运控课程设计--双闭环直流调速系统

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1、 运动控制系统 课程设计报告 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 撰写日期： 目录 目录 第一章 课程设计内容与要求分析1 1.1 课程设计内容.1 1.2 课程设计要求分析.2 第二章 调节器的工程设计8 2.1 调节器的设计原则.8 2.2 型系统与型系统的性能比较.8 2.4 转速调节器的设计13 第三章 Simulink 仿真 .18 3.1 电流环的仿真设计18 3.2 转速环的仿真设计18 3.3 双闭环直流调速系统的仿真设计20 第四章 课程设计总结.22 参考文献23 第一章 课程设计内容与要求分析 1 第一章第一章 课程设计内容与要求分析课程设计内容与要求分析 1.1

2、课程设计内容课程设计内容 1.1.1 设计参数 三相桥式整流电路，已知参数为： PN=555KW,UN=750V,IN=760A,nN=375r/min,电动势系数 Ce=1.82V.min/r,电枢回路总电阻 R=0.14，允许电流过载倍数=1.5，触 发整流环节的放大倍数 Ks=75,电磁时间常数 Tl=0.031s,机电时间常数 Tm=0.112s 电流反馈时间常数 Toi=0.002s,转速反馈滤波时间常数 Ton=0.02s。且调节器输入输出电压 U*nm=U*in=U*cm=10V,调节器输入电阻 R0=40K。 1.1.2 设计内容 1）根据题目的技术要求，分析论证并确定闭环调速

3、系统的组成，画出 系统组成的原理框图。 2） 建立双闭环调速系统动态数学模型。 3）动态设计计算：根据技术要求，对系统进行动态校正，确定 ASR 调 节器与 ACR 调节器的结构形式及进行参数计算，使调速系统工作稳定，并 满足动态性能指标的要求。 4） 利用 MATLAB 进行双闭环调速系统仿真分析，并研究参数变化时对 直流电动机动态性能的影响。 1.1.3 设计要求 1）该调速系统能进行平滑地速度调节，负载电机不可逆运行，具有较 宽地转速调速范围（ 10D ） ，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 2S ） 。 3）动态性能指标：转速超调量n10%，电流超调量

4、5% i ，动态最 大转速降 810%n ，调速系统的过渡过程时间（调节时间） 1 s ts 。 第一章 课程设计内容与要求分析 2 4)系统在 5%负载以上变化的运行范围内电流连续。 5)主电路采用三项全控桥。 1.2 课程设计要求分析课程设计要求分析 1.2.11.2.1 双闭环直流调速系统的组成 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调 节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级连接，如图 2 所示，即把 转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制 晶闸管整流器的触发装置。从闭环结构上看，电流调节环在里面，叫做内 环；转速环在外面，叫做外环。这样

5、就形成了转速、电流双闭环调速系统。 该双闭环调速系统的两个调节器 ASR 和 ACR 一般都采用 PI 调节器。因 为 PI 调节器作为校正装置既可以保证系统的稳态精度，使系统在稳态运行 时得到无静差调速，又能提高系统的稳定性；作为控制器时又能兼顾快速 响应和消除静差两方面的要求。一般的调速系统要求以稳和准为主，采用 PI 调节器便能保证系统获得良好的静态和动态性能。 图 2 转速、电流双闭环直流调速系统 图中 U*n、Un转速给定电压和转速反馈电压；U*i、Ui电流给定电压和 电流反馈电压； ASR转速调节器； ACR电流调节器；TG测速发电机； TA电流互感器；UPE电力电子变换器。 1.

6、2.2 双闭环直流调速系统的稳态结构图和静特性 第一章 课程设计内容与要求分析 3 图图 3 3：双闭环直流调速系统的稳态结构图：双闭环直流调速系统的稳态结构图 双闭环直流系统的稳态结构图如图 3 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 在稳太时总是为零。 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， 对静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况。 1转速调节器不饱和 这时，两个调节器都不饱和，稳态时，它们的输入偏差电压都是零， 因此， * Un = Un= n = 0 n （1-1） * Ui = Ui= d I （1-2） 由式（1-1）可得：n= * n U = 0 n 从而得到静特性曲线的 CA 段。与此同时，由于 ASR 不饱和