转速、电流反馈控制的直流调速系统设计

1、?转速、电流反应限制的直流调速系统设计?论文院系自动化学院专业班级姓名学号指导教师摘要：针对直流调速系统理论设计与实际要求相差较大的现象,利用matlab/simulink仿真平台对直流调速系统的理论设计结果进行仿真；通过系统仿真以灵活调节各项参数,从而获得理想的设计结果；实践说明,利用仿真技术可以大大地减少直流双闭环调速系统的设计和调试强度.关键词：直流调速理论设计系统仿真一、直流调速系统的理论设计1.1 系统组成及要求双闭环直流调速系统采用晶闸管三相桥式整流装置供电,根本参数如下：1、直流电动机：额定转速nN=1200r/min,额定电压UN=220V,额定电流IN=180A,电动势系数C

2、e=0.196V-min/r,电流允许过载倍数入=1.25;电动机电枢电阻Ra=0.2Q,回路总电感L=20mH;2、品闸管整流装置放大倍数：Ks=36;3、电枢回路总电阻：R=0.6Q;4、机电时间常数：Tm=0.22s设计要求：(1)稳态指标：无静差；(2)动态指标：电流超调量i5%,启动到额定转速时的转速超调量n10%;1.2 、电流调节器设计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Ts0.0017s；(2)电流滤波时间常数Toi三相桥式电路每个波头的时间是3.33ms,为了根本滤平波头,应该有(12小,3.33ms,因此取八0.002s;(3)电流环小

3、时间常数Ti按小时间常数近似处理,取TiTsToi0.0037so图1直流双闭环调速系统动态结构图转速和电愫双用环ft速系统原理图图2转速和电流双闭环直流调速系统原理图2、确定将电流环设计成何种典型系统根据设计要求：5%,而且T/Ti093/0.00378.111,因此设计成典型I型系统.3、电流调节器的结构选择电流调节器选用比例积分调节器(PI),其传递函数为WACR(S)Ki(iS1iSo4、选择电流调节器参数电流调节器超前时间常数：iTO.03S；电流开环增益：因要求i5%,故取后0.5,因此K10.5/Ti0.5/0.0037105.4s1,0=0.04V/A,于是电流调节器的比例系数

4、为Ki=UR=1.2Ks5、校验近似条件电流环截止频率ciKI105.4s1(1)校验晶闸管装置传递函数的近似条件是否满足：ci1/3Ts,由于11/3Ts196sci,所以满足近似条件.(2)校验忽略反电动势对电流环影响的近似条件是否满足：ci%1/TmT,由于3J=3X1-=36.92ci,满足近似条件.TmTi0.220.02(3)校验小时间常数近似处理是否满足条件：ci(1/3)J1/TsToi,由于(1/%FT侬瘀1满足近似条件.计算调节器的电容和电阻Ri=KiXR0=1.2X40=48KQ取47KQiCi=Ri=0.44X10-6F=0.45uF取0.47uF4ToiCoi=R0=

5、0.2X10-6F=0.2uF取0.2uFCi0.2uF含给定滤波和反应滤波的PI型电流调节器原理图6%=4.3%cn转速环小时间函数近似处理条件：1K131T0n=34.22s-1wcn满足近似条件(5)计算调节器电阻好电容取R0=40KQRn=KnR0=11.7340=469.2KQ取470KQKNhJ2318.8s22h2T2nKn=(h1)CeTm2hRTn=11.73含给定滤波和反应滤波的PI型转速调节器原理图(6)校核转速超调量当h=5时,经查表得,耳=37.6%,不能满足设计要求.实际上,由于表3-4是按照线性系统计算的,而突加阶跃给定时.ASR饱和,不符合线性系统的前提,应该根

6、据ASR!饱和的情况重新计算超调量.转速调节器退饱和时转速超调量的计算CmaxCb=81.2%,空载起动z=0,TEn=0.0195s,Tm=0.22,Ce=0.196CmaxnTnnN耳=2(Cb)(入z)nTm代入式子得；耳=8.22%r4r-3T*,-SlSZC&07w*lTr-hw-h：00523*11用方0031+10.040.05006电流环的仿真输出波形:LILI4 40 00 0直直线为转速曲线线为转速曲线虚线为电流曲线虚线为电流曲线- -J Jo o000 00 0A A0 0. .8 8o o. . .s sO O. .o oL LLILI2 2Io o转速环的仿真输出波形

7、从电流环的仿真输出波形图中可知:1、转速超调量电流环超调量i=(228.5-219.4)/219.4=4.2%5%,转速超调量符合要求,系统相对稳定性较强.2、整个起动过程只需0.06秒,系统的快速性较好.1.2 仿真调试分析通过以上仿真分析,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,由于在“典型系统的最正确设计法时,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、转速超调量和起动时间性能指标,找出最正确参数为：Ki1.2,i0.03;Kn11.73,n0.087.从转速环的仿真输出波形图中可知:1:转速环超调量为转速环超调量(1301.7-1200)/1200=8.5%10%,超调量符合要求.2:整个起动过程约为0.7秒,系统的快速性仍较好.3 结论以上分析说明,利用matlab仿真平台对直流调速系统理论设计与调试使得系统