电气工程课程设计模板电气12级

1、东 北 石 油 大 学课 程 设 计 2015 年 11 月 8 日课 程 工厂供电课程设计 题 目 某厂变电所及高压配电设计 院 系 电气信息工程学院电气工程系 专业班级 电气 12-3 班 学生姓名 邹 游 学生学号 120603140312 指导教师 白丽丽 付光杰 东北石油大学课程设计任务书课程 电气工程课程设计 题目 某厂变电所及高压配电设计 专业 电气工程及其自动化 姓名 邹 游 学号 120603140312 主要内容：主要内容： 变电所主接线设计及变压器出线侧设备的选择与校验，变电所高、低压进出线的选择与校验，变压器低压母线的选择与校验，继电保护的选择与整定，车间变电所的防雷保

2、护及连接装置的设计。参考资料：参考资料：1 王慧.浅谈 10KV 高压配电设计中的常见问题J.黑龙江科技信息,2014. 2 苏德崇.变电所继电保护故障分析与应对策略J.黑龙江科技信息,2015.3 施文鹏.继电保护自动化中的装置及其故障检修策略J.民营科技,2015.4 邓桂芳.高压配电系统设计、运行维护J.科技创新与应用,2012.5 苏文成.供电技术M.西安：电子工业出版社,2004.完成期限 2015.11.2-2015.11.8 指导教师 白丽丽 付光杰 专业负责人 2015 年 10 月 30 日目录（黑体小三、居中）1 设计要求.12 直流调速系统.12.1 直流调速系统的调速原

3、理及性能指标.12.2 电流、转速双闭环直流调速系统的理论分析.42.3 双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析.82.4 调节器的工程设计方法.102.5 电流环、速度环的设计.123 双闭环直流调速系统仿真.143.1 软件仿真.143.2 仿真结果.154 结论.17参考文献.18附 录.19一级标题黑体小四、二级标题宋体小四、1.5 倍行距只写两级标题电气工程课程设计（报告）11 设计要求（一级标题黑体小三，段前段后 1.5）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，系统工作范围内能稳定运行。2）系统静特性良好，无静差。3）动态指标：电流超调量 5

4、%，采用转速微分负反馈使转速超调量等于 0。正文宋体小四、英文和数字 Times New Roman 小四；段前段后 0 行；行距多倍行距 1.2 倍2 直流调速系统2.1 直流调速系统的调速原理及性能指标（二级，黑体四号，段前段后 1 行）2.1.1 直流调速系统的调速原理（三级，黑体小四，段前段后 0.5）直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在广范围内平滑调速，所以由晶闸管直流电动机(VM)组成的直流调速系统是目前应用较普遍的一种电力传动自动化控制系统。它在理论上实践上都比较成熟，而且从闭环控制的角度看，它又是交流调速系统的基础。从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动自动控制系统有调速

5、系统、位置随动系统（伺服系统） 、张力控制系统、多电机同步控制系统等多种类型，各种系统往往都是通过控制转速来实现的，因此，调速系统是最基本的电力拖动控制系统。直流电动机的转速和其它参量的关系用式（2-1）表示： （2-1）eUIRnK式中：n电动机转速；U电枢供电电压；I电枢电流；R电枢回路总电阻，单位为；由电机机构决定的电势系数。eK在上式中，是常数，电流 I 是由负载决定的，因此，调节电动机的转速可eK公式要用公式编辑器，居中；编号居右电气工程课程设计（报告）2以有三种方法：1）调节电枢供电电压 U；2）减弱励磁磁通；3）改变电枢回路电阻 R。对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以

6、调节电枢供电电压的方式最好。改变电阻只能实现有级调速；减弱励磁磁通虽然能够平滑调速，但调速的范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（额定转速）以上做小范围的弱磁升速。因此，自动控制的直流调速系统往往以改变电压调速为主。根据生产机械的实际情况，为了实现无级调速，必须满足，1%，的精度要求，选用晶闸管整流装置为电动机供电的方案。%5%10%a如果有表格，格式如下；表居中，表题在表上，表题黑体5号表1-1 引脚功能描述管脚名称功能A0z、A1、A2器件地址选择SDA串行数据/数址SCL串行时钟WP写保护Vcc1.8V6.0VVss地2.1.2 直流调速系统的性能指标根据各类典型生产机械对调速系统提出

7、的要求，一般可以概括为静态和动态调速指标。静态调速指标要求电力传动自动控制系统能在最高转速和最低转速范围内调节转速，并且要求在不同转速下工作时，速度稳定；动态调速指标要求系统启动、制动快而平稳，并且具有良好的抗扰动能力。抗扰动性是指系统稳定在 某一转速上运行时，应尽量不受负载变化以及电源电压波动等因素的影响。1静态性能指标1）调速范围 生产机械要求电动机在额定负载运行时，提供的最高转速与最低转速maxn之比，称为调速范围，用符号 D 表示，如式（2-2）所示 ： minn （2-maxminnDn2）电气工程课程设计（报告）32）静差率静差率是用来表示负载转矩变化时，转速变化的程度，用系数 s

8、 来表示。具体是指电动机稳定工作时，在一条机械特性线上，电动机的负载由理想空载增加到额定值时，对应的转速降落与理想空载转速之比，用式（2-3）表示：edn0n （2-ed0ed00100%100%nnnsnn3）显然，机械特性硬度越大，机械特性硬度越大，越小，静差率就越小，edn转速的稳定度就越高。然而静差率和机械特性硬度又是有区别的。两条相互平行的直线性机械特性的静差率是不同的。它们有相同的转速降落，但由于，因此ed1ed2nn 0201nn。这表明平行机械特性低速时静差率较大，转速的相对稳定性就越差。在21ss1000r/min 时降落 10r/min，只占 1%；在 100r/min 时

9、也降落 10r/min，就占 10%；如果只有 10r/min，再降落 10r/min 时，电动机就停止转动，转速全都降落完了。0n2.1.3 动态性能指标生产工艺对控制系统动态性能的要求经折算和量化后可以表达为动态性能指标。自动控制系统的动态性能指标包括对给定信号的跟随性能指标和对扰动输入信号的抗扰性能指标。1跟随性能指标在给定信号（或称参考输入信号）R(t)的作用下，系统输出量 C(t)的变化情况可用跟随性能指标来描述。当给定信号表示方式不同时，输出响应也不一样。通常以输出量的初始值为零，给定信号阶跃变化下的过渡过程作为典型的跟随过程，这时的动态响应又称为阶跃响应。一般希望在阶跃响应中输出

10、量与稳态值( ) tc的偏差越小越好，达到的时间越快越好。常用的阶跃响应跟随性能指标有上cc升时间，超调量和调节时间：1）上升时间rt在典型的阶跃响应跟随过程中，输出量从零起第一次上升到稳态值所经过c的时间称为上升时间，它表示动态响应的快速性。2）超调量%在典型的阶跃响应跟随系统中，输出量超出稳态值的最大偏离量与稳态值之比，用百分数表示，叫做超调量，用式（2-4）表示：电气工程课程设计（报告）4 （2-max%100%ccc4）超调量反映系统的相对稳定性。超调量越小，则相对稳定性越好，即动态响应比较平稳。3）调节时间st调节时间又称过渡过程时间，它衡量系统整个调节过程的快慢。原则上它应该是从给

11、定量阶跃变化起到输出量完全稳定下来为止的时间。对于线性控制系统来说，理论上要到才真正稳定，但是实际系统由于存在非线性等因素并不是t 这样。因此，一般在阶跃响应曲线的稳态值附近，取（或）的范围作为5%2%允许误差带，以响应曲线达到并不再超出该误差带所需的最短时间定义为调节时间。2抗扰性能指标一般是以系统稳定运行中，突加负载的阶跃扰动后的动态过程作为典型的抗扰过程，并由此定义抗扰动态性能指标，常用的抗扰性能指标为动态降落和恢复时间：1）动态降落max%c系统稳定运行时，突加一定数值的扰动（如额定负载扰动）后引起转速的最大降落值叫做动态降落，用输出量原稳态值的百分数来表示。输出量max%c1c在动态

12、降落后逐渐恢复，达到新的稳态值，是系统在该扰动作用下2c12()cc的稳态降落。动态降落一般都大于稳态降落（即静差） 。调速系统突加额定负载扰动时的动态降落称作动态降落。max%n2）恢复时间ft从阶跃扰动作用开始，到输出量基本上恢复稳态，距新稳态值之差进入2c某基准量的（或）范围之内所需的时间，定义为恢复时间，其中bc5%2%ft称为抗扰指标中输出量的基准值。bc实际系统中对于各种动态指标的要求各有不同，要根据生产机械的具体要求而定。一般来说，调速系统的动态指标以抗扰性能为主。2.2 电流、转速双闭环直流调速系统的理论分析2.2.1 双闭环调速的工作过程和原理双闭环调速系统的工作过程和原理：

13、电动机在启动阶段，电动机的实际转速低于给定值，速度调节器的输入端存在一个偏差信号，经放大后输出的电压保持电气工程课程设计（报告）5为限幅值，速度调节器工作在开环状态,速度调节器的输出电压作为电流给定值送入电流调节器， 此时则以最大电流给定值使电流调节器输出移相信号，直流电压迅速上升，电流也随即增大直到等于最大给定值，电动机以最大电流恒流加速启动。电动机的最大电流(堵转电流)可通过整定速度调节器的输出限幅值来改变。在电动机转速上升到给定转速后，速度调节器输入端的偏差信号减小到近于零，速度调节器和电流调节器退出饱和状态，闭环调节开始起作用。对负载引起的转速波动，速度调节器输入端产生的偏差信号将随时

14、通过速度调节器、电流调节器来修正触发器的移相电压，使整流桥输出的直流电压相应变化，从而校正和补偿电动机的转速偏差。另外电流调节器的小时间常数，还能够对因电网波动引起的电动机电枢电流的变化进行快速调节，可以在电动机转速还未来得及发生改变时，迅速使电流恢复到原来值，从而使速度更好地稳定于某一转速下运行。由于以 Ued=220V，Ied=330A，Imax2Ied，ts2s 的电动机为负载，为了实现他可逆运行和无环流控制，综合运行可靠和经济等因素采用三相桥式反并联可逆整流电路。2.2.2 双闭环直流调速系统的组成及其静特性1双闭环直流调速系统的组成为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设

15、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。两者之间实行嵌套连接，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，称作内环；转速环在外边，称作外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。双闭环直流调速系统是直流调速控制系统中发展得最为成熟，应用非常广泛的电力传动系统。 （图居中，图题黑体 5 号，图里字不能太大）电气工程课程设计（报告）6图 2-1 转速、电流双闭环直流调速系统其中：ASR-转速调节器 ACR-电流调节器 TG-测速发电机 TA-电流互感器 UPE-电力电子变换器 -转

16、速给定电压 -转速反馈电压 -电流给定电压 nUnUiU-电流反馈电压iU2双闭环直流调速系统的静特性分析分析静特性的关键是掌握 PI 调节器的稳态特征，一般是存在两种状况：饱和的时候是输出达到限幅值，不饱和的时候是输出未达到限幅值。当调节器达到饱和时，输出为恒值，输入量的变化不再影响输出，除非有反向的输入信号使调节器退出饱和，换句话说，也就是饱和的调节器暂时隔断了输入和输出的联系，相当于使该调节环开环。当调节器不饱和时，PI 的作用使输入偏差电压在稳态U时总为零。实际上，在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的。因此，对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况：1转速调节器不饱和

17、稳态时，输入偏差电压都是零。，nn0UUnniidUUI由第一个关系式如（2-5）所示： （2-n0Unn5）从双闭环直流调速系统的稳态结构系统图中可以看出，图 3 所示静特性曲线的 CA 段。同时，由于 ASR 不饱和，可知，CA 段特性从理想空iimUUddmII载状态的一直延续到。而，一般都是大于额定电流的。这就d0I ddmIIdmIdnI-+TALVdUTGMnUnUPEACRASRiUiUnUdI+-cU-+-电气工程课程设计（报告）7是静特性的运行段，它是一条水平的特性。图 2 双闭环直流调速系统的稳态结构框图2转速调节器饱和这时，ASR 输出达到限幅值，转速外环呈开环状态，转速

18、的变化对系统imU不再产生影响。双闭环系统变成了一个电流无静差的单电流闭环调节系统。所以稳态时：。其中，最大电流取于电动机的容许过载能力和拖动系ddmIIdmI统允许的最大加速度，由上式可得静特性的 AB 段，是一条垂直的直线。这样的特性只适合于的情况，因为如果，则，ASR 将退出饱和状态。0nn0nnnnUU双闭环调速系统的静特性在负载电流小于时表现为转速无静差，转速负dmI反馈起主要调节作用，但负载电流达到时，对应于转速调节器的饱和输出，dmIimU电流调节器起主要调节作用，系统表现为电流无静差，得到过电流自动保护。这采用了两个 PI 调节器分别形成内、外两个闭环的效果。运算放大器开环放大

19、系数不是无穷大的，静特性的两段实际上都略有很小的静差，具体情况见图 3 中虚线。REnASRUPEACRe1/CdIsKnUnUiUcUd0UiU+-电气工程课程设计（报告）8图 3 双闭环直流调速系统的静特性3各变量的稳态工作点和稳态参数计算由稳态结构图可知，双闭环调速系统在稳态工作时，当两个调节器都不饱和时，各变量之间有以下关系如式（2-6） 、 （2-7） 、 （2-8）所示： （2-nn0UUnn6） （2-iiddlUUII7） （2-endld0edcsssCUIRUCnIRUKKK8）在稳态工作点上，转速 n 由给定电压决定，ASR 的输出由负载电流nUiU决定，而控制电压则同时

20、取决于 n 和。PI 调节器输出到稳态时，输入为dlIcUdI零，输出稳态值由它后面环节的需要来决定。后面需要 PI 调节器提供多大输出，它就提供多少，直到饱和为止。双闭环调速系统和无静差的稳态计算相似。转速反馈系数：，电流反馈系数：。给定电压的最大值、nmmax/Unimdm/UInmU由设计者来给定，受运算放大器允许输入电压和稳压电源的限制。imU2.3 双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析2.3.1 双闭环直流调速系统的数学模型的建立全控式整流在稳态的情况下，触发器控制电压与整流输出电压的关系ctUa0U如式（2-9）所示： （2-a022ctcoscos()UAUAUKUCABO

21、电气工程课程设计（报告）99）其中：A-整流器系数 -整流器输入交流电压 -整流器触发角 -触发器2UctU移项控制电压 K-触发器移项控制斜率整流与触发关系为余弦，工程中近似用线性环节代替触发与放大环节，放大系数为：，绘制双闭环直流调速系统的动态结构框图 4 所示：a0ct/KUU图 4 双闭环直流调速系统的动态结构框图2.3.2 起动过程分析双闭环直流调速系统在起动过程中转速调节器 ASR 经历了不饱和、饱和、退饱和三种情况，整个动态过程就分成、三个阶段。第一阶段是电流上升阶段。当突加给定电压时，电动机机电惯性较大，还来不及转动（n=0） ，转速负反馈电压，很大，使 ASR 的输出突增，f

22、n0UnUACR 的输出为，可控整流器输出为，电枢电流迅速增加。当增加到koUdoUaI时，电动机开始转动，以后转速调节器 ASR 的输出达到限幅值，使电枢电aLII流达到所对应的最大值，这时电流负反馈电压与 ACR 的给定电压基本上是相amI等的。第二阶段是恒流升速阶段。从电流升到最大值开始，到转速升到给定值为amI止，这是启动过程的主要阶段，在这个阶段中，ASR 一直是饱和的，转速负反馈不起调节作用，转速环相当于开环状态，系统表现为恒流调节。由于电流保持aI恒定值，即系统的加速度为恒值，所以转速 n 按线性规律上升，由amI/dn dt知，也线性增加，这就要求也要线性增加，故在启动过程da

23、meUIRC ndUkU中电流调节器是不应该饱和的，晶闸管可控整流环节也不应该饱和。第三阶段是转速调节阶段。转速调节器在这个阶段中起作用。开始时转速已经上升到给定值，ASR 的给定电压与转速负反馈电压相平衡，输入偏差fnU等于零。但其输出却由于积分作用还维持在限幅值，所以电动机仍在以最大nU ACRWsss1KTsl1/1RTsmRTse1/CnUnE ASRWsnUiUiUcUd0UdIdLI+-电气工程课程设计（报告）10电流下加速，使转速超调。超调后，使 ASR 退出饱和，amIfn0Un0U其输出电压才从限幅值降下来，与也随之降了下来，由于仍大于负载电kUdUaI流，在开始一段时间内转

24、速仍继续上升。到时，电动机才开始在负载的LIaLII阻力下减速，直到稳定。在这个阶段中 ASR 与 ACR 同时发挥作用，转速调节器在外环，ASR 处于主导地位，而 ACR 的作用则力图使尽快地跟随 ASR 的输出aI变化。稳态时，转速等于给定值，电枢电流等于负载电流，ASR 和 ACR 的输aILI入偏差电压都为零，但由于积分作用，它们都有恒定的输出电压。ASR 的输出电压如式（2-10）所示，ACR 的输出电压如式（2-11）所示： （2-fiLgiUUI10） （2-kegLs/UC nI RK11）由上述可知，双闭环调速系统，在启动过程的大部分时间内，ASR 处于饱和限幅状态，转速环相

25、当于开路，系统表现为恒电流调节，从而可基本上实现理想过程。双闭环调速系统的转速响应一定有超调，只有在超调后，转速调节器才能退出饱和，使在稳定运行时 ASR 发挥调节作用，从而使在稳态和接近稳态运行中表现为无静差调速。故双闭环调速系统具有良好的静态和动态品质。综上所述，双闭环调速系统的起动过程有以下三个特点：1）饱和非线形控制：随着 ASR 的饱和与不饱和，整个系统处于完全不同的两种状态，在不同情况下表现为不同结构的线形系统，只能采用分段线形化的方法来分析，不能简单的用线形控制理论来笼统的设计这样的控制系统。2）转速超调：当转速调节器 ASR 采用 PI 调节器时，转速必然有超调。转速略有超调是

26、容许的，对于不允许超调的情况，应采用其他控制方法来抑制超调。3）准时间最优控制：对于电力拖动系统，在电动机允许过载能力限制下的恒流起动，就是时间最优控制。由于在起动过程、中电流不能突变，实际起动过程与理想启动过程相比还有一些小差距。采用饱和非线性控制的方法实现准时间最优控制是一种很有实用价值的控制策略，在各种多环控制中得到普遍应用。2.3.3 动态抗干扰性分析一般来说，双闭环调速系统具有比较满意的动态性能，对于调速系统，最重要的动态性能是抗扰性能。主要是抗负载扰动和抗电网电压扰动。电气工程课程设计（报告）111抗负载扰动由双闭环直流调速系统动态结构图可看出，负载扰动作用在电流环之后，靠转速调节

27、器 ASR 来产生抗负载扰动。设计 ASR 时，要有较好的抗扰性能指标。2抗电网电压扰动电网电压变化对调速系统也产生扰动作用。由于增设了电流内环，电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节，抗扰性能大有改善。因此，在双闭环系统中，由电网电压波动引起的转速动态变化会小得多。2.4 调节器的工程设计方法2.4.1 PI 调节器PI 调节器的输入输出关系如式（2-12）所示： （2-1gxininpiinin00111RUUU dtK UU dtRR C12）PI 调节器的传递函数如式（2-13）所示： （2-pi1Ks13）2.4.2 调节器的设计方法为了保证转速发生器的高精度和高可靠性，系统采用

28、转速变化率反馈和电流反馈的双闭环电路主要考虑以下问题：1保证转速在设定后尽快达到稳速状态；2保证最优的稳定时间；3减小转速超调量。为了解决上述问题，就必须对转速、电流两个调节器的进行优化设计，以满足系统的需要。建立调节器工程设计方法所遵循的原则是：1概念清楚、易懂；2计算公式简明、好记；3不仅给出参数计算的公式，而且指明参数调整的方向；4能考虑饱和非线性控制的情况，同样给出简明的计算公式；5适用于各种可以简化成典型系统的反馈控制系统。直流调速系统调节器参数的工程设计包括确定典型系统、选择调节器类型、电气工程课程设计（报告）12计算调节器参数、计算调节器电路参数、校验等内容。在选择调节器结构时，

29、只采用少量的典型系统，它的参数与系统性能指标的关系都已事先找到，具体选择参数时只须按现成的公式和表格中的数据计算一下就可以了，这样就使设计方法规范化，大大减少了设计工作量。2.4.3 型系统与型系统的性能比较 控制系统的开环传递函数如式（2-14）所示： （2- j1i111mjniKsW ssTs14）根据中积分环节个数的不同，将该控制系统称为 0 型、型、型等 W s系统。自动控制理论证明，0 型系统在稳态时是有差的，而型及型以上的系统很难稳定。通常为保证稳定性和一定的精度，多用型、型系统，典型型、型系统其开环传递函数分别用式（2-15） 、 （2-16）所示： （2- 1KW ss Ts

30、15） （2-) 1() 1()(2TsssKsW16）典型型系统在动态跟随性能上可做到超调小，但抗扰性能差；而典型型系统的超调量相对要大一些，抗扰性能却比较好。2.4.4 转速-电流调节器结构的确定一般说来典型型系统在动态跟随性能上可以做到超调小，但抗忧性能差；典型型系统的超调量相对要大一些而抗扰性能却比较好。基于此，在转速-电流双闭环调速系统中，电流环的一个重要作用是保持电枢电流在动态过程中不超过允许值，即能否抑制超调是设计电流环首先要考虑的问题，所以一般电流环多设计为型系统，电流调节的设计应以此为限定条件。至于转速环,稳态无静差是最根本的要求，所以转速环通常设计为型系统。在双闭环调速系统

31、中，整流装置滞后时间常数和电流滤波时间常数一般都比电枢回路电磁小很多，可将前sToiTLT两者近似为一个惯性环节，取。经过小惯性环节的近似处理后，电流soiT iTT 环的控制对象是一个双惯性环节，要将其设计成典型型系统，同理，经过小惯电气工程课程设计（报告）13性环节的近似处理后，转速环的被控对象形如上式。转速环应设计成型系统，所以转速调节器也就设计成 PI 型调节器，如下式（2-17）所示： （2-ssKsW) 1()(17）2.5 电流环、速度环的设计2.5.1 转速调节器、电流调节器在双闭环直流调速系统中的作用1转速调节器的作用1）转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速 n 可以很

32、快的跟随给定电压的变化而变化；稳态时可减小转速误差，如果采用 PI 调节器，则可实现nU无静差；2）对负载变化起抗扰作用；3）其输出限幅值决定电动机允许的最大电流；2电流调节器的作用：为内环的调节器，在转速外环的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压变化；iU3对电网电压的波动可以起及时抗扰的作用：在转速动态过程当中，一定要保证获得电动机允许的最大电流，并加快动态过程，当电动机发生过载甚至发生堵转时，限制电枢电流的最大值，这样做起快速的自动保护作用。当故障消失的时候，系统可以立即自动恢复正常。这样对系统的可靠运行来说是十分重要的。2.5.2 调节器的具体设计双闭环直流调速系统的整流装置

33、采用三相桥式全控整流电路数据如下：晶闸管装置放大系数：s30K 电枢回路总电阻：0.18R 时间常数：电磁时间常数，；机电时间常数，i0.012sT m0.12sT 调节器输入电阻：020kR 设计指标：静态指标：无静差；动态指标：电流超调量，；转速超调量，i%5%n%15%计算反馈关键参数： imn120.026V/A1.5 305UI电气工程课程设计（报告）14nmn150.015V/ r/min1000Un1电流环的设计1）确定时间常数整流装置滞后时间常数：s0.0017sT 电流滤波时间常数：oi0.002sT 电流环小时间常数之和：isoi0.0037sTTT2）选择电流调节器结构根

34、据设计要求，可按典型型设计电流调节器。电流环控制对象是双惯性型的，所以把电流调节器设计成 PI 型的。检查对电源电压的抗扰性能：ii0.012s3.24100.0037sTT3）选择电流调节器的参数ACR 超前时间常数：ii0.012sT电流环开环时间增益：1ii0.50.5135.10.0037KsTsACR 的比例系数：iiis135.1 0.012 0.180.3730 0.026RKKK4）校验近似条件电流环截止频率：1cii135.1Ks晶闸管装置传递函数近似条件：cis13T现为：，满足近似条件；s11196.1135.133 0.0017Ts忽略反电动势对电流环影响的条件：cim

35、i13T T现为：，满足近似条件；1cimi113379.060.12 0.0012sT T 小时间常数近似处理条件：cisoi113TT现为：，满足近似条件。1cisoi1111161.69330.0017 0.0025sTT电气工程课程设计（报告）15电流环可以达到的动态指标为：，也满足设计要求。%4.3%5%2速度环的设计1）确定时间常数电流环等效时间常数： iI122 0.00370.0074sTK转速滤波时间常数：on0.014sT转速环小时间常数近似处理：。nion20.00740.0140.0214sTTT2）选择转速调节器结构按跟随和抗扰性能都好的原则，在负载扰动点之后有了一个

36、积分环节，为了实现转速无静差，须在扰动作用点以前设置一个积分环节，因此需要型系统，转速调节器须含有积分环节，所以按典型型系统选用设计 PI 调节器。3）选择调节器的参数 nn5 0.02140.107shT 转速开环增益：2N2222n15 1262.0322 50.0214hKsh TASR 的比例系数：emnn16 0.026 0.2 0.126.4822 5 0.015 0.18 0.0214hC TKh RT 4）近似校验转速截止频率为：11NcnNn1262.03 0.10728.03KKss电流环传递函数简化条件：，满足条件；1cni1154.0555 0.0037sT转速环小时间

37、常数近似处理条件：，满足要求；11cnion111132.753232 0.0037 0.014ssT T5）检验转速超调量当时，不能满足要求；5h n37.6%按 ASR 退饱和的情况计算超调量：，满足设计要求。maxb%81.2%CCdne305 0.18274.5 / min0.2I RnrC3 双闭环直流调速系统仿真电气工程课程设计（报告）163.1 软件仿真以控制系统的传递函数为基础，使用 MATLAB 的 Simulink 工具箱，从元件库中选取所需的元件，连接好原理图，加上激励源，如图 5 所示：电气工程课程设计（报告）17图 5 双闭环调速系统的仿真图3.2 仿真结果转速、电流

38、仿真波形如图 6、图 7 所示：电气工程课程设计（报告）18图 6 转速、电流仿真波形图 7 用 plot(tout , yout)输出的转速、电流波形通过仿真可知：启动时，先让转速外环饱和，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，并迅速达到给定值；当稳态运行时，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。电气工程课程设计（报告）194 结论本课程设计就双闭环不可逆直流调速系统进行原理图设计，使用 MATLAB软件进行了仿真，验证了设计的合理性和可行性。具体内容包括：1设计了双闭环不可逆直流系统的模型，包括速度环和电流环的设计；2根据设计任务指标计算了各部分系统参数，ASR、ACR（速度、电流调节器）为满足系统的动态、静态指标在结构上的选取，及参数的计算；3利用 MATLAB 软件进行了仿真，仿真结果表明：转速和电流满足设计所需的静、动态性能指标，满足设计要求；通过这次设计，我基本掌握了直流双闭环调