hwj电拖课设

摘要

调速系统调节器设计及变负载扰动下电流环突然断线matlab仿真

1 设计任务与分析

初始条件：不可逆的生产设备，采用双闭环调速系统，其整流装置采用三相桥式全控整流电路。系统基本数据如下：

直流电动机：Unom?220 V，Inom?136A，nnom?1460r/min，Ce?0.132Vmin/r，允许过载倍数??1.5；时间常数：TL?0.03S TM?0.18S;晶闸管装置放大倍数：

KS?40 电枢回路总电阻：R=0.5?；电流反馈系数：

??0.049V/A(?10V/1.5Inom)；转速反馈系数：??0.00685Vmin/r(?10V/nnom)

设计要求：

稳态指标：在负载和电网电压的扰动下稳态无静差

动态指标：电流超调量?i?5%，空载启动到额定转速时的转速超调量?n?10% 设计任务：

1.系统参数的选取[给定环节及反馈环节的滤波时间常数（Ton、Toi）（Ts）] 2.电流环的设计（电流环固有部分传函、选择电流调节器结构和参数、校验近似条件）

3.速度环的设计（速度环结构图、速度调节器结构和参数、校验近似条件）

设计任务分析：

本课题要求设计电流环和转速环参数。根据稳态指标在负载和电网电压扰动下稳态无静差的要求，应该要选用积分或者比例积分控制的调速系统，该传递函数具有积分环节，所以有阶跃扰动引起的稳态误差为0。考虑到系统响应的快速性，应该选用比例积分控制的系统。

根据电流超调量要求，可以选用典型I型系统构成电流环。 根据转速环超调量要求，可以选用典型II型系统构成转速环。

要实现直流双闭环调速系统的设计需先对控制系统的组成及工作原理有一定深入的理解，弄清楚调速系统每个组成部分的作用，弄清楚转速环和电流环的工作原理，合理选择调节器的参数以便进行合理的工程设计。

2设计原理

2.1 转速、电流反馈控制直流调速系统的组成

对于经常正、反转运行的调速系统，如龙门刨床、可逆轧钢机等，缩短起、制动过程的时间是提高生产率的重要因素。为此，在起动（或制动）过渡过程中，希望始终保持电流（电磁转矩）允许的最大值，使调速系统以最大的加（减）速度运行。当到达稳态转速时，最好是电流立即降下来，使电磁转矩与负载转矩相平衡，从而迅速转入稳态运行。起动电流呈矩形波，转速按线性增长，这是在最大电流（转矩）受限制时调速系统所能获得的最快的起动（制动）过程。

按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。为了使转速和电流两种负反馈分别作用，可在系统中设置两个调节器，分别引入转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流，两者之间实行嵌套（或称串级）连接，如图1所示。把转速调节器的输出当做电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。这就形成了转速、电流反馈控制直流调速系统。

图1 转速、电流反馈控制直流调速系统原理图 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 Un-转速给定电压

Un-转速反馈电压 Ui*-电流给定电压 Ui-电流反馈电压

2.2 双闭环直流调速系统稳态结构图

双闭环直流转速系统的稳态结构如图2所示，两个调节器均采用带限幅作业的

*

PI调节器。转速调节器ASR的输出限幅电压Uim决定了电流给定的最大值，电流

调节器ACR的输出限幅电压Ucm限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm。当调节器饱和时，输出达到限幅值，输入量的变换不再影响输出，除非有反向的输入信号使调节器退出饱和。换句话说，饱和的调节器暂时隔断了输入和输出见的联系，相当于使调节环开环。当调节器不饱和时，PI调节器工作在线性调节状态,其作用是使偏差电压?U在稳态时为零。

图2 双闭环直流调速系统的稳态结构图

?-转速反馈系数 ?-电流反馈系数

2.3 双闭环直流调速系统动态结构图

双闭环直流调速系统的动态结构图如图3所示，图中WASR(S)和WACR(S)分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数。为了引出电流反馈，在电动机的动态结构图中必须把电枢电流Id显露出来。

图3 双闭环直流调速系统的动态结构图

2.4转速调节环作用

（1）转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速n很快德跟随给定电压Un变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差。 （2）对负载变化起抗扰作用。

（3）其输出限幅值决定电动机允许的最大电流。

*2.5电流调节环作用

（1）作为内环的调节器，在转速外环的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压Ui（即外环调节器的输出量）变化。 （2）对电网电压的波动起及时抗扰的作用。

（3）对转速动态过程中，保证获得电动机允许的最大电流，从而加快动态过程。 （4）当电动机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的。

*2.6 调节器工程设计方法

现代的电力拖动自动控制系统，除电动机外，都是由惯性很小的电力电子器件、集成电路等组成的。经过合理的简化处理，整个系统可以近似为低阶系统，而用运算放大器或微机数字控制可以精确地实现比例、积分、微分等控制规律，于是就有可能将多种多样的控制系统简化或近似成少数典型的低阶结构。如果事先对这些典型系统做比较深入的研究，把它们的开环对数频率特性当作预期的特性，弄清楚它们的参数与系统性能指标的关系，写成简单的公式或制成简明的图表，则在设计时，只要把实际系统校正或简化成典型系统，就可以利用现成的公

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