十机架连轧机分部传动直流调速系统程设计报告

1、.PAGE 8.北方工业大学课程设计报告姓 名 学 号 专 业 电气工程及其自动化 班 级 小组成员 课程名称 运动控制系统课程设计 设计题目 十机架连轧机分部传动直流调速系统 起止时间 成 绩 指导教师签名 目录 TOC h z t 题目1,1,题目2,2,题目3,3 HYPERLINK l _Toc335639631 图表目录 PAGEREF _Toc335639631 h 3HYPERLINK l _Toc335639656 运动控制系统课程设计任务书4HYPERLINK l _Toc335639632 前言7HYPERLINK l _Toc335639633 摘要8HYPERLINK

2、l _Toc335639634 1 系统方案选择和总体结构设计9HYPERLINK l _Toc335639635 1.1 系统方案的选择9HYPERLINK l _Toc335639637 1.1.1 系统控制对象的确定9HYPERLINK l _Toc335639639 1.1.2 电动机供电方案选择9HYPERLINK l _Toc335639638 1.2总体结构设计10HYPERLINK l _Toc335639639 1.2.1 系统结构选择10HYPERLINK l _Toc335639640 1.2.2 系统的工作原理10HYPERLINK l _Toc335639641 2

3、主电路设计12HYPERLINK l _Toc335639642 2.1 整流变压器的选择与计算12HYPERLINK l _Toc335639643 2.2 晶闸管元件的选择与计算13HYPERLINK l _Toc335639644 2.3 晶闸管保护环节的设计14HYPERLINK l _Toc335639645 2.3.1 过电压保护14HYPERLINK l _Toc335639646 2.3.2 过电流保护15HYPERLINK l _Toc335639647 2.4 平波电抗器的选择与计算15HYPERLINK l _Toc335639648 2.5 晶闸管的驱动电路触发电路的选

4、型17HYPERLINK l _Toc335639650 3 控制电路的设计17HYPERLINK l _Toc335639651 3.1 给定环节电路的设计17HYPERLINK l _Toc335639652 3.2 检测装置的设计18HYPERLINK l _Toc335639653 3.2.1 转速检测装置的设计18HYPERLINK l _Toc335639654 3.2.2 电流检测装置的设计19HYPERLINK l _Toc335639655 3.3 调速系统的静态参数计算19HYPERLINK l _Toc335639656 4 双闭环直流调速系统的调节器设计21 4.1HY

5、PERLINK l _Toc335639658 电流调节器的设计21 4.2HYPERLINK l _Toc335639659 转速调节器的设计24HYPERLINK l _Toc335639661 5 MATLAB仿真27HYPERLINK l _Toc335639662 5.1 SIMULINK模型的构建27HYPERLINK l _Toc335639663 5.2 SIMULINK模型的仿真调试与结果28HYPERLINK l _Toc335639664 5.3 SIMULINK模型仿真结果的分析31HYPERLINK l _Toc335639665 6 总结32HYPERLINK l

6、_Toc335639666 7 参考文献33 图表目录 TOC f F h z t figure c 图表 HYPERLINK l _Toc335385511 表1-1电动机供电方案的选择9HYPERLINK l _Toc335385512 图1-2双闭环直流调速系统总体结构图10图1-3双闭环直流调速系统电路原理图11图2-1变压器的相关参数13表2-2晶闸管的型号14表2-3压敏电阻型号参数15图2-4主电路接法16图3-1转速给定电路原理图 18图3-2转速检测电路原理图 18图3-3电流检测电路原理图 19图4-1电流环的动态结构图 21图4-2电流调节器 23图4-3电流环的频率特性

7、 23图4-4转速环的动态结构图 24图4-5转速调节器 26图4-6转速环的频率特性 26图5-1 SIMNLINK模型27图5-2 1.8s加入阶跃负载26图5-3空载加给定波形图 29图5-4突加负载（50%）波形图 29图5-5电网扰动（-10%）波形图30图5-6 负载加至50%和100%，n=1000r/min的静特性n=f()30图5-7 负载加至50%和100%，n=300r/min的静特性n=f()31运动控制系统课程设计任务书（一）设计题目及设计要求1.设计题目：十机架连轧机分部传动直流调速系统的设计在冶金行业中，轧制过程是金属压力加工的一个主要工艺过程，连轧是一种可以提高

8、劳动生产率和轧制质量的先进方法，连轧机则是冶金行业的大型设备。其主要特点是被轧金属同时处于若干机架之中，并沿同一方向进行轧制，最终形成一定的断面形状。每个机架的上下轧辊共用一台电机实行集中拖动，不同机架采用不同电机实行部分传动，各机架的轧辊之间的速度实现协调控制。2.基本数据： 本课题的十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由此形成10个部分，各部分电动机参数如下表：机架序号电机型号额定功率额定电压额定电流额定转速电枢电阻励磁电阻飞轮惯量极对数Pn(kW)Un(V)In(A)nn(r/min)Ra()Rf()GDa2(N.m2)P 1Z4-160-2118.544050.510000.8

9、261207.44812Z4-160-312244059.110000.6751208.62413Z4-180-21304407910000.41912016.8561 4Z4-180-31374409710000.33212018.81615Z4-200-114544011810000.256312036.06416Z4-200-315544014110000.175112047.0417Z4-225-1175440193100004-225-319044022710000.09312060.7619Z4-250-1111044028110000.091112086

10、.24110Z4-250-3113244033410000.0668120109.761（1）电枢回路等效电阻取R=2Ra；总飞轮力矩GD2=2.5 GDa2。（2）参阅教材中“双闭环调速系统调节器的工程设计举例”的数据，未知数据可由电机参数推导得出。 （3）励磁两端电压为220V，在恒定磁场励磁电感取0，空载试验时摩擦系数(Bm)设置为0。3.设计要求（1）调速系统性能指标：调速范围 =10，静差率5%；稳态指标：稳态无静差，电流脉动系数10%动态指标：电流超调量5%；启动到额定转速时的转速退饱和超调量10%。抗扰性能：在负载波动70%时，15% ，恢复时间400ms。（2）要求系统具有过流

11、和过压保护。（3）要求对拖动系统设置给定积分器。（二）设计的内容调速方案的选择（1）直流电动机的选择（根据上表按小组顺序选择电动机型号）。（2）电动机供电方案的选择（要求通过方案比较后，采用晶闸管三相全控桥整流器供电方案）。（3）系统的结构选择（要求通过方案比较后，采用转速电流双闭环系统结构）。（4）确定直流调速系统的总体结构框图。2. 主电路的计算（可参考“电力电子技术”中有关主电路计算的章节）（1）整流变压器计算。二次侧电压计算；一、二次侧电流的计算；容量的计算。（2）晶闸管元件的选择。晶闸管的额定电压、电流计算。 （3）晶闸管保护环节的计算。过电压保护；过电流保护；（4）平波电抗器计算。

12、 3. 触发电路的选择与校验（可参考“电力电子技术”中有关触发电路的章节）选用集成触发芯片，要求产生双窄脉冲，并画出触发电路连接图。 4控制电路设计计算主要包括：给定环节电路的设计计算、转速检测环节和电流检测环节电路的设计计算、调速系统的静态参数计算（可参考教材有关内容）等。 5双闭环直流调速系统的调节器设计 主要设计转速调节器和电流调节器，包括电路设计及参数计算，可参阅教材中“双闭环调速系统调节器的工程设计举例”的有关内容。 （三）系统的计算机仿真1. 仿真方式要求：对所设计的系统进行计算机仿真实验，用Power Systerm模块的调速系统的仿真方法(必做)，也可用调速系统动态结构框图的仿

13、真方法（选做）。2. 仿真及其测试要求：（1）MATLAB仿真搭建：主电路用晶闸管单元搭建，触发器可用自己设计或用原有模块；电机模型可用simulink提供的模型；搭建系统尽可能接近真实。（2）根据所设计的调节器参数，对以下各项内容进行仿真及实验测试：突加给定使= 500 r/min；突加负载（50%）；电网扰动（-10%）；分别观察记录以上几种情况下转速、电枢电流、转速调节器输出、电流调节器输出等的波形，并记录各个量稳定运行时的数值；静特性测试，负载加至50%和100%，分别测试=1000 r/min.和=300 r/min 的静特性.。（3）调整转速调节器和电流调节器的PI参数，观察不同的

14、PI参数对系统性能的影响。（4）分析转速调节器输出限幅在系统启动过程中所起的作用，如取不同的限幅值会对系统性能产生什么影响？（四）设计提交的成果材料(1) 设计说明书一份，与任务书一并装订成册，包括：前言；目录；调速的方案选择；主电路的计算；触发电路的选择与校验；控制电路设计计算；双闭环直流调速系统的动态设计；系统的计算机仿真；附录参考文献；（格式参考范例）(2) 直流调速系统电气原理总图一份（用A3图纸手工绘制）；(3) 仿真模型和仿真结果清单；(4) 要求：在说明书中所论述的测试方法正确，仿真数据准确，计算步骤清晰，记录仿真实验波形完整并分析说明，同时书写工整，绘图整洁。（五）参考书： 交

15、直流调速系统系统电力拖动自动控制系统-运动控制系统电力电子技术 电力电子设备设计和应用手册 电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真（六）设计时间 2013 年 9 月 18 日至 2013 年 10 月 12日（ 2 周） 指导教师 ： 学生：（签字） 2013年9月 18 日前言在现代化工业中，为了满足各种生产工艺过程的要求，需要采用各种各样的生产机械，这些生产机械大多依赖于电动机的拖动。随着工艺技术的不断发展，各种生产机械根据其工艺特点，对生产机械和拖动的电动机也不断提出各种各样的要求。这些不同的工艺要求，都是依靠电动机及其控制系统和机械传动装置来实现的，并且每种拖动系统都是与控制转

16、速密不可分的；因此调速控制技术将成为最基本的电力拖动控制技术。从根本上说，由于直流电动机的电枢电流和磁场能够独立进行控制，并且具有良好的启制动、正反转及调速等性能；因此，容易实现各种性能较高的直流电动机控制系统，也容易实现最佳化。这就是直流电动机在调速领域中仍占领主要地位的原因。负反馈和PI调节器组成的的单闭环的调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。但如果对系统的动态性能要求较高，例如要求起制动、突加负载动态速降小等相关性能，单闭环系统就难以满足要求。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需求来控制动态过程的电流或转矩。在单闭环系统中，只有电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，但

17、它只是在超过临界电流值以后，依靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。在实际工作中，我们希望在电机最大电流限制的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过度过程中始终保持电流（转矩）为允许最大值，使电力拖动系统尽可能产生最大的启动加速度；到达稳定转速后，又让电流立即降下来使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。这是在最大电流转矩的条件下调速系统所能得到的最快的启动过程；因此我们采用了转速电流双闭环直流调速系统，能够解决上述的各种问题。摘要本次课程设计的主要内容为机架连轧机的双闭环直流调速系统的设计，设计的内容分别为调速方案的选择、主电路的计算、触发电路的选择与

18、校验、控制电路的设计计算、双闭环直流调速系统的调节器设计。并且将设计的内容进行MATLAB仿真，分别在突加给定、突加负载、突加扰动条件下测试其生成的转速、电流波形，分析其动态特性与静态特性。关键词：双闭环、直流调速系统、MATLAB仿真。1 系统方案选择和总体结构设计1 . 1 系统方案的选择1 . 1 . 1 系统控制对象的确定1.技术数据：本次课程设计采用Z4-180-31型直流电动机。设计选用的直流电动机的额定参数为额定功率37kW、额定电压440V、额定电流97A、额定转速1000r/ min,电枢电阻Ra=0.332。2.电枢回路总电阻可取为R=Ra=0.664，系统总飞轮矩GD2=

19、47.4Nm。3.设计要求：设计的直流闭环调速系统,在稳态时达到无静差，动态性能指标为电流超调量 转速超调量。 1 . 1 . 2 电动机供电方案的选择变压器调速是直流调速系统所采用的主要方法之一，调节电枢供电电压所需的可控制电源通常有3种：旋转变流机组，静止可控整流器，直流斩波器和脉宽调制变换器。（下表列举了三种方案的优缺点） 表1-1 电动机供电方案的选择 旋转变流机组静止可控整流器（V-M）直流斩波器和脉宽调制变换器优点适用于调速要求不高，要求可逆运行的系统可实现平滑调速，快速性能好，提高系统动态性能适用于中、小功率的的系统缺点设备多、体积大、费用高、效率低、维护不便带有机械换向装置，运

20、行时易产生火花受器件各量的限制 因此，根据本系统的设计要求与结构特点应采用静止可控整流器的电动机供电方式。在V-M系统中，调节器给定电压，即可移动触发装置GT输出脉冲的相位，从而有效的改变整流器的输出电压的值。由于要求直流电压脉动较小，故采用三相整流电路；考虑到应使电路结构简单、性价比高且需满足性能指标要求，则选择晶闸管三相全控桥整流电路用来供电；这是因为晶闸管可控整流装置无噪声、无磨损、响应快、体积小、重量轻、投资省；而且工作可靠，能耗小，效率高。同时，由于电机的容量较大，又要求电流的脉动小。所以综上所述应选则晶闸管三相全控桥整流电路的供电方案。1 . 2 总体结构设计1 . 2 . 1 系

21、统结构选择虽然采用PI调节器的单个转速直流调速系统（单闭环系统）可以保证在系统稳定的前提下实现转速无静差。但是，如果对系统的动态性能要求较高，例如要求快速起制动，突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足要求。因此本次课程设计的系统结构将被设定为转速电流双闭环直流调速系统。从而实现系统的最优起制动。其系统总体结构图如图1-2所示。 图1-2 双闭环直流调速系统总体结构图1 . 2 . 2 系统的工作原理顾名思义“双闭环直流调速系统”是为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用。所以，可在系统中设置两个调节器，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。二者之间实行串级联接，把转速调节器

22、的输出当做电流调节器的输入，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。为了获得良好的动静态性能，转速和电流两个调节器一般都采用PI调节器，这样构成的双闭环直流调速系统的电路原理图如图1-3所示。 图1-3 双闭环直流调速系统电路原理图 2 主电路设计在电器设备或电力系统中，主电路是直接承担电能的交换或控制任务的电路。所以我认为在设计的最开始应先设计整个系统中最为重要也是最为基础的主电路，而主电路中又包含整流变压器的选择设计、晶闸管参数的选择以及平波电抗器的设计。所以，我在第二个设计环节中将以

23、主电路的参数设计作为主要内容。2.1 整流变压器的选择与计算 在变压器连接组别的选择中，我们通过Dy11与Yy11的比较后，最终选取了Dy11型别的变压器。其原因如下：D联结对抑制高次谐波的恶劣影响有很大作用，并且高压相绕组的三次谐波电动势在D联结回路中环流，三次谐波电流可在D联结的一次绕组内形成环流，使之不致注入公共的高压电网中去。所以，我组采用了Dy11型别的变压器。（注：本报告所涉及的公式均摘自于电力电子设备设计及应用手册工具书中）1. 确定一次相电压和二次相电压参数：变压器一次侧电压，联结，。 变压器二次侧电压按下式计算（对于Y型联接）： = 225.64282.05 （2-1） (2

24、-1)式中：整流变压器Y联接式的相电压有效值（取254V） 电动机电枢额定电压（440V）整流电路系数，三相全控桥安全系数 2. 确定一次相电流和二次相电流参数：二次相电流：=79.152A （2-2） (2-2)式中：二次相电流有效值A； 直流电动机的长时最大负载电流（97A）； 二次电流波形系数，三相桥为。 一次相电流： =254/380*79.152=52A （2-3） (2-3)式中：一次相电流有效值(52A）； 一、二次相电压有效值（380V,254V）。 3. 确定一次视在功率、二次视在功率的参数： （2-4） 表2-1 变压器的相关参数 变压器数值变压器参数数值一二次侧相电压（V

25、）380254一二次侧相电流(A)5279一二次侧视在功率(KVA)59.260.1型别Dy11 2.2 晶闸管元件的选择与计算 1.额定电压选择 （2-5） (2-5)式中：晶闸管的标称电压；晶闸管在工作中承受的最大峰值电压对于三相全控桥来说 取1500V2.额定通态平均电流 （2-6） （2-6）式中：通态平均电流的计算系数，对于三相桥, 大负载电流 取100A3.查下表2-2：选取KP100晶闸管。 表2-2 晶闸管的型号参数/类型同态正向平均电流It（av）短态、正反向重复峰值电压Udrn，Urrrm/V门极触发电压Vgt/V门极触发电流Igt/mAKP115016002.520KP5

26、510020003.060KP101010020003.0100KP202010020003.0100KP505010024003.0200KP100（）10010030003.5250KP20020010030003.5250KP50050010030004.0350KP80080010030004.0450KP1000100010030004.0450 2.3 晶闸管保护环节的设计晶闸管有诸多优点如换相方便，无噪音等。设计晶闸管电路除了正确的选择晶闸管的额定电压、额定电流等参数外，还必须采取必要的过电压、过电流保护措施，这样可以有效避免电路故障。所以正确的保护环节是晶闸管装置能否可靠运行的

27、关键。2.3.1 过电压保护凡是超过晶闸管在正常工作时所承受的最大峰值电压，都算过电压。操作过电压：由晶闸管装置的拉闸、合闸与器件关断等电磁过程所引起的过电压。浪涌电压：由于雷击等原因从电网浸入的偶然性的浪涌电压。过压保护的任务：使经常发生的操作过电压限制在额定电压以下；使偶然性的浪涌电压限制在器件的断态和反向不重复峰值电压和以下下表为常用的压敏电阻型号及其参数。 表2-3 压敏电阻型号参数 型号最大工作连续电压压敏电压最大限制电压通流容量（820us）最大能量（J）电容量AC(V)DC(V)V0.1mAVP(V）Ip(A)1次（A）2次（A）10/1000us1KH Z（pF）MYG-32D

28、391K250320390（351429）65020025000200003303200MYG-32D431K275350430（387473）71020025000200003603100MYG-32D471K300385470（432517）77520025000200003802800MYG-32D511K320415510（459561）84520025000200004302700MYG-32D621K385505620（558682）102520025000200004702400MYG-32D681K420560680（612748）11202002500020000495220

29、0MYG-32D751K460615750（657825）124020025000200005202000MYG-32D781K485640780（702858）129020025000200005501900MYG-32D821K510670820（738902）135520025000200005801800MYG-32D911K550745910（8191001）150020025000200006201300MYG-32D951K575765950（8551045）157020025000200006501200MYG-32D102K6258251000（9001100）1650200

30、25000200006851100MYG-32D112K6808951100（9901210）181520025000200007501000 将压敏电阻采用星型的联接方式，能够有效地对电路进行过压保护。2.3.2 过电流保护电力电子电路运行不正常或者发生故障时，可能会发生过电流。采用快速熔断器是电力电子装置中最有效、应用最广的一种过电流保护措施。快速熔断器的灵敏度比较高，是最简单有效的过电流保护器件，与普通熔断器相比，具有快速熔断的特性，在发生短路后，熔断时间很短，能保证在晶闸管损坏之前自身熔断，避免过电流损坏晶闸管。快速熔断器可以安装在直流侧、交流侧和直接与晶闸管串联。 2.4 平波电抗器

31、参数计算按轻载时的电流连续或有较好的电流波形选电抗器的电感量；按最大负载时的电流来确定电抗器的导线的载流量；在计算电感量时我参考了电力电子设备设计和应用手册这本教材，并选取了相关的计算公式与参数。2.4.1使电流连续的电感量（） 对于三相全控桥 （2-7） （2-7）式中：整流变压器二次绕组Y连接时的相电压（V） 直流电动机的最小负载电流（A），按5%额定电流计算。 。2.4.2电动机电枢电感量 () （2-8） (2-8)式中：电动机额定电压（V）； 电动机额定电流（A）；电动机额定转速（rpm）；p 极对数； 系数，一般无补偿电动机取812；快速无补偿电动机取68； 有补偿电动机取56。

32、0.022H2.4.3整流变压器每相绕组的漏电感 () （2-9） (2-9)式中：变压器的短路比，1010000KVA的变压器，对应的 %=510;与整流电路有关的系数，查表，对于三相全控桥=3.9;负载电流, Id=0.75Inom；2.4.4平波电抗器的电感量 () （2-10）. 图2-4 主电路接线图2.5 晶闸管的驱动电路触发电路的选型为保证相控电路的正常工作，很重要的一点时应保证按触发角的大小在正确的时刻相电路中的晶闸管施加有效地触发脉冲，因此，习惯上也将实现对相控电路相位控制的电路总称为触发电路。晶闸管的触发电路应满足下列要求：触发电路的宽度应保证晶闸管可靠导通；触发脉冲应有足

33、够大的幅度；所提供的触发脉冲不用超过晶闸管们记得电压、电流和额定功率；现阶段国内常用KJ系列集成触发芯片，使用三个KJ004集成块和一个KJ041集成块就可形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大可构成完整的三相全控桥整流电路的集成触发电路。KJ004内部结构与分立元件的锯齿波移相触发电路相似。可分为同步，锯齿波形成，移相，脉冲形成，脉冲分拣及脉冲放大几个环节。 3 控制电路的设计除去主电路与触发电路之外，控制电路也是必不可少的电路之一。控制电路主要由给定环节与检测环节组成，下面我们将分别介绍其各自的设计与计算。3.1 给定环节电路的设计与计算转速给定电路主要由滑动变阻器构成，调节滑动变阻器

34、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。其电路原理图如图4-1所示。其中用（2K,1W）电位器RP1引出给定电压，R1为1K的电阻，保证给定的最大值在10V。其中，在设计的过程发现，滑动变阻器的输出端会产生分流现象，这会导致其分压的值产生很大误差，影响实验效果；最终，我们采用了电压跟随器来对其进行电位隔离，由于电压跟随器的输入阻抗非常大，所以不会再产生分流的现象。有效地解决了上述问题。 图3-1 转速给定电路原理图3.2 检测装置的设计3.2.1转速检测装置的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呈正比的电压信号，滤除

35、交流分量，为系统提供满足要求的转速反馈信号。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，经过滤波之后即可作为转速反馈信号反馈回系统。测速发电机的选择 ：有电机参数可知选用的直流测速发电机的参数有:额定电压ETG=40V,nTG=2000r/min 负载电阻RTG=2K的电位器。由于主电动机的额定转速为1000r/min ,因此，测速发电机发出最高电压为20V，给定电源15V,只要适当取反馈系数，即可满足系统要求。 图3-2 转速检测电路原理图3.2.2 电流检测装置的设计电流检测电路的主要作用是获得与主电路电流呈正比的电压

36、信号，经过滤波整流后，再作用于控制系统中。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压信号，起到电气隔离的作用。 二次侧额定电流为 最大电流为 电流互感器额定电流应小于 与最大电流相对应的最大反馈电压取10V。 电压转换电阻。 图3-3 电流检测电路原理图3.3 调速系统的静态参数计算 额定励磁下电动势系数 额定励磁下的转矩系数 电力拖动系统机电时间常数 电枢回路电磁时间常数 整流器滞后时间常数 其中全控桥式整流器脉波数 整流器放大系数 其中电流调节器输出限幅值取 电流反馈系数 其中速度调节器输出限幅值取 取电流反馈滤波时间常数 转速反馈系数

37、其中转速给定最大值取 取反馈滤波时间常数4 双闭环直流调速系统的调节器设计控制电路中最重要的就是调节器的设计，所以我将它单独列举出来以便体现出它在整个系统里所占的比重。本节主要介绍转速环与电流环的设计与计算，由内到外，所以先从电流环开始介绍。4.1 电流调节器的设计 1.选择电流调节器的结构由于电流环的一项重要作用就是保持电枢电流在动态过程中不超过允许值，因而，在突加控制作用时不希望有超调，或者超调量越小越好，从这个观点出发，应该把电流环校正成典型型系统。设计电流调节器电流环控制对象是双惯性型的，故可用PI型电流调节器。 电流调节器的比例系数 电流调节器的超前时间系数 电流环的动态结构图与传递

38、函数分别如下： 图4-1 电流环的动态结构图令以抵消大惯性环节，则式中 电流环的开环放大倍数， 2.时间常数的确定在三相桥式全控电路有：已知平均滞后时间，滤波器的时间常数；考虑到比和大得多，因而，在设计时可以把和合并处理，所以电 流环小时间常数=0.0017+0.002=0.0037s。 3.电流调节器参数计算：电流调节器超前时间常数,根据电流超调量 按“二阶最佳工程设计法”即可确定PI调节器的参数：查得有=0.5，所以=；电枢回路总电阻 R=2=0.664，所以ACR的比例系数ty=4.校验近似条件 电流环截止频率=135.1。 晶闸管整流装置传递函数的近似条件： ，满足条件。 忽略反电动势

39、变化对电流环动态影响条件： ，满足条件。 电流环小时间常数近似处理条件： ，满足条件。5.计算调节器的电阻和电容取运算放大器的，有=1.5240=60.8，取60k ，取0.9，取0.2。 综上所述，电流调节的结构图如下所示： 图4-2 电流调节器 6.电流环的频率特性通过计算可知：电流环校正成典型型系统之后的开环传递函数为： ；频率特性如下图所示： 图4-3 电流环的的频率特性4.2 转速调节器的设计1.选择转速调节器的结构转速环应校正成典型型系统的原因是比较明确的，这是出于稳态无静差的要求。由于在负载扰动作用点后已经有了一个积分环节，所以还需在扰动作用点前设置一个积分环节，因此前向通道中有

40、两个积分环节，故为典型型系统。再从动态特性看，调速系统首先需要有较好的抗扰性能，典型型系统恰好能满足这个要求。忽略负载扰动，要把转速环校正成典型型系统，ASR应该采用PI调节器。 其传递函数为：转速调节器的比例系数转速调节器的超前时间常数转速环动态结构图与开环传递函数分别如下： 图4-4 转速环的动态结构图式中 转速环的开环放大倍数，.2.时间常数的确定：由上述电流调节器的设计可知,已知转速环滤波时间常数=0.01s，故转速环小时间常数。3.计算转速调节器参数：按照“最佳三阶工程设计法”取h=5,则ASR的超前时间常数为：转速环开环增益 ASR的比例系数为： .4.检验近似条件 转速环截止频率

41、为。 电流环传递函数简化条件为，满足条件。 转速环小时间常数近似处理条件为：，满足 近似条件。5.计算调节器电阻和电容：取=40，则，287。 ，取0.3. ，取1. 综上所述，转速调节器的结构图如下所示： 图4-5 转速调节器转速环的频率特性 通过计算，转速环校正成典型型系统的传递函数为： ； 频率特性如下图所示： 图4-6 转速环的频率特性计算转速环退饱和超调量： 满足设计要求。5 MATLAB仿真仿真是原理应用到实践过程当中极其重要的一步，它是一种非常有效的研究手段，可以避免实验的危险性与冗余性。所以，我采用了MATLAB中SIMULINK软件对设计的系统进行了仿真，分别在突加负载、突加

42、给定、电网扰动三个方面进行了测试，并且分析其静态特性与动态特性；从而全面的了解了该系统的所有特性。5.1 SIMULINK模型的构建图5-1 SIMULINK模型系统参数如下：可调电压源参数：每相电压U=380V；变压器变比为电机电枢电阻； 平波电抗器电机电枢电感； 转动惯量转速调节器 ；电流调节器5.2 SIMULINK模型的仿真调试与结果图5-2 1.8s加入阶跃负载波形分析：0t1时刻为电流上升阶段，转速环迅速进入饱和状态，输出达到饱和限幅值，其加在ACR的输入端，强迫电流迅速增大。t1t2时刻为恒流升速阶段，由于，ASR一直处于饱和状态，其输出为限幅值不变，转速环相当于开环状态，电枢电流保持恒定。t2t3阶段为转速调节阶段