双闭环系统课程设计

1、1双闭环系统的设计1.1 设计内容第一，双闭环直流电动机控制系统设计。分析系统工作原理，进行系统总体设计。分析设计出控制系统框图，控制系统动态结构图，控制系统稳态结构图，双闭环直流电动机控制系统原理图设计。根据系统框图和任务分解结果，进行典型环节和模块电路的设计。设计转速电流环电路，触发电路驱动控制电路的选型设计（模拟触发电路、集成触发电路、数字触发器电路均可），控制主电路元部件的确定及其参数计算（包括有变压器、电力电子器件、平波电抗器与保护电路等），检测及给定电路。第二，控制系统各单元参数测试和计算。测出各环节的放大倍数及时间常数，在确定调速范围D=10时比较开环、单环和双环时的动态响应。第

2、三，PID控制算法的确定。以仿真结果或实验结果为根本依据，结合理论，确定合理的PID控制策略和控制参数。第五，MATLAB仿真验证。利用MATLAB下的SIMULINK软件进行系统仿真，同时将结果在示波器上显示出来，以验证设计的正确性。第六，设计要求：为某生产机械设计一个调速范围宽、起制动性能好（可选做）的直流双闭环系统。已知系统中直流电动机主要数据如下：（1）一台直流电机，直流电机额定数据：PN=60KW,UN=220V,IN=308A,nN=1000r/min,电枢回路总电阻R=0.18Q电磁时间常数Tl=0.012s,机电时间常数Tm=0.12s,电动机系数Ce=0.196Vmin/r。

3、（2）主要技术指标：调速范围01000r/min,电流过载倍数入=11.,系统静特性良好，无静差。（3）动态性能指标：空载起动到额定转速超调量6f<10%,电流超调量5%,动态速降An&10%调速系统的过渡过程时间（调节时间）ts01s1.2 系统主电路设计图1-1VM系统原理图直流调速系统常用的直流电源有三种：旋转变流机组；静止式可控整流器；直流斩波器或脉宽调制变换器。机组供电的直流调速系统在20世纪60年代以前曾广泛地使用着，但该系统需要旋转变流机组，至少包含两台与调速电动机容量相当的旋转电机还要仪态励磁发电机，因此设备多，体积大，费用高，效率低。1957年晶闸管问世，已生产

4、成套的晶闸管整流装置，即右图1-1晶闸管-电动机调速系统(简称V-M系统)的原理图。通过调节处罚装置GT的控制电压Uc来移动触发脉冲的相位，即可改变平均整流电压Ud,从而实现平滑调速。和旋转变流机组及离子拖动变流装置相比，晶闸管整流装置不进在经济性和可靠性上都很大提高，而且在技术性能上也现实出较大的优越性。直流斩波器-电动机系统的原理图示于图1-2,其中VT用开关符号表示任何一种电力电子开关器件，VD表示续流二极管。当VT导通时，直流电源电压Us加到电动机上；当VT关断时，直流电源与电机脱开，电动机电枢经VD续流，两端电压接近于零。如此反复，得到电枢端电压波形uf(t),如图3.3所示，好像是

5、电源电压Us在3时间内被接上，又在(T-ton)时间内被斩断，故称斩波”。这样，电动机得到的平均电压为5号UsUs(1-1)式中T-功率开关器件的开关周期；ton开通时间；占空比，3/Ttonf,其中f为开关频率图1-3波形图因此，根据本设计的要求应选择第一个可控直流电源。对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主，根据晶闸管的特性，可以通过调节控制角a大小来调节电压。当整流负载容量较大或直流电压脉动较小时应采用三相整流电路，其交流侧由三相电源供电。三相整流电路中又分三相半波和全控桥整流电路，因为三相半波整流电路在其变压

6、器的二次侧含有直流分量，故不采用，本设计采用了三相全控桥整流电路来供电，该电路是目前应用最广泛的整流电路，输出电压波动小，适合直流电动机的负载，并且该电路组成的调速装置调节范围广，能实现电动机连续、平滑地转速调节、电动机不可逆运行等技术要求。主电路原理图如图1-4所示图1-4主电路原理图三相全控制整流电路由晶闸管VT1、VT3、VT5接成共阴极组，晶闸管VT4、VT6、VT2接成共阳极组，在电路控制下，只有接在电路共阴极组中电位为最高又同时输入触发脉冲的晶闸管，以及接在电路共阳极组中电位最低而同时输入触发脉冲的晶闸管，同时导通时，才构成完整的整流电路。品闸管的控制角都是，在一个周期内6个品闸管

7、都要被触发一次，触发顺序依次为：VT1-VT2-VT3-VT4VT5VT6,晶闸管必须严格按编号轮流导通，6个触发脉冲相位依次相差600,只有这样才能使电路正常工作。为了使元件免受在突发情况下超过其所承受的电压电流的侵害，电路中加入了过电压、过电流等保护装置。1.2.1 主电路的设计1.2.1.1 变流变压器的设计一般情况下，品闸管变流装置所要求的交流供电电压与电网电压是不一致的，所以需要变流变压器，通过变压器进行电压变换，并使装置于电网隔离，减少电网于晶闸管变流装置的互相干扰。这里选项用的变压器的一次侧绕组采用联接，二次侧绕组采用Y联接。S为整流变压器的总容量，S为变压器一次侧的容量，U1为

8、一次侧电压，I1为一次侧电流，S2为变压器二次侧的容量，U2为二次侧电压，12为二次侧的电流，m1、m2为相数。为了保证负载能正常工作，当主电路的接线形式和负载要求的额定电压确定之后，品闸管交流侧的电压U2只能在一个较小的范围内变化，为此必须精确计算整流变压器次级电压U2。1.2.1.2 整流元件晶闸管的选型选择品闸管元件主要是选择它的额定电压Utm和额定电流It(AV)1.2.1.3 电抗器的设计(1)交流侧电抗器的选择为限制短路电流，所以在线路中应接入一个空心的电抗器，称为进线电抗器。(2)直流侧电抗器的选择直流侧电抗器的主要作用为限制直流电流脉动；轻载或空载时维持电流连续；在有环流可逆系

9、统中限制环流；限制直流侧短路电流上升率。1.2.1.4 保护电路的设计(1)过电压保护通常分为交流侧和直流侧电压保护。前者常采用的保护措施有阻容吸收装置、硒堆吸收装置、金属氧化物压敏电阻。这里采用金属氧化物压敏电阻的过电压保护。压敏电阻是有氧化锌，氧化钿等烧结制成的非线性电阻元件，它具有正反相同很陡的伏安特性，正常工作是漏电流小，损耗小，而泄放冲击电流能力强，抑制过电压能力强，此外，它对冲击电压反映快，体积又比较小，故应用广泛。5品闸管的触发电路晶闸管触发电路的作用是产生符合要求的门极触发脉冲，保证品闸管在必要的时刻由阻断转为导通。晶闸管触发电路往往包括触发时刻进行控制相位控制电路、触发脉冲的

10、放大和输出环节。触发脉冲的放大和输出环节中，晶闸管触发电路应满足下列要求：触发脉冲的宽度应保证品闸管可靠导通，三相全控桥式电路应采用宽于60°或采用相隔60°的双窄脉冲。触发脉冲应有足够的幅度，对户外寒冷场合，脉冲电流的幅度应增大为器件最大触发电流35倍，脉冲前沿的陡度也需增加，一般需达12A/us所提供的触发脉冲应不超过晶闸管门极的电压、电流和功率定额，且在门极的伏安特性的可靠触发区域之内。应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。理想的触发脉冲电流波形如图1-5。图1-5理想的晶闸管触发脉冲电流波形t1t2-一脉冲前沿上升时间(1S)tit3-强脉冲宽度Im

11、-强脉冲幅值(3Igt5Igt)tit4-脉冲宽度I-脉冲平顶幅值(1.5Igt2Igt)1.2.2 转速、电流双闭环直流调速系统的组成双闭环调速系统是建立在单闭环自动调速系统上的，实际的调速系统除要求对转速进行调整外，很多生产机械还提出了加快启动和制动过程的要求，这就需要一个电流截止负反馈系统。由图1-6启动电流的变化特性可知，在电机启动时，启动电流很快加大到允许过载能力值Idm,并且保持不变，在这个条件下,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Ifz值，对应这种要求可控硅整流器的电压在启动一开始时应为IdmR,随着转速n的上升，UIdmRCen也上升，达到稳转速时，UIfzR

12、Cen0这就要求在启动过程中把电动机的电流当作被调节量，使之维持在电机允许的最大值1dm,并保持不变。这就要求一个电流调节器来完成这个任务。带有速度调节器和电流调节器的双闭环调速系统便是在这种要求下产生的图1-7转速、电流双闭环直流调速系统原理框图(注：ASR一转速调节器ACR电流调节器TG一直流测速发电机TA电流互感器UPE一电力电子装置Un*一转速给定电压Un一转速反馈电压Ui*电流给定电压Ui电流反馈电压)为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行审级联接，如图5-2所示。这就是说把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节

13、器的输出去控制品闸管整流器的触发装置。从闭环结构上看，电流调节环在里面，叫内环；转速调节环在外边，叫做外环，这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。1.2.3 双闭环直流调速系统的静特性分析分析静特性的关键是掌握这样的PI调节器的稳态特征，一般存在两种状况：饱和一一输出达到限幅值。即饱和调节器暂时隔断了输入和输出间的联系，相当于使该调节环开环。不饱和一一输出未达到限幅值。即PI的作用使输入偏差电压U在稳态时总为零。实际上，在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的。因此，对于静特性来说，只有调速调节器饱和与不饱和两种状况：第一，转速调节器不饱和：稳态时，他们的输入偏差电压都是零，因此*n力n。

14、，而得到下图3.5静特性的CA段。一一.一一.*.第二，转速调节器饱和：输出达到限幅值Uim,转速外环呈开环状态，转速的变化对系统不再产生影响。双闭环系统变成一个电流无静差的点电流闭环调节*系统。稳态时Id5mIdm,从而得到下图3.8静特性的AB段。这样的静特性显然比带电流截止负反馈的单闭环系统静特性好。然而，实际上运算放大器的开环放大系数并不是无穷大，特别是为了避免零点漂移而采用准PI调节器”时，静特性的两段实际上都N略有很小的静差，见图1-8的虚线。IdNIdmId图1-8双闭环直流调速系统的静特性IdIdmASR主导，表现为转速无静差IdIdmACR主导，表现为电流无静差（过电流保护）

15、1.2.4 双闭环直流调速系统的稳态结构图如下图1-9表小双闭环直流调速系统的动态框图，图中WASR(s)和WACR(s)分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数。在分析双闭环直流调速系统的动态性能时，着重分析电机的起动过程及抗扰动性能。在起动过程中转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三种情况，抗扰动性能包括抗负载扰动和抗电网电压扰动的性能。在起动过程有三个特点：随着ASR的饱和与不饱和，整个系统处于完全不同的两种状态。当ASR饱和时，转速环开环，系统表现为恒值电流调节的单闭环系统；当ASR不饱和时，转速环闭环，整个系统是一个无静差调速系统，而电流内环则表现为电流随动系统。这就是饱和非线

16、性控制的特征。准时间最优控制即恒流升速阶段，电流保持恒定，一般选择为允许的最大值，以便充分发挥电机的过载能力，是起动过程尽可能的最快。转速超调：由于采用了饱和非线性控制，起动过程结束进入转速调节阶段后，必须使转速调节器退出饱和状态。按照PI调节器的特性，只有使转速超调，ASR的输入偏差电压为负值，才能使ASR退出饱和。即采用PI调节器的双闭环调速系统的转速动态响应必然有超调。图1-9双闭环调速系统的动态结构框图Toi电流反馈滤波时间常数Ton一转速反馈滤波时间常数在实际动态系统中，常增加滤波环节，包括电流滤波、转速滤波和两个给定信号的滤波环节。由于电流检测信号中常含有交流分量，为了不使它影响到

17、调节器的输入，需加低通滤波。这样的滤波环节传递函数可用一阶惯性环节来表示，其滤波时间常数Toi按需要选定，以滤平电流检测信号为准然而，在抑制交流分量的同时，滤波环节也延迟了反馈信号的作用，为了平衡这个延迟作用，在给定信号通道上加入一个同等时间常数的惯性环节，称作给定滤波环节。其意义是，让给定信号和反馈信号经过相同的延时，使二者在时间上得到恰当的配合，从而带来设计上的方便。由测速发电机得到的转速反馈电压含有换向纹波，因此也需要滤波，滤波时问常数用Ton表示。根据和电流环一样的道理，在转速给定通道上加入时间常数为Ton的给定滤波环节2主电路及驱动电路器件的选择2.1变压器设计2.1变压器参数设计、

18、计算影响U2值的因素有:弟弟示。弟，U2值的大小首先要保证满足负载所需求的最大电流值的Idmax°,品闸管并非是理想的可控开关元件，导通时有一定的管压降，用Vt表,变压器漏抗的存在会产生换相压降。第四，平波电抗器有一定的直流电阻,电压降。第五，电枢电阻的压降。综合以上因素得到的U2精确表达式为：当电流流经该电阻时就要产生一定的Un1U2ACUk%Idmax100Id式中Un为电动机额定电压；Ud0U2叱及C(见表3-1);Ud0IRra,In为电动及额止电流，UNR为电动机电枢电路总电阻；nUT表示主电路中电流经过几个用联品闸管的管压降；为电网电压波动系数，通常取0.91.05,供电

19、质量较差，电压波动较大的情况应取较小值；Uk%为变压器的短路电压百分比，100千伏安以下的变压器取Uk%5,1001000千伏安的变压器取UK%510；Idmax-负载电流最大值；IdmaxIdN所以5,表示允许过载倍数。u2也可以用下述简化公式计算U2=(1.0-1.2)U2=(1.2-1.5)UaABUaA其中，系数（1.0-1.2）和（1.2-1.5）为考虑各种因素的安全系数，Ua为整流输出电压。0.9,A2.34,Bcos对于本设计，为了保证电动机负载能在额定转速下运转，计算所得U2应有一定的裕量，根据经验所知，公式中的控制角应取300为宜。cos30O,C0.5,UK%5,(其中2A

20、、B、C可以查表3-1中三相全控桥)，raI-NR3080”80,252Un220表2-1变流变压器的计算系数整流电路单相双半波单相半控桥单相全控桥三相半波三相半控桥三相全控桥带平衡电抗器的双反星形AUd0/U20.90.90.91.172.342.341.17BUd/Ud0cos1coscoscos1coscoscos22C0.7070.7070.7070.8660.50.50.5Ki2I2/Id0.707110.5780.8160.8160.289数据来源：第四版电力拖动自动控制系统一一运动控制系统，机械工业出版社把已知条件代入式(2-1)可得结果:U2Un1%(41)nUTIdAbCUk

21、%Idmax100Id_22010.2521.1121,130.55%2.340.91.12100=124.8V根据主电路的不同接线方式，有表3-1查的K12I2/L,即可得二次侧电流的有效值I2IdK12,从而求出变压器二次侧容量S2m2Uzl2。而一次相电流有效值I1I2/U1/U2，所以一次侧容量S1S2m2U2l2。一次相电压有效值U1取决于电网电压，所以变流变压器的平均容量为1S(S1S2)m2U2I22对于本设计KI20.816,m2=3,I2IdKI2=InKI21.12200.816197.472ASl(SiS)m2U2I23124.8197.47273.93KVA2121设计

22、时留取一定的裕量，可以取容量为80KVA的整流变压器2.2 晶闸管参数的设计与选型、计算对于本设计采用的是三相桥式整流电路，晶闸管按1至6的顺序导通，在阻感负载中晶闸管承受的最大电压UrmV6U22.45U2,而考虑到电网电压的波动和操作过电压等因素，还要放宽23倍的安全系数，则晶闸管额定电压Utm计算结果：Utm(23)Urm(2-3)2,45124.8611.52917.28V取90CV。品闸管额定电流It(AV)的有效值大于流过元件实际电流的最大有效值。一般取按此原则所得计算结果的1.52倍。已知IdmaxIn1.1308=338.8AIvt,13ldmax196.6A可得晶闸管的额定电

23、流It(AV)计算结果：ItAV(1.52)187.83250.45A取250A1.57上网查询器件可选择晶闸管型号KP-800,参数如下：额定电流：80A250A额定电压：568.7V频率：50Hz2.3 电抗器的设计、计算实际要接入的平波电抗器电感LkLk0.693-U=0.35mH(kin取额定电流的8%)1dmin2.4保护电路的设计压敏电阻是有氧化锌，氧化钿等烧结制成的非线性电阻元件，它具有正反相同很陡的伏安特性，正常工作是漏电流小，损耗小，而泄放冲击电流能力强，抑制过电压能力强，此外，它对冲击电压反映快，体积又比较小，故应用广泛。在三相的电路中，压敏电阻的接法是接成星形或三角形如图

24、2-1所示10图2-1二次侧过电压压敏电阻保护压敏电阻额定电压的选择可按下式计算:U1mA_0.80.9压敏电阻承受的额定电压峰值100V、式中5mA-压敏电阻的额定电压，VYJ型压敏电阻的额定电压有:200V、440、760V、1000V等；为电网电压升高系数，可取1.051.10。压敏电阻承受的额定电压峰值就是晶闸管控制角=300时输出电压Udo由此可转化成,1.05wU1mA6U2cos0.80.9可得压敏电阻额定电压1.05-35mA.6124.8308.86347.47V0.80.92所以压敏电阻额定电压取500v型压敏电阻。在本设计中，选用快速熔断器与电流互感器配合进行三相交流电路

25、的一次侧过电流保护，保护原理图2-2如下：图2-2一次侧过电流保护电路1）熔断器额定电压选择：其额定电压应大于或等于线路的工作电压。本课题设计中变压器的一次侧的线电压为380V,熔断器额定电压可选择400V。2）熔断器额定电流选择：其额定电流应大于或等于电路的工作电流。本课题设计中变压器的一次侧的电流IiI1I2U2/U1=197.472124.8/38064.85A熔断器额定电流IFU1.6I1103.77A因此，如图3-4在三相交流电路变压器的一次侧的每一相上用上一个熔断器，按本课题的设计要求熔断器的额定电压可选400V,额定电流选174A。2.5触发电路的设计11本设计是三相全三相全控桥

26、整流电路中有六个晶闸管，触发顺序依次为：VT1-VT2-VT3-VT4VT5VT6,晶闸管必须严格按编号轮流导通，6个触发脉冲相位依次相差600,可以选用3个KJ004集成块和一个KJ041集成块，即可形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大，就可以构成三相全控桥整流电路的集成触发电路如图2-3。（1510脚为6路双脉冲输出）（13脚为6路单脉冲输入）至VT6至VT5至VT4至VT3至VT2广至VT1LJLJI?LJ,<JL/D1图2-3三相全控桥整流电路的集成触发电路123ASR、ACR的设计3.1 电流调节器的设计3.1.1 电流调节器的设计时间常数的确定整流装置滞后时间常数，即三

27、相桥式电路的平均失控时间Ts=0.0017s电流滤波时间常数工三相桥式电路的每个波头的时间是3.3ms,为了基本滤平波头，应有（12）Toi=3.3ms,因止匕取Toi=2ms=0.002$电流环小时间常数之和Ti。按小时间常数近似处理，取Ti=Ts+Toi=0.0037s。3.1.2 .选择电流调节器的结构根据设计要求i5%,并保证稳态电流无静差，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型调节器，其传递函数为Wacr（s）Ki（is1）（3-1）is式中Ki-电流调节器的比例系数；i电流调节器的超前时间常数。检查对电源电压的抗扰性能：Tl0.02978.02,

28、参照表5-1的典型I型系统Ti0.0037动态抗扰性能，各项指标都是可以接受的，因此基本确定电流调节器按典型I型系统设计。表5-1典型I型系统动态跟随性能指标和频域指标与参数的关系参数关系KT0.250.390.50.691.0阻尼比1.00.80.7070.60.5超调量0%1.5%4.3%9.5%P16.3%1上升时间tr6.6T4.7T3.3T2.4T峰值时间tp8.3T6.2T4.7T3.6T相角稳定裕度76.369.965.559.251.8截止频率c0.243/T0.367/T0.455/T0.596/T0.786/T数据来源：第四版电力拖动自动控制系统一一运动控制系统，机械工业出

29、版社3.1.3 计算电流调节器的参数电流调节器超前时间常数：i=0.012s,取Toi=0.0025s电流开环增益：要求i5%时，取Ki0.5,Ti0.004213所以Ki0.5Ti119.9s于是，ACR的比例系数为KiKiiR0.3125Ks式中，为电流反馈系数其值为Un/(In)0.0236V/A;为电流反馈系数其值为Unm/(nmax)0.01VEn/r;品闸管装置放大系数Ks=35o3.1.4 校验近似条件电流环截止频率：ciKi119.9s11)晶闸管整流装置传递函数的近似条件3Ts30.00167s199.6s1ci满足近似条2)忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件足近似条件3

30、TmTl30.120.01279.0569s1ci3）电流环小时间常数近似处理条件11-113TsToi3:0.00167s0.0025s163.14sci满足近似条件3.1.5计算调节器电阻和电容由图3-3,按所用运算放大器取R0=40k各电阻和电容值为RKiR012.54k取12.5kCiL0.9573106F取0.96FRCoi4Toi0.25F取0.25FRo照上述参数，电流环可以达到的动态跟随图3-3ACR调节器性能指标为i4.3%5%,满足设计要求143.2 转速调节器的设计3.2.1 确定时间常数(1)电流环等效时间常数1/Ki0由前述已知，KITj0.5,则12Ti0.0083

31、sKi(2)转速滤波时间常数兀根据所用测速发电机纹波情况，取Ton=0.015s.(3)转速环小时间常数Tn0按小时间常数近似处理，取.1TTnTon0.0233sKi3.2.2 选择转速调节器结构按照设计要求，选用PI调节器，其传递函数式为Wasr(s)Kn(ns1)ns3.2.3 计算转速调节器参数按跟随和抗扰性能都较好的原则，先取h=5,则ASR的超前时间常数为n=hTn=0.1184s则转速环开环增益Knh1222220.28s2hTn可得ASR的比例系数为Kn2hRTnCeTm83.2.4 检验近似条件转速截止频率为cnKN25.71s11(1)电流环传递函数简化条件为13K156.

32、5233s1cn满足简化条件(2)转速环小时间常数近似处理条件为满足近似条件29.8s1cn3Ton153.2.5 计算调节器电阻和电容根据图5-4所示，取R40k,则RnKnRo317.26k取320kCn-0.36783106F取0.37uFRn4T“一Conon1.5F取1.5Rd3.2.6 校核转速超调量当h=5时，查表5-2典型型系统阶跃输入跟随性能指标得，n37.6%,不能满足设计要求。实际上，由于表5-2是按线性系统计算的，而突加阶跃给定时，ASR饱和，不符合线性系统的前提，应该按ASR退饱和的情况重新计算超调量。表5-2典型II型系统阶跃输入跟随性能指标（按Mm。准则确定参数关

33、系）h34567891052.60%43.60%137.60%33.20%29.80%27.20%25.00%23.30%tr/T2.42.652.8533.13.23.33.35ts/T12.1511.659.5510.4511.312.2513.2514.2k32211111数据来源：第四版电力拖动自动控制系统一一运动控制系统），机械工业出版社表5-3典型II型系统动态抗扰性能指标与参数的关系h3456789I10Cmax/Cb72.20%77.50%81.20%84.00%86.30%88.10%89.60%90.80%tm/T2.452.702.853.003.153.253.303.

34、40tv/T13.6010.458.8012.9516.8519.8022.8025.85数据来源：第四版电力拖动自动控制系统一一运动控制系统），机械工业出版社设理想空载起动时，负载系数Z0,已知In94A,nN1000r/min,1.5,R0.81,Ce0.2059V.min/r,Tm0.427s,Tn0.0174s。当h5时，由表5-3查得，Cmax/Cb81.2%而调速系统开环机械特性的额定稳态速降CmaxnbCJmaxCbn*CbZ)nNTnn*Tm16式中电机中总电阻RRaR0.81调速系统开环机械特性的额定稳态速降nNInRcT940.810.2059369.79r/minn为基准

35、值，对应为额定转速nN1000r/min计算得3080.18281.2%1.10196002339.8%10000.1210%能满足设计要求3.2.7校核动态最大速降设计指标要求动态最大速降n8%10%。在实际系统中,对于额定转速时的动态速降吧。nNCmax由nmaxnbCbTn0.0233nb2znN21.1282.8571120.8r/min;Tm0.12C查表可知，-Cmax=81.2%,所以Cbnmax81.2%120.898.1r/minn'mx-100%9.81%10%能满足设计要求nN1000n可定义为相174MATLAB仿真结果及电路接线图4.1基于MATLAB/SIM

36、ULINK的调速系统的仿真通过对整个控制电路的设计，用MATLAB/SIMULINK对整个调速系统进行仿真。首先建立双闭环直流调速系统的动态数学模型，可以参考该系统的动态结构形式，双闭环直流调速系统的动态结构框图如图4-1所示：图4-1双闭环直流电机调速系统的动态数学结构框图把这些参数的值代入框图中的公式就可得到以下框图6-2。18甲LllILLgLFl山L>.'iliWLL里hl若一*£FR卫3b-u-04,t-TADV-JL-|/har&IlL一二若由Um.JJ图4-2双闭环直流调速系统动态结构框图19用+-5口LFGra三一F二h1产!11*,>1&

37、#39;曝I'吕nLIofi¥oii®.EquEWUQusso)41业3JM5*E±0>口白-»LS3Jr+ua.一+-5口一L+lflLp图4-3双闭环直流调速系统电路框图20LirritedLimited1InT(X>In2C<Z»ASRACR-Q-<3>A+Cl>maUniversalBricqeUnivcr3DlBridge1aTpha_degCB1alphadeg;ABA1BCpplsesCABC间jIs口口CA"CD*K2DOul1Synchronized3-PulieGcncr

38、otorZOut2Blocksynchronized-PulseGenerator3晶闸管触发电路品闸管反并联电路图4-4双闭环直流调速系统电路框图中各个模块根据动态模型图以及计算参数，用MATLAB/SIMULINK进行仿真，主要是仿真电动机的输出转速。最终得到的转速仿真图形如图6-3所示21图4-5双闭环直流电机数学模型的输出的正向启动仿真图形图6-6双闭环直流电机数学模型的输出的正向启动制动仿真图形22图4-7双闭环直流电机数学模型的输出的反向启动仿真图形图4-8双闭环直流电机数学模型的输出的反向启动制动仿真图形23从图中也可以看到，系统是无静差运行的，符合设计的要求。从仿真的结果来看，

39、得到这样结论：(1)工程设计方法在推导过程中为了简化计算做了许多近似的处理，而这些简化处理必须在一定的条件下才能成立。例如：将可控硅触发和整流环节近似地看作一阶惯性环节，设计电流环时不考虑反电势变化的影响；将小时间常数当作小参数近似地合并处理；设计转速环时将电流闭环从二阶振荡环节近似地等效为一阶惯性环节等。(2)仿真实验得到的结果也并不是和系统实际的调试结果完全相同，因为仿真实验在辨识过程中难免会产生模型参数的测量误差，而且在建立模型过程中为了简化计算，忽略了许多环节的非线性因素和次要因素。如：可控硅触发和整流环节的放大倍数Ks和失控时间Ts,这些都是非线性参数，但在仿真中被近似看作常数；再如

40、，设计电流调节器时只考虑电流连续时的情况，而忽略了电流断续时的情况。电路图的仿真结果如图6-4所示，从图中可看到本设计基本满足要求。图4-9双闭环直流电机调速电路正向启动的仿真图的输出仿真波形24图4-10双闭环直流电机调速电路反向启动的仿真图的输出仿真波形图4-11双闭环直流电机调速电路正向启动制动的仿真图的输出仿真波形25图4-12双闭环直流电机调速电路反向启动制动的仿真图的输出仿真波形4.2电气原理总图26flC9UscR21丁.RP6R11VD10VD11VD12飞爪Z和TA双闭环直流不可zzsVD9VD8VD7VVR2R5s-R8C2-101400JKUsbUsa-15VR14C8R

41、20R1R13R194R4RP5h-R10CIzFT-l=R7RP1R169L0I2i3i4i516400JKC7VD6(1510VD5VD2VD19_8L7一64321101112KJ041141516(13+15V日VD4VD3R24R23C11C10Fu1Vt1LRVD13-VD16CFu5Vt6C14.R26C15R25Vt5Fu3Vt3Fu2R22脚为Fu6Vt2Fu4Vt4脚为Fu图4-13电气原理总图274.3心得体会为期两周的设计实训结束了，这次的设计是双闭环直流调速系统。在课本上，虽然已经对这个系统学习过了，但是真到自己设计的时候，还是发现了一大堆问题。系统包含了很多东西，在

42、课本上，只学习了这个系统的主电路，包括触发电路，ASR,ACR,UPE,简单的知道电动机和测速电动机，但是除了这些之外，还有电源，保护电路，元器件的选择等等很多问题。现在来说，只有ASR和ACR是知道的相对来说多一点，课本上有设计实例，可以借鉴，其他的只能从网上来找资料。通过这次实习，让我对以前的知识做了一次回顾，发现了很多以前没有注意到的问题。首先是公式的运用，没有理解公式的主要含义，做题的时候发现不知道符号的意义，翻看前边讲的才知道一点。其次是不能灵活运用，这次设计关于电力电子方面的知识用到不少，包括晶闸管、稳压管的选择、计算，交流变直流电路，都是从网上找到的资料，学过的知识不知道怎么用。

43、再次是对软件的操作不熟悉，这次设计用到MATLAB、PROTEL等软件，基本的操作还可以，具体的设计时，发现对软件的认识不够，很多功能不知道怎么用，比如说，在Simulink仿真时，波形图可以通过命令直接复制到Word文档里。虽然说还有很多地方不懂，但是一口吃不了大象，只能在以后的学习里慢慢的了解。28参考文献：1阮毅，陈伯时.电力拖动自动控制系统一一运动控制系统.机械工业出版社.2011.082刘进军，王兆安.电力电子技术。机械工业出版社.2011.083王海英，袁丽英，吴勃.高等教育出版社.2009.0229参数运算的程序代码：canshul.m勺源代码：Unstar=10;%输入调节电压

44、的最大值UN=220;%输入额定电压值UN（V）IN=308;%输入额定电流值IN（A）nN=1000;%输入额定转速nN（r/min）Ce=0.196;%输入电动势系数Ce（V*min/r）lembda=1.1;%俞入过载倍数lembdaKs=35;%计算装置放大系数Ks：Ts=0.00167;嗨俞入整流71后时间Ts：R=0.18;%输入校正后的电枢回路总电阻R（欧姆）：Toi=0.0025;%输入电流滤波时间常数Toi（s）:Ton=0.015;%俞人转速滤波时间常数Ton（s）:sigmai=0.0500;%输入电流超调量的最大值sigmai（取小数，单位为0.001）:R0=4000

45、0;%输入运算放大器的阻值R0（欧姆）：sigman=0.1;%输入转速超调量的最大值sigman（取小数，单位为0.001）:h=5;%输入中频宽Ustarim=8;Ustarcm=6.5;%计算电动机电枢回路的一些参数alpha=Unstar/nN%计算转速反馈系数alpha（V*min/r）：beta=Ustarim/（lembda*IN）%计算电流反馈系数beta（V/A）:Tl=0.012;%计算校正后的时间常数Tl（s）Tm=0.12;%计算校正后的机电时间常数Tm（s）disp（'电流环小时间常数之和Tsigmai'）TSigmai=Ts+Toidisp。检验对电

46、源电压的抗扰性能'）Tl/TSigmai%抗扰性能disp（'电流调节时间常数）taui=Tl%电流调节时间常数disp（电流环开环增益'）KT=0.5;%选择合适的KT的参数关系：0.25（超调量0%）,039（超调量1.5%）,0.50（超调量4.3%）,0.69（超调量9.5%）,1.0（超调量16.3%）KI=KT/TSigmai%电流环开环增益（电流超调量sigmai<=5%时，取KI*Tsigmai=0.5）disp（'ASR比例系数'）30Ki=(KI*taui*R)/(Ks*beta)%ASR比例系数disp('电流环截止频率')omegaci=KI%电流环截止频率disp(校验