某V-M双闭环不可逆直流调速系统设计

.2.2电流环结构框图小惯性环节近似处理如果把给定滤波和反馈滤波同时等效的移到环内前向通道上，再把给定信号改成，则电流环变等效成单位负反馈系统。由于和一般都比小得多，可以当作小惯性群而近似的看作是一个惯性环节，其时间常速为，则电流环结构图最终化简图如图5.3所示.图5.3小惯性环节近似处理后电流环简化动态结构图5.2.3电流调节器结构的选择根据设计要求，并且保证稳态电流无差，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，因此可以用比例积分型电流调节器，其传递函数为：WACR（s）=QUOTE错误!未找到引用源。则电流环的动态结构框图便成为图5.4所示的典型形式，其中：KI=QUOTE错误!未找到引用源。图5.4校正成典型I型系统的电流环动态结构框图5.2.4电流调节器的实现含给定滤波和反馈滤波的模拟式PI型电流调节器原理图如图5.5所示。图5.5模拟式PI型电流调节器原理图5.2.5电流调节器的参数计算1.确定时间常数1）电磁时间常数:Tl=L/R∑=0.031416(S)。2）三相桥式晶闸管整流电路的平均滞后时间Ts=0.0017s，取电流反馈滤波时间常数Toi=0.002s,可得电流环的小时间常数为T∑i=Ts-Toi=0.0017s-0.002s=0.0037s。2.选择电流调节器结构根据设计要求δi＜5%，并保证静态电流无差，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。检查对电源电压的抗扰性能：Tl/T∑i=0.031416/0.0037=8.11,参照典型系统动态抗扰性能，各项指标都是可以接受的。3.计算电流调节器的参数电流调节器超前时间常数：τi=Tl=0.03s电流环开环增益：要求δi＜5%时，按表4.6，应取KIT∑i=0.5，因此KI=0.5/T∑i=0.5/0.0037=135.1s-1取Ks=48，而电流反馈系数β=10V/1.5IN=10/（1.5×220）=0.03V/A表5.6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KT0.250.390.500.691.0阻尼比ε1.00.80.7070.60.5超调量σ0%1.5%4.3%9.5%16.3%上升时间tr∞6.6T4.7T3.3T2.4T峰值时间tp∞8.3T6.2T4.7T3.6T相角稳定裕度76.3°69.9°65.5°59.2°51.8°截止频率ωc0.243/T0.367/T0.455/T0.596/T0.786/T于是，ACR的比例系数为Ki=(KIτiR)/(Ksβ)=1.0134.校验近似条件电流环截止频率：ωci=KI=135.1S-11）晶闸管整流装置传递函数的近似条件QUOTE错误!未找到引用源。Ts=196.1S-1>ωci，满足近似条件。2）忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件3QUOTE错误!未找到引用源。=40.82S-1<ωci，满足近似条件。3）电流环小时间常数近似处理条件QUOTE错误!未找到引用源。=180.8S-1>ωci，满足近似条件。5.计算调节器电阻和电容由图5.5，按所用运算放大器取R0=40KΩ,各电阻和电容值为Ri=KiR0=40.52KΩ,取40KΩ按照上述参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标为σi=4.3%，满足设计要求。5.3转速调节器的设计5.3.1转速环结构框图的化简用电流环的等效环节代替图5.1中的电流环后，整个转速控制系统的动态结构框图如图5.7所示。图5.7用等效环节代替电流环后的转速环动态结构框图和电流环中一样，把转速给定滤波和反馈滤波环节移到环内，同时将给定信号改成Un*（s）/α，再把时间常数为1/KI和Ton的两个小惯性环节合并起来，近似成一个时间常数为T∑n的惯性环节，其中T∑n=QUOTE错误!未找到引用源。+Ton，则转速环结构框图可简化为如下图5.8所示。图5.8等效成单位负反馈系统和小惯性近似处理后的转速环动态结构框图5.3.2转速调节器结构的选择为了实现转速无静差，在负载扰动作用点前面必须有一个积分环节，它应该包含在转速调节器ASR中。现在在扰动作用点后面已经有了一个积分环节，因此转速环开环传递函数应共有两个积分环节，所以应该设计成典型Ⅱ型系统，这样的系统同时也能满足动态抗扰性能好的要求。至于其阶跃响应超调量较大，那是按照线性系统理论计算的数据，实际系统中调速调节器的饱和非线性性质会使超调量大大降低。由此可见，ASR也应该采用PI调节器，其传递函数为：WASR(s)=QUOTE错误!未找到引用源。不考虑负载扰动时，校正后的调速系统动态结构框图如下图5.9所示。图5.9校正后成为典型Ⅱ系统的转速环动态结构框图5.3.3转速调节器的实现含给定滤波和反馈滤波的PI型转速调节器原理图如下图5.10所示。图5.10含给定滤波与反馈滤波的PI型转速调节器5.3.4转速调节器的参数计算1.确定时间常数1）电流环等效时间常数1/KI:QUOTE错误!未找到引用源。=2T∑i=2x0.0037s=0.0074s2)转速滤波时间常数Ton：根据所用测速发动机纹波情况，取Ton=0.01S3）转速环小时间常数：按小时间常数近似处理，取T∑i=QUOTE错误!未找到引用源。+Ton=0.0074s+0.01s=0.0174s2.计算转速调节器结构按跟随性能和抗扰性能较好的原则选择h=5，求出转速超调量δ%和过渡过程时间。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h=5时，ASR退饱和超调量为=式中，表示电动机允许的过载系数，按题意=1.5；z为负载系数，设为理想空载起动，则z=0；为调速系统开环机械特性的额定稳态速降=是基准值为时的超调量相对值；而=参照表5.11，当h=5时，=81.2%，故起动到额定转速，即=时，退饱和超调量为δ==7.09%满足设计要求。表5.11典型Ⅱ型系统动态抗扰性能指标与参数的关系h345678910ΔCmax/Cb72.2%77.5%81.2%84.0%86.3%88.1%89.6%90.8%tm/T2.452.702.853.003.153.253.303.40tv/T13.6010.458.8012.9516.8519.8022.8025.85则ASR的超前时为:QUOTE错误!未找到引用源。n=hT∑n=5x0.0174=0.087s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饱和而不起调转速环开环增益KN=QUOTE错误!未找到引用源。=396.4S-2（）/nN=（440-220×）

ASR的比例系数为Kn=QUOTE错误!未找到引用源。=11.73.检验近似条件转速环截止频率为：Wcn=QUOTE错误!未找到引用源。=34.5s-2电流环传递函数简化条件为：QUOTE错误!未找到引用源。=63.7S-1>ωcn,满足简化条件2)转速环小时间常数近似处理条件为：QUOTE错误!未找到引用源。=38.7S-1>ωcn,满足近似条件3．计算调节器电阻和电容根据图5.10，取R0=40KΩ,则Rn=KnR0=468KΩ,取470KΩCn=QUOTE错误!未找到引用源。=0.185x10-6F,取0.2μFCon=QUOTE错误!未找到引用源。=1x10-6F，取1μF根据上述参数可以达到的动态指标为：δ=7.09%,ΔnN=INR∑/

Ce=220×0.12/0.234=94.01

r/min,因此能满足设计要求。6触发电路的选择与原理图三相整流电路中必须对两组中应导通的一对晶闸管同时给触发脉冲为此可以采用两种办法：一种是使每个触发脉冲宽度大于，称宽脉冲触发；另一种是在触发某一号晶闸管的同时给前一号晶闸管补发一个脉冲，相当于用两个窄脉冲等效代替一个宽脉冲，称为双脉冲触发。随着工业自动化，集成化的不断把发展；现在市场中已有多种型号的六脉冲触发集成电路广泛应用于各种控制中，从本设计的简单和稳定性出发，本设计直接采用KJ系列的三相全控桥式整流电路的集成触发器KJ041作为三相整流电路的触发电路。只需用三个KJ004集成块，即可形成六路双脉冲，再由留个晶体管进行脉冲放大，即构成完整的三相全控桥整流电路的集成触发电路。KJ041的内部是由12个二极管构成的6个或门，其作用是将6路单脉冲输入转换为6路双脉冲输出。以上触发电路均为模拟量，这样使集成片内部结构、可靠，但是却是其容易受电网电压影响，导致触发脉冲的不对称度较高，可达。在对精度要求高的大容量变流装置中，采用了数字触发电路，可获得很好触发脉冲对称度。KJ041的主要参数和限制：（1）工作电源电压：V（2）同步输入允许最大电流值：6mA（3）输出脉宽：400us~2ms（4）最大负载能力：100mA由KJ041外部电路接线图如图6.1所示：图6.1KJ041外部电路接线图该集成片的主要设计特点为：（1）端口1和端口4，端口2和端口5，端口3和端口6分别输出两路相位互差的移向脉冲，可以方便地构成全控桥式晶闸管触发器线路。（2）输出负载的能力大，移相性能好，脉冲输出稳定，正、负半周脉冲相位均衡性好。（3）移相范围宽，对同步电压要求不高，并且具有脉冲列调制输出端等功能。对于三相全控整流或调压电路，要求顺序输出的触发脉冲依次间隔60°。本设计采用三相同步绝对式触发方式。根据单相同步信号的上升沿和下降沿，形成两个同步点，分别发出两个相位互差180°的触发脉冲。然后由分属三相的此种电路组成脉冲形成单元输出6路脉冲，再经补脉冲形成及分配单元形成补脉冲并按顺序输出6路脉冲。本设计课题是三相全三相全控桥整流电路中有六个晶闸管，触发顺序依次为：VT1—VT2—VT3—VT4—VT5—VT6，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60O，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6.2所示。图6.2三相全控桥整流电路的集成触发电路

7双闭环直流调速系统MATLAB仿真利用matlab仿真工具组成转速,电流双闭环调速系统仿真图如图7.1所示，转速和电流闭环通过一个滞后环控制接入脉冲发生器的输入端，来实现对他励直流电动机的转速控制，使转速最终趋于稳定值。同时通过转速输出显示器可以很直观清晰的观察仿真结果。通过仿真得到电机转速情况如图7.2所示。图7.1

双闭环直流调速系统仿真图图7.2

双闭环直流调速系统转速仿真结果图8设计总结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，掌握了用工业设计法对双闭环调节器的设计方法。另外，我也学到了很多东西，也使得我将《电力拖动自动控制系统》、《电路》等一系列书籍有了更深入的了解。让我知道怎么将理论与实践结合，从其中获得有用的知识。在时间充裕的学期末，我们有了更多的时间来完成我们的课程设计，使我可以花更多时间去研究直流调速系统方面的知识。能够对电流调节器和转速调节器的设计有更多的认识。在这次课程设计中，我也遇到了很多问题。比如计算出的参数不满足要求，但是通过我反复的查阅资料，反复的计算数据，最后问题还是得以解决。遇到有难度的问题，我首先会自己钻研，或者与同学讨论，最后请教老师。所以，我要感谢和我一起设计的同学。是我们的团队合作才使我们课程设计完成的如此顺利。也感谢我们的老师，使他们教给我们有用的知识，我们才能够有能力完成此次设计。总之在这次课程设计中，我获得了很多，也知道自己哪一方面不足，为我的人生上了很宝贵的一课。也为我的人生