过程控制课程设计.doc

过程控制系统课程实习直流双闭环调速系统设计学号：201011632106姓名：陈泳聪班级：自动化1101联系电话68）指导老师：赵黎明目 录1、绪论.32、设计方案论证.43、系统仿真.84、心得体会.105、参考文献.10 1.绪论对于一般的调速系统来说，采用PI调节器的单闭环直流调速系统（单闭环系统）可一以在保证系统稳定的前提下实现转速无净差。但是如果对系统的动态性能要求较高，例如要要求快速起动、制动，突加负载动态速降小等等。此时仅凭单闭环系统已经很难满足要求。这主要是因为单闭环系统不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程。为了能很好地解决这个问题，我们引入了转速、电流双闭环直流调速系统组成的双闭环直流调速系统。在系统中分别设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。两者之间实行嵌套（或者称为串级）联接。如图1所示把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称为内环；转速环在外边，称为外环。这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。双闭环直流调速系统的原理图如图1。TGnASRACRU*n+-UnUiU*i+-UcTAVM+-UdIdUPEL-MTG图1 转速、电流双闭环直流调速系统电气原理图2.设计方案论证2.1设计目的：熟悉直流双闭环调速系统设计过程，掌握ASR、ACR的工程设计方法。深入掌握其启动快速性及系统良好的抗干扰性等优点。2.2设计内容及要求：2.2.1 系统采用三相桥式晶闸管整流装置，各环节参数如下： 直流电动机：，允许过载倍数。 晶闸管装置：。 电枢回路总电阻：。 时间常数：，。 反馈系数：，。 反馈滤波时间常数：，。 ASR、ACR均采用PI调节器，电流环按照典型型系统设计，转速环按照典型型系统设计。2.2.2 设计要求：静态指标：要求无静差；动态指标：电流超调量，转速超调量。2.3.具体设计方法系统无净差则=0，因此选用I型系统，采用双闭环直流调速系统，先设计电流环，再设计转速环。参考双闭环的结构图和一些电力电子的知识，可以得到双闭环系统的动态结构图如图2所示。图2 双闭环直流调速系统动态结构图2.3.1 电流环的设计1. 确定时间常数(1)整流装置滞后时间常数Ts。三相桥式电路的平均失控时间 Ts=0.0017s。(2)电流滤波时间常数Toi。Toi=0.005s(3)电流环小时间常数之和。按小时间常数近似处理，取。2. 选择电流调节器的结构根据设计要求，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 式中 -电流调节器的比例系数；-电流调节器的超前时间常数。3. 计算电流调节器的参数电流调节器超前时间常数：电流开环增益：要求时，取，因此 于是，ACR的比例系数为式中 晶闸管专制放大系数:4. 校验近似条件电流环截止频率：（1） 晶闸管整流装置传递函数的近似条件满足近似条件。（2） 忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件满足近似条件。（3） 电流环小时间常数近似处理条件满足近似条件。2.3.2 转速调节器1. 确定时间常数（1）电流环等效时间常数1/KI。由前述已知，则（2）转速滤波时间常数.（3）转速环小时间常数。按小时间常数近似处理，取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的超前时间常数为则转速环开环增益K可得ASR的比例系数为4.检验近似条件转速截止频率为 （1）电流环传递函数简化条件为 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。3.系统仿真 3.1 Maltab仿真系统结构图3.2 ASR的输出波形和ACR的输出波形无扰动抗扰动紫色曲线-ACR黄色曲线-ASR3.3 的波形无扰动抗扰动3.4 、波形 无扰动抗扰动紫色曲线-黄色曲线-3.5 仿真结论转速上升期间，ASR处于饱和状态，ACR处于不饱和状态，只有当转速上升到给定电压Un所对应的给定值n的时候，反馈电压才与给定电压平衡，此后，ASR退出饱和。ASR退饱和时，由于电动机电流Id仍大于负载电流Idl，电动机仍继续加速，知道IdIdl时，转速才降低，达到给定转速。因此，系统处于饱和非线性控制且起动过程中转速必然超调。4.心得体会 根据仿真模型的输出，可以看出，本设计的过程及计算数值均达到了设计的要求，结果比较理想。在此，我要感谢老师和同学对我提供的帮助。5.参考文献1 陈伯时. 电力拖动自动控制系统-运动控制系统M,第三版.机械工业出版社。2 李 奇. 过程控制系统M,第二版.科学出版社。实验5分析：当输入给定液位值由200变为150时，由于微分作用，降低了系统响应速度，输出时间变长了。实验6分析：比例系数和积分时间减少，水管压力调节系统的响应速度减慢，稳态误差增大，输出值的震荡幅度增加。实验7分析：测量曲线液位会在100和50mm波动。实验8分析：设定值增大，温度输出值产生震荡，比例系数增大，系统不稳定，产生自激震荡。微分减小，超调量减小，系统动作减缓。实