電機(jī)課設(shè)雙閉環(huán)VM調(diào)速系統(tǒng)中主電路電流調(diào)節(jié)器及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)

1、 姓名 班級 學(xué)號： 一、設(shè)計(jì)題目雙閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)中主電路電流調(diào)節(jié)器及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)二、具體內(nèi)容（1）主回路及其保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；（2）轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器及其限幅電路的設(shè)計(jì)三、已知條件及直流電機(jī)相關(guān)參數(shù)采用晶閘管三相橋式全控整流電路供電，基本數(shù)據(jù)如下：直流電動機(jī)=220V，=136A，=1460r/min，電樞電阻=0.2，允許過載倍數(shù)=1.5；晶閘管裝置=0.00167s，放大系數(shù)=40；平波電抗器：電阻、電感；電樞回路總電阻R=0.5；電樞回路總電感L=15mH；電動機(jī)軸上的總飛輪慣量GD2=22.5N·m2；電流調(diào)節(jié)器最大給定值=10.2V，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器最大給定值=10.5V；

2、電流濾波時間常數(shù)=0.002s，轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)=0.01s。設(shè)計(jì)要求：1.穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：轉(zhuǎn)速無靜差；2.動態(tài)指標(biāo)：電流超調(diào)量；空載啟動到額定轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速超調(diào)量。四、雙閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)工作原理電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的工作原理；1、靜特性：在正常負(fù)載情況下，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和，電流調(diào)節(jié)器也不飽和，穩(wěn)態(tài)時，依靠調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用，它們的輸入電壓偏差電壓都是零。因此，系統(tǒng)具有絕對硬的靜特性。 當(dāng)電動機(jī)的負(fù)載電流上升時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出也將上升，當(dāng)Id上升到一定數(shù)值時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出達(dá)到限幅值，轉(zhuǎn)速環(huán)失去調(diào)節(jié)作用，呈開環(huán)狀態(tài)，速度的變化對系統(tǒng)不再產(chǎn)生那個影響，此時只剩下電流環(huán)起作用。2、動特性（以起動過程為例）：第

3、一階段：電流上升階段。突加給定電壓后，通過兩個調(diào)節(jié)器的控制作用，Id上升。當(dāng)Id>Idl,電動機(jī)開始轉(zhuǎn)動。由于電動機(jī)機(jī)電慣性的作用，轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速反饋信號增長較慢，因而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出偏差電壓數(shù)值較大，使其輸出很快達(dá)到限幅值，之后輸出一直處于限幅值，相當(dāng)于速度環(huán)處于開環(huán)狀態(tài)，ASR對電流調(diào)節(jié)環(huán)發(fā)出最大電流指令。 在ASR輸出限幅值的作用下，ACR的輸出也有一躍變，強(qiáng)迫電樞平均電流迅速上升，則電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出偏差電壓衰減，使輸出達(dá)不到限幅值。當(dāng)電流反饋電壓與給定電壓相平衡時。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電流調(diào)節(jié)器ACR不再使Id迅速增長。第二階段：恒流升速階段。在這個階段，由于ASR的輸出偏差

4、一直為正，使其輸出一直是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)，只剩下電流環(huán)單閉環(huán)工作，ACR的調(diào)節(jié)作用使電樞電流基本上保持恒定。在這一階段中，電流調(diào)節(jié)器是不能飽和的，可控電源也不應(yīng)飽和。第三階段：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。從電動機(jī)轉(zhuǎn)速上升到給定值開始，此時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的給定電壓與反饋電壓相平衡，輸出偏差電壓為零，但輸出由于積分的記憶作用還維持在限幅值，因此電動機(jī)仍在最大電流下加速，必然產(chǎn)生轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR輸入端的偏差電壓改變極性，使其輸出電壓幅值被迫迅速下降而退出飽和狀態(tài)，從而電樞電流也開始下降。但是由于Id仍然大于負(fù)載電流，在一段時間內(nèi)，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速仍繼續(xù)上升。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩平衡時，轉(zhuǎn)速上升到最大

5、值。此后，經(jīng)過ASR和ACR的調(diào)節(jié)，狀態(tài)變量轉(zhuǎn)速和電流Id達(dá)到穩(wěn)定。五、設(shè)計(jì)要求1.寫出設(shè)計(jì)說明書，內(nèi)容包括（1）各主要環(huán)節(jié)的工作原理；（2）整個系統(tǒng)的工作原理；（3）調(diào)節(jié)器參數(shù)的計(jì)算過程。2.畫出一張?jiān)敿?xì)的電氣原理圖3.采用Matlab中的Simulink軟件對整個調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，對計(jì)算得到的調(diào)節(jié)器參數(shù)進(jìn)行校正，驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果的正確性。將Simulink仿真模型，以及啟動過程中的電流、轉(zhuǎn)速波形圖附在設(shè)計(jì)說明書中。六、計(jì)算過程電流環(huán)的設(shè)計(jì)：1、確定時間常數(shù)：（1） 電流環(huán)小時間常數(shù) =0.00167+0.002=0.00367 S（2） 電樞回路時間常數(shù)=(0.015+0.004)/(0.

6、5+0.1)=0.0317 S注：電樞回路總電阻R 包括電機(jī)的電樞電阻，平波電抗器的直流電阻。電樞回路總電感L 包括電機(jī)的電樞電感，平波電抗器電感。2、確定電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)：（1） 結(jié)構(gòu)選擇根據(jù)性能指標(biāo)要求，/ =0.0317/0.00367=8.63 < 10,抗干擾性能適中，因此電流環(huán)按典型 I 型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。調(diào)節(jié)器選用PI，其傳遞函數(shù)為 ：（2） 參數(shù)計(jì)算為了將電流環(huán)校正成典型I型系統(tǒng)，電流調(diào)節(jié)器的領(lǐng)先時間常數(shù)應(yīng)對消控制對象的大慣性環(huán)節(jié)時間常數(shù)，即取=0.0317 s為了滿足的要求，應(yīng)取，因此=1/(2*0.00367)=136.2 另外，電流反饋系數(shù) =/=10.2/1.5*

7、136=0.05于是可以求得ACR的比例放大系數(shù)為 = ( 136.2*0.0317*0.6)/(0.05*40) =1.295校驗(yàn)近似條件：(1) 晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)近似條件 ，而1/3=1/(3*0.00167)=199.6，顯然滿足近似條件。(2) 電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理?xiàng)l件 =>顯然也滿足近似條件。(3) 忽略反電勢對電流環(huán)影響的條件 由于 ， 所以 =0.216s因此 滿足近似條件。查表4.5.1，設(shè)計(jì)后電流環(huán)可以達(dá)到的動態(tài)指標(biāo)為，滿足設(shè)計(jì)要求。轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì) 1、確定時間常數(shù)： 電流環(huán)等效事件常數(shù) 由于電流環(huán)按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，且參數(shù)選擇為 ， 因此電流環(huán)等效時間常數(shù)為

8、轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù) 因此轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)為 2、確定轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)和參數(shù)： 結(jié)構(gòu)的選擇由于設(shè)計(jì)要求無靜差，因此轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須還有積分環(huán)節(jié)，有考慮到動態(tài)要求，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器應(yīng)采用PI調(diào)節(jié)器， 按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)。轉(zhuǎn)速環(huán)調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為 參數(shù)的計(jì)算 綜合考慮動態(tài)抗擾性能和起動性能，取中頻寬h=5較好，如按準(zhǔn)則確定參數(shù)關(guān)系，ASR的超前時間常數(shù)為 轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)放大系數(shù)為 轉(zhuǎn)速環(huán)的反饋系數(shù)的計(jì)算 于是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例放大系數(shù)為 3、檢驗(yàn)近似條件和性能指標(biāo)： 電流環(huán)傳遞函數(shù)等效條件 由波特圖可知， ，按相角裕量最大準(zhǔn)則，可以求得 轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率 為 而 滿足等效條件。 轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理?xiàng)l件 此時

9、 滿足近似處理?xiàng)l件 轉(zhuǎn)速超調(diào)量 轉(zhuǎn)速超調(diào)量為 現(xiàn)在 取中頻寬為h=5，當(dāng)按準(zhǔn)則確定參數(shù)關(guān)系時，查表得 因此 能滿足設(shè)計(jì)要求。 3、ACR和ASR的傳遞函數(shù) 七、實(shí)驗(yàn)仿真波形輸出轉(zhuǎn)速波形：電樞電流仿真波形：(1) 電流上升和恒流升速階段：（2）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、電流下降階段： 八、設(shè)計(jì)過程心得： 1、我的工作主要是設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)的傳遞函數(shù)，這時我需要前期的電流環(huán)設(shè)計(jì) 結(jié)果作為我的參考，所以多人的工作要體現(xiàn)團(tuán)隊(duì)的工作，個人的成績是 基于集體的共同努力得來的； 2、在設(shè)計(jì)必要的傳遞函數(shù)時，要用到自動控制原理的知識，比如：I、II 型系統(tǒng)的響應(yīng)特征；所以實(shí)際的工作脫離不了理論的依據(jù)，在今后不可 忽視理論的重要； 3、在參加simulink仿真工作時，我們遇到了因?qū)浖皇煜ざ霈F(xiàn)的 錯誤，經(jīng)過大家的集體討論和反復(fù)嘗試，我們找到了正確的方法，得到 了期望的大致理想波形，所以在遇到具體的問題時，需要耐心與敢于嘗 試的心態(tài)，慢慢地通過查找資料和試驗(yàn)，可以幫助我們找到問題的關(guān)鍵； 4、直流電機(jī)的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)，有助于我們了解具體的一個簡單工程 的設(shè)計(jì)過程，幫