电力拖动与控制系统课程设计-双闭环直流调速系统设计

1、 摘要 双闭环（转速环、电流环）直流调速系统是一种当前应用广泛，经济，适用 的电力传动系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强的优点。我们知道反馈闭环 控制系统具有良好的抗扰性能， 它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都 能有效的加以抑制。采用转速负反馈和 PI 调节器的单闭环调速系统可以在保证 系统稳定的条件下实现转速无静差。本文就此问题研究分析调节器的设计，包括 结构设计，参数设计，电路设计等几个方面。 关键词：双闭环 直流调速 负反馈 电机拖动 目录 1 双闭环直流调速系统. 1 1.1 简介 1 1.2 组成原理图 1 1.3 稳态分析 2 1.3.1 稳态模型 2 1.3.2 静特性

2、 3 1.4 动态分析 5 1.4.1 稳态数学模型 5 1.4.2 动态性能分析 5 2 调节器设计 7 2.1 电流调节器设计 7 2.2 转速调节器设计 9 2.3 系统电路图 12 4 总结 14 5 参考文献 15 直流调速系统调节器设计 1 双闭环直流调速系统 1.1 简介 转速单闭环直流调速系统在开环直流调速系统上引入了转速负反馈， 根据自 动控制原理的知识可以知道，引入一个量的负反馈，能够保持该量恒定。因此转 速单闭环直流调速系统能够维持恒定的转速，如果采用 PI 调节器还能实现转速 无静差。同时，由于反馈控制的特点：抵抗扰动，能够对负反馈包围的前向通道 的扰动产生抑制作用，

3、所以转速单闭环直流调速系统有较好的抗负载扰动的能力。 电流单闭环直流调速系统与转速单闭环直流调速系统类似， 引入了电流反馈， 具有良好的抵抗电网扰动的能力。 转速、电流反馈控制的直流调速系统是静、动态性能优良、应用最广的直流 调速系统。对于经常正、反转运行的调速系统，在起动（或制动）过程中，希望 始终保持电流为允许的最大值，使调速系统以最大的加（减）速运行。当达到稳 态转速时，最好使电流立即降下来，使电磁转矩与负载转矩相平衡，从而迅速转 入稳态运行。采用单闭环调速系统是无法实现的，因而只能采用转速和电流两个 调节器。 1.2 组成原理图 为了使转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个

4、调节器，分 别引入转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流负反馈以调节转速和电流， 二 者之间实行嵌套连接。 如下图所示。 把转速调节器的输出当做电流调节器的输入， 再用用电流调节器的输出去控制电力电子变换器 UPE。 图 1-1 系统原理图 由于题目要求稳态无静差，因而调节器必须采用相应的积分调节器，故相应 转速环采用 PI 调节器进行调节。同时电流内环也采用相应的 PI 调节器也能实现 很好的动、静态特性。 1.3 稳态分析 1.3.1 稳态模型 首先要画出双闭环直流系统的稳态结构图如图 1-2 所示， 分析双闭环调速系 统静特性的关键是掌握 PI 调节器的稳态特征。一般存在两种状况：饱和输 出达到限幅值；不饱和输出未达到限幅值。当调节器饱和时，输出为恒值， 输入量的变化不再影响输出，相当与使该调节环开环。当调节器不饱和时，PI 作用使输入偏差电压 U 在稳态时总是为零。 图 1-2 双闭环直流调速系统的稳态结构框图 实际上，在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的。因此，对于静 特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况。 1.3.2 静特性 分析静特性的关键是