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anyang转速电流双闭环直流调速系统

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课 程 设 计 说 明 书 课程名称： 电力拖动自动控制系统 设计题目： 转速电流双闭环直流调速系统 院 系： 电子信息与电气工程学院 学生姓名： 学 号： 专业班级： 级自动化班 指导教师： 雷 慧 杰

2012年12 月20 日 转速电流双闭环直流调速控制系统 摘 要：为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可以在系统中设置两个调节器，

分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套的连接方式：把转速调节器的输出当做电流调节器的输入，在用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。前者通过电流元件的反馈作用稳定电流，后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消除转速偏差，从而使系统达到调节电流和转速的目的。该系统起动时，转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节起动电流保持最大值不变，使转速线性变化，迅速达到给定值；当系统稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流内环跟随转速外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流。 关键词：双闭环，直流调速系统，转速调节器，电流调节器 目 录 1、设计背景..................................................................................................................................1 1.1设计背景...........................................................................................................................1 1.2转速电流双闭环调速系统简介 ...........................................................................................1 2 设计方案 ...................................................................................................................................2 2.1 方案对比..........................................................................................................................2 2.2 方案论证..........................................................................................................................3 2.3 方案选择..........................................................................................................................3 2.4 设计要求..........................................................................................................................3 3 方案实施 ...................................................................................................................................4 3.1 转速给定电路设计 ...........................................................................................................5 3.2 转速检测电路设计............................................................................................................6 3.3电流检测电路设计............................................................................................................7 3.31 主电路器件的计算与选择 ........................................................................................7 3.32主电路保护环节的设计与计算 ..................................................................................8 3.33电抗器参数计算与选择 .............................................................................................9 4．调速系统控制单元的确定和调整...............................................................................................9 4.1 检测环节..........................................................................................................................9 4.2 调节器的选择与调整 ...................................................................................................... 10 4.3 调节器的限幅................................................................................................................. 14 4.4、系统的给定电源 ........................................................................................................... 15 5.触发电路的设计........................................................................................................................ 16 6．调速系统动态参数的工程设计 ................................................................................................ 16 7、系统仿真................................................................................................................................ 17 7.1 使用普通限幅器进行仿真 ............................................................................................... 17 7.2 积分输出加限幅环节仿真 ............................................................................................... 19 7.3 使用积分带限幅的PI调节器仿真 ................................................................................... 20 心得体会 ..................................................................................................................................... 22 参 考 文 献................................................................................................................................ 23 附件 ............................................................................................................................................ 23 1、设计背景 1.1设计背景 电机自动控制系统广泛应用于机械，钢铁，矿山，冶金，化工，石油，纺织，军工等行业。这些行业中绝大部分生产机械都采用电动机作原动机。有效地控制电机，提高其运行性能，对国民经济具有十分重要的现实意义。

20世纪90年代前的大约50年的时间里，直流电动机几乎是唯一的一种能实现高性能拖动控制的电动机，直流电动机的定子磁场和转子磁场相互独立并且正交，为控制提供了便捷的方式，使得电动机具有优良的起动，制动和调速性能。尽管近年来直流电动机不断受到交流电动机及其它电动机的挑战，但至今直流电动机仍然是大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制首选。因为它具有良好的线性特性，优异的控制性能，高效率等优点。直流调速仍然是目前最可靠，精度最高的调速方法。 本次设计的主要任务就是应用所学的知识对直流调速系统进行设计和控制，设计出能够达到性能指标要求转速、电流双闭环的调节器。

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运动控制_第3章____转速、电流双闭环直流调速系统

运动控制_第3章____转速、电流双闭环直流调速系统


第3章 转速、电流双闭环直流调速系统
此时，电流
I
d
U
* im


I dm
，Idm为最大电流，是由设
计者选定的，取决于电动机的容许过载能力和拖动系统允许
的最大加速度，一般选择为额定电流IdN的1.5～2倍。 注意，图3-5中的AB段下垂特性只适合于n<n0(n0为电动
机理想空载转速)的情况，如果n>n0，则ASR退出饱和状态。
第3章 转速、电流双闭环直流调速系统
图3-1 直流调速系统起动过程的电流和转速波形
第3章 转速、电流双闭环直流调速系统
对于龙门刨床、可逆压钢机那样经常正反转运行的调速 系统，尽量缩短其起、制动过程的时间是提高生产率的重要 因素。
为了提高生产效率和加工质量，充分利用晶闸管元件及 电动机的过载能力，要求实现理想的起动过程。带电流截止 负反馈的单闭环直流调速系统的理想起动过程如图3-1(b)所 示，起动电流呈方形波，即在整个起动过程中，使起动电流 一直保持最大允许值，此时电动机以最大转矩起动，转速迅 速按线性规律增长，以缩短起动时间； 起动过程结束后， 电流从最大值迅速下降到负载电流值且保持不变，转速维持 给定转速不变。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过程。
第3章 转速、电流双闭环直流调速系统
另外，在单闭环直流调速系统中只有电流截止负反馈环 节是专门用来控制电流的，但它只能在电流超过临界电流值 Idcr以后才起作用，靠强烈的负反馈作用限制最大起动电流， 而不能保证在整个起动过程中维持最大电流，因而并不能很 理想地控制电流的动态波形。带电流截止负反馈的单闭环直 流调速系统起动时的电流和转矩波形如图3-1(a)所示。由图 可见，随着转速的上升，电动机反电动势增加，使起动电流 到达最大值后又迅速降下来，电磁转速也随之减小，影响了 起动的快速性(即起动时间较长)，使起动过程延长。
转速电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法PPT课件

转速电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法PPT课件

第43页/共212页
第 II 阶段恒流升速阶段（t1 ~ t2）
• 在这个阶段中，ASR始终是饱和的，转速环相当于开环，系统成为在恒值
电流U*im 给定下的电流调节系统，基本上保持电流 Id 恒定且
，
因而系统的加速度恒定，转速呈线性增长。
Id Idm
第44页/共212页
第 II 阶段（续）
n
n* I
II
III
O
t
Id
Idm
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。
第7页/共212页
现在的问题是，我们希望能实现控制：
• 起动过程，只有电流负反馈，没有转速 负反馈；
• 稳态时，只有转速负反馈，没有电流负 反馈。
怎样才能做到这种既存在转速和电流两种负反馈，又使它们只能分别在不同 的阶段里起作用呢？
第60页共212页图28直流调速系统的动态抗扰作用a单闭环系统第61页共212页抗电网电压扰动续s1acr在单闭环调速系统中电网电压扰动的作用点离被调量较进调节作用叐到多个环节的延滞因此单闭环调速系统抵抗电压扰动的性能要差一双闭环系统中由亍增设了电流内环电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节丌必等它影响到转速以后才能反馈回来抗扰性能大有改善
（2） 转速调节器饱和
这时，ASR输出达到限幅值U*im ，转速外环呈 开环状态，转速的变化对系统不再产生影响。双 闭环系统变成一个电流无静差的单电流闭环调节 系统。稳态时
Id
U
* im
I dm
(2-2)
式中，最大电流 Idm 是由设计者选定的，取决于 电机的容许过载能力和拖动系统允许的最大加速 度。
转速电流双闭环直流调压调速系统综述

转速电流双闭环直流调压调速系统综述

1 1 196 .1 3Ts 3 0.0017（2）校Βιβλιοθήκη 忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件
3 1 3
1
40.82
TmTl
0.18 0.03
（3）校验电流环小时间常数近似处理条件
1 1 1
1
180.8
3 TsToi 3 0.0017 0.002
ci
2.2.5 调节器电阻和电容的计算
2 系统参数------------------------------------------------------------------ 6 2.1 参数要求------------------------------------------------------------ 6 2.2 电流调节器的参数计算------------------------------------------------ 6 2.2.1 确定时间常数-------------------------------------------------- 6 2.2.2 电流调节器的结构选择 -----------------------------------------6 2.2.3 电流调节器的参数计算------------------------------------------ 7 2.2.4 校验近似条件 -------------------------------------------------7 2.2.5 调节器电阻和电容的计算---------------------------------------- 7 2.3 转速调节器的参数计算------------------------------------------------ 8 2.3.1 确定时间常数-------------------------------------------------- 8 2.3.2 转速调节器的结构---------------------------------------------- 8 2.3.3 转速调节器的参数计算------------------------------------------ 8 2.3.4 检验近似条件-------------------------------------------------- 9 2.3.5 调节器电阻和电容的计算---------------------------------------- 9 2.3.6 校核转速超调量------------------------------------------------ 9
转速电流双闭环控制的直流调速系统仿真

转速电流双闭环控制的直流调速系统仿真

转速电流双闭环控制的直流调速系统仿真转速电流双琦环桂制的AM L M速系骁是戢典蛊的玄ift询遽系址・梵原理结构如图6-11 所不G职朗环胶制立擁閥謹杲st的特点狂.电动机的转速和电流分别由傅个独上的调节瓣分別禅制.伦转建调肯器的筛出就垦电流闕节器的绻宦■冈此申.流环離够随转速的倔芜澗节堪动机电楸的吐流.当转速低于始宦转逮时.转速洲节器的积分柞用便输出增加，即电晚给定匕升，并通过电流环測节便电动机屯流席加.从而使电能机快得肺速转矩，电动机转遽上升七当实际转速高于给定转理时、转逢®[¥»為的输岀X小，即电流给定读小，并通过电流歼洌节梗电动机电谎F降.电功机将因为电離转矩减小血减連＜=在当转速谓竹赛饱和能岀达到限IS值时，电说环即以绘大电汛醍制打r实现电劫机朗加連・使电动机的晶劭时间最如，在可世弼連系境中实现电动机的快谨制动柱如图b 11所示的不可逆澜遽系缰中，由于晶闸管幣流器不能通过反向电谎，因此不能产生反向制动转矩而便电动机快速制动。

亘ift取闭环系班购仿M町以依ft（系统的动态结构图进行*也町以用pcwer system 的険块来埶律陶种仿圧不同在尸主电路.瞄者品阿许和电动机用倍诩甫数来衷示.切幷晶唱件和牴砂机便H] power iY^trni的模块丫而控制部井是相冏的=下曲刘两种方法分别介绍。

& 3* 1按克垃及闭环系统动态站脚图的仿兵依据乘境的动态鮎构图的仿盘模理如图・】2所用，仿真模型勺系址动态结构图的各个坏廿堆本上是对用的，需巻播出的绘.般闭环系统的转速和电流两牛凋节器祁是有枪应特性和带楡出限幅的PI 调节器，为了充分反映样愜和和限幡非皴性够羽下调速系统的工柞情况. 需鉴构睦考忠饱和和輪出限幅的P】调节欝，过程如下：0也Clotik Scope13 3*1vnj**r I TinWaSfliurtthg RwipPI ACR SCR圏412 也握赵厨坏測遵嚴城动急黠构图和仿贞瞬堂------------------------------------------------------------------------------------E6-1J转連电瞬駅用坏挣制盒淹灣速麻址顒珅阳线性PI调节器的传递臥数为W Pl(S) =Kp ♦吉= 成屮，心为比例系数；K)为积分系数；r =K P K le卜•述PI调节器的传递顒数可以宜接调用SIMULINK中的传递除敛成零极点模块°而考虑饱和和输出限幅的PI洲节•辭模型如图6・13a所示。