电拖课程设计--直流双环系统（二）的设计及仿真分析

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1、 1 直流双环系统（二）的设计及仿真分析（六） 1 设计原理 系统设计的一般原则： 按照“先内环后外环” 的设计原则，从内环开始，逐步向外扩展。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。 双闭环调速系统的实际动态结构框图如图 1.1 所示，它有电流滤波、转速滤波和两个 给定信号的滤波环节。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。这样的滤波环节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

2、衡这个延迟作用，在给定信号通道上加入一个同等时间常数 的惯性环节，称作给定滤波环节。其意义是让给定信号和反馈信号经过相同的延时，使二 者在时间上得到恰当的配合，从而带来设计上的方便。 图 1.1 双闭环调速系统的动态结构框图 2 2 设计方法及步骤 2.1 电流反馈系数和转速反馈系数计算 rV n U N nm min05.0 200 10 AV I U N im 35.1 7.32 10 2.2 设计电流调节器 2.2.1 电流环的化简 在电流环中存在四个与之相关的时间常数： m T 、 l T 、 m T 、 m T 其大小关系是： 一般情况下，电枢时间常数 Tl 要远小于机电时间常数 T

3、m,所以对于电流环 来说反电势是一个较慢的扰动，可以认为在电流瞬时变化时反电势基本不变，则电流环可 化简为如图 2.1 所示： 进一步简化为： a） 图 2.1 电流环的等效框图 a) 忽略反电势的动态影响 b）小惯性环节的近似处理 其中 Toi 和 Ts 按小惯性群近似处理， oisi TTT ，为保证稳态时电流无静差以得 到理想的堵转特性，同时从动态上看要求转矩快速跟随扰动，以保证转速稳定。所以内环 应以速动性为主，即选择型系统。 b) 3 由于对电流超调量有较严格要求，而抗扰指标却没有具体要求，因此电流环仍按典 型 I 型系统设计。电流调节器选用 PI 调节器，其传递函数为 s sK s

4、W i ii A C R )1( )( （2-1） 为了消除控制对象大时间惯性环节，选择： sTl i 015.0 则电流环动态结 构框图可化简后如图 2.3 所示的典型形式： 图 2.3 电流环简化动态结构框图 其中 R KK K i Si I ，然后按典型的 I 型系统的动态性能指标选取 iIT K 的值，从而得到 Ki 值，进而确定调节器的参数。以上推倒假设校验条件如下： （ ci 为电流环的截止频率） (1) 晶闸管整流装置传递函数的近似条件：一般近似取 s T3 1 大于截止频率,但实际条件是 s T24.2 1 大于截止频率: ci s T 24.2 1 （2-2） (2) 忽略反

5、电势对电流环的影响的条件： ci mlT T 1 3 （2-3） (3)电流环小惯性群近似处理的条件： ci oisT T 1 3 1 （2-4） 2.2.2 电流环等效环节闭环传递函数 电流环经过上述的简化后闭环表达式可写成： 1 1 1 / )( 2 2* s K s K T KssT K U sI W II i Ii I i d Cil （2-5） 忽略高次项，则 )(sW Cil 可简化为： 4 1 1 1 s K W I Cil （2-6） 则接入转速环的电流等效环节为： 1 1 /1 )( )( * s K sW U sI I cli i d （2-7） 2.2.3 时间常数确定

6、晶闸管滞后时间常数 s T 的大小与整流电路形式有关,本题采用的是单相桥式整流电路, 单相桥式晶闸管整流电路的平均后时间 TS=0.001S，取电流反馈滤波时间常数，电流滤波 时间常数： sToi001.0 可得 电流环小时间常数之和： sTTT oisi 002.0 2.2.4 电流调节器结构选择和参数计算 根据设计要求，电流超调： %5% ，并保证稳态电流无差，故选用型系统设计 电流调节器。电流环控制对象是双惯性环节，因此可用 PI 电流调节器，将其校正成型 系统 参数计算： 设电流调节器比例积分传递函数为： s sK sW i ii ACR )1( )( 其中 sTl i 015.0 电流环要求 %5% 时,查附表 1 可得，应取 5 . 0 iIT K 因此： 1 250 002.0 5.05.0