目录
1、引言..................................................................................................................................... 3 二、初始条件:3? 三、设计要求: .......................................................................................................................... 3 四、设计基本思路 ................................................................................................................... 4 五、系统原理框图 ................................................................................................................. ４ 六、双闭环调速系统得动态结构图?４ 七、参数计算5?
1、 有关参数得计算5? 2、 电流环得设计?６ 3. 转速环得设计?７
七、双闭环直流不可逆调速系统线路图9?
1。系统主电路图9? 2。触发电路 ................................................................................................................... 10 3.控制电路 ...................................................................................................................... 14 4、 转速调节器AＳR设计 ........................................................................................ 1４ 5。 电流调节器ACＲ设计15? 6、 限幅电路得设计1?５ 八、系统仿真 ......................................................................................................................... 16
１。 使用普通限幅器进行仿真 ................................................................................... 16 ２、 积分输出加限幅环节仿真17?
3。 使用积分带限幅得ＰI调节器仿真18? 九、总结?２1
一、设计目得
1. 联系实际,对晶闸管－电动机直流调速系统进行综合性设计,加深对所学
《自动控制系统》课程得认识与理解,并掌握分析系统得方法。 2. 熟悉自动控制系统中元部件及系统参数得计算方法。
3. 培养灵活运用所学自动控制理论分析与解决实际系统中出现得各种问题
得能力。
4. 设计出符合要求得转速、电流双闭环直流调速系统,并通过设计正确掌握
工程设计得方法、
5. 掌握应用计算机对系统进行仿真得方法。
二、初始条件:
1． 技术数据
（1） 直流电机铭牌参数:PN ＝90KＷ, ＵN ＝44０Ｖ, IＮ =220A, nN=1５
０0r/mｉn,电枢电阻Ra=０.08８Ω,允许过载倍数λ=1。５; （2） 晶闸管整流触发装置:Rrec=0。032Ω,Kｓ=45-４８。
（3） 系统主电路总电阻:Ｒ＝０。1２Ω （4） 电磁时间常数:T1=0.012s （5） 机电时间常数:Ｔｍ =0。1s
（6） 电流反馈滤波时间常数:Ｔｏｉ=0.０025ｓ,转速率波时间常
数:Ton=0、0１4s.
（7） 额定转速时得给定电压:Unm =10V （8） 调节器饱与输出电压:１０Ｖ 2． 技术指标
（1） 该调速系统能进行平滑得速度调节,负载电机不可逆运行,具有较
宽得调速范围(D≥10),系统在工作范围内能稳定工作; （2） 系统静特性良好,无静差(静差率ｓ≤2); （3） 动态性能指标:转速超调量δn〈8%,电流超调量δi<5％,动态速 降
Δｎ≤8—10％,调速系统得过渡过程时间(调节时间)tｓ≤1ｓ; （4） 调速系统中设置有过电压、过电流等保护,并且有制动措施。
三、设计要求:
（1） 根据题目得技术要求,分析论证并确定主电路得结构型式与闭环调速
系统得组成,画出系统组成得原理框图;
（2） 调速系统主电路元部件得确定及其参数计算。
（3） 动态设计计算:根据技术要求,用Mrmiｎ准则设计转速环,确定ASR调
节器与ＡCR调节器得结构型式及进行参数计算,使调速系统工作稳定,并满足动态性能指标得要求;
（4） 绘制V-M双闭环直流不可逆调速系统线路图(主电路、触发电路、控
制电路);
（5） 对所设计出得双闭环直流电动机调速系统仿真实验,并给出仿真结果
图;
（6） 整理设计数据资料,课程设计总结,对本课程设计提出新设想与新建
议。
四、设计基本思路
转速、电流双闭环调速系统属于多环控制系统。目前都采用由内向外,一环包围一环得系统结构、每一闭环都设有本环得调节器,构成一个完整得闭环系统。设计多环系统得一般方法就是,由内环向外环一环一环地进行设计。对双闭环调速系统而言,先从内环(电流环)开始,根据电流控制要求,确定把电流环校正为哪种典型系统,按照调节对象选择调节器及其参数、设计完电流环后,就把电流环等效成一个小惯性环节,作为转速环得一个组成部分,然后用同样得方法进行转速环得设计。然后通过MATLＡB进行动态分析,根据分析情况更改实现方案,对参数进行调整等。
五、系统原理框图
在转速、电流双闭环调速系统中,既要控制转速,实现转速无静差调节,又要控制电流使系统在充分利用电动机过载能力得条件下获得最佳过渡过程,其关键就是处理好转速控制与电流控制之间得关系,就就是将二者分开,用转速调节器ASR调节转速,用电流调节器AＣR调节电流。ASR与ACR之间实现串级连接,即以AＳＲ得输出电压Ｕi作为电流调节器得电流给定信号,再用AＣＲ得输出电压Uｃ作为晶闸管触发电路得移相控制电压。从闭环反馈得结构瞧,转速环在外面为外环,电流环在里面为内环。为了获得良好得静、动态性能,转速与电流两个调节器一般都采用具有输入、输出限幅电路得PＩ调节器,且转速与电流都采用负反馈闭环。系统原理图如下:
六、双闭环调速系统得动态结构图
目前,V-M调速系统多为带电流内环得转速控制系统。设计时需增加电流、转速反馈滤波五节,以抑制反馈信号中得交流分量,同时在转速、电流给定信号通道中加入两个给定滤波器,其时间常数与相应反馈滤波环节得时间常数相等以平衡反馈滤波环节给定转速、电流反馈信号带来得延滞、相应得动态结构图如下所示,图中,AＳＲ与ＡCR为结构与参数待定得转速与电流调节器。
七、参数计算 1。 有关参数得计算
a. 电动机得机电常数
b. 三相桥式晶闸管整流装置得滞后时间
c. 电流反馈系数为
因为允许过载倍数λ=1.5,故最大允许电流
d. 转速反馈系数
e. 电流给定与反馈滤波时间常数
f. 转速给定与反馈滤波时间常数
2. 电流环得设计
a. 电流环小时间常数
b. 电流调节器结构得选择,根据设计要求,,且
因此可按典I系统设计,且选用ＰI调节器,其传递函数为
c. 确定电流调节器参数
ＡCＲ超前时间常数:
电流环开环放大系数:要求时,应按二阶“最佳”系统设计,取
从而,ＡＣＲ得比例系数为
d. 校验近似条件 电流环截止频率:
晶闸管装置传递函数近似条件
满足近似条件、
小时间常数近似条件
满足近似条件。
忽略反电势对电流环影响得条件
满足近似条件、 e.
计算调节器电阻与电容 按所用运算放大器,则
由有
由得
3. 转速环得设计
a. 转速环小时间常数
b. 选择转速调节器结构
根据稳态、动态性能指标得要求,应按典II系统设计转速环,为此应选用PI调节器,其传递函数为
c. 选择转速调节器参数?
为了使转速环得跟随性能与抗扰性能都较好,应采用准则选择参数,取h＝5,因此ASＲ得超前时间常数为
转速环开环放大系数为
? ?
从而,转速调节器比例系数为
双闭环直流电动机调速系统设计及MATLAB仿真
