电力拖动自动控制系统课程设计

课程设计任务书成绩:签字：成绩:签字：年月日学院信息工程学院班级11自动化2姓名设计起止日期2014.6.23~2014.6.27设计题目：双闭环直流调速与仿真设计任务（主要技术参数）：电动机参数为：2 ，U 20 ，n ，nom nom nom nom电枢回路总电阻R Q,GD2 N产。=,R Q。平rec波电抗器电阻R Q。整流回路总电感 。 =LT.二0.002s，T 。设计指标：电流超调族 %,空载起动到额定转速时的转速i超调量6% 0空载起动到额定转速的过渡过程时间 % .指导教师评语:课程设计说明书 课程设计说明书 NO.#1.刖言直流电动机拖动控制系统在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。这主要由于直流电机具有良好的起，制动性能，宜于在大范围内平滑调速，并且直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，从控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。由于要对电机进行稳定的转速控制，双闭环直流调速系统是现今在工业生产中应用最广泛的调速装置。该装置转速控制稳定，抗干扰能力强但由于直流系统的本身缺陷为得到较大的调速范围自动控制的直流调速系统往往采用变压调速为主。而在变压整流装置中应用最广的是三相全控桥式整流。这是用于三相全控桥式整流器输出直流电流的谐波小，脉动电流小，电流连续性好，往往只需要平波电抗器就可以输出稳定直流。可保证电机稳定运行不会有较大的脉动转矩，不仅保证了拖动系统的稳定同时对直流电机的损耗也小。本设计主要根据直流电机参数确定变压器，整流电路的相关参数，并且按照控制要求设计双闭环控制系统的结构及参数。2设计方案论证设计要求TOC\o"1-5"\h\z()已知电动机参数为：pkU ,I ,nom nom nomn r电枢回路总电阻R Q,GD2 N532。采用三相全nom控桥式电路，=,整流装置内阻RQ。平波电抗器电阻RQ。rec L整流回路总电感 °电动势系数= T=0.002s，T()这里暂不考虑稳定性问题，设和均采用 调节器， 限幅输出U* 0 限幅输出U ,最大给定U* ,调速范围 ，im ctm nm静差率，堵转电流I2,临界截止电流I/5dblnom dcr nom()设计指标：电流超调量b <，空载起动到额定转速时的转速超调i量b< ,空载起动到额定转速的过渡过程时间 < °具体设计方法主电路电气原理图系统组成及工作原理为了实现转速和电流两者负反馈分别起作用，双闭环系统中设置了两个调节器，即转速调节器()和电流调节器(),分别调节转速和电流，两者实行串级连接，且都带有输出限幅电路，转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器。从闭环结构上看，电流环在里面称作内环；转速环在外面称作外环。以保证电动机的转速准确跟随给定电压把由电流负反馈组成的环作为内环以实现在最大电流约束下的转速过渡过程最快的“最优”控制。为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用调节器，这样构成了双闭环调速系统的原理图。电流检测给定电压t直流电动机」图系统电气原理框图a仆+1图双闭环调速系统结构图给定电压t直流电动机」图系统电气原理框图a仆+1图双闭环调速系统结构图平波电抗器参数的计算：0U2.34cos02.34220=94.0171VU*a-nmnN.1°_=0.00671500U*P二Um21N10=0.28572x17.5变压器参数的计算2.34cos02.34220=94.0171VU*a-nmnN.1°_=0.00671500U*P二Um21N10=0.28572x17.5变压器参数的计算变压器副边电压采用如下公式进行计算:U dmaxAPcosaminV+nU T xI)—CU一shIJ2N/已知。dmax=220V,取U=1V n=2A=2.34P=0.9a=10

minUsh=0.05■I-=1C=0.5I2N220+2x12.34x0.9(0.9848—0.5x0.05x1)=110V因此变压器的变比近似为:kU380qm一次侧和二次侧电流K--r 3.45U1102和的计变压器容量的计算,因此整流变压器的参数为：变计算转速调节器参数按跟随和抗扰性能都较好的原则，取的超前时间常数为转速环开环增益为=396.4s-2T=hT=5x0.0174=0.087转速环开环增益为=396.4s-22h2T2 2x52x0.01742£n式中，a为电流反馈系数其值为a210V/n-0.0067max的比例系数为K-(h+DPCT- 6x0.2857x0.132x空-10.95n 2haRT 2x5x0.0067x2.85x0.0174£n系统仿真理论计算参数仿真分析根据理论设计结果，构建直流双闭环调速系统的仿真模型，如图所示。在额定转速和空载下，对系统进行仿真得到电动机电枢电流和转速的仿真输出波形，如图3图直流双闭环调速系统的仿真模型图转速环仿真图形图电流环仿真图形从图中可以看出，扰动很快得到了调节，这是两个型调节器自动调节的作用。另外从图中也可以看到，系统是无静差运行的，符合设计的要求。从仿真的结果来看，得到这样结论：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。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和失控时间7这些都是非线性参s数但在仿真中被近似看作常数再如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。心得体会通过本次对一个双闭环不可逆直流调速系统课程设计使我对电力拖动自动控制系统有了进一步的了解与认识。对所学内容有了更深刻的印象，并且进一步认识到工程设计时与实际相联系的重要性，比如在计算元件参数时计算出来的值往往与实际生产参数不符，这就需要根据实际情况对参数进行取舍。确定了电流调节器和转速调节器的结构并按照设计参数要求对调节器的参数进行了计算和确定。并在确定所有参数的基础上对系统进行了仿真。通过本次设计使我对电力拖动自动控制系统有了进一步的认识和了解。对电力电子器件在工业发展中所起的巨大作用也有了认识。另外在设计过程中遇到了一些难题，在自己查找多方资料并和同学相互讨论的情况下终于找到了解决的方法。这使我明白理论和实际是存在一定偏差的，计算结果并不能代表实际数据。总的来说这次设计让我受益匪浅，对我来说是一次很好的经历。课程设计说明书课程