直流调速系统调速器的设计

直流调速系统调速器的设计

1pid和pid对系统仿真双环压缩器是目前的直线系统中的主要设备。详细介绍了直、双环压缩器中每个环节的计算参数，比较了pid和pid控制器的作用，以解决超调量的问题。建立simulik模型进行模拟，然后通过参数调整使系统稳定。2直流双环挤出系统的组成和静态特性2.1节转速和电流负反馈时的保护电为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用,可在系统中设计两个调节器,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。二者之间实行嵌套联接。把转速调节器的输出当做电流调节器的输入,再用电流调节器的输出控制电力电子变换器UPE。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。2.2转速控制器中的问题在稳态工作点上,转速n是由给定电压Un*和反馈系数α决定的,转速调节器ASR的输出量Ui*是电流调节器的参考输入,其大小有β和负载系数Id决定。由于转速调节器处于不饱和状态;当转速调节器ASR饱和时,Un*=Ui*,转速的变化不再对系统产生影响,相当于转速反馈环开环,双闭环系统变成为一个电流无静差的电流单闭环调速系统。这时稳态时,Id=Idm,因此双闭环调速系统在负载电流Id<Idm时表现为转速无静差,这时反馈起主要作用。但负载电流Id=Idm时,对应于转速调节环的最大输出Uim,这时转速的变化不再影响转速调节器的输出,电流换起主要调节,系统表现为电流无静差。如图1所示:3v-m系统电阻的计算某晶闸管一直流电机双闭环调速系统(V-M系统)的Simulink的动态结构图如图所示。图中直流电机的数据有:Pnom=10KW,Unom=220V,Inom=53.5A,nnom=1500r/min;电枢电阻Ra=0.31Ω;V-M系统主电路总电阻R=0.4Ω;电枢回路电磁时间常数Ta=0.00128s;三相桥平均失控时间Ts=0.00167s;触发整流装置的发达系数Ks=30;系统运动部分飞轮矩相应的机电时间常数Tm=0.042s;系统测速反馈系数Kt=0.0067v/min;系统电流反馈系数Ki=0.072v/min;电流环滤波时间常数Toi=0.002s;转速环滤波时间常数Ton=0.01s。设计要求:稳态指标:无静差动态指标:电流环节超调量σ%≤5%,转速环节超调量σ%≤30%。3.1典型系统性能设计从稳态特性上看,希望做到电流无静差以获得理性的堵转特性。从动态特性要求来看,电流环跟随电流给定,希望超调量小。由此出发,希望把系统校正为典型I型系统。电流环节包含了电网电压的波动,因此从系统的抗干扰能力出发,希望把系统校正为典型II型系统。在通常情况下,其中有两个惯性环节时间常数,当T1/T∑i≤10的时候,典型系统的恢复时间是可以接受的。在题中,T1=0.0128,T∑i=Ts+Tci=0.00167+0.002=0.00367,因此,T1/T∑i≈10,系统选用典型I型系统。在按动态性能设计电流环时,可暂时不考虑反电势的动态影响,即△E≈0,这是电流环如图2所示:满足条件为这时才可忽略反电势的影响。一般,Ts和Tci都比T1小得多,所以可以看成一个惯性环节,令T∑i=Ts+Tci则电流环节被控对象为:其中,被控对象有两个惯性环节,为了把系统校正为典型I型系统,显然调节器选用PI调节器,其传递函数为:等效时间常数T∑i=0.00367,采用零极点对消的原理,取τi=T1=0.0128;其中为电流环节的开环传递函数的放大系数,Ri如果取σ%≤5%,则KiT∑i=0.5,Ki=136.24;KPI=0.323,所以,电流环节的等效开环传递函数为:经MATLAB仿真检验,电流环节的超调量σ%=4%≤5%,符合设计要求。3.2积分环节的设置在电流环节,其电流闭环传递函数为整理得为那么系统简化的动态结构图为简化后的转速反馈系统所示,转速开环对象包含了一个积分环节和一个惯性环节,而且积分环节在负载扰动作用点之后。要实现转速无静差,应在负载扰动作用点之前设置一个积分环节,所以把转速环校正为典型II型系统。经查表,选用PI调节器作为转速控制器,则则校正后的开环系统为:其中,令开开环放大倍数为不考虑负载扰动,则校正后的开环传递函数为:根据最小闭环幅频特性峰值Mrmin准则h=5,则经查表,Mrmin最小时,h=5,所以τn=0.0867,KN=399.10,Kpn=5.27所以,校正后闭环传递函数为:4pi调节器的应用,可以最大限度地消除系统的内经MATLAB仿真得出,此时系统是无静差的,但超调量为σ%=28%≥10%,不满足设计要求,所以系统还需进一步进行改善。PI调节器使系统的相频特性存在滞后,而PID增加为微分时间有利于加快系统响应,使超调量减小,克服振荡,使系统趋于稳定。所以把转速调节器增加微分改为PID调节器,其中PI调节器中参数不变Simulink建模如图5所示:仿真结果如图6:4pid调节条件对转速控制器设计效果的影响对系统进行设计时,首先要对系统的进行分析,选择每个调节环节的典型系统,其次根据系统所给出的各项参数和设计要求对电流环节和调速环节进行设计,观察每个环节所设计出来的参数是否达到要求。在对通过计算而得出的初步系统,如果不满足设计要求,可以通过增加不同的环节,例如微分环节、惯性环节,这是根据每个系统要求不同而定。在MATLAB/Simulink中建立模型进行仿真,发现其输出转速n波形图虽然无静差,但超调量没有满足设计要求。通过比较PI和PID调节器,发现PI调节器虽然能使很快趋于平稳达到无静差,但同时使系统的相频特性存在滞后,而PID增加为微分时间有利于加快系统