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《电力拖动自动控制系统》课程设计
设计汇报
题目:转速电流双闭环直流调速系统设计
学院信息科学和工程学院
专业自动化
班级0603
学号
学生姓名杨明
指导老师潘炼
日期/7/2
转速电流双闭环直流调速系统设计
1.设计题目
转速、电流双闭环直流调速系统设计
2.设计任务
已知某晶闸管供电双闭环直流调速系统,整流装置采取三相桥式电路,基础数据以下:
直流电动机:160V、120A、1000r/min、Ce=0.136Vmin/r,许可过载倍数λ=1.4
晶闸管装置放大系数:Ks=30
电枢回路总电阻:R=0.4Ω
时间常数:Tl=0.023s,Tm=0.2s,转速滤波步骤时间常数Ton取0.01s
电压调整器和电流调整器给定电压均为10V
试按工程设计方法设计双闭环系统电流调整器和转速调整器,并用Simulink建立系统模型,给出仿真结果。
系统要求:
稳态指标:无静差
动态指标:电流超调量σi≤5%;空载起动到额定转速时超调量σn≤10%
3.设计要求
依据电力拖动自动控制理论,按工程设计方法设计双闭环调速系统步骤以下:
设计电流调整器结构和参数,将电流环校正成经典I型系统;
在简化电流环条件下,设计速度调整器结构和参数,将速度环校正成经典II型系统;
进行Simulink仿真,验证设计有效性。
4.设计内容
1)设计思绪:
带转速负反馈单闭环系统,因为它能够伴随负载改变而对应改变电枢电压,以赔偿电枢回路电阻压降改变,所以相对开环系统它能够有效降低稳态速降。
当反馈控制闭环调速系统使用带百分比放大器时,它依靠被调量偏差进行控制,所以是有静差率调速系统,而百分比积分控制器可使系统在无静差情况下保持恒速,实现无静差调速。
对电机开启冲击电流和电机堵转时堵转电流,能够用附带电流截止负反馈作限流保护,但这并不能控制电流动态波形。按反馈控制规律,采取某个物理量负反馈就能够保持该基础量基础不变,采取电流负反馈就应该能够得到近似恒流过程。
另外,在单闭环调速系统中,用一个调整器综合多个信号,各参数间相互影响,难于进行调整器参数调速。比如,在带电流截止负反馈转速负反馈单闭环系统中,同一调整器担负着正常负载时速度调整和过载时电流调整,调整器动态参数无法确保两种调整过程均含有良好动态品质。
根据电机理想运行特征,应该在开启过程中只有电流负反馈,达成稳态转速后,又期望只有转速反馈,双闭环调速系统静特征就在于当负载电流小于最大电流时,转速负反馈起关键作用,当电流达成最大值时,电流负反馈起关键作用,得到电流自动保护。
2)双闭环调速系统组成:
a.系统电路原理图
图2-1为转速、电流双闭环调速系统原理图。图中两个调整器ASR和ACR分别为转速调整器和电流调整器,二者串级连接,即把转速调整器输出作为电流调整器输入,再用电流调整器输出去控制晶闸管整流器触发装置。电流环在内,称之为内环;转速环在外,称之为外环。
两个调整器输出全部带有限幅,ASR输出限幅什Uim决定了电流调整器ACR给定电压最大值Uim,对就电机最大电流;电流调整器ACR输出限幅电压Ucm限制了整流器输出最大电压值,限最小触发角α。
b.系统动态结构图
图2-2为双闭环调速系统动态结构框图,因为电流检测信号中常含有交流分量,须加低通滤波,其滤波时间常数Toi按需要选定。滤波步骤能够抑制反馈信号中交流分量,但同时也给反馈信号带来了延滞。为了平衡这一延滞作用,在给定信号通道中加入一个相同时间常数惯性步骤,称作给定滤波步骤。其作用是:让给定信号和反馈信号经过一样延滞,使二者在时间上得到合适配合,从而带来设计上方便。
由测速发电机得到转速反馈电压含有电机换向纹波,所以也需要滤波,滤波时间常数用Ton表示。依据和电流环一样道理,在转速给定通道中也配上时间常数为Ton给定滤波步骤。
按工程设计方法设计双闭环系统ACR:
设计多环控制系统通常标准是:从内环开始,一环一环地逐步向外扩展。在这里是:先从电流环入手,首先设计好电流调整器,然后把整个电流环看作是转速调整系统中一个步骤,再设计转速调整器。
a.确定时间常数
整流滤波时间常数Ts,三相桥式电路平均失控时间Ts=0.0017s;
电流滤波时间常数Toi,三相桥式电路每个波头时间是0.0033s,为了基础虑平波头,应有(1~2)Toi=0.
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