VM双闭环不可逆直流调速系统

1、自动控制系统课程设计 姓 名： 学 号： 指导教师： 题 目 名 称： V-M双闭环不可逆直流调速 系统设计 专业名称：所在学院：时 间： 一 主电路选型和闭环系统的组成1.1双闭环直流调速系统的组成与原理 双闭环直流调速系统的组成和原理如图2.1所示其中包括了三相全空整流电路、调节器、（ASR、ACR)和电动机等。 该方案主要由给定环节、ASR、ACR、触发器和整流装置环节、速度检测环节以及电流检测环节组成。为了使转速负反馈和电流负反馈分别起作用，系统设置了电流调节器ACR和转速调节器ASR。电流调节器ACR和电流检测反馈回路构成了电流环；转速调节器ASR和转速检测反馈回路构成转速环，称为双

2、闭环调速系统。因转速换包围电流环，故称电流环为内环，转速环为外环。在电路中，ASR和ACR串联，即把ASR的输出当做ACR的输入，再由ACR得输出去控制晶闸管整流器的触发器。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具有输入输出限幅功能的PI调节器，且转速和电流都采用负反馈闭环。该方案的原理框图如图所示。电流检测整流触发装置ASRACR负载电压电动机转度检测 1.2设计要求1.直流他励电动机：功率Pe22KW，额定电压Ue=220V，额定电流Ie=116A,磁极对数P=2，Ne=1500r/min,励磁电压220V,电枢绕组电阻Re=0.112,主电路总电阻R0.32，L37.

3、22mH(电枢电感、平波电感和变压器电感之和)，电磁系数Ce=0.138 Vminr，Ks=22，电磁时间常数TL=0.116s，机电时间常数Tm=0.157s，滤波时间常数Ton=Tci=0.00235s，=0.67V/A，=0.007Vmin/v，过载倍数1.5，速度给定最大值电流给定最大电压值10V，速度给定最大电压值10V。2.稳态无静差，电流超调量i5%；空载起动到额定转速时的转速超调e10。振荡次数N22.23成立)。 3）校验小时间常数的近似处理是否满足条件：，现在166.8,满足近似条件。按照上述参数，电流环满足动态设计指标要求和近似条件。4.3.转速环的设计 （1）确定时间常

4、数。电流环等效时间常数为2Ti；转速滤波时间常数Ton，根据所用测速发动机纹波情况，取Ton=0.00235s;转速环小时间常数Tn按小时间常数近似处理，取。Tn=2Ti+Ton=0.0105s （2）确定将转速环设计成何种典型系统。由于设计要求转速环无静差，转速调节器必须含有积分环节；又根据动态设计要求，应按典型型系统设计转速环。 （3）转速调节器的结构选择。转速调节器选用PI型，其传递函数为 （4）选择转速调节器参数。按跟随和抗干扰性能都能较好的原则取h=5，则ASR超前时间常数为0.0525s转速环开环增益为KN=(h+1)/(2*h*h* Tn* Tn)=1088于是，ASR的比例系数

5、为Kn=6*0.67*0.138*0.157/10/0.007/0.32/0.0105=45.8 （5）计算转速调节器的电路参数。转速调节器原理图如图所示，按所用运算放大器，取R0=40K，各电阻和电容值计算如下：Rn=KnR0=33.4*40=1336KCn=0.0525/Rn=0.0525/=39.3nFCon=4Ton/R0=4*0.00235/40000=235nF（6）校验近似条件。转速环截止频率=1088*0.0525=57.1 1）校验电流环传递函数简化条件是否满足： 现在58.2,满足简化条件。2）校验小时间常数近似处理是否满足，现在76.4,满足近似条件。3）校验转速超调量。

6、当h=5时，而n的变量=116*0.32/0.138=269r/min，因此超调量=0.821*2*1.5*269/1500*0.0105/0.157=2.9%10%，能满足设计要求。五 结论双闭环直流调速系统突加给定电压由静止状态启动时由于在启动过程中转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三个阶段，即电流上升阶段、恒流升速阶段和转速调节阶段。从启动时间上看，第二阶段恒流升速是主要的阶段，因此双闭环系统基本上实现了电流受限制下的快速启动，用了饱和非线性控利制方法，达到“准时间最优控制”。带PI调节器的双闭环调速系统还有一个特点，就是转速必超调。在双闭环调速系统中，ASR的作用是对转速的抗扰调节并使之在稳态是无静差，其输出限幅决定允许的最大电流。ACR的作用是电流跟随，过流自动保护和及时抑制电压的波动。启动时，让转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节启动电流保持最大，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流内环跟随电流外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流。也可以知道