电力拖动自动控制系统课程设计

《运动控制系统设计》

课程设计报告

设计题目：转速、电流双闭环直流调速系统设计与实践班级：04 级自动化一班

学号:

姓名：

指导教师：

设计时间：2007.11.20 —2007.12.14

目录摘要

第一章概述

第二章设计任务及要求

2.1设计任务：

2.2设计要求：

2.3理论设计

3.1方案论证

3.2系统设计

3.2.1电流调节器设计

3.2.1.1确定时间常数

3.2.1.2 选择电流调节器结构

3.2.1.3计算电流调节器参数

3.2.1.4 校验近似条件

3.2.1.5 计算调节器电阻和电容

3.2.2速度调节器设计

3.2.2.1 确定时间常数

3.2.2.2 选择转速调节器结构

3.2.2.3 计算转速调节器参数

3.2.2.4 校验近似条件

3.2.2.5 计算调节器电阻和电容

3.2.2.6 校核转速超调量

第三章系统建模及仿真实验

4.1MATLAB 仿真软件介绍

4.2仿真建模及实验

4.2.1单闭环仿真实验

4.2.2双闭环仿真实验

4.2.3仿真波形分析

第四章实际系统设计及实验

5.1 系统组成及工作原理

5.2 设备及仪器

5.3 实验过程

5.3.1 实验内容

5.3.2 实验步骤

第五章总结与体会

参考文献

摘要

从七十年代开始，由于晶闸管直流调速系统的高效、无噪音和快速响应等优点而得到广泛应用。双闭环直流调速系统就是一个典型的系统，该系统一般含晶闸管可控整流主电路、移相控制电路、转速电流双闭环调速控制电路、以及缺相和过流保护电路等．给定信号为0～10V直流信号，可对主电路输出电压进行平滑调节。由于其机械特性硬，调速范围宽，而且是无级调速，所以可对直流电动机进行调压调速。动静态性能好，抗扰性能佳。速度调节及抗负载和电网扰动，采用双PI调节器，可获得良好的动静态效果。电流环校正成典型I型系统。为使系统在阶跃扰动时无稳态误差，并具有较好的抗扰性能，速度环设计成典型Ⅱ型系统。根据转速、电流双闭环调速系统的设计方法，用Simulink做了带电流补偿的电压负反馈直流调速系统进行仿真综合调试，分析系统的动态性能，并进行校正，得出正确的仿真波形图。

关键词：直流调速双闭环转速调节器电流调节器

第一章概述

为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在V-M调速系统中设计两个调节器，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作电流调节器的输入，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，形成转速、电流双闭环调速系统。

采用PI调节的单个转速闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。为了实现在允许条件下的最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值

I的恒流过程。按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可

dm

以保持该量基本不变，那么，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。应该在起动过程中只有电流负反馈，没有转速负反馈，达到稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不再让电流负反馈发挥作用。通过系统建模和仿真，用MATLAB/Simulink工具分析设计直流电动机速度控制系统。

第二章设计任务及要求

2.1设计任务

设计一个双闭环直流调速系统，要求利用晶闸管供电，整流装置采用三相桥式电路。

直流电动机：

●额定功率29.92KW，额定电压220V，额定电流136A，

●额定转速 1460r/m，e C=0.132Vmin/r，

●允许过载倍数λ=1.5。

●晶闸管装置放大系数：s K=40

●电枢回路总电阻：R=1Ω

●时间常数：机电时间常数m T=0.18s，

电磁时间常数l T=0.03s

●电流反馈系数：β=0.05V/A

●转速反馈系数：α=0.007v min/r

●转速反馈滤波时间常数：on

T=0.005s，oi T=0.005s

●总飞轮力矩：GD2=2.5N.m

●h=5

2.2设计要求

（1）调速范围D=10，静差率≤5%；稳态无静差，电流超调量iσ≤5%，电

S≤10%；启动到额定转速时的转速退饱和超调量流脉动系数

i

σ≤10%。

n

（2）系统具有过流、过压、过载和缺相保护。

（3）触发脉冲有故障封锁能力。

（4）对拖动系统设置给定积分器。

第三章理论设计

3.1方案论证

系统设计理论

按照设计多环控制系统先内环后外环的一般原则，从内环开始，逐步向外扩展设计原则（本课题设计先设计电流内环，后设计转速外环）。

在双闭环系统中应该首先设计电流调节器，然后把整个电流环看作转速调节系统中的一个内环节，再设计转速调节器。这样的系统能够实现良好的静态和

稳态性能，结构简单，工作可靠，设计和调试方便，达到本课程设计的要求。 双闭环直流调速系统的结构框图:

3.2系统设计

3.2.1电流调节器设计

3.2.1.1确定时间常数

(1) 整流装置滞后时间常数s T 。按书[]1表1-2，三相电路的平均失控时间：

s T =0.0017s （3-1）

(2) 电流滤波时间常数oi T 。

oi T =0.005s （3-2） (3) 电流环小时间常数之和i T ∑。按小时间常数近似处理，取为：

i T ∑=s T +oi T =0.0067s (3-3）

3.2.1.2 选择电流调节器结构

根据设计要求i

σ≤5%，并保证稳态电流无差，可按典型I 型系统设计电流

调节器。电流环控制对象是双惯性型的，因此可用PI 电流调节器，它的传递函

数为：

)(s W ACR =

(1)

i i i K s s

ττ+ （3-4） 图3.1 双闭环直流调速系统的动态结构图