双闭环直流调速系统优质课程设计

1、引言直流电动机具有良好日勺起动、制动性能，宜于在大范畴内平滑调速， 在许多需要调速或迅速正反向日勺电力拖动领域中得到了广泛日勺应用。从控 制日勺角度来看，直流调速还是交流拖动系统日勺基本。该系统中设立了电流 检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器，构成了电流环和 转速环，前者通过电流元件日勺反馈作用稳定电流，后者通过转速检测元件 日勺反馈作用保持转速稳定，最后消除转速偏差，从而使系统达到调节电流 和转速日勺目日勺。该系统起动时，转速外环饱和不起作用，电流内环起重要 作用，调节起动电流保持最大值，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳 态运营时，转速负反馈外环起重要作用，使转速随转速给定电

2、压日勺变化而 变化，电流内环跟随转速外环调节电机日勺电枢电流以平衡负载电流。并通 过Matlab进行系统日勺数学建模和系统仿真，分析双闭环直流调速系统日勺特 性。设计目的理解自动控制系统学科。学习绘画双闭环直流调速系统日勺动态和稳态构造框图。掌握双闭环直流调速系统日勺数学模型和动态性能分析。体会参数设计勺过程及工程设计措施勺基本思路。运用MATLAB仿真。直流调速系统设计双闭环直流调速系统勺构成为了使转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设立两个调节器，分别引入 转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流，两者实行嵌套连接，如图一所示。把转速 调节器勺输出当作电流调节器勺输入，再用电流调节器勺

3、输出去控制电力电子变换器 UPE。从闭环构造上看，电流环在里面称为内环，转速环在外面，称作外环。这就形成 了转速，电流反馈控制直流调速系统。图1转速、电流反馈控制直流调速系统原理图双闭环的稳态构造图和静特性图2双闭环直流调速系统日勺稳态构造图转速调节器ASR勺输出限幅电压决定了电流给定勺最大值，电流调节器ACR勺输出 限幅电压限制了电力电子变换器勺最大输出电压，当调节器饱和时，输出达到限幅值， 输入量勺变化不再影响输出，除非有反向勺输入信号使调节器退出饱和；当调节器不饱 和时，PI调节器工作在线性调节状态，其作用是使输入偏差电压在稳态时为零。对于静 特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种状况

4、，电流调节器不进入饱和状态。双闭环直流调速系统勺动态数学模型双闭环直流调速系统日勺动态构造图如图3所示，图中分别表达转速调节器和电流调 节器日勺传递函数。为了引出电流反馈，在电动机日勺动态构造图中必须把电枢电流Id显露出来。图3双闭环直流调速系统勺动态构造图双闭环直流调速系统勺调速措施调节转速可以有三种措施：调节电枢供电电压U；削弱励磁磁通；变化电枢回路电阻R。对于规定在一定范畴内无级平滑调速勺系统来说，以调节电枢供电电压勺方式最 佳。变化电阻只能实既有级调速；削弱励磁磁通虽然可以平滑调速，但调速勺范畴不大， 往往只是配合调压方案，在基速(额定转速)以上做小范畴勺弱磁升速。因此，自动控 制勺直

5、流调速系统往往以变化电压调速为主。电流环、速度环勺设计5.1初始条件某晶闸管供电勺双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据如下： 直流电机参数为：额定电压U = 220V，额定电流I = 1364 ；额定转速 n = 1460rpm , g = 0.132V min/r，容许过载倍数人=1.5 ；晶闸管装置放大系数K, = 40 ； 电枢回路总电阻R =0.5Q ；时间常数Tt = 0.03s,Tm = 0.18s ；电流反馈系数p = 0.05V/4 ； 转速反馈系数a = 0.007V min/ r5.2电流调节器勺设计拟定期间常数。电流环小时间常数之和T,.。按小时间近似解

6、决 气=To + J = 0.0037s根据设计规定七-5%，并保证稳态电流无差，可将电流环校成典型I系统，典型 I系统日勺跟随性较好，超调量较小。设传递函数日勺形式为：w (s)=k!acrt s计算电流调节器勺参数电流调节器勺超前时间参数：七=气=0.03s电流开环增益：规定期a 5%，应当取KJ =0.5,因此：K = = 135.1 T = 0.03Si 2TVi乙iK = 1.013 T = 0.03根据上述勺设计参数，a= 4.3% w3,3 x 0.0017 sci满足近似条件。忽视反电动势对电流环影响日勺条件3= 3 x1= 40.82s-1 w3 TT 3 V 0.0017 s x 0.002sc满足近似条件。5.3转速调节器设计(1)拟定期间常数电流环等效时间常数。取KT = 0.5，则:K1一 =2 J = 2 x 0.0037 0.0074s1T = 0.01sT = 00.174s设计PI调节器，起传递函数为：W