别是直流电动机电压、电流和转速，常用额定值代入；P是电动机的磁极对数；是计算系数。一般无补偿电动机取812，快速无补偿电动机取68，有补偿电动机取56。本设计中取=8、=230V、=61A、n=1450r/min、p=1变压器漏电感量（单位为mH）可按下式计算 （3-11）式中是计算系数，查表可得，是变压器的短路比，一般取5%10%。本设计中取=3.2、=0.05所以= （4）实际串入平波电抗器的电感量考虑输出电流连续时的实际电感量： （3-12）（5) 电枢回路总电感:=5.253.0420.0096 mH =8.31mH （3-13）第4章 触发电路选择与校验选用集成六脉冲触发器电路模块，型号为KCZ6。从产品目录中查得晶闸管MFC-135A的触发电流为150mA触发电压2.5v件可以计算出 ，40触发器选用11V电源，Ks=40 因为，2.5V所以触发变压器的匝数比为取3:1。触发电路的触发电流为150mA，则脉冲变压器的一次侧电流只需大于150/3=50mA即可。这里选用3DG12B NPN管作为脉冲功率放大管，其极限参数.触发电路需要三个互差120，且与主电路三个电压U、V、W同相的同步电压，故要设计一个三相同步变压器。这里用三个单相变压器接成三相变压器组来代替，并联成DY型。同步电压二次侧相电压取18V，一次侧直接与电网连接，相电压为220V,变压比为220/18=12.2。第5章 双闭环的动态设计和校验5.1电流调节器的设计和校验（1）整流装置滞后时间常数对于三相全控桥式整流电路，可取。（2）电流滤波时间常数 对于三相全控桥式整流电路，可取。（3）电流环小时间常数 按小时间常数近似处理，取。（4）电流调节器的选择因为电流超调量，并保证稳态电流无静差，可按典型系统设计电流调节器电流环控制对象是双惯性型的，故可用PI型电流调节器。式中是电流调节器的比例系数：是电流调节器的超前时间常数。其模拟电路图如图5-1所示。二极管3VD1和3VD2起运放输入限幅，保护运放的作用。二极管3VD3、4VD4和电位器3RW1、3RW2用于正负限幅，调节3RW1或3RW2就可以改变下输出幅值或负限幅值。3R1是为了避0免运算放大器长期工作产生零点漂移，其阻值较大，可取4.7M。（5）电流反馈系数 （6）电流调节器参数计算电枢回路电磁时间常数：。 电流调节器超前时间常数： 。电枢回路电阻：R=0.5电流环开环增益：要求时，就取，因此于是，电流环的等效系数为 （7）校验近似条件电流环截止频率：=135.1。晶闸管整流装置传递函数的近似条件：满足条件。忽略反电动势变化对电流环动态影响条件： ，满足条件。电流环小时间常数近似处理条件：，满足条件。（8）计算调节器的电阻和电容取运算放大器的=40，有=1.01340=40.52，取41， ，取7.5， ，取0.2。图51电流调节器5.2转速调节器的设计和校验（1） 电流环等效时间常数在前面的计算中，已取，则。（2）转速滤波时间常数根据所用没速发电机纹波情况，取。（3）转速环小时间常数。（4）转速调节器的选择按设计要求，选用PI调节器，其模拟电路图如图5-2所示。其结构与电流调节器一样。在此不再重述。传递函数为 （5）转速调节器的参数计算按跟随和抗干扰性能较好原则，取h=5,则ASR的超前时间常数为： ，转速环开环增益 。ASR的比例系数为 （6）检验近似条件转速环截止频率为。电流环传递函数简化条件为， 满足条件。转速环小时间常数近似处理条件为： ，满足近似条件。（7）计算调节器电阻和电容：取=40，则Rn=Kn*Ro=34.56x40=1382.4k,取1390。，取0.15，取1。故： 图52 转速调节器（8）校核转速超调量：由h=4，查得，不满足设计要求，应使ASR 退饱和重计算。设理想空载z=0，h=5时，查得 =81.2%，所以=2（ ）（） =6.7%10%，满足设计要求。第6章 直流调速系统仿真及结果分析本次系统仿真采用目前比较流行的控制系统仿真软件MATLAB。图6-1 双闭环的仿真模型转速、电流双闭环系统的控制电路包括：给定环节、ASR、ACR、限幅器、偏置电路、反相器、电流反馈环、速度反馈环等。6.1系统仿真结果的输出及结果分析图6-2双闭环直流调速系统的电流和转速曲线启动过程的第一阶段是电流上升阶段，突加给定电压，ASR的输入很大，其输出很快达到限幅值，电流也很快上升，接近其最大值。第二阶段，ASR饱和，转速环相当于开环状态，系统表现为恒值电流给定作用下的电流调节系统，电流基本上保持不变，拖动系统恒加速，转速线形增长。第三阶段，当转速达到给定值后。转速调节器的给定与反馈电压平衡，输入偏差为零，但是由于积分作用，其输出还很大，所以出现超调。转速超调后，ASR输入端出现负偏差电压，使它退出饱和状态，进入线性调节阶段，使转速保持恒定，实际仿真结果基本上反映了这一点。第2部分 串级调速系统建模及仿真第1章 综述1.1题目要求串级调速系统建模及仿真:系统设计数据技术数据：380V，50HZ，三相交流供电电源绕线式三相交流异步电动机，额定功率PN=2.2kW，额定电压UN=380v， 额定电流IN=5A，额定转速nN=1460r/min,，J=0.045kgm2，Rs=1.435，P=2。建立串级调速系统的仿真模型。1.2串级调速的原理转子串附加电势调速,即串级调速,属变转差率调速。在转子回路中串入可吸收电功率的附加电动势，通过改变附加电动势的大小和相位，来达到改变转子电流,电磁转矩和转速的目的,转速在低于同步转速以下调整,同时将转子回路的转差功率回收，达到高效节能目的。1.3串级调速的优点串级调速技术具有其突出的优点，主要包括： l 调速范围宽，无级，平滑。 l 具有良好的硬机械特性。 l 串级调速是在电机转子侧施加控制，因而: - 其控制电压低,仅几百伏至一千多伏、 - 变流装置控制容量小,对于风机、泵类负载，总控制容量仅为电机额定容量 的14.815%。 - 串级调速装置自身功耗小，比变频调速低2至4百分点，因而效率最高。因变流容量小,变流发生在转子一侧,因而谐波分量小。因变流容量小,变流电压低,装置可靠性高。 - 调速系统简单，尺寸小，占用场地少。 1.4方案选择为了提高静态调速精度及获得较好的动态特性，应采用具有电流负反馈与转速负反馈的双闭环控制方式。双闭环系统是一种具有电流闭环和速度闭环的反馈控制系统，较单闭环系统有着更为优良的静、动态特性。 ASR, ACR分别为速度调节器和电流调节器，均为PI调节器 双闭环调速系统在电机调速中的特点是:在电动机启动时，起动电流很快的加大到允许过载能力值Idm，并且保持不变，在这个条件下，转速n得到线性增长，当升到需要的大小时，电机的电流急剧下降到克服负载所需的电流值I。这就要求在起动过程中，把电动机的电流当作被调量，使之维持为电机允许的最大值Idm，并保持不变。因此需要有一个电流调节器来完成这个任务。来自速度给定电位器的信号与速度反馈信号比较后，偏差信号送到速度调节器的输入端，速度调节器的输出端再送到电流调节器的输入端。电流调节器的输出电压再作