V-M双闭环直流调速系统的设计与实现要点

1、信息科学与工程学院课程设计二。六二。七学年第二学期课程名称：双闭环V-M调速系统的设计一、设计题目：双闭环V-M调速系统中主电路，电流调节器及转速调节器的设 计。二、已知条件及控制对象的基本参数：(1)已知电动机参数为： Pnom=3kW, Unom=220V, Inm = 17.5A, nnom=1500r/min,电枢绕组电阻 R=1.25C, GD2=3.53N1m2。采用三相 全控桥式电路，整流装置内阻Rrec=1.3Qo平波电抗器电阻R=0.3C。 整流回路总电感L=200mH。 这里暂不考虑稳定性问题，设ASR和ACR均采用PI调节器， ASR限幅输出Um = 8V, ACR限幅输

2、出Uam=8V,最大给定unm = 10V, 调速范围D = 20,静差率s=10%,堵转电流Idbi=2.1Inom,临界截止电 OlL I dcr 2 I nom (3)设计指标：电流超调量S i%5%,空载起动到额定转速时的 转速超调量S n 10%,空载起动到额定转速的过渡过程时间ts 10，但由于对电流超调量有较严格要 Tt 0.0037求，而抗扰指标却没有具体要求，因此电流环仍按典型I型系统设计电流调节器选用PI调节器，其传递函数为Wacr(S) = Kiis 1is3) 选择电流调节器参数积分时间常数 * =T = 0.07 s为满足S i%W5%要求，取电流环开环增益Ki为KI

3、 = - =1 s, = 135.14 s,2T 三(2 0.0037)电流调节器比例系数Ki为Ki =Ki 5 =135.14 0.07 2.85 =3.27Ks0.218 37.84取调节器的输入电阻R=20k。，则电流调节器的各参数为R = Ki R=3.27M20kC =60.54 kG ,取 62 kcCi = =O627；06 RF“13，取 1oi4Toi4 0.002 105；=3-Ro20 103NF =0.4NF ,取 0.47NF根据上述参数可以达到的动态指标为S i%=4.3% ci3Ts 3 0.0017故该近似条件满足。忽略反电动势影响的近似条件为熊兰雨布),现3,

4、 1/(TmTl) = 3, 1/(0.162 0.07) s4=28.2s, ci3，3 1故该近似条件满足(3)转速环设计转速环动态结构图及简化:图?26转递环的动态结构图及其简化1) 确定时间常数因U； = arinom,故转速反馈系数C(为U 10：-=V min/r=0.0067 V min/rnnom 1500电流环的等级时间常数为2n=0.0074s。取转速反馈滤波时间常数Ton =0.01S,转速环的时间常数为Tn =2Th Ton =0.0074s+0.01s=0.0174s2) 选择转速调节器结构设计要求中虽然允许系统有静差，转速调节器的稳态放大系数很 大，因此转速调节器如

5、采用比例调节器，将很难满足稳定性要求。为 此，转速调节器采用近似 PI调节器，按典型II型系统进行设计。可证明，当近似PI调节器的稳态放大系数很大时，其传递函数可表示Wasr(S).ns - 1 = Kn- ns3) 选择转速调节器参数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S n %和过渡过程时间ts。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S n%=(与x%)Cb2( Z)nnomT 用.tz Z limnTm-式中，儿为电动机允许过载系数，按题意 九二2.1; z为负载系数

6、，设为理想空载起动，则z=0;0频为调速系统开环机械特性的额定稳态速降，Annom二墟mR；（竺以）是基准值为Cb时的超调量相对值，而 CeCbCb = 2（ 一 z） ：nnom 。T m当h=5时（色皿l%）=81.2%,故起动到额定转速，即n*=小田时, Cb退饱和超调量为S n=9.2%Ml0%满足设计要求。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 和而不起调节作用，使过渡过程时间ts延长，ts可表示为ts = t2+t0其中t2为恒流升速时间，to是退饱和超调过渡过程时间。t = CeTmom _ 0.132 0.162 1500 s=031s2 - RIn0m -

7、2.85 2.1 17.5- ,退饱和超调过渡过程时间等于动态速升的回复时间。当h=5时t。=8.8Tn =0.153s。但恢复时 间是按误 差为5% &计算的。这里Cb=2KzTN= 2川nom RT辿=170.4r/min,故 5%Cb= 8.5r/min。这就是说，CeTm转速进入8.5r/min的恢复时间为0.153s。但这里的恢复时间应按转速进入5%om来计算，由于5%nnom =75 r/min U 8.5 r/min,显然所需 时间将远小于0.153s,故可忽略不计，于是ts：、t2=0.31so可见，能满 足设计要求。这样，就可根据 h=5选择转速调节器的参数。ASR的时间常数

8、为n=hTn=5 0.0174s=0.087s转速环开环增益为Kn2h2T|,50 0.01742-2 工s =396.4sASR比例系数为Kn = jCJm= 6 0.218 0.132 O2 =8.42h： RTn10 0.0067 2.85 0.0174如去调节器输入电阻 R=20k。，则Ri = Kn Ro =8.420 kC=168kG,取 160 kGc n 0.087 108Cn = =3 忤=0.54阡，取 0.47NfRn160 103Con = 4TonRn4 0.01 106一一 320 103NF =2nf ,取 2nf4)校验近似条件转速环截止频率为K.cn = KN

9、=KN n =396.4 0.087s-1=34.5s-1. 1电流闭环传递函数简化条件为1 _15Tq - 5 0.0037S=54.1S 故满足该简化条件。小时间常数近似处理条件为切.j1/(2T”。n),现1 1 11%1/(2TwTon)= x 1/(2 0.0037 0.01) s =38.75s 3-3故满足该简化条件5)易犯错误由例2-2知，此系统是有差系统，ASR似乎可用比例调节器并按 典型I型系统进行设计。这时，转速环的开环放大系数为Wasr： RKN一下根据设计指标，转速超调量要求 S n 10，但由于对电流超调量有较严格要求，而抗扰指标却没有具体要求，因此电流环仍按典型I

10、型系统设计。电流调节器选用PI调节器，其传递函数为选择电流调节器参数积分时间常数=0.07 s为满足5 % 5%殿求，取电流环开环增益 为=135.14电流调节器比例系数为=135.14取调节器的输入电阻=20k ,则电流调节器的各参数为=3.27 20k =60.54 k ，取 62 k=1.13 ，取 1=0.4 ,取 0.47根据上述参数可以达到的动态指标为5 %=4.3% 5%故能满足设计要求。校验近似条件电流环截至频率=135.14 ,晶闸管装置传递函数近似条件为现= 196.1 故该近似条件满足。忽略反电动势影响的近似条件为，现=28.2 故该近似条件满足。(3)转速环设计转速环动

11、态结构图及简化：确定时间常数因=,故转速反馈系数为=V min/r=0.0067 V min/r电流环的等级时间常数为2 =0.0074s 。取转速反馈滤波时间常数=0.01s ,转速环的时间常数为=0.0074s+0.01s=0.0174s选择转速调节器结构设计要求中虽然允许系统有静差，转速调节器的稳态放大系数很大， 因此转速调节器如采用比例调节器，将很难满足稳定性要求。为此， 转速调节器直流调速系统 课程设计（论文）转速单闭环调速系统设计（第 解盥空支2份设计）第一章 课程设计目的和要求1.1 课程设计目的本课程的课程设计实际是自动化专业学生学习完电力拖动自动控制系统课程后，进行的一次全面

12、的综合训练，其目的在于加深对电力拖动自动控制系统理论知识的理解和对这些理论的实际应用能力，提高对实际问题的分析和解决能力，以达到理论学习的目的,b并培养学生应用计算机辅助设计和撰写设计说明书的能力。1.2 课程设计的预备知识熟悉电力拖动自动控制系统基本知识及 Matlab仿真软件。1.3 课程设计要求按课程设计任务书提供的课题，应根据下一节给出的基本需求独立完成设计调节器要求书写详细的设计说明书，有完整的计算过程,并应用Matlab仿真软件对系统进行仿真，验证设计的调节器是否符合设计的要求。第二章 课程设计的内容2.1 转速负反馈闭环控制原理图及参数计算2.1.1、 转速负反馈闭环控制有静差直

13、流调速系统原理图：2.1.2、 闭环控制系统动态结构图：2.1.3、 参数计算：额定负载时的稳态速降：电动机的电动势系数：开环系统额定速降：闭环系统的开环放大系数为：额定励磁下电动机的转矩系数：电力拖动系统机电时间常数：电动机空载转矩在内的负载转矩：负载电流：2.1.4、 用比例调节器未校正前的伯特图2.1.5、 判断系统稳定性：对于三相桥式整流电路，晶闸管装置的滞后时间常数：=0.00167系统临街放大系数：因为：K所以系统不稳定，选择PI调节器使系统无静差。2.2 、调节器设计2.2.1、 选择PI调节器1、比例参数KP的作用是加快系统的响应速度，提高系统的调节 精度。随着KP的增大系统的

14、响应速度越快，系统的调节精度越高， 但是系统易产生超调，系统的稳定性变差，甚至会导致系统不稳定。 KP取值过小，调节精度降低，响应速度变慢，调节时间加长，使 系统的动静态性能变坏目录第1章 课程设计目的与要求第2章课程设计内容第3章课程设计的总结参考文献电力拖动自动控制系统课程设计V-M双闭环不可逆直流调速系统 设计来源：幸福校园论文网时间：2006-10-29标签：论文 电子工程学 直流调速 晶闸管 双闭环摘要：资料介绍电力拖动自动控制系统是把电能转换成机械能的装 置，它被广泛地应用于一般生产机械需要动力的场合，也被广泛应用于精密机械等需要高性能电气传动的设备中，用以控制位置、速度、 加速度

15、、压力、张力和转矩等。直流电动机具有良好的起、制动性能, 宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动 领域中得到应用。晶闸管问世后，生产出成套的晶闸管整流装置，组成晶闸管？电动机调速系统（简称 V-M系统），和旋转变流机组及离 子拖动变流装置相比，晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都有 很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的优越性。而转速、电流 双闭环控制直流调速系统是性能很好、应用最广的直流调速系统。本 设计报告首先根据设计要求确定调速方案和主电路的结构型式，主电路和闭环系统确定下来后，重在对电路各元件参数的计算和器件的选 型，包括整流变压器、整流元件、平波电抗器、保护

16、电路以及电流和 转速调节器的参数计算。最后给出参考资料和设计体会。目录第1章 设计任务书第2章 主电路选型和闭环系统的组成第 3章 调速系 统主电路元部件的确定及其参数计算第 4章 驱动控制电路的选型设 计第5章双闭环系统调节器的动态设计原文一.题目：V-M双闭 环不可逆直流调速系统设计 二.技术要求：1.该调速系统能进行平 滑的速度调节，负载电机不可逆运行，具有较宽的调速范围（DA 10）, 系统在工作范围内能稳定工作2 .系统静特性良好，无静差（静差率 s2） 3 .动态性能指标：转速超调量 Sn8%电流超调量Si 5%动态速降nW8-10%,调速系统的过渡过程时间（调节时间） ts 1s

17、 4.系统在5项载以上变化的运行范围内电流连续 5.调速系 统中设置有过电压、过电流等保护，并且有制动措施三.设计内容： 1.根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构型式和闭环 调速系统的组成，画出系统组成的原理框图2 .调速系统主电路元部 件的确定及其参数计算（包括有变压器、电力电子器件、平波电抗器 与保护电路等）3 .驱动控制电路的选型设计（模拟触发电路、集成触发电路、数字触发器电路 均可)4 .动态设计计算：根据技术要 求，对系统进行动态校正，确定AS翩节器与AC硒节器的结构型式 及进行参数计算，使调速系统工作稳定，并满足动态性能指标的要求 5.绘制V-M双闭环直流不可逆调速系统的

18、电气原理总图(要求计算 机绘图)6 .整理设计数据资料，课程设计总结，撰写设计计算说明 书四.技术数据： 晶闸管整流装置：Rrec=0.032 Q Q , Ks=45-48。 负载电机额定数据：PN=90KWUN=440V IN=220A, nN=1800r/min , Ra=0.088Q ,入=1.5。系统主电路：RE =0.12 Q , Tm=0.1s第 2 章主 电路选型和闭环系统的组成2.1晶闸管结构型式的确定2.1.1设计 思路本设计中直流电动机由单独的可调整流装置供电，采用三相桥式全控整流电路作为直流电动机的可调直流电源。通过调节触发延迟角a的大小来控制输出电压 Ud的大小，从而改变电动机M的电源电压。 由改变电源电压调速系统的机械特性方程式n=( Ud/Ce)-(RO+Ra)T/ CeCT2 Ud整流电压RO整流装置内阻可 知，改变Ud,即可改变转速n。参