某矿用电机车双闭环逻辑无环流可逆直流 调速系统电流调节器及转速调节器的设计.doc

太原理工大学阳泉学院 电力拖动自动控制系统课程设计设计题目：某矿用电机车双闭环逻辑无环流可逆直流 调速系统电流调节器及转速调节器的设计 专 业： 自 动 化 班 级： 06自 动 化 学 号： 060712013 姓 名： 刘 炤 贤 目 录第一章 设计任务及内容.1第二章 主电路选型和闭环系统的组成.2第三章 双闭环调节器的动态设计及参数计算.4 一 电流调节器的设计及参数计算计算.4 1 电流调节器原理图.4 2 电流调节器参数选择.6 二 转速调节器.6 1 转速调节器原理图.7 2 转速调节器参数选择.7设计心得.9参考文献.10第一章 设计任务及内容一、设计题目：某矿用电机车双闭环逻辑无环流可逆直流调速系统电流调节器及转速调节器的设计二、设计要求 1、选择控制系统的控制方案。 2、画出系统控制图并计算有关参数。 3、设计电流调节器、转速调节器，选择相关的电路元件。如果采用微机控制，则要求确定算法及软件流程图。三、设计任务 1、任务：为某矿用电机车设计一个调速范围宽、起制动性能好的直流双闭环调速系统，且拟定该系统由大功率晶体管调制放大器给电动机供电。 2、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（D10），系统在工作范围内能稳定工作。 3、动态性能指标：转速超调量n8%，电流超调量i5%，动态速降n8-10%，调速系统的过渡过程时间（调节时间）ts1s 。 4、系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续。 5、调速系统中设置有过电压、过电流等保护，并且有制动措施。2、 技术数据： 晶闸管整流装置：Rrec=0.032，Ks=45-48。 负载电机额定数据：Pn=90KW，Un=440V，In=220A，nN=1800r/min，Ra=0.088，=1.5。 系统主电路：R=0.12，Tl=0.017s, Tm=0.1s 。 电流反馈系数：=0.05V/A（10V/1.5In）； 转速反馈系数：=0.007 min/r（10V/ nn）。 第二章 主电路选型和闭环系统的组成一 、系统方案图及原理 逻辑无环流可逆调速系统的主回路由两组反并联得到三相全控 整流桥VF、VR组成，两组可控整流桥之间可省去限制环流的均衡电抗器，电枢回路仅串接一个平波电抗器L。控制系统主要由给定器G，零速封锁器DZS，转速调机器ASR,电流调节器ACR，反号器AR，转矩极性鉴别器DPT，零电流检测器DPZ，无环流逻辑控制器DLC，触发器GT，电流变换器FBR，过流保护器FA，速度变换器FBS，正反组脉冲放大器AP1、AP2等组成。 正向启动时，给定电压为正电压，无环流逻辑控制器DLC的输出端为“0”态，开放正组桥触发脉冲，正组桥工作，主回路流过正向电流，使电动机正向运行。与此同时，为“1”态，封锁反组桥触发脉冲。 减小给定时， ，使反向，整流装置进入本桥逆变状态，使主回路电流减小。电流过零后，输出状态转换，变为“1”态，为“0”态，即进入它桥制动状态，使电动机降到设定转速后再切换成正向运行。如果=0，则电动机停止运行。 反向运行时，为“1”态，为“0”态，反向桥工作，电动机反向运行。 无环流逻辑控制器DLC的输出保证在任何情况下两组桥都不会同时触发，始终是一组工作，另一组封锁，系统工作过程中不会出现环流。第3章 双闭环系统调节器的动态设计及参数计算一、电流调节器的设计及参数计算 电流环的动态结构框图,如图3-1Ud0(s)+-Ui (s)ACR1/RTl s+1U*i(s)Uc (s)Ks Tss+1Id (s)b T0is+11 T0is+1图3-1：电流环的动态结构框图1、电流调节器原理图含给定滤波和反馈滤波的模拟式PI型电流调节器原理图如图3-2所示。图中为电流给定电 压，-为电流负反馈电压，调节器的输出就是电力电子变换器的控制电压。图3-2：电流调节器原理图2、电流调节器参数选择 （1）确定时间常数整流装置滞后时间常数，即三相桥式电路的平均失控时间=0.0017s。电流滤波时间常数=0.002s。电流环小时间常数之和，取=+=0.0037s。 （2）选择电流调节器结构根据设计要求5%，并保证稳态无静差，可按典型I型系统设计电流调节器。电流环控制对象是双惯性型的，因此可用PI型电流调节器，其传递函数：(s)=检查对电源电压的抗扰性能：，参照典型I型系统动态抗扰性能指标与参数，各项指标都是可以接受的。（3）计算电流调节器参数电流调节器超前时间常数：=0.017s。电流环开环增益：要求5%时，应取=0.5，因此=于是，ASR的比例系数为（4）校验近似条件电流环截止频率：晶闸管整流装置传递函数的近似条件满足近似条件。忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件3满足近似条件。电流环小时间常数近似处理条件满足近似条件。（5）计算调节器电阻和电容由图3-2，按所用运算放大器取，各电阻和电容值为，取5，取3.5，取0.2按照上述参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标为=4.3%5%，满足设计要求。二、转速调节器的设计及参数计算 转速环的动态结构框图，如图3-3图3-3：转速环的动态结构框图1、转速调节器原理图含给定滤波和反馈滤波的PI型转速调节器原理图如图3-4所示，图中为转速给定电压，-为转速负反馈电压，调节器的输出是电流调节器的给定电压。图3-4：转速调节器原理图2、转速调节器参数选择 （1）确定时间常数电流环等效时间常数：转速滤波时间常数：转速环小时间常数之和，取（2）选择转速调节器结构根据设计要求，选择PI型调节器，其传递函数： （3）计算转速调节器参数按跟随和抗扰性能都较好的原则，取h=5,则ASR的超前时间常数为转速环开环增益：可得ASR的比例系数为： （4）校验近似条件转速环截止频率：电流环传递函数简化条件为满足简化条件。转速环小时间常数近似处理条件为满足近似条件。 （5）计算调节器电阻和电容由图3-4，取，则，取1100，取0.1，取1 （6）校核转速超调量当h=5时，=37.6%，不能满足设计要求。应按ASR退饱和的情况重新计算超调量。 （7）按ASR退饱和重新计算超调量 =能满足设计要求设计心得：1、 通过此次设计，我了解到电力拖动自动控制系统是一门综合性的学科，期间，通过相关知识的融汇，我深刻理解了各学科间的联系，提高了自身的综合素质。2、 在做设计的过程中，我明白了做任何事情都要一丝不苟，如果不够细心就很可能出现计算错误或遗漏等失误。3、 感谢学校、老师能给我这次独立完成的机会，既系统了我各方面的专业知识，又培养了我独立思考认真钻研的良好品质。在以后的学习生活过程中，我将加倍完善自己，立志成为社会有用之人。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，20032 李宁 陈桂编著. 运动控制系统. 北京：高等教育出版社，20043 范正翘