自动控制系统晶闸管直流电动机单闭环调速系统.doc

广东技术师范学院天河学院 《电力拖动自动控制系统》报告 题目：晶闸管-直流电动机单闭环调速系统 系 别 电气工程系 班 级 本自动化092 学 号 学生姓名 指导老师 孙炳达 2012年11月 题目：晶闸管-直流电动机单闭环调速系统 系统结构图： 已知数据：直流电动机：额定功率18kw、额定电压220v、额定电流94A、额定转速1000r/min、电枢回路电阻1欧；机械部分的飞轮惯量：10N.m^2；电枢回路总电感0.017H； 测速发电机：永磁式，额定功率23w、额定电压110v、额定电流0.21A、额定转速1900r/min； 整流变压器：Y/Y联接，二次线电压230V； 直流稳压电源：15V *其它相关数据：触发整流器放大倍数设为40； 二、设计要求 调速范围D=20，静差率S10(按S=10计算) 超调量小于（或等于）25% 三、设计完后须提交 (1) 设计说明书(含静态计算、稳定性判定；调节器的选取及参数计算等) (2) 系统的电路原理图； *(3) 系统的性能仿真(用MATLAB软件) 控制结构图 有了原理图之后，把各环节的静态参数用自控原理中的结构图表示，就得到了系统的稳态结构框图。 图3、单闭环直流调速系统稳态结构框图 同理，用各环节的输入输出特性，即各环节的传递函数，表示成结构图形式，就得到了系统的动态结构框图。 由所学的相关课程知：放大环节可以看成纯比例环节，电力电子变换环节是一个时间常数很小的滞后环节，这里把它看作一阶惯性环节，而额定励磁下的直流电动机是一个二阶线性环节。 所以，可以得到如下的框图： 参数计算 根据以上数据和稳态要求计算参数如下：取电机电枢电阻为0.5欧 1.为了满足D=20，s≤10%，额定负载时调速系统的稳态速降为 2.根据，求出系统的开环放大系数 先计算电动机的电动势系数 则开环系统额定速降为 闭环系统的开环放大系数应为 3.计算测速反馈环节的放大系数和参数 测速反馈系数α包含测速发电机的电动势转速比和电位器的分压系数，即 α= 根据测速发电机数据， 试取，如测速发电机与主电动机直接联接，则在电动机最高转速成1000r/min下，反馈电压为 稳态时很小，即可，现有直流稳压电源为15V，可以满足需要，因此所取的值是合适的。于是，测速反馈系数为 电位器的选择方法如下：考虑测速发电机输出最高电压时，其电流约为额定值的确20%，这样，测速机电枢压降对检测信号的线性度影响较小，于是 此时所消耗的功率为 为了使电位器温度不是很高，实选瓦数应为消耗功率的一倍以上，故选为10W，1.5kΩ的可调电位器。 4.计算运算放大器的放大系数和参数 实取 按运算放大器参数，取 则 5.反馈电压 6．系统中各环节的时间常数： 电磁时间常数 电机时间常数 对于三相桥式整流路，晶闸管装置的滞后时间常数为 为保证系统稳定，开环放大系数的稳定条件 按稳态调速性能指标要求，因此，此闭环系统是不稳定的。 7．由于闭环系统不稳定，利用伯德图设计PI调节器，使系统在保证稳态性能要求下稳定运行。 原始系统的开环传递函数为 由上已知在这里，，因此分母中的二次项可分解成两个一次项之积，即 则闭环的开环放大系数取为 于是，原始闭环系统的开环传递函数是 其中三个转折频率分别 利用margin命令函数 n1=[0 99.07]; d1=[0.071 1]; s1=tf(n1,d1); n2=[0 1];d2=[0.022 1];s2=tf(n2,d2); n3=[0 1];d3=[0.00167 1];s3=tf(n3,d3); sys=s1*s2*s3;margin(sys) 得出原始的闭环调速系统的频率特性如下图 而 因为相角裕度γ=-7.8deg和增益裕度GM=-4.17dB都是负值，所以原始闭环系统不稳定。 现在换成PI调节器，它在原始系统的基础上新添加部分的传递函数应为 所以 取 所以 于是，PI调节器的传递函数为 最后，选择PI调节器的阻容参数。已知，则 相角裕度γ=49.2deg和增益裕度GM=23.2dB都是正值，所以原始闭环系统稳定。 二、超调量小于（或等于）25% 系统其控制对象的传递函数 校正成典型的I型系统，调节器传递函数为 校正后系统的开环传递