直流双闭环调速系统

一、设计要求1.1已知条件直流电动机：220V,136A,直流电动机：220V,136A,1460r/min,C=0.132V.min/r,允许过载倍数e入=1.5；晶闸管装置放大系数：电枢回路总电阻：时间常数：电流反馈系数：转速反馈系数：1.2设计要求K=40sR=0.5QT=0.03s,T=0.18slmP=0.05V/Aa=0.007V•min/V（1）设计电流调节器，要求电流超调量o.<5%i（2）要求转速无静差，空载起动到额定转速超调量o<10%n二、理论设计2.1电流调节器的设计2.1.1确定时间常数三相桥式电路失控时间取T=0.0017ss电流滤波时间常数取T.二0.002soi电流环小时间常数之和取T^=T+T=0.0037s*isoi2.1.2选择ACR的结构T因为要求o,<5%且—=8.11<10iQ所以设计成典I系统，选择pi调节器2.1.3参数的计算ACR超前时间常数工二T=0.03sil要求O.<5%,选取KT=0.5iIi05所以电流开环增益KI=0.5氏135.1s-1Zi则ACR比例系数为K=黑iR氏1.013iKPs2.1.4计算电阻、电容选取R=40KQ则R=KR=1.013x40=40.52KQ0iii一TCi=r^=0.75uFi4TC=旺=0.2uFoiR0电流环的超调量O%=4.3%<5%满足要求i电流调节器原理如图所示。电流调节器原理图2.2转速调节器的设计2.2.1确定时间常数电流环等效时间常数上=2T=2x0.0037s=0.0074sKZiI转速滤波时间常数T=0.01son

转速小环时间常数T=-1+T=0.0174sSnKonI2.2.2选择ASR的结构选用PI调节器2.2.3参数计算取h（中频宽）=5,则ASR超前时间常数为t=hT=0.087snSn转速开环增益为h+1K==396.4s2N2h2T2SnASR比例系数为=11.7(h+1)P=11.7e_m2haRTSn2.2.4计算电阻、电容选取R=40KQ则R=KR=468KQ0nn0选取R=470KQntC=n-=0.185uFnRn选取C=0.2uFnCon4Ton=1uFo%=8.31%<10%达到要求。n转速调节器的原理图如图所示。Un*qConUi*R/2ConRbal转速调节器原理图O.W1T>13.1.1仿真模型的设计：icape-10ME!潴1十06D如*1O.W1T>13.1.1仿真模型的设计：icape-10ME!潴1十06D如*10.1JZACR内部结构电流环仿真模型170.03ACR*3（~式1）Out1Saturation2三、建模及仿真3.1电流环的设计限幅值设置：-10—+103.1.2仿真结果调节PI参数，观察其对性能的影响，找到合适的参数。KT=0.5时:KT=0.5时，电流环无超调量:此时无超调量，上升时间过长。KT=1时，超调量很大:此时上升时间短，但是超调量过大。3.2电流环的设计3.2.1仿真模型的设计*□§1公力】3.2.2仿真结果速度环仿真线路图空载时波形图在1s的时候突加100的负载的波形图：突加负载波形图1s时突加负载后，电流有所上升，但是转速由于调节作用，会迅速调节到额定转速，很好的体现了电机的机械特性。3.3总体设计及分析3.3.1仿真模型用MATLAB的SUMLINK3.3.1仿真模型用MATLAB的SUMLINK模块做的双闭环调速系统仿真模型图如图所示I—►1/0.0074Kn1SatunationKjDoirti仿真波形和速度环设计时的空载波形相同。3.3.2波形分析从转速及电流波形中，我们分析可知其起动过程可分三个阶段来分析：第I阶段：电流上升阶段：突加给定电压Un*后，通过两个调节器的控制，使Ua,Ud,Ud0都上升。由于机电惯性的作用，转速的增长不会很快。在这一阶段中,ASR由不饱和很快达到饱和,而ACR不饱和,确保电流环的调节作用.第H阶段：是恒流升速阶段：从电流升到最大值开始,到转速升到给定值为止,这是起动过程中的重要阶段。在这个阶段，ASR一直是饱和的，转速环相当于开环状态，系统表现为在恒值电流给定Uim*作用下的电流调节系统，基本上保持恒定。因而拖动系统的加速度恒定,转速呈线性增长。第HI阶段：转速调节阶段：在这阶段开始,转速已达到给定值,转速调节器的给定与反馈电压平衡,输入偏差为零。转速超调后，ASR输入端出现负的偏差电压，使他退出饱和状态，其输出电压的给定电压Ui*立即下降，主电流Id也因而下降。但在一段时间内,转速仍继续上升。达到最大值后,转速达到峰值。此后,电机才开始在负载下减速，电流Id也出现一段小于Id0的过程，直到稳定。在这最后的阶段，ASR和ACR都不饱和，同时起调节作用。根据仿真波形,我们可以对转速调节器和电流调节器在三闭环直流调速系统中的作用归纳为：.转速调节器的作用（1）转速调节器是调速系统的主导调节器,它使转速n很快地跟随给定电压变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差。（2）对负载变化起抗扰作用。（3）其输出限幅值决定电机允许的最大电流。.电流调节器的作用（1）作为内环的调节器，在外环转速的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出量）变化。（2）对电网电压的波动起及时抗扰的作用。（3）在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程（4）当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的。3.3.3干扰性分析负载变化对系统的影响空载起动，在1s时突加100的负载，在2s时突减50的负载，波形如下波形会跟随着发生一定的抖动，但是经过转速和电流双闭环PI调节器的调节之后，一定时间之内，又重新进入稳态，稳定在给定值工作运行。上升时间的调节ASR限幅值为：上限40下限-100ASR积分限幅值为：上限10下限-10ACR限幅值为：上限100下限—100ASR积分限幅值为：上限10下限-10ACR限幅值为：上限100下限-100ACR积分限幅值为：上限10下限-10经两组参数的比较，调节ASR限幅值范围，可以调节系统的上升时间。经过不断的调试，可得找好的幅值范围。最后采用：ASR限幅值为：上限10下限-10ASR积分限幅值为：上限10下限-10ACR限幅值为：上限10下限-10ACR积分限幅值为：上限10下限-10模型的比较3*1Q0口■■jnrtr二E电机模型仿真图Sen:；■'R3*1Q0口■■jnrtr二E电机模型仿真图Sen:；■'R^MJLr-*-DCHnc.BjiK：DCSswee]——■斗.一'士13—h—::.注口标,ME电机参数设定得到的速度波形图如下图：可见两条速度曲线基本重合，说明结构图和电路仿真图结果一样,证明用结构图仿真的到的一系列结果是准确的。四