[毕业设计精品论文]双闭环v-m调速系统的设计 电力拖动自动控制系统课程设计

工程设计法和西门子设计法的比较双闭环VM调速系统中主电路，电流调节器及转速调节器的设计。二、已知条件及控制对象的基本参数（1）已知电动机参数为NOMP3KW，220V，NOMUNOMI175A，1500R/MIN，电枢绕组电阻NOMNAR125，3532GD2NM。采用三相全控桥式电路，整流装置内阻RECR13。平波电抗器电阻LR03。整流回路总电感L200MH。（2）这里暂不考虑稳定性问题，设ASR和ACR均采用PI调节器，ASR限幅输出8V，ACR限幅输出8V，最大给定IMUCTMUNMU10V，调速范围D20，静差率S10，堵转电流DBLI21NOMI，临界截止电流DCRI2NOMI。（3）设计指标电流超调量I5，空载起动到额定转速时的转速超调量10，空载起动到额定转速的过渡过程时间TNS05。三、设计要求（1）分别用工程设计方法和西门子调节器最佳整定法进行设计，决定ASR和ACR结构并选择参数。（2）对上述两种设计方法进行分析比较。（3）设计过程中应画出双闭环调速系统的电路原理图及动态结构图四、设计方法及步骤用工程设计方法设计（1）系统设计的一般原则按照“先内环后外环”的设计原则，从内环开始，逐步向外扩展。在这里，首先设计电流调节器，然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器2工程设计法和西门子设计法的比较（2）电流环设计电流环动态结构图及简化1）确定时间常数根据已知数据得TM2375EMGDRCC2353285375013230S0162S320010007285LLTSRSS三相桥式晶闸管整流电路的平均后时间00017ST，取电流反馈滤波时间常数，可得电流环的小时间常数为0002OITSITST00017S0002S00037SOIT2）选择电流调节器结构虽然LITT0070003718910，但由于对电流超调量有较严格要求，而抗扰指标却没有具体要求，因此电流环仍按典型I型系统设计。电流调节器选用PI调节器，其传递函数为1IACRIISWSKS3）选择电流调节器参数积分时间常数I007SLT为满足I5要求，取电流环开环增益为IKIK12IT12000371S135141S3工程设计法和西门子设计法的比较电流调节器比例系数为IKIKIISRKK1351400728532702183784取调节器的输入电阻OR20K，则电流调节器的各参数为IRIKOR32720K6054K，取62KICIIR63007106210F113F，取1FOIC4OIOTR5340002102010F04F，取047F根据上述参数可以达到的动态指标为I435故能满足设计要求。4）校验近似条件电流环截至频率CI13514IK1S，晶闸管装置传递函数近似条件为CI13ST,现13ST13000171S19611SCI故该近似条件满足。忽略反电动势影响的近似条件为CI31/MLTT，现31/MLTT31/01620071S2821SCI故该近似条件满足。4工程设计法和西门子设计法的比较（3）转速环设计转速环动态结构图及简化1）确定时间常数因NUNOMN，故转速反馈系数为NNOMUN101500VMIN/R00067VMIN/R电流环的等级时间常数为200074S。取转速反馈滤波时间常数001S，转速环的时间常数为ITONT2NITTTON00074S001S00174S2）选择转速调节器结构设计要求中虽然允许系统有静差，转速调节器的稳态放大系数很大，因此转速调节器如采用比例调节器，将很难满足稳定性要求。为此，转速调节器采用近似PI调节器，按典型II型系统进行设计。可证明，当近似PI调节器的稳态放大系数很大时，其传递函数可表示为1NASRNNSWSKS3）选择转速调节器参数按跟随性能和抗扰性能较好的原则选择H5，求出转速超调量和过渡过程时间NST。如果能够满足设计要求，则可根据所选的H值计算有关参数；否则要改变H值重新进行计算，直到满足设计要求为止。当H5时，ASR退饱和超调量为NMAXBCC2NOMNMZNTNTLIMXZ式中，为电动机允许过载系数，按题意21；Z为负载系数，设为理想空载起动，则5工程设计法和西门子设计法的比较Z0为调速系统开环机械特性的额定稳态速降，NOMNNOMNNOMEIRC；MAXBCC是基准值为时的超调量相对值，而BCBC2NNOMMTZNT。当H5时，MAXBCC812，故起动到额定转速，即N时，退饱和超调量为NOMN1092N满足设计要求。空载起动到额定转速的过渡过程中，由于在大部分时间内ASR饱和而不起调节作用，使过渡过程时间ST延长，ST可表示为ST2T0T其中为恒流升速时间，是退饱和超调过渡过程时间。2T0T2TEMNOMNOMCTNRI01320162150028521175S031S退饱和超调过渡过程时间等于动态速升的回复时间。当H5时880153S。但恢复时间是按误差为5计算的。这里2TN0TNTBCBC2K2NNOMEMRTCTI1704R/MIN，故5C85R/MIN。这就是说，转速进入85R/MIN的恢复时间为0153S。但这里的恢复时间应按转速进入5来计算，由于575R/MINBNOMNNOMN85R/MIN，显然所需时间将远小于0153S，故可忽略不计，于是TTS2031S。可见，能满足设计要求。这样，就可根据H5选择转速调节器的参数。ASR的时间常数为NT500174S0087SNH转速环开环增益为221N2NHKHT2265000174S23964SASR比例系数为6工程设计法和西门子设计法的比较12EMNNHCTKHRT602180132016210000672850017484如去调节器输入电阻OR20K，则NRNKOR8420K168K，取160KNCNNR8300871016010F054F,取047FONC4ONNTR634001102010F2F，取2F4）校验近似条件转速环截止频率为CN1NKNKN396400871S3451S电流闭环传递函数简化条件为CN15IT，现15IT15000371S5411SCN故满足该简化条件。小时间常数近似处理条件为CN11/23IONTT，现11/23IONTT11/20003700131S1S3875CN故满足该简化条件5）易犯错误由例22知，此系统是有差系统，ASR似乎可用比例调节器并按典型I型系统进行设计。这时，转速环的开环放大系数为NKASREMWRCT根据设计指标，转速超调量要求N10，据此可选择参数为NNKT069于是0690132021801620017400067285ASRW97上述设计过程的错误是ASR采用比例调节器，当其放大系数为97时，虽可满足动态7工程设计法和西门子设计法的比较指标的要求，但却无法满足稳态指标要求。由前述计算可知，发展稳态指标要求时KASR763，即ASR采用比例调节器时无法解决动、稳态之间的矛盾，只有当ASR采用PI调节器（或近似PI调节器）后，才能较好地解决这个矛盾。为此，当系统对稳态指标要求较高时，即使是有差系统，ASR仍应采用PI调节器，并按典型II型系统进行设计。另外，计算空载起动到额定转速的过渡过程时间ST时，若查教材表26，当H5时，得ST955NT9550174S017S是不对的，此错误在于教材表26所列数据是系统处于线性状态下得到的跟随性指标，它只适用与线性系统。而实际系统在突加给定后，由于ASR饱和不再起调节作用，因此其过渡过程时间将延长，其值主要由恒流升速的过程时间所决定。用西门子调节器最佳整定法设计（1）电流环的动态校正双闭环系统中电流环的动态结构图，如教材中图227所示。对于这种调节对象由一个大惯性环节和一个小惯性群所组成的系统，电流调节器可以采用PI调节器，即1IACRDISWSS如果调节器按下列调节选择参数，电流环即将被校正为二阶最佳闭环调节系统IIT12SDKRIT所得调节器参数为IITIIRC00712SDKRIT0IRC20218378400037285S0021S因OR20K，故IC630021102010F105F，取1F，于是IIIRC3007110K70K，取68。这时电流环可达到的动态指标为最大超调量KI4，上升时间RT47IT4700037S0017。（2）转速环的动态校正将电流环与上述的工程设计方法同样处理，可画出转速环的动态机构图如教材中图8工程设计法和西门子设计法的比较233所示。对于这种调节对象由一个积分环节和一个小惯性群组成的系统，转速调节器可以采用PI调节器，即21IACRIDSWSKS如果调节器按下述条件选择参数，系统即被校正为三阶最佳闭环调节系统4NNTNK2ND2EMNCTTR所得调节器参数为4NNTNCNR400174S00696SNK013201620218200174000672857因OR20K，故NRNKOR720K140K，取NR130K，则NCNNR054F，取047NCF。给定滤波器的时间常数为4NT00696S当转速调节器采用上述参数，并在输入端加给定滤波器11S后，系统可以达到的动态指标为转速最大超调量81，过渡过程时间NST164NT16400174S0265S。两种设计方法的分析比较（1）西门子设计方法中的二阶最佳系统，与工程设计方法中的典型I型系统在结构上是一样的。前者选择参数的条件，相当于典型I型系统中选12KT的情况。（2）西门子设计方法中三阶最佳系统与工程设计方法中的典型II型系统在结构上是一样的。前者选择参数的条件，相当于典型II型系统中选中频宽H4的情况。（3）西门子设计方法的主要缺点是转速超调量计算未考虑ASR饱和，因此给出的过大；再采用较大时间常数的给定滤波，并不能减小，因此只要ASR饱和，此滤波环节对抑制超调就无作用。此外，西门子方法没有给出参数变化时系统动态性能的变化趋势，这就给现场调试带来一定困难。NN9工程设计法和西门子设计法的比较10五、设计心得这次电力拖动自动控制系统历时一个星期，在整整一个星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。1学习是没有止境的。在做这个课程设计之前，我一直以为自己的理论知识学的很好了。但是在完成这个设计的时候，我总是被一些小的，细的问题挡住前进的步伐，让我总是为了解决一个小问题而花费很长的时间。最后还要查阅其他的书籍才能找出解决的办法。并且我在做设计的过程中发现有很多东西，我都还不知道。其实在计算设计的时候，基础是一个不可缺少的知识，但是往往一些核心的高层次的东西更是不可缺少。2多和同学讨论。我们在做课程设计的工程中要不停的讨论问题，这样，我们可以尽可能的统一思想，这样就不会使自己在做的过程中没有方向，并且这样也是为了方便最后程序