直流电机调速PI参数设计

1、直流电机调速直流电机调速PIPI参数设计参数设计班级：班级：140303140303姓名：易姓名：易 蒙蒙一、设计要求一、设计要求某晶闸管供电的双闭环直流电机调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据如下：直流电动机：220V，136A，1460r/min，Ce=0.132Vmin/r,允许过载倍数=1.5；晶闸管装置放大系数：Ks=40；电枢回路总电阻：R=0.5；时间常数： ，电流反馈系数：=0.05V/A设计要求：设计电流调节器要求无超调，设计转速调节器要求转速超调量 。 sTl03. 0sTm18. 015%i二、确定双闭环调速系统的动态结构图二、确定双闭环调速系统的动态结构图图一三

2、、电流调节器的设计三、电流调节器的设计图二四、电流调节器参数确定四、电流调节器参数确定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查表得Ts=0.0017s。2）电流滤波时间常数Toi。三相桥式电路每个波头的时间是3.3ms，为了基本滤平波头，应有（1-2）Toi=3.33ms，因此取Toi=2ms=0.002s。3）电流环小时间常数4）检查电流调节器的抗扰性能Ti/Tl=0.123，查下表知典型1型系统动态抗扰性能，各项指标都能接受。表1 典型型系统动态抗扰新能指标与参数的关系0.0037sTToisiT1/51/51/101/101/201/201/301/3027.8%16.

3、6%9.3%6.5%2.83.43.84.014.721.728.730.4bCCmaxliTTmTtm/Ttv/采用PI型的电流调节器，其传递函数可以写成： （1） 式中 电流调节器的比例系数； 电流调节器的超前时间常数。电流开环传递函数为 （2） 因为Tl ，所以选择 =Tl，用调节器零点消去控制对象中大的时间常数极点，以便校正成典型型系统，因此 （3）式中， （4）ii)(1)(isACRKWiiK1)s1)(Ts(T/RKs) 1 ()(ilsisKsWiiopiiTi1)ss(TK1)ss(T/RKK)(iIiisisWopiRTKKRKKKlsiisiI电流调节器 ， 电流开环增益

4、要求无超调：查表因取 ，因此： 于是，ACR的比例系数为（5）检验近似条件电流环截止频率：1）校验晶闸管整流装置传递函数的近似条件0.03sTli0.25iTKI11i57.670037. 00.250.25ssTKI507. 005. 0*400.5*0.03*67.57KsRKKiIi157.67sKIcicisssT111 .1960017. 0*31312）校验忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件3）校验电流环小时间常数近似处理条件以上条件均满足电流调节器参数如图所示：cilmssTT1183.4003.0*18.01313cissTsToi118 .180002.0*0017.01

5、31131图三五、转速调节器的设计五、转速调节器的设计按典型型系统设计的电流环的闭环传递函数为采用高阶系统的降解阶近似处理方法，忽略高次项， 可降阶近似为得到降阶近似条件为11K11)s(11)s(/2Iiii)()()(*sKsTTsKTsKUIWIIIsisdscli)(scliW111)(sKWIscliiIcnTK31（1）确定时间常数1）电流环等效时间常数 。 ，则2）转速滤波时间常数 。取3）转速环小时间常数 。按小时间常数近似处理，取由于扰动点后有个积分环节，故将转速调节器设计为典型型。（2）计算转速调节器参数表2 典型型系统阶跃输入跟随性能指标IK125.0 iITKsTKiI

6、0148.00037.0*441TonsTon01.0nTsssTKTonIn0248.001.00148.01h34567891052.6%43.6%37.6%33.2%29.8%27.2%25.0%23.3%2.402.652.853.03.13.23.33.3512.1511.659.5510.4511.3012.2513.2514.20Ttr/Tts/由于对转速无特殊要求选h=8，则ASR的超前时间常数为由于ASR采用PI调节器，其传递函数为 （5） 式中 电流调节器的比例系数； 电流调节器的超前时间常数。 （6）令 （7）12ThshTn198.00248.0*8nnn)(1) (n

7、sASRKWnKn) 1() 1() 1() 1(2)(sTsTCsRKsTTCRssKWnmennnnmennnsnmennNTCRKK则 （8）再由 （9）得 （10） （11）由式（10）可求得转速环开环增益) 1() 1(2)(sTssKWnnNsn2221nNThhK22121ThhKcnmenRThTChK2)1(122223 .1140248.0*8*2921sThhKnN由式（11）可求得ASR的比例系数为（3）检验近似条件由式（9），转速环截止频率为：电流环传递函数简化条件转速环小时间常数近似处理条件 87.70248.0*5 .0*00685.0*8*218.0*132.0

8、*05.0*92)1(nmenRThTChK116 .22198. 0*3 .114sKKNNNcnniIsTK0 .450037.057.6731311nonIsTK4 .2701.057.6731311（4）校核转速超调量 当h=5时，查表2得，n=37.6%，不能满足设计要求。实际上，由于表2是按线性计算的，而突加阶跃给定时，ASR饱和，不符合线性系统前提，应该按ASR退饱和重新计算。 退饱和超调量的计算比较麻烦，如果把退保和后的过程与同一系统在负载扰动下的过渡过程对比一下，不能发现二者的相似之处，于是就可以找到一条计算退饱和超调量的捷径。也就是嘉定调速系统原来是在Idm的条件下运行于转

9、速n*，然后突然将负载降到IdL，转速会在突减负载的情况下，产生一个速升与恢复的过程，由于过程的数学模型与初始条件都一样，这是突减负载的升速过程与退饱和超调是完全相同的。图四在典型型系统的抗扰性能指标中，C的基准值是其中所以n的基准值应该是作为超调量 ，其基准值是n*=1460，查下表知h=8时， =88.1%。 表3 典型型系统动态抗扰新能指标与参数的关系TFKCb22meTCRK2nTTdLdmIIF8 .20818. 0*132. 0)0200(*0248. 0*5 . 0*2)(2medLdmnbTCIIRTnbCCmaxnh3 34 45 56 67 78 89 9101072.2%77.5%81.2%84.0%86.3%88.1%89.6%90.8%2.452.702.853.003.153.253.303.4013.6010.458.8012.9516.8519.8022.8025.85bCCmaxTtm/Ttv/最后求得满足条件故最后求得：仿真结构图与参数如下%15%6 .1214608 .208*%1 .88*)(maxnnCCbbn507.0iK03.0i198.0i87.7nK图五六、仿真结果六、仿真结果 图六七、电力电子模块仿真七、电力电子模块仿真图七八、电机参数设