运动控制期中作业

1、word文案大全转速、电流双闭环直流调速系统设计电气与控制工程学院自动化0903韩倩0906050302转速、电流双闭环直流调速系统设计设计的背景与原理对于经常正、反转运行的调速系统，如龙门刨床、可逆轧钢机等，缩短起、制动过程的时间是提高生产率的重要因素。为此，在起动或制动过渡过程中，希望始终保持电流电磁转矩为允许的最大值，使调速系统以最大的加减速度运行。当到达稳态转速时，最好使电流立即降下来，使电磁转矩和负载转矩相平衡，从而迅速转入稳态运行。实际上，由于主电路电感的作用，电流不可能突变，为了实现在允许条件下的最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程。按照反应控制规律，采用某个物

2、理量的负反应就可以保持该量根本不变，那么采用电流负反应应该能够得到近似的恒流过程。问题是，应该在起动过程中只有电流负反应，在达到稳态转速后又只希望只有转速负反应，不能再让电流负反应发挥作用。此时，只用一个调节器显然是不够的，应该采用转速和电流两个调节器。为了是两种负反应分别作用，可以在系统中设置两个调节器，分别引入转速负反应和电流负反应以调节转速和电流，二者之间实行嵌套或审级连接，如图3-27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；转速环在外面称作外环。这就形成了转速、电流反应控制直流调速系统简称双闭环

3、系统。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PI调节器。转速电流双闭环系统调速系统原理图5行一话姓反试系跋0一出潇辰冠希效图3-28双闭邦宜流谑速系统的.稳态给枕框图（共配式饱利）设计要求1 .采用品闸管三相桥式全控整流电路供电2 .根本数据：=,允许过载倍数入=1.5;品闸管装置：放大系数Ks=40;Q;电枢回路总电感：L=15mH;电动机轴上的总飞轮力矩：GD22;电流反应系数：B=0.05V/A;转速反应系数：=0.007V*min/r;滤波时间常数：电流反应滤波时间常数为Toi=0.002s,转速反应滤波时间常数Ton=0.01s;3 .设计指标：电流超调量（Ti&

4、lt;5%,转速无静差，空载起动到额定转速时的转速超调量（Tn&10%4 .电流环设计为典1系统，转速环设计为典2系统三.相关局部计算与设计1确定时间常数整流装置滞后时间TSo按表3-1,三相桥式电路的平均失控时间Ts=0.0017so表3-1晶闸管整流器的失控时间f=50Hz整流电路形式最大失控时间Tsmax/ms平均失控时间Ts/ms单相半波2010单相桥式全波105三相半波三相桥式电流滤波时间常数Toi。由上述给出参数知Toi=0.002s.电流环小时间常数之和T!2i。按小时间常数近似处理，取(2)选择电流调节器结构根据设计要求i05%并保证稳态电流无差，可按典1系统设计电流调

5、节器。电流环控制对象是双惯性型的，因此可用PI型电流调节器，其传递函数为K|(TiS+1)Wacr(s)-II5检查对电源电压的抗抗性能：,£8.11,参看表3-2的典型1系统动态抗扰性能，各项指标都合理。表3-2典型1型系统动态抗扰性能指标与参数的关系11TM司玉1g1iq120130ChwKFc>(100%27.8%16.6%9.3%6.5%tm/3计算电流调节器参数电流调节器超前时间常数：尸Ti=0.03s.电流环开环增益：要求6i05%寸，按表3-3,应取用丁a=0.5,因此0.5=0. 0037s-1于是，ACR勺比例系数为Ki=K|t#135.1X0.03X0.54

6、0X0.05表3-3典型1型系统动态跟随性能指标和频域指标与参数的关系参数关系KT阻尼比士超调里（T0%1.5%4.3%9.5%16.3%上升时间匕峰值时间卜相角稳定裕度Y76.369.965.5059,2截止频率明G4校正近似条件电流环截止频率：wci=Kis二校验晶闸管整流装置传递函数的近似条件11二二7七196.1s1>3ci满足近似条件JI£w>K*U»UU1/校验忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件校验电流环小时间常数近似处理条件(5)计算调节器电阻和电容电流调节器原理图如图6所示，按所用运算放大器取Ro=40C,各电阻和电容值计算如下：Ri=K同X

7、40KQ=40.52KG取40KQT iCi=ftT 二0, 03X10-&4Toi4X0.002Coi=©二403nLxio-按照上述参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标为口i=4.3%<5%见表3-3)满足设计要求1确定时间常数电流环等效时间常数"在上面已取K|Tl=0.5,如此J=2Tii=2X'I转速环小时间常数T/.按小时间常数近似处理，取.=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urKh(TnS+1JWA5R(G=k(3)计算转速调节器参数按跟随和抗扰性能都较好的原如此，取h=5,如此ASR的超前时间常数为1=hl=5

8、"可求得转速环开环增益陶=楙工d=2X5*X00174于是，ASR勺比例系数为(h + 1)际 NhdRhn6X0.05X0,132X0,192X5X0,007X0,5X0.0174(4)检验近似条件转速换截止频率为电流环传递函数简化条件1 1rRT 1 '135.1T /-=T f 3/ Ty i 3 0.0037满足简化条件转速环小时间常数近似处理条件二£=；'篝一,满足近似条件5计算调节器电阻和电容转速调节器原理图如图7所示，取Ro=40。，如此Rn二KnRo=11.7X4OK0=468KQ取4700Tj0-_Z-3=&=4论X1OF二X10.

9、爪kX0.01一£一C即=然=的乂0尸忆1X10T=1uF取1uF(6)校核转速超调量当h=5时，由表3-4查得，n=37.6%,不能满足设计要求。实际上，由于表3-4是按线性系统计算的，而突加阶跃给定时，ASR饱和，不符合线性系统的前提，应该按ASR!保和的情况重新计算超调量。退保和超调量计算ACffixlAnfaACrnax-zjJ二2(ICb，n*Cb-i2xJ.5如此。2X81.2%X1,5X-X喘?七8,31%<10席故能满足设计要求表3-4典型二型系统阶跃输入跟随性能指标h345678910(T52.6%43.6%37.6%33.2%29.8%27.2%25.0%2

10、3.3%tr/Tk32211111四.单元模块设计根据设计要求，本文所设计的双闭环直流品闸管调速系统主要包含转速给定电路、转速检测电路、电流检测电路、控制电路、触发脉冲输出电路、整流与品闸管保护电路、电源等几个局部。1 .转速给定电路设计转速给定电路主要由滑动变阻器构成，调节滑动变阻器即可获得相应大小的给定信号。转速给定电路可以产生幅值可调和极性可变的阶跃给定电压或可平滑调节的给定电压。其电路原理图如下列图。+15VIRIRIO工，（转速给定电路）扁1转速给定电路原理图2 .转速检测电路设计转速检测电路的主要作用是将转速信号变换为与转速称正比的电压信号，滤除交流分量，为系统提供满足要求的转速反

11、应信号。转速检测电路主要由测速发电机组成，将测速发电机与直流电动机同轴连接，测速发电机输出端即可获得与转速成正比的电压信号，经过滤波整流之后即可作为转速反应信号反应回系统。其原理图如下列图。转速检测电路原理图3 .电流检测电路设计电流检测电路的主要作用是获得与主电路电流成正比的电流信号，经过滤波整流后，用于控制系统中。该电路主要由电流互感器构成，将电流互感器接于主电路中，在输出端即可获得与主电路电流成正比的电流信号，起到电气隔离的作用。其电路原理图如下列图。（瓦感器电流检测电路）电流检测电路原理图4 .整流与晶闸管保护电路设计整流电路如下列图，在整流电路中主要是品闸管的保护问题。品闸管具有许多

12、优点，但它属于半导体器件，因此具有半导体器件共有的弱点，承受过电压和过电流的能力差，很短时间的过电压和过电流就会造成元件的损坏。为了使晶闸管装置能长期可靠运行，除了合理选择元件外，还须针对元件工作的条件设置恰当的保护措施。品闸管主要需要四种保护：过电压保护和du/dt限制，过电流保护和di/dt限制。（整流及晶同管保护电路）整流电路与晶闸管保护电路该模块的主要功能是为转速给定电路提供电源，众所周知，电源是一切电路的心脏，其性能在很大程度上影响着整个电路的性能。为使系统很好的工作，本文特设计一款±15V的直流稳压电源供电，其电路图如下列图。直流稳压电源主要由两局部组成：整流电路和滤波电路。整流电路的任务是将交流电变换成直流电。完成这一任务主要是靠二极管的单向导通作用，因此二极管是组成整流电路的关键元件。在小功率1KW整流电路中，常见的几种整流电路有单相半波、全波、桥式和倍压整流电路。本设计采用桥式整流电路，其主要特点如下：输出电压高，纹波电压小，管子所承受的最大反向电压