双闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告

1、1、2、双闭环直流调速系统的设计与仿真实验目的1.熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本原理。2.掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。3.掌握调节器的工程设计及仿真方法。实验内容1.调节器的工程设计2.仿真模型建立3.系统仿真分析实验要求用电机参数建立相应仿真模型进行仿真双闭环直流调速系统组成及工作原理晶闸管直流调速系统由三相调压器，晶闸管整流调速装置，平波电抗器，电动机本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制回路可直接由给定电压改变Uct的大小即可改变控制角，从而获得可调的直流电压和转速，以满足实验要求。为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节

2、转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈，二者之间实行嵌套联接，如图4.1。把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流的输出去控制电力电子变换器UPE。在结构上，电流环作为内环，转速环作为外环，形成了转速、电流双闭环调速系统。为了获得良好的静、动态特性，转速和电流两个调节器采用PI调节器。3、4、压,发电机组等组成。Uct作为触发器的移相控制电电流双闭环调速系AV4.1转速、求N叩夬机IU*i X I+直流电动机ASR20V，6A，14為TUUPz图5、电机参数及设计要U*电机参数Ucvl? nUdr,心40Un电枢回路总电阻：R=0.5fl时间常数：鞋=0.00167s,几】=0.

3、075s电流反馈系数：转速反馈系数：5.2 设计要求要求电流超调量Id允许过载倍闸管装置放大系数:口=0.05V/A=0.007 V ? min/rS-5%，转速无静差，空载起动到额定转速时的转速超调量10%&调节器的工程设计6.1 电流调节器 ACR 勺设计(1)1)2)确定电流环时间常数T装置滞后时间常数J吐0.0017S；T电流滤波时间常数O】= =0.002S;电流环小时间常数之和r=F+ += =0.0037S;选择电流调节结构3)(2)根据设计要求巧-5%,并且保证稳态电流无差，电流环的控制对象是双惯性型的，且 卩|=0.03/0.0037=8.11 白40.82S凹口，所

4、以满足近似条件；，所以满足近似条3）校验小时间常数近似处理是否满足条件： 按照上述参数，电流环满足动态设计指标要求和近似条件。同理，当KT=0.25时，可得F 1=0.5067时=16.89;当KT=1.0时，可得1=2.027 M=67.5676.2 转速调节器 ASR 的设计确定转速环时间常数f-rrr Hi=0.0074s ；T T“根据所用测速发电机纹波情况，取制=0.01s；180.8日口，所以满足近似条件。(1)1)2)电流环等效时间常数为T T电流滤波时间常数T TI股丁IT T转速环小时间常数湖=Eq小勺；转速调节器的结构选择3）（2）由于设计要求转速无静差，转速调节器必须含有

5、积分环节；又根据动态设计要求，应按典型 转速环，转速调节器选用比例积分调节器（II型系统设计式中叫*电流调节器的比例系数；电流调节器的超前时间常数。（3）选择转速调节器参数按照跟随和抗扰性能都较好的原则取转速开环增益为所以转速调节器的比例系数为PI），其传递函数为r,s + 1h=5，则转速调节器的超前时间常数为件。（4）校验近似条件 转速环截止频率1)2)校验电流环传递函数简化条件是否满足：由于校验转速环小时间常数近似处理是否满足条件：由于- -1 163.7(1 K(I少|/师a- 38.7$0，所以满足简化条件；卩，所以满足近似条3)当核算转速超调量h=5时，皿口皿/5=81.2%，而山

6、IN=WG=515.2rpm，因此% =（叫爲印 X 2 -打（叫）/5 ?,）=8.31%10%能满足设计要求。7、仿真模型的建立利用MATLAB上的SIMULINK仿真平台,速环之后的双闭环控制系统的仿真模型。建立仿真模型。如图7.1为电流环的仿真模型，图7.2为加了转图7.1电流环的仿电流环阶跃响应快，超调量小。=0.5067间长。图8.1电流环 仿真结果图7.2转速环的仿真模型&仿真结果分析当取F1=1.013,T匸33.77时,图8.2无超调的仿真结果 当=2.027昭67.567时，电流环阶跃当=16.89时，电流环阶跃响应无超调，但上升时10，代表空载状态，此时系 统起动

7、速度快，退饱和超调 量较大。图8.4转速环空载高速起动波形图当#“=11.7,忙尸134.48时，图7.2中StepT中“ste p time”值为0,“final value”值为136，代表满载状 态，此时系统起动时间延长，退饱和超调量减小。图8.6转速环的抗扰波形图通过以上仿真分析，与理想的电动机起动特性相比，仿真的结果与理论设计具有差距。为什么会出现上述 情况，从理论的设计过程中不难看出，因为在“典型系统的最佳设计法”时，将一些非线性环节简化为线性环 节来处理，如滞后环节近似为一阶惯性，调节器的限幅输出特性近似为线性环节等。经过大量仿真调试，改变 电流和转速环调节器的参数，兼顾电流、转

8、速超调量和起动时间性能指标。响应超调大，但上升时间短。图8.3超调量较大的仿真结果当=11.7，T,T,T =134.48时，图JL_HlSr：Oi:-n nf f一= =- -啊= = =ZZIZZI- - - -R -P严一_i i. .J11111 1i-旺T T1 17.2中StepT中step time值为0，“final value”值71TOTO=134.48时，图图8.5转速环满载 高速起动波形图当忑=11.7，7.2中StepT中 “step time”值为1，“finalvalue”值为10，加入扰动 瞬间系统曲线有波动，但 迅速恢复稳定。9、心得体会利用MATLAB上的SIMULINK仿真平台对直流调速系统进行理论设计与调试，使