电拖电力拖动自动控制系统实验报告

第三节 双闭环晶闸管不可逆直流调速系统实验

一、 实验目的

1. 了解闭环不可逆直流调速系统的原理，其组成及各主要单元部件的原理。 2. 掌握双闭环不可逆直流系统的调试步骤、方法及参数的整定。 3. 研究调节器参数对系统动态性能的影响。 二、 实验原理

由于加工和运行的要求，许多生产机械的电动机经常处于启动、制动、反转的过渡过程

中，因此启动和制动过程的时间在很大程度上决定了生产机械的生产效率。为缩短这一部分时间，仅采用比例积分调节器的转速反馈单闭环调速系统，其性能还不能令人满意。双闭环直流调速系统是由电流和转速两个调节器进行结合调节的，可获得良好的动、静态性能（两个调节器均采用比例积分调节器）。由于调整系统的主要参量为转速，故将转速环作为主环放在外面，电流环作为副环放在里面，这样可以抑制电网电压扰动对转速的影响。实验系统的原理图如图5.17

所示。

启动时，加入给定电压Ug，速度调节和电流调节器即以饱和限幅值输出，使电动机以限的最大启动电流加速启动电流加速启动，值到电动机转速达到给定转速（Ug=Ufn）并在出现超调。此时，速度调节器和电流调节器退出饱和，使电动机最后稳定在略低于给定转速值的状态中运行。

在系统工作时，要先给电动机加励磁，改变给定电压Ug的大小即可改变电动机的转速。电流调节器、速度调节器的输出限幅可达到限制启动电流的目的。电流调节器的输出作为触发电路得控制电压Uct，利用电流调节器的输出限幅可达到限制?max的目的。 三、实验内容

1 各控制单元调试。

2 测定电流反馈系数?、转速负反馈系数?。

3 测定开环机械特性及高、低转速时系统的闭环静态特性n=f(Id) 4 测定闭环控制特性n=f(Ug).

5 观察、记录系统动态波形。 四、实验仿真

多环直流调速系统与开环、单环直流调速系统的主电路模型是一样的，主电路仍然是由交流电源、同步脉冲出发器、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机等部分组成。其差别反映在控制电路上，多环系统的控制电路更复杂。 双闭环直流调速系统的原理框图如图5.17所示。图5.18是采用面向电气原理结构图方法构成的双闭环系统仿真模型。

图５．１８

1. 系统的建模和模型参数设置 1）主电路的建模和参数设置

转速、电流双闭环直流调速系统主电路的建模和模型参数设置与单闭环直流调速系统的建模和模型参数设置绝大部分程序相同，只是通过仿真

实验将平波电抗器的电感值修改为9e-3（9?10）H.

2）控制电路的建模和参数设置

转速、电流双闭环系统的控制电路包括给定环节、速度调节器ACR、限幅器、偏置电路、反相器、电流反馈环节、速度反馈环节等。其中限幅器、偏置电路、反相器的作用、建模和参数设置与第六章第二节实验相同。

给定环节的参数设置为120Rad/s，电流反馈系数设为0.1，转速负反馈系数为1.双闭环系统有两个比例积分调节器，分别为ACR和ASR。这两个

调节器的参数设置为，对ACR，Kpi =2，-120]；对于ASR，Kpi =1.2，

?3?i=100，上下幅限值为[120，

?i=10，上下幅限值为[40，-40]。

2.系统的仿真参数设置

通过仿真算法的比较实验，本系统选择的仿真算法为ode23tb，仿真“Start time”设为0，“Stop time”设为2.5其他与第五章第二节相同。

3．系统的仿真、仿真结果和输出及结果分析

当建模和参数设置完成后，即可开始进行仿真。图5。19所示是转速、电流双闭环直流调速系统的电流曲线和转速曲线。从仿真的结果可以看出，它非常接近于理论分析的波形。

图５．１９（ａ）转速／电流双闭环调速系统的电流曲线和转速曲线

５．１９（ｂ）电动机角频率?与电枢电流Ia关系曲线

下面分析一下仿真的结果。

启动过程的第一阶段是电流上升阶段，由于突加给定电压，ASR的输入很大，其输出很快达到限幅值，电流也很快上升，接近其最大值。第二阶段，ASR饱和，转速控制环相当于开环状态，系统表现为恒定电流给定作用下的电流调速系统，电流调节器的给定电压于反馈电压平衡，输入偏差为零，但是由于积分的作用，其输出还很大，所以出现超调。转速超调之后，ASR输入端出现负偏差电压，使它退出饱和状态，进入线性调解阶段，使速度保持恒定，实际结果也基本反映了这一点。 五、预习与思考

1. 阅读电力拖动自动控制系统教材中有关双闭环直流调速系统的内容，掌握双

闭环直流调速系统的工作原理。

2. 理解比例积分调节器在双闭环直流调速系统中的作用，掌握调节器参数的选

择方法。

3. 了解调节器参数、反馈系数、滤波环节参数的变化对系统动、静态特性的影

响。

4. 为什么双闭环直流调速器系统中使用的调节器均为比例积分调节器？ 5. 转速负反馈的极性如果接反会出现什么现象？

6. 双闭环直流调速系统中哪些参数的变化会引起电动机转速的改变？哪些参

数的变化会引起电动机最大电流的变化？ 六、实验总结

1. 根据实验数据，画出闭环控制特性曲线n?f?Ug?。

2. 根据实验数据，画出两种转速的闭环静态特性曲线n?f?Id?。

3. 根据实验数据，画出系统开环机械特性曲线n?f?Id?。计算静差率，并与闭环静态特性曲线进行比较。

4. 分析系统动态波形，讨论系统参数的变化对系统动、静态性能的影响。

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