专业课程设计报告
（级本科）
题 目：转速电流双闭环可逆直流调速系统的仿真与设计 学 院： 学院 专 业： 班 级：
姓 名： 学 号：
同组同学： 设计时间：
评定成绩： 指导教师：
年 月
大学专业课程设计任务书
课程名称 专业课程设计 课程代码 1
设计题目 设计时间 学院 一、 转速电流双闭环可逆直流调速系统的仿真与设计（可以采用晶闸管整流器-电动机系统，也可以采用直流PWM变换器-电动机系统） 年 月 日～年 月 日 学院 专业 班级 课程设计任务、具体技术参数 课程设计任务： 1. 确定控制系统方案 主电路选用直流脉宽调速系统，控制系统选用转速、电流双闭环控制方案 2. 确定每一级的具体技术指标（如放大倍数、输入输出电阻、电源电压等） 在这里，首先设计电流调节器，然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器。 由于电流检测信号中常含有交流分量，为了不使它影响到调节器的输入，需加低通滤波。这样的滤波传递函数可用一阶惯性环节来表示，其滤波时间常数Toi按需要选定，以滤平电流检测信号为准。然而，在抑制交流分量的同时，滤波环节也延迟了反馈信号的作用，为了平衡这个延迟作用，在给定信号通道上加入一个等时间常数的惯性环节，称作给定滤波环节。由测速发电机得到的转速反馈电压含有换向纹波，因此也需要滤波，滤波时间常数用Ton表示，根据和电流环一样的道理，在转速给定通道上也加入时间常数为Ton的给定滤波环节。 2.1电流环的设计 (1)确定时间常数 整流装置之后时间常数Ts。三相桥式电路的平均失控时间Ts=0.0017s。电流滤波时间常数Toi。为了基本滤平波头。因此取Toi=2ms=0.02s。电流环小时间常数之和T?i。按小时间常数近似处理，取T?i=Ts+Toi=0.0037s。 (2)选择电流调节器的结构 根据设计要求?i%?5%并保证稳态电流无差，可按照典型I型系统设计电流调节器，因此可用PI型电流调节器。 其传递函数为WACR?s??Ki?is?10.03s?1?1.013。 ?is0.03s 2
含给定滤波与反馈滤波的PI型电流调节器 (3)选择电流调节器参数 要求?i%?5%时，应取KITi?0.5，因此KI?TlTi?0.50.0037?135.1s ??于是，Ki?KI?1?iR135.1?0.03?0.5??1.013。 ?Ks0.05?40 (4)校验近似条件 要求?ci?111?s?1?196.1s?1??ci。 ，现3Ts3?0.00173Ts 要求?ci?3111?3s?1?4.243s?1??ci。 ，现3TmTlTmTl1?0.5 要求?ci?111111?s?1?180.8s?1??ci ，现3TsToi3TsToi30.0017?0.002(5)计算电流调节器电阻和电容 取R0?40k?，则 Rn?KnR0?1.013?40k??40.52k? 取Rn?40k? Ci??iRi?0.03F?0.75?F 取0.75?F 340?104Toi4?0.0026C???10?F?0.2?F 取0.2?F oi3R040?10 按照上述参数，电流环可以达到的动态指标为?i%?4.3%?5%，故满足设计要求。 2.2转速环的设计 (1)确定时间常数
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电流环等效时间常数为2Ti?0.0074s。根据所用发电机纹波情况，取转速滤波时?间常数Ton?0.01s。转速小时间常数近似处理，取Tn?2Ti?Ton?0.0174s。 ?? (2)选择转速调节器结构 按照设计要求，选用PI调节器，其传递函数为WASR?s??Kn?ns?1 ?ns 含给定滤波与反馈滤波的PI型转速调节器 (3)计算转速调节器参数 按跟随和抗扰性能都较好的原则，取h?5，则?n?hTn?5?0.0174s?0.087s ?KN?h?16?2?2?s?396.4s 2222?25?0.01742hTn?则 Kn??h?1??CeTm2h?RTn??6?0.05?0.132?0.18?11.7 10?0.007?0.5?0.174 (4)检验近似条件 ?cn?KN?n?396.4?0.087s?1?34.5s?1。 要求?cn?1KI1KI1135.1?s?1?63.7s?1??cn。满足简化条件 ，现3Ti3Ti30.0037??要求，?cn?1KI现11?1135.1s?1?38.7s?1??。满足近似条件 cn3Ton3Ton30.01 (5)计算调节器电阻和电容 取R0?40k?，则 4
Rn?KnR0?11.7?40k??468k? 取Rn?468k? Cn? Con??nRn?0.0876?10?F?0.185?F 取0.2?F 3470?104Ton4?0.016??10?F?1?F 取1?F 3R040?10 (6)校核转速超调量 ?Cmax?nNT?n ?n%??2???z??CbnNTm当h?5时，?CmaxIR136?0.5rmin?515.2rmin,因此 ?81.2%，而?nN?N?Ce0.132Cb515.20.0174??7.66%?10% 16000.18?n%?81.2%?2?1.5?(7)校验过渡过程时间 空载起动到额定转速的过渡过程时间 ts?t2?t??t2?可见能满足设计要求。 3. 静态设计 CeTmnN0.18?0.2?200?s?0.12s R?IN8?2.03?3.7该系统是属于双闭环调速系统，其中具有转速环，称为外环，还有就是电流环，这里称为内环，外环由测速机采集信号经过反馈系数得到电压信号反馈给ASR，内环我们这里采用直流PWM控制系统相结合，其中脉宽调速系统由调制波发生器GM、脉宽调制器UPM、逻辑延时环节DLD以及绝缘栅双极性晶体管的GD和脉宽调制变换器组成。直流PWM控制系统是直流脉宽调制式调速系统控制系统，与晶闸管直流调速系统的区别在于用直流PWM变换器取代了晶闸管交流装置，作为系统的功率驱动器。脉宽调制器是有一个运算放大器和几个输入信号构成电压比较器。运算放大器工作在开环状态，在电流调节器输出的控制信号的控制下，产生一个等幅、宽度受Uc控制的方波脉冲序列，为PWM提供所需要的脉冲信号。逻辑延时环节DLD保证在一个管子发出关断脉冲时，经延时后再发出对另一个管子的开通脉冲，在延时环节中引入瞬时动作限流保护FA信号，一旦桥臂电流超过允许最大电流值时，使工作管子同时封锁，以保护电力晶体管。
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转速电流双闭环可逆直流调速系统的仿真与设计(专业课程设计报告格式)
