课程设计报告
题 目 VM双闭环直流调速系统
学生学院 动化学院
专业班级 07动化班
学 号_
学生姓名_
指导教师__
2011 年 X 月 X日
目录
目录 2
1概述 3
2．设计务求 4
21务求： 4
211务 4
212求 4
22设计思路 4
221 4
222 4
223 4
3系统电路结构设计 5
31方案证 5
32 电路控制电路设计 6
321．电路设计 6
322．定电压设计电路 7
323．励直流电动机励磁回路设计 7
324．控制电路设计 8
4．系统设计 11
41 电流调节器(ACR)设计 11
411 确定时间常数 11
412．选择电流调节器结构 11
413．计算电流调节器参数 12
414．校验似条件 12
415计算调节器电阻电容 12
42 速度调节器(ASR)设计 13
5．系统仿真 15
51MATLAB进行仿真 15
52仿真结果 16
6．总结 18
7．参考文献 18
附录： 18
1概述
直流电动机拖动控制系统许需调速快速正反电力拖动领域中广泛应直流电机具良起制动性宜范围滑调速直流拖动控制系统理实践较成熟控制角度交流拖动控制系统基础
电机进行稳定转速控制双闭环直流调速系统现工业生产中应广泛调速装置该装置转速控制稳定抗干扰力强直流系统身缺陷较调速范围动控制直流调速系统采变压调速变压整流装置中应广三相全控桥式整流三相全控桥式整流器输出直流电流谐波脉动电流电流连续性需波电抗器输出稳定直流保证电机稳定运行会较脉动转矩仅保证拖动系统稳定性时直流电机损耗
设计根题目求设计双闭环直流调速系统采三相全控桥整流电路利工程设计方法转速调节器电流调节器进行设计达题目设计求绘制整调速系统电路原理图详细分析模块功应建立动态数学模型MATLAB仿真仿真结果达设计求
2．设计务求
21务求：
211务
试设计双闭环VM直流调速系统采三相桥式全控整流电路二次相电压效值已知励直流电动机参数：10kW220V533A1500rmin回路总电阻等电枢绕组电阻03电枢回路电磁时间常数系统机电时间常数系统飞轮力矩转速电流定电压值分
212求
工程设计方法设计求调速系统电流超调量空载起动额定转速时转速超调量渡程时间堵转电流 20稳态静差
22设计思路
221设计逆VM双闭环直流调速系统进行系统总体结构设计
222工程设计方法进行设计决定ASRACR结构选择参数
223设计程中应画出双闭环调速系统电路原理图建立系统动态数学模型写出设计程
3系统电路结构设计
31方案证
双闭环直流调速系统控制原理图图1示速度调节器根转速定电压速度反馈电压偏差进行调节输出电流定电压（直流电动机说控制电枢电流控制电磁转矩相应调速）电流调节器根电流定电压电流反馈电压偏差进行调节输出功率变换器件（三相全控整流装置）移触发脉控制信号通控制电压进调节整流装置输出电机电枢电压理想空载均输出电压电动机机械惯性电磁惯性电压调节认瞬时完成速度变化需渡时间电动机转速突变电枢电压改变电枢电流着发生变化励直流电动机转矩特性知相应电磁转矩着变化相等转速n会相应变化电机加速者减速整程电枢电流产生转矩电磁转矩负载转矩达衡n变达稳定
图1系统电气原理框图
图2双闭环直流调速系统控制原理图
双闭环直流调速系统中转速电流调节器结构选择参数设计须动态校正需解决果采单闭环中伯德图设计串联校正装置方法设计双闭环调速系统样次需先求出该闭环原始系统开环数频率特性根性指标确定校正系统预期特性反复调试确定调节器特性选定结构计算参数样计算会较麻烦设计采工程设计方法：先确定调节器结构确保系统稳定时满足需稳态精度选择调节器参数满足动态性指标求样做稳准快抗干扰间相互交叉矛盾问题分成两步解决第步先解决矛盾动态稳定性静态稳定精度然进步满足动态性指标
先环外环 般系统设计原环开始逐步外扩展
32 电路控制电路设计
321．电路设计
电路采转速电流双闭环调速系统电流环(ACR)作控制系统环转速环(ASR)作控制系统外环提高系统动态静态性二者串级连接转速调节器输出作电流调节器输入电流调节器输出控制电力电子变换装置UPE改变电机转速通电流转速反馈电路实现电动机转速静差运行
电路三相桥式全控六脉动整流电路二次侧接入电流互感器便检测直流电机电流电路电路图设计图3：
图3 三相桥式全控整流电路原理图
电路开关器件未必定晶闸绝缘栅型双极型晶体IGBT者功率晶体GTR
变压器次侧采三角形连接避免3次谐波流入电网二次侧接成星形隔离中性点零线种接法抑制3整数倍零序谐波电动机中形成电流免形成交变脉动转矩
电路工作特点：1）时刻均需2晶闸时导通形成负载供电回路中1晶闸阴极组1阳极组相晶闸2)6晶闸触发脉VT1VT2VT3VT4VT5VT6序相位次相差阴极组脉次差阳极组次差相两桥臂VT1VT4VT3VT6VT5VT2脉相差3）整流输出电压Ud周期脉动6次次脉动波形样4）整流电路合闸启动程中电流断续时保证电路正常工作需保证时导通2晶闸均触发脉
322．定电压设计电路
图4定电压设计电路
桥式整流堆整流三端集成稳压LM781515V恒压输出定电压10V必须滑动变阻加机械限位限制滑动变阻器分压值10V定电压功率较需采普通单相壳式变压器
323．励直流电动机励磁回路设计
图5励直流电动机励磁电路
整流桥交流输入图中变压器1二次侧联然中间抽头相连节省开支励磁线圈串联调电阻弱磁升速
324．控制电路设计
图1系统框图知控制电路包括电路设计ACRASR晶闸触发电路
电流环结构框图化简
电流环结构图简化分忽略反电动势动态影响等效成单位负反馈系统惯性环节似处理等环节
般情况系统电磁时间常数 Ti远机电时间常数Tm转速变化电流变化慢电流环说反电动势变化较慢线性扰动量动态性设计电流环时暂考虑反电动势变化动态影响DE≈0时电流环图6示
Ud0(s)
+
Ui (s)
ACR
1R
Tl s+1
U*i(s)
Uc (s)
Ks
Tss+1
Id (s)
b
T0is+1
1
T0is+1
图6 忽略反电动势动态影响电流环动态结构图
果定滤波反馈滤波两环节等效移环时定信号改
成U*i(s) b 电流环便等效成单位负反馈系统图7示
+
ACR
Uc (s)
Ks R
(Tss+1)(Tl s+1)
Id (s)
U*i(s)b
b
T0is+1
图7 等效成单位负反馈系统电流环动态结构图
Ts T0i 般Tl 作惯性群似作惯性环节时间常数
电流环结构图终简化成图8
+
ACR
Uc (s)
bKs R
(Tls+1)(TSis+1)
Id (s)
U*i(s)b
+
ACR
Uc (s)
bKs R
(Tls+1)(TSis+1)
Id (s)
U*i(s)b
图 8 电流环简化结构图
1）电流调节器(ACR)
具体电阻电容参数请参415电路图：该调节器PI调节器含定滤波反馈滤波
图9 电流调节器电路图
2）转速调节器(ASR)
转速环结构框图化简
电流环简化视作转速环中环节接入转速环电流环等效环节输入量应Ui*(s)电流环转速环中应等效
电流环等效环节代电流环整转速控制系统动态结构图便图10示
电流环样转速定滤波反馈滤波环节移环时定信号改成U*n(s)a时间常数1 KI T0n 两惯性环节合起似成时间常数惯性环节中
n (s)
+
Un (s)
ASR
CeTms
R
U*n(s)
Id (s)
a
T0ns+1
1
T0ns+1
U*n(s)
+
IdL (s)
图 10等效环节代电流环转速环动态结构图
转速环结构简图图11
图11 等效成单位负反馈系统惯性似处理转速环结构框图
转速调节器PI调节器含定滤波反馈滤波电路图参数：
图12 转速调节器电路图
3）晶闸触发电路
三相整流电路中必须两组中应导通晶闸时触发脉采两种办法：种触发脉宽度称宽脉触发种触发某号晶闸时前号晶闸补发脉相两窄脉等效代宽脉称双脉触发
设计直接采KJ系列三相全控桥式整流电路集成触发器KJ041作三相整流电路触发电路KJ041部12二极构成6门作6路单脉输入转换6路双脉输出触发电路均模拟量样集成片部结构容易受电网电压影响导致触发脉称度较高达精度求高容量变流装置中采数字触发电路获触发脉称度
KJ041六路双脉发生器简介
KJ041六路双脉发生器三相全控桥式触发电路中必备控制电路具双脉形成电子开关功两块电子开关控制KJ041电路组成逻辑控制适正反组逆系统 电参数：电源电压：直流 15V允许波动±5％(±10功正常)电源电流：≤20mA输出脉：a．脉幅度：≥1Vb．输出力：20mA(流出脉电流)输入端二极反压：≥30V控制端正电流：≤3mA
具体电路请参手绘电路图
4．系统设计
41 电流调节器(ACR)设计
411 确定时间常数
1）整流装置滞时间常数表12三相桥式电路均失控时间 00017s
2）电流滤波时间常数三相桥式电路波头时间33ms基滤波头应(1~2) 333ms取2ms0002s
3）电流环时间常数 +00037s
412．选择电流调节器结构
根设计求
稳态求希电流静差理想堵转特性采 I 型系统够
动态求实际系统允许电枢电流突加控制作时太超调保证电流动态程中超允许值电网电压波动时抗扰作次素电流环应性应选典型I型系统 电流环控制象双惯性型校正成典型 I 型系统显然应采PI型电流调节器传递函数写成
检查电源电压抗扰性：参表23项指标正常
413．计算电流调节器参数
电流调节器超前时间常数：
电流环开环增益：求时表22应取
晶闸装置放倍数
电流反馈系数
ACR例系数
414．校验似条件
电流环截止频率：
1）晶闸整流装置传递函数似条件
满足似条件
2）忽略反电动势变化时电流环动态影响条件
满足似条件
3）电流环时间常数似处理条件
满足似条件
电流调节器传递函数
415计算调节器电阻电容
取调节器输入电阻电阻电容
取30k
取1
取02
参数电流环达动态性满足设计求
工程设计验电阻取10W满足耗散功率求电容选极性涤纶电容耐压值取250V(电网电压波动10计算220*11242取250V留裕量)
需含电阻回路串联调电阻规避参数值偏差造成误差实现精确阻值避免运放出现零点漂移
42 速度调节器(ASR)设计
实现转速静差负载扰动作点前面必须积分环节应该包含转速调节器 ASR 中现扰动作点面已积分环节转速环开环传递函数应两积分环节应该设计成典型 Ⅱ 型系统样系统时满足动态抗扰性求见ASR应该采PI调节器传递函数
式中 Kn — 转速调节器例系数
tn — 转速调节器超前时间常数
1）电动机电动势常数
2）电流环等效时间常数已知
3）转速滤波时间常数001s
4）转速环时间常数时间常数似处理
5）已知2R03h5时表27查算出退饱超调量
满足设计求
6）计算转速调节器参数
转速反馈系数
抗扰性兼顾原取h5ASR超前时间常数
转速环开环增益
ASR例系数
7）检验似条件
转速环截止频率时
电流传递函数简化条件 满足简化条件
转速环时间常数似处理条件满足简化条件
8）计算调节器电阻电容
取
取12
取007
取033
工程设计验电阻取10W满足耗散功率求电容选极性涤纶电容耐压值取250V(电网电压波动10计算220*11242取250V留裕量)
需含电阻回路串联调电阻规避参数值偏差造成误差实现精确阻值避免运放出现零点漂移
转速调节器传递函数
5．系统仿真
51MATLAB进行仿真
双闭环直流调速系统动态框图：
IdL
Ud0
Un
+
+
Ui
ACR
1R
Tl s+1
R
Tms
U*i
Uc
Ks
Tss+1
Id
1
Ce
+
E
b
T0is+1
1
T0is+1
ASR
1
T0ns+1
a
T0ns+1
U*n
n
根结构框图加前面关ACRASR参数设计该系统数学模型利MATLAB中Simulink进行仿真中仿真时间2秒步长值均采变步长
图14 未加入限幅环节Simulink仿真模型
转速电流双闭环直流逆调速系统Simulink仿真模型时未带饱限幅环节中输入定电压010V阶跃信号输入模型阶跃信号代传递函数1转速调节器传递函数例积分型PI调节器样积分例作调节器输出电压电流调节输入电压快速响应消调速系统静差提高稳定性传递函数2电流调节器传递函数PI调节器输出静差传递函数3电力电子变换装置传递函数传递函数4电枢电压电枢电流间传递函数传递函数5电枢电流反电动势间传递函数增益1电动机电动势常数倒数传递函数6带滤波电枢电流反馈环节传递函数7测速发电机测速反馈环节注意时未加入限幅环节
图15 已加入限幅环节Simulink仿真模型
转速电流双闭环直流逆调速系统Simulink仿真模型时已加入饱限幅环节中输入定电压010V阶跃信号输入模型阶跃信号代传递函数1转速调节器传递函数例积分型PI调节器样积分例作调节器输出电压电流调节输入电压快速响应消调速系统静差提高稳定性传递函数2电流调节器传递函数PI调节器输出静差传递函数3电力电子变换装置传递函数传递函数4电枢电压电枢电流间传递函数传递函数5电枢电流反电动势间传递函数增益1电动机电动势常数倒数传递函数6带滤波电枢电流反馈环节传递函数7测速发电机测速反馈环节限幅1转速调节器输出限幅限幅2电流调节器输出限幅
52仿真结果
未加入饱限幅环节时仿真结果
图16 未加入限幅环节仿真波形
图16见未加饱限幅非线性环节时积分器作输出始终断增长转速超调量较(约13)电流已远超出正常值物理实际中绝出现时断路器必定已实施流保护熔断
仿真图16系统转速超调量较峰值转速高达2000rmin然系统稳定符合求稳定转速1500rmin电流值早已超出物理实际高达4000安培单台直流电动机电流根高峰值系统早已崩溃失控时系统稳定运行
外起初仿真时发现稳态转速150左右始终达1500检查发现阶跃定信号未默认值1设置10
加入饱限幅环节仿真结果
图17 已加入限幅环节仿真波形
仿真图17知道加饱限幅非线性环节转速调节器输出电流调节器输入设电流定8电流会前样飙升转速超调量降低会电动机严重载稳定时转速1500rmin电机正常运转电流符合物理实际堵转电流约100安培转速稳定电流降零系统稳定正常运行
仿真总结
PI调节器输入电压Uin始终存运算放器反馈回路电容断充电积分果未加限幅环节输出限增长损毁设备必须理想运算放器加输出限幅环节饱保证线性放作保护系统环节
6．总结
通次VM双闭环逆直流调速系统课程设计电力电子技术电力拖动动控制系统进步解认识学容更深刻理解进步认识工程设计时实际相联系重性计算元件参数时计算出值实际生产参数符需根实际情况参数进行取舍外做设计时信息十分重运文件检索工具查阅许相关资料设计益处次课程设计工作扎实基础
7．参考文献
[1] 陈伯时 电力拖动动控制系统——运动控制系统第三版机械工业出版社2003
[2] 丁学文 编 电力拖动运动控制系统机械工业出版社2007
[3] 王兆安黄俊 电力电子技术第四版机械工业出版社2008
[4] 彭鸿 电机原理拖动第二版机械工业出版社2007
附录：
结果变步长情况仿真结果实际中变步长进行运算
运算器设置固定步长需采样时间进行设置
采样时间5毫秒时输出完全正常
图18 固定步长采样时间5毫秒波形图
发现采样时间必须5毫秒系统输出正常
图19 固定步长采样时间5毫秒波形图
广东工业学课程设计
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课程设计报告
题 目 VM双闭环直流调速系统
学生学院 动化学院
专业班级 07动化班
学 号_
学生姓名_
指导教师__
2011 年 X 月 X日
目录
目录 2
1概述 3
2．设计务求 4
21务求： 4
211务 4
212求 4
22设计思路 4
221 4
222 4
223 4
3系统电路结构设计 5
31方案证 5
32 电路控制电路设计 6
321．电路设计 6
322．定电压设计电路 7
323．励直流电动机励磁回路设计 7
324．控制电路设计 8
4．系统设计 11
41 电流调节器(ACR)设计 11
411 确定时间常数 11
412．选择电流调节器结构 11
413．计算电流调节器参数 12
414．校验似条件 12
415计算调节器电阻电容 12
42 速度调节器(ASR)设计 13
5．系统仿真 15
51MATLAB进行仿真 15
52仿真结果 16
6．总结 18
7．参考文献 18
附录： 18
1概述
直流电动机拖动控制系统许需调速快速正反电力拖动领域中广泛应直流电机具良起制动性宜范围滑调速直流拖动控制系统理实践较成熟控制角度交流拖动控制系统基础
电机进行稳定转速控制双闭环直流调速系统现工业生产中应广泛调速装置该装置转速控制稳定抗干扰力强直流系统身缺陷较调速范围动控制直流调速系统采变压调速变压整流装置中应广三相全控桥式整流三相全控桥式整流器输出直流电流谐波脉动电流电流连续性需波电抗器输出稳定直流保证电机稳定运行会较脉动转矩仅保证拖动系统稳定性时直流电机损耗
设计根题目求设计双闭环直流调速系统采三相全控桥整流电路利工程设计方法转速调节器电流调节器进行设计达题目设计求绘制整调速系统电路原理图详细分析模块功应建立动态数学模型MATLAB仿真仿真结果达设计求
2．设计务求
21务求：
211务
试设计双闭环VM直流调速系统采三相桥式全控整流电路二次相电压效值已知励直流电动机参数：10kW220V533A1500rmin回路总电阻等电枢绕组电阻03电枢回路电磁时间常数系统机电时间常数系统飞轮力矩转速电流定电压值分
212求
工程设计方法设计求调速系统电流超调量空载起动额定转速时转速超调量渡程时间堵转电流 20稳态静差
22设计思路
221设计逆VM双闭环直流调速系统进行系统总体结构设计
222工程设计方法进行设计决定ASRACR结构选择参数
223设计程中应画出双闭环调速系统电路原理图建立系统动态数学模型写出设计程
3系统电路结构设计
31方案证
双闭环直流调速系统控制原理图图1示速度调节器根转速定电压速度反馈电压偏差进行调节输出电流定电压（直流电动机说控制电枢电流控制电磁转矩相应调速）电流调节器根电流定电压电流反馈电压偏差进行调节输出功率变换器件（三相全控整流装置）移触发脉控制信号通控制电压进调节整流装置输出电机电枢电压理想空载均输出电压电动机机械惯性电磁惯性电压调节认瞬时完成速度变化需渡时间电动机转速突变电枢电压改变电枢电流着发生变化励直流电动机转矩特性知相应电磁转矩着变化相等转速n会相应变化电机加速者减速整程电枢电流产生转矩电磁转矩负载转矩达衡n变达稳定
图1系统电气原理框图
图2双闭环直流调速系统控制原理图
双闭环直流调速系统中转速电流调节器结构选择参数设计须动态校正需解决果采单闭环中伯德图设计串联校正装置方法设计双闭环调速系统样次需先求出该闭环原始系统开环数频率特性根性指标确定校正系统预期特性反复调试确定调节器特性选定结构计算参数样计算会较麻烦设计采工程设计方法：先确定调节器结构确保系统稳定时满足需稳态精度选择调节器参数满足动态性指标求样做稳准快抗干扰间相互交叉矛盾问题分成两步解决第步先解决矛盾动态稳定性静态稳定精度然进步满足动态性指标
先环外环 般系统设计原环开始逐步外扩展
32 电路控制电路设计
321．电路设计
电路采转速电流双闭环调速系统电流环(ACR)作控制系统环转速环(ASR)作控制系统外环提高系统动态静态性二者串级连接转速调节器输出作电流调节器输入电流调节器输出控制电力电子变换装置UPE改变电机转速通电流转速反馈电路实现电动机转速静差运行
电路三相桥式全控六脉动整流电路二次侧接入电流互感器便检测直流电机电流电路电路图设计图3：
图3 三相桥式全控整流电路原理图
电路开关器件未必定晶闸绝缘栅型双极型晶体IGBT者功率晶体GTR
变压器次侧采三角形连接避免3次谐波流入电网二次侧接成星形隔离中性点零线种接法抑制3整数倍零序谐波电动机中形成电流免形成交变脉动转矩
电路工作特点：1）时刻均需2晶闸时导通形成负载供电回路中1晶闸阴极组1阳极组相晶闸2)6晶闸触发脉VT1VT2VT3VT4VT5VT6序相位次相差阴极组脉次差阳极组次差相两桥臂VT1VT4VT3VT6VT5VT2脉相差3）整流输出电压Ud周期脉动6次次脉动波形样4）整流电路合闸启动程中电流断续时保证电路正常工作需保证时导通2晶闸均触发脉
322．定电压设计电路
图4定电压设计电路
桥式整流堆整流三端集成稳压LM781515V恒压输出定电压10V必须滑动变阻加机械限位限制滑动变阻器分压值10V定电压功率较需采普通单相壳式变压器
323．励直流电动机励磁回路设计
图5励直流电动机励磁电路
整流桥交流输入图中变压器1二次侧联然中间抽头相连节省开支励磁线圈串联调电阻弱磁升速
324．控制电路设计
图1系统框图知控制电路包括电路设计ACRASR晶闸触发电路
电流环结构框图化简
电流环结构图简化分忽略反电动势动态影响等效成单位负反馈系统惯性环节似处理等环节
般情况系统电磁时间常数 Ti远机电时间常数Tm转速变化电流变化慢电流环说反电动势变化较慢线性扰动量动态性设计电流环时暂考虑反电动势变化动态影响DE≈0时电流环图6示
Ud0(s)
+
Ui (s)
ACR
1R
Tl s+1
U*i(s)
Uc (s)
Ks
Tss+1
Id (s)
b
T0is+1
1
T0is+1
图6 忽略反电动势动态影响电流环动态结构图
果定滤波反馈滤波两环节等效移环时定信号改
成U*i(s) b 电流环便等效成单位负反馈系统图7示
+
ACR
Uc (s)
Ks R
(Tss+1)(Tl s+1)
Id (s)
U*i(s)b
b
T0is+1
图7 等效成单位负反馈系统电流环动态结构图
Ts T0i 般Tl 作惯性群似作惯性环节时间常数
电流环结构图终简化成图8
+
ACR
Uc (s)
bKs R
(Tls+1)(TSis+1)
Id (s)
U*i(s)b
+
ACR
Uc (s)
bKs R
(Tls+1)(TSis+1)
Id (s)
U*i(s)b
图 8 电流环简化结构图
1）电流调节器(ACR)
具体电阻电容参数请参415电路图：该调节器PI调节器含定滤波反馈滤波
图9 电流调节器电路图
2）转速调节器(ASR)
转速环结构框图化简
电流环简化视作转速环中环节接入转速环电流环等效环节输入量应Ui*(s)电流环转速环中应等效
电流环等效环节代电流环整转速控制系统动态结构图便图10示
电流环样转速定滤波反馈滤波环节移环时定信号改成U*n(s)a时间常数1 KI T0n 两惯性环节合起似成时间常数惯性环节中
n (s)
+
Un (s)
ASR
CeTms
R
U*n(s)
Id (s)
a
T0ns+1
1
T0ns+1
U*n(s)
+
IdL (s)
图 10等效环节代电流环转速环动态结构图
转速环结构简图图11
图11 等效成单位负反馈系统惯性似处理转速环结构框图
转速调节器PI调节器含定滤波反馈滤波电路图参数：
图12 转速调节器电路图
3）晶闸触发电路
三相整流电路中必须两组中应导通晶闸时触发脉采两种办法：种触发脉宽度称宽脉触发种触发某号晶闸时前号晶闸补发脉相两窄脉等效代宽脉称双脉触发
设计直接采KJ系列三相全控桥式整流电路集成触发器KJ041作三相整流电路触发电路KJ041部12二极构成6门作6路单脉输入转换6路双脉输出触发电路均模拟量样集成片部结构容易受电网电压影响导致触发脉称度较高达精度求高容量变流装置中采数字触发电路获触发脉称度
KJ041六路双脉发生器简介
KJ041六路双脉发生器三相全控桥式触发电路中必备控制电路具双脉形成电子开关功两块电子开关控制KJ041电路组成逻辑控制适正反组逆系统 电参数：电源电压：直流 15V允许波动±5％(±10功正常)电源电流：≤20mA输出脉：a．脉幅度：≥1Vb．输出力：20mA(流出脉电流)输入端二极反压：≥30V控制端正电流：≤3mA
具体电路请参手绘电路图
4．系统设计
41 电流调节器(ACR)设计
411 确定时间常数
1）整流装置滞时间常数表12三相桥式电路均失控时间 00017s
2）电流滤波时间常数三相桥式电路波头时间33ms基滤波头应(1~2) 333ms取2ms0002s
3）电流环时间常数 +00037s
412．选择电流调节器结构
根设计求
稳态求希电流静差理想堵转特性采 I 型系统够
动态求实际系统允许电枢电流突加控制作时太超调保证电流动态程中超允许值电网电压波动时抗扰作次素电流环应性应选典型I型系统 电流环控制象双惯性型校正成典型 I 型系统显然应采PI型电流调节器传递函数写成
检查电源电压抗扰性：参表23项指标正常
413．计算电流调节器参数
电流调节器超前时间常数：
电流环开环增益：求时表22应取
晶闸装置放倍数
电流反馈系数
ACR例系数
414．校验似条件
电流环截止频率：
1）晶闸整流装置传递函数似条件
满足似条件
2）忽略反电动势变化时电流环动态影响条件
满足似条件
3）电流环时间常数似处理条件
满足似条件
电流调节器传递函数
415计算调节器电阻电容
取调节器输入电阻电阻电容
取30k
取1
取02
参数电流环达动态性满足设计求
工程设计验电阻取10W满足耗散功率求电容选极性涤纶电容耐压值取250V(电网电压波动10计算220*11242取250V留裕量)
需含电阻回路串联调电阻规避参数值偏差造成误差实现精确阻值避免运放出现零点漂移
42 速度调节器(ASR)设计
实现转速静差负载扰动作点前面必须积分环节应该包含转速调节器 ASR 中现扰动作点面已积分环节转速环开环传递函数应两积分环节应该设计成典型 Ⅱ 型系统样系统时满足动态抗扰性求见ASR应该采PI调节器传递函数
式中 Kn — 转速调节器例系数
tn — 转速调节器超前时间常数
1）电动机电动势常数
2）电流环等效时间常数已知
3）转速滤波时间常数001s
4）转速环时间常数时间常数似处理
5）已知2R03h5时表27查算出退饱超调量
满足设计求
6）计算转速调节器参数
转速反馈系数
抗扰性兼顾原取h5ASR超前时间常数
转速环开环增益
ASR例系数
7）检验似条件
转速环截止频率时
电流传递函数简化条件 满足简化条件
转速环时间常数似处理条件满足简化条件
8）计算调节器电阻电容
取
取12
取007
取033
工程设计验电阻取10W满足耗散功率求电容选极性涤纶电容耐压值取250V(电网电压波动10计算220*11242取250V留裕量)
需含电阻回路串联调电阻规避参数值偏差造成误差实现精确阻值避免运放出现零点漂移
转速调节器传递函数
5．系统仿真
51MATLAB进行仿真
双闭环直流调速系统动态框图：
IdL
Ud0
Un
+
+
Ui
ACR
1R
Tl s+1
R
Tms
U*i
Uc
Ks
Tss+1
Id
1
Ce
+
E
b
T0is+1
1
T0is+1
ASR
1
T0ns+1
a
T0ns+1
U*n
n
根结构框图加前面关ACRASR参数设计该系统数学模型利MATLAB中Simulink进行仿真中仿真时间2秒步长值均采变步长
图14 未加入限幅环节Simulink仿真模型
转速电流双闭环直流逆调速系统Simulink仿真模型时未带饱限幅环节中输入定电压010V阶跃信号输入模型阶跃信号代传递函数1转速调节器传递函数例积分型PI调节器样积分例作调节器输出电压电流调节输入电压快速响应消调速系统静差提高稳定性传递函数2电流调节器传递函数PI调节器输出静差传递函数3电力电子变换装置传递函数传递函数4电枢电压电枢电流间传递函数传递函数5电枢电流反电动势间传递函数增益1电动机电动势常数倒数传递函数6带滤波电枢电流反馈环节传递函数7测速发电机测速反馈环节注意时未加入限幅环节
图15 已加入限幅环节Simulink仿真模型
转速电流双闭环直流逆调速系统Simulink仿真模型时已加入饱限幅环节中输入定电压010V阶跃信号输入模型阶跃信号代传递函数1转速调节器传递函数例积分型PI调节器样积分例作调节器输出电压电流调节输入电压快速响应消调速系统静差提高稳定性传递函数2电流调节器传递函数PI调节器输出静差传递函数3电力电子变换装置传递函数传递函数4电枢电压电枢电流间传递函数传递函数5电枢电流反电动势间传递函数增益1电动机电动势常数倒数传递函数6带滤波电枢电流反馈环节传递函数7测速发电机测速反馈环节限幅1转速调节器输出限幅限幅2电流调节器输出限幅
52仿真结果
未加入饱限幅环节时仿真结果
图16 未加入限幅环节仿真波形
图16见未加饱限幅非线性环节时积分器作输出始终断增长转速超调量较(约13)电流已远超出正常值物理实际中绝出现时断路器必定已实施流保护熔断
仿真图16系统转速超调量较峰值转速高达2000rmin然系统稳定符合求稳定转速1500rmin电流值早已超出物理实际高达4000安培单台直流电动机电流根高峰值系统早已崩溃失控时系统稳定运行
外起初仿真时发现稳态转速150左右始终达1500检查发现阶跃定信号未默认值1设置10
加入饱限幅环节仿真结果
图17 已加入限幅环节仿真波形
仿真图17知道加饱限幅非线性环节转速调节器输出电流调节器输入设电流定8电流会前样飙升转速超调量降低会电动机严重载稳定时转速1500rmin电机正常运转电流符合物理实际堵转电流约100安培转速稳定电流降零系统稳定正常运行
仿真总结
PI调节器输入电压Uin始终存运算放器反馈回路电容断充电积分果未加限幅环节输出限增长损毁设备必须理想运算放器加输出限幅环节饱保证线性放作保护系统环节
6．总结
通次VM双闭环逆直流调速系统课程设计电力电子技术电力拖动动控制系统进步解认识学容更深刻理解进步认识工程设计时实际相联系重性计算元件参数时计算出值实际生产参数符需根实际情况参数进行取舍外做设计时信息十分重运文件检索工具查阅许相关资料设计益处次课程设计工作扎实基础
7．参考文献
[1] 陈伯时 电力拖动动控制系统——运动控制系统第三版机械工业出版社2003
[2] 丁学文 编 电力拖动运动控制系统机械工业出版社2007
[3] 王兆安黄俊 电力电子技术第四版机械工业出版社2008
[4] 彭鸿 电机原理拖动第二版机械工业出版社2007
附录：
结果变步长情况仿真结果实际中变步长进行运算
运算器设置固定步长需采样时间进行设置
采样时间5毫秒时输出完全正常
图18 固定步长采样时间5毫秒波形图
发现采样时间必须5毫秒系统输出正常
图19 固定步长采样时间5毫秒波形图
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