[毕业设计精品论文]运动控制课程设计-matlab仿真 双闭环系统的最佳工程设计)

1电力拖动自动控制系统课程设计任务书一设计准备本课程设计涉及电力拖动自动控制系统，自动控制原理，电力电子技术，电机拖动基础，控制系统建模与仿真，电子电路PROTEL二设计题目双闭环系统的最佳工程设计三设计任务11系统设计性能指标1调速范围D102静差率S53电流超调量54空载起动到额定转速的超调量10，调整时间1S5当负载变化20的额定值，电网波动10额定值时，最大动态速降10,动态恢复时间03S12设计内容1）设计双闭环调速系统原理图2）整流电路的设计3）电动机的选择及参数计算4）电流环的设计及其特性分析5）转速环的设计及其特性分析6）系统动态结构图及其仿真分析四应完成的技术文件1）设计说明书2）设计计算书3）系统原理图五已知参数1）直流电动机275,220,408,1500MIN,0398,8,382NNNNADPKWUVIANRRLMHGDM152）晶闸管整流电源（采用三相全波整流）1电源电阻放大倍数01383SR40SK3）固有参数的设计计算给定电压最大值VUNM108调节器限幅电压VUUIMNM108电枢回路总电感0047LH电枢回路总电阻R163634）预选参数调节器输入阻抗KR200电流反馈滤波时间常数MSTFI1转速反馈滤波时间常数MSTFN5六设计时间一周七参考资料1王兆安等电力电子技术西安交通大学2胡寿松自动控制原理科学出版社3陈伯时电力拖动自动控制系统机械工业出版社4控制系统仿真西安电子科技大学出版社5童福尧电力拖动自动控制系统习题例题集机械工业出版社6顾绳谷电机及拖动基础机械工业出版社7PROTELDXP原理与应用冶金工业出版社22课程设计说明书21综述（双闭环控制的作用；主要动态性能；设计目的）22双闭环控制电路的工作原理221双闭环控制电路的稳态工作原理的分析3222双闭环控制电路起动过程的分析第I阶段第II阶段第III阶段双闭环直流调速系统的起动过程有以下三个特点（1）（2）（3）223双闭环动态抗扰性能的分析423整流电路三相桥是应用最为广泛的整流电路共阴极组阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1，VT3，VT5）共阳极组阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4，VT6，VT2）三相桥式全控整流电路原理图导通顺序VT1VT2VT3VT4VT5VT63设计计算书31整流装置的计算311变压器副方电压为了减小电网与整流装置的相互干扰,使整流主电路与电网隔离,为此需要配置整流装置。但由于电网电压波动、管子本身的压降以及整流变压器等效内阻造成的压降等。所以设计时应按下式计算2U5COS22MIN2NDLTDNIICUABUNUU式中为负载的额定电压，取220VDNU为整流元件的正向导通压降，取1VTUN为电流回路所经过的整流元件的个数，桥式电路取2A为理想情况下时020UUD，取234B为实际电压与理想空载电压比，取093MIN为最小移相角，取10C为线路接线方式系数，取05为变压器阻抗电压比，取005DLUNII2为二次侧允许出现的最大电流与额定电流之比，取0816所以将数据代入U2V3312变压器和晶闸管的容量1变压器容量理想条件下变压器二次容量为IUIUSN81603322222晶闸管容量晶闸管额定电压应选等于元件实际承受最大峰值电压的23倍TMUUUUTMTN22322考虑3倍的过压容量,取V98901晶闸管额定电流有效值IINVT3313平波电抗器的电感量为了使负载电流得到平滑的直流,通常在整流输出端串入带有气隙铁心的电抗器。62MIN0693DULIMH，187一般取MINDI为电动机额定电流的5到10。上式取电动机额定电流10314晶闸管保护电路1晶闸管关断过电压保护为了避免晶闸管两端在关断过程中出现瞬时反向过电压尖峰波形,最常用的保护方式是在晶闸管两端并接RC吸收元件。选择电阻电容80RFC150电阻功率262610500156106310RMPFCU（2）交流侧过电压保护为了避免接通、断开交流侧电源时出现暂态过程而引起的过电压，故采用阻容吸收电路电容FUSIC075031063106174662220电阻KIUSURDL22804005035333106323220223直流侧过电压保护直流侧由于是电感性负载,故在某种情况下,会发生浪涌过电压如电压过高的话,有可能会造成晶闸管硬开通而损坏。为避免它，故在直流负载两端并接压敏电阻来保护。选择根据标准电压和通流容量通过查表可得出MAU1DMAUU2311通流容量选择KA50故查表得压敏电阻型号规格为5044031MY（4）过电流保护造成晶闸管过电流的主要原因是电网电压波动太大、电动机轴上拖动的负载超过允许值、电路中管子误导通以及管子击穿短路等。为了避免这些影响，通常采取快速熔断器来起到过电流的保护作用。快速熔断器接法有三种，本设计采用接入桥臂与晶闸管串联的方法。7选择根据的计算公式来进行选择TMFUAVVTIII571本设计中，所以查表得型号为15AVVTI50RLS5电压上升率和电流上升率避免晶闸管由于正向电压上升率过大,而引起的晶闸管误导通,造成快熔或晶闸管烧坏。通常限制措施是在每一个晶闸管桥臂中串接一个空芯小电感（电感量约为2030H）。本设计选择HLS20（6）选择触发电路主电路变压器选择的联结组别0YY同步变压器一组选择、另一组选择的联结组别4YYN10YYN32控制电路的计算321已知参数（1）直流电动机75,220,408,NNNPKWUVIA1500MIN,0398,NANRR28,38215DLMHGDNM，（2）晶闸管整流电源电源电阻01383SR放大倍数40SK时间常数STS001670322固有参数的设计计算（1）给定电压最大值VUNM108（2）调节器限幅电压VUUIMNM108（3）参数计算如下电动机电磁时间常数LT电动机电势常数NRIUCNANNE28电动机转矩常数CCEM559电动机机电时间常数CCRGDTMEM3752转速惯量2375GDJ323预选参数（1）1调节器输入阻抗KR200（2）电流反馈系数DMIMIU（3）转速反馈系数NNMNU（4）电流反馈滤波时间常数MSTFI1（5）转速反馈滤波时间常数MSTFN5（6）电流给定滤波时间常数MSTTFLOI1（7）转速给定滤波时间常数MSTTFNON5324最佳典型I型电流环的计算（1）简化系统并确定时间常数略去反电势NCEE对电流变化的影响。合并小惯性环节，包括晶闸管延迟和反馈滤波环节。电流环小时间常数之和为SOIITTT（2）求出固有部分的传递函数，画出简化后的电流环结构图固有部分的传递函数为11STSTRKSWLSSI简化后的电流环结构图11所示为9图11（3）选择电流调节器结构根据设计要求5I，并保证稳态电流无差，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，其传递函数为SSKSWIIIACR1（4）计算电流调节器参数电流调节器超前时间常数STLI02870电流环开环增益要求5I时，参照表22，应取，因此50IITK150STKIIACR的比例系数为SIIIKRKK（5）检验近似条件电流环截止频率127187SKICI（A）晶闸管整流装置传递函数的近似条件CISST131满足近似条件（B）忽略反电势变化对电流环动态影响的条件CILMSTT113ACR11ISTSTRKLSSUISID10满足近似条件（C）电流环小时间常数近似处理条件CIOISSTT1131满足近似条件（6）计算调节器电阻和电容运算放大器KR200，各电阻和电容值为KRKRII0，取KFRCIII,取FFRTCOIOI40，取F325最佳典型II型速度环的计算（1）确定时间常数（A）电流环等效时间常数STKII21（B）转速环小时间常数STKTONIN1（2）选择转速调节器结构按照设计要求，选用PI调节器，其传递函数为SSKSWNNNASR1（3）计算转速调节器参数按跟随和抗扰动性能都较好的原则，取H5，则ASR的超前时间常数为SHTNN转速开环增益为22221STHHKNNASR的比例系数为NMENRTHTCHK2111（4）检验近似条件转速环截止频率为11SKKNNNCN（A）电流环传递函数简化条件为CNIISTK131，满足近似条件（B）转速环小时间常数近似处理条件为CNONITK31，满足近似条件（5）计算调节器电阻和电容运算放大器，各电阻和电容值为KR200,取0RKRNNKNNNRC，取F04RTCONON，取F33系统性能指标的分析计算331静态指标的计算（A）典型I型系统给定阶跃输入100101001670188LIMLIM00SSSKGKSSPSSE（B）典型II型系统给定阶跃输入2001122005151LIMLIM00051000531PSSSKGKSSSSRE12332动态跟随指标的计算（1）电流环可以达到的动态跟随性能指标为534ISTTIR74STTIS6（2）空载起动到额定转速的最大超调量N,在饱和非线性下,以ASR“退饱和超调”符合系统实际。2MAXMAXMNNBNBBNTTNNZCCNNCCSTTNR852STTNS559333动态抗扰动指标的计算1负载变化20额定负载时MIN20222RTJCITFKCNMNIIBIIBBCCCNMAXMAMAX20NNNNNNSTTNV882电网电压波动10额定值时（A）电流环MIN212RFKCIBIBBCCCIMAXMAX1310010|MAX10NIIIINSTTIV721（B）速度环MIN22MAX2RTJCITFKCNMIIBIIBBCCCNMAXMAX100|MAXNNNNNNSTTNV88144系统仿真实现分析系统动态结构图41电流环的对数频率特性仿真分析（附原代码）电流环开环传递函数1872710002671IIOIKWSSTSSSNUM18727DEN000