双闭环控制系统

双闭环控制系统 公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08] 课 程 设 计 报 告

课 程 课程设计 课 题 双闭环控制系统设计 班 级 姓 名 学 号 目录 第1章 双闭环系统分析 .................................................. 1 系统介绍 ............................................................ 1 系统原理 ............................................................ 1 双闭环的优点 ........................................................ 1 第2章 系统参数设计 .................................................... 2 电流调节器的设计 .................................................... 2 时间参数选择 .................................................... 2 计算电流调节参数 ................................................ 2 校验近似条件 .................................................... 3 转速调节器的设计 .................................................... 3 电流环等效时间常数： ............................................ 3 转速环截止频率为 ................................................ 5 计算控制器的电阻电容值 .......................................... 5 第3章 仿真模块 ........................................................ 6 电流环模块 .......................................................... 6 转速环模块 .......................................................... 6 第4章 仿真结果 ........................................................ 7 电流环仿真结果 ...................................................... 7 转速环仿真结果 ...................................................... 7 稳定性指标的分析 .................................................... 8 电流环的稳定性 .................................................. 8 转速环的稳定性 .................................................. 8 结论 ................................................................... 9 参考文献 .............................................................. 10 第1章 双闭环系统分析

系统介绍 整流电路可从很多角度进行分类，主要分类方法是：按组成的器件可分为不可控,半控和全控三种；按电路结构可分为桥式电路和零式电路；按交流输入相?数分可分为单相、双相、三相和多相电路；按控制方法又可分为相控整流和斩波?控制整流电路。? 本系统采用的是三相全控桥式晶闸管相控整流电路。这是因为电机容量相对?较大，并且要求直流脉动小、容易滤波。其交流侧由三相电网直接供电，直流侧?输出脉动很小的直流电。在分析时把直流电机当成阻感性加反电势负载。因为电?机电流连续所以分析方法与阻感性负载相同，各参量计算公式亦相同。

系统原理 ASR（速度调节器）根据速度指令Un*和速度反馈Un的偏差进行调节，其输出是电流指令的给定信号Ui*（对于直流电动机来说，控制电枢电流就是控制电磁转矩，相应的可以调速）。? ACR(电流调节器)根据Ui*和电流反馈Ui的偏差进行调节，其输出是UPE（功率变换器件的）的控制信号Uc。进而调节UPE的输出，即电机的电枢电压，由于转速不能突变，电枢电压改变后，电枢电流跟着发生变化，相应的电磁转矩也跟着变化，由Te-TL=Jdn/dt，只要Te与TL不相等转速会相应的变化。整个过程到电枢电流产生的转矩与负载转矩达到平衡，转速不变后，达到稳定。 双闭环的优点 双闭环调速系统属于多环控制系统，每一环都有调节器，构成一个完整的闭环系统。工程设计方法遵循先内环后外环的原则。步骤为：先设计电流环（内环），对其进行必要的变换和近似处理，然后依照电流环的控制要求确定把它校正成哪一种典型系统，再根据控制对象确定其调节器的类型，最后根据动态性能指标的要求来确定其调节器的有关参数。电流环设计完成以后，把电流环看成转速环（外环）中的一个环节，再用同样的方法设计转速环。? 在电流检测信号中常有交流分量，为了不让它影响调节器的输入，加入了低通滤波器，然而滤波环节可以使反馈信号延迟，为了消除此延迟在给定位置加一个相同时间常数的惯性环节。同理，由测速发电机得到的转速反馈电压常含有换向纹波，因此也在给定和反馈环节加入滤波环节。

第2章 系统参数设计 电流调节器的设计 额定电流 𝐼𝐼=𝐼𝐼𝐼𝐼 =3000160=18.75𝐼 (2-1)

额定电阻 𝐼𝐼=𝐼2𝐼=16023000=8.53Ω (2-2)

设置晶闸管放大系数K𝐼

=40

时间参数选择 整流装置滞后时间常数𝐼𝐼，利用三相桥式电路的平均控制时间 𝐼𝐼=0.0017𝐼 (2-3)

电流滤波时间常数 𝐼𝐼𝐼=0.002𝐼 (2-4)

电流环小时间常数和 𝐼∑𝐼=𝐼𝐼+𝐼𝐼𝐼=0.0037𝐼 (2-5)

计算电流调节参数 表2-1 典型I型系统动态抗扰性能指标与参数关系 221//TTTTm 5/1 10/1 20/1 30/1 %100*/maxbCC %8.27 %6.16 %3.9 %5.6 Ttm/ 8.2 4.3 8.3 0.4 Ttv/ 7.14 7.21 7.28 4.30

电流调节器超前时间常数 𝐼𝐼=𝐼𝐼=20×10−30.785=0.03𝐼 (2-6)

电流开环增益： 𝐼𝐼=0.5𝐼∑𝐼=0.50.0037≈135.1𝐼−1

(2-7)

𝐼𝐼=𝐼𝐼−𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼=160−24×0.7851590≈0.088𝐼?𝐼𝐼𝐼/𝐼 (2-8)

β=101.5𝐼𝐼=101.5×18.75=0.533V/A (2-9)

机电时间常数 𝐼𝐼=

𝐼𝐼2𝐼375𝐼𝐼𝐼𝐼=0.072×0.785×1000

375×0.0882×

30

𝐼

=2s （2-10）

电流调节器超前时间常数 𝐼𝐼=𝐼𝐼=0.03𝐼 (2-11)

电流调节器比例参数 𝐼𝐼=𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼=135.1×0.03×0.78540×0.533≈0.149 (2-12)

校验近似条件 电流环截止频率 𝐼𝐼𝐼=𝐼𝐼=135.1𝐼−1 (2-13)

① 电力电子变换器纯滞后的近似处理 𝐼𝐼𝐼<13𝐼𝐼=13×0.0017𝐼−1≈196.1𝐼−1 (2-14)

② 不考虑反电动势的变化对电流环的动态影响 ·𝐼𝐼𝐼≥3√1√𝐼𝐼𝐼𝐼=3√1√2×0.03𝐼−1≈

12.26𝐼−1 (2-15)

③ 电流环小惯性群的近似处理 𝐼𝐼𝐼<13√1𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼=13√10.0.17×0.02𝐼−1≈180.8𝐼−1 (2-16)

电流调节器的参数计算得，电流调节器的参数为Ki和τ𝐼，而已经选定，需要求的只Ki，可依照所要求的动态性能指标来选取。一般情况下，希望电流超调量为σ%5?

转速调节器的设计? 电流环等效时间常数： 放大倍数: α=10𝐼𝐼=101590=0.006𝐼?𝐼𝐼𝐼/𝐼 (2-17)

1𝐼𝐼

=2𝐼∑𝐼=2×0.0037=0.0074𝐼 (2-18)

表2-2 典型II型系统阶跃输入跟随性能指标 h 3 4 5 6 7 8 9 10