1、直流电动机单闭环控制系统设计 1 第一章第一章 直流电动机基本控制电路直流电动机基本控制电路 1.1 基本电路 图 1-1 直流电动机基本控制电路 1.2 各器件参数 电动机：额定数据为 10KV，220V，55A，,1000r/m，电枢电阻 R=0.5 晶闸管触发整流装置： 三相桥式可控整流电路， 整流变压器 YY 联 结， 二 次 线 电 压 U21=230V，电压放大系数 KA=44: V-M 系统电枢回路总电阻 R=1.0； 测速发电机：永磁式，额定数据为 23.1W,110V,0.21A,1900r/m；直流稳压电源15V。 1.3 动态结构图及数学模型 直流电动机数学模型的建立：他
2、励直流电动机在额定励磁下的等效电路绘于图 1-2， 其中电枢回路总电阻 R 和电感 L 包含电力电子变换器内阻、电枢电阻和电感以及可能在 主电路中接入的其他电阻和电感，规定的正方向如图所示。假定主电路电流连续，则动态 电压方程为 (1-1) (1-1) 忽略粘性摩擦及弹性转矩，电动机轴上的动力学方程为 (1-2) 直流电动机单闭环控制系统设计 2 额定励磁下的感应电动势和电磁转矩分别为 式中 包括电动机空载转矩在内的负载转矩 N.m 电力拖动系统折算到电动机轴上的飞轮惯量 额定励磁下的电动机的转矩系数 电枢回路电磁时间常数 电力拖动系统机电时间常数 直流电动机动态结构图： 图 1-2 直流电动
3、机动态结构框图的变换和简化 直流电动机单闭环控制系统设计 3 直流电动机的基本电路的动态结构图及数学模型： 图 1-3 直流电动机的基本电路的动态结构图 由图可见，反馈控制闭环直流调速系统的开环传递函数是 （ （ （ （1-3） 式中 设 从给定输入作用上看，闭环直流调速系统的闭环传递函数是 直流电动机单闭环控制系统设计 4 第二章 系统的静态分析 2.1 静态时的性能指标：要求调速范围 D=10，静差率 s5%。 2.2 计算调速系统的稳态参数： 1） 为满足调速系统的稳态性能指标，额定负载时的稳态速降应为 2） 求闭环系统应有的开环放大系数。 求闭环系统应有的开环放大系数。 则开环系统额定
4、速降为 闭环系统的开环放大系数应为 3） 计算转速反馈环节的反馈系数和参数。 转速反馈系数包 含测速发电机的电动势系数 和其输出电位器的 分压 系数， 即 根据测速发电机的额定数据，有 试取 。 如测速发电机与主电动机直接连接， 则在电动机最高转速 1000r/m 时，转速反馈电压为 稳态时很小， 只要略大于即可，现有直流稳压电源为15V，完全能够 满足给定电压的需要。因此，取是正确的。于是，转速反馈系数的计算结果是 电位器的选择方法如下：为了使测速发电机的电枢压降对转速检测信号的线 性度没有显著影响，取测速发电机输出最高电压时，其电流约为额定值的 20%，则 直流电动机单闭环控制系统设计 5
5、 此时所消耗的功率为 为了不致使电位器温度很高，实选电位器的瓦数应为所消耗功率的一倍以上，故可将 选为 10W，1.5K的可调电位器。 4） 计算运算放大器的放大系数和参数。 根据调速指标要求，前已求出闭环系统的开环放大系数应为 K53.3.，则运算放大 器的放大系数 KP 应为 实取 Kp=21。 运算放大器的参数计算如下：根据所用运算放大器的型号,则 R1=KpR0=2140k =840 k。 直流电动机单闭环控制系统设计 6 第三章 动态分析与设计 3.1 反馈控制闭环直流调速系统的稳定条件 它的一般表达式为 根据三阶系统的劳斯判据，系统稳定的充分必要条件是 的各项系数显然都是大于零的，
6、因此稳定条件就只有 或 整理后得 系统的临界放大系数 Kcr,KKcr 时，系统将不稳定。对于一个自动控制系统来说，稳 定性是它能否正常工作的首要条件，是必须保证的。 3.2 判别这个系统的稳定性 首先应确定主电路的电感值，用以计算电磁时间常数。对于 V-W 系统，为了使主电路 电流连续，应设置平波电抗器。此电路是三相桥式可控整流电路，为了保证最小电流 Idmin=10%Idn时电流仍能连续，应采用式计算电枢回路总电感量，即 现在 则 直流电动机单闭环控制系统设计 7 取 L=17mh=0.017H 计算系统中各环节的时间常数： 电磁时间常数 机电时间常数 对于三相桥式整流电路，晶闸管装置的滞后时间常数为 Ts=0.00167s 为保证系统稳定，开环放大系数应满足以下的稳定条件： 按稳态调速性能指标要求 K53.3，因此，此闭环系统是不稳定的。 直流电动机单闭环控制系统设计 8 第四章 系统的校正设计 4.1 校正的基本方法 动态校正的方法很多，而且对于一个系统来说，能够符合要求的校正方案也不是唯一 的。在
