电力拖动自动控制系统课程设计Word格式文档下载.docx
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允许过载倍数
晶闸管装置放大倍数
电枢回路总电阻
时间常数
电流反馈系数
转速反馈系数
。
设计要求:
转速无静差;
电流超调量
,空载启动到额定转速时的转速超调量
指导教师评语:
成绩:
签字:
年月日
课程设计说明书NO.1
课程设计说明书NO.2
目录
1、前言………………………………………………………………….3
2、设计方案论证…………………………………………………….....4
3、系统仿真…………………………………………………………….8
4、心得体会…………………………………………………………….10
5、参考文献…………………………………………………………….10
课程设计说明书NO.3
1.前言
调速系统是当今电力拖动自动控制系统中应用最广泛的一中系统。
目前对调速性能要求较高的各类生产机械大多采用直流传动,简称为直流调速。
早在20世纪40年代采用的是发电机-电动机系统,又称放大机控制的发电机-电动机组系统。
这种系统在40年代广泛应用,但是它的缺点是占地大,效率低,运行费用昂贵,维护不方便等,特别是至少要包含两台与被调速电机容量相同的电机。
为了克服这些缺点,50年代开始使用水银整流器作为可控变流装置。
这种系统缺点也很明显,主要是污染环境,危害人体健康。
50年代末晶闸管出现,晶闸管变流技术日益成熟,使直流调速系统更加完善。
调速系统是当今电力拖动自动控制系统中应用最广泛的一种系统,目前对调速性能要求较高的各类生产机械大多采用直流传动,简称为直流调速。
转速、电流双闭环直流调速系统是性能很好、应用最广泛的直流调速系统,该系统具有速范围宽、稳定性好、精度高等许多优点,在理论和实践方面都是比成熟的系统。
由于直流电机双闭环调速是各种电机调速系统的基础,因此本文根据直流调速双闭环控制系统的工作原理,设计了基于PID控制的转速控制环和电流控制环,详细分析了系统的起动过程及参数设计,并采用Matlab/Simulink进行了仿真。
此次设计的主要目的是,了解转速、电流双闭环直流调速系统的组成、原理及各单元的工作原理;
掌握双闭环直流调速系统的调试步骤、方法及参数整定。
课程设计说明书NO.4
2、设计方案论证
2.1系统组成及工作原理
为了实现转速和电流两者负反馈分别起作用,双闭环系统中设置了两个调节器,转速调节器(ASR)和电流调节器(ACR),即分别引入转速负反馈和电流负反馈,转速调节器调节转速、电流调节器调节电流,两者实行串级连接,且都带有输出限幅电路,转速调节器的输出当作电流调节器的输入,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;
转速环在外面作外环。
这样就形成了转速电流双闭环调速系统。
以保证电动机的转速准确跟随给定电压,把由电流负反馈组的环作为内环,以实现在最大电流约束下的转速过渡过程最快的“最优”控制。
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。
为了获得良好的静、动态性能,转速和电流两个调节器一般都采用PI调节器,这样构成了双闭环调速系统的原理图,如图1所示
课程设计说明书NO.5
图1双闭环直流调速系统电路原理图
图中标出了两个调节器输入输出的电压的实际极性,它们是按照电力电子变换器的控制电压Uc为正电压的情况标出的,并考虑到运算放大器的倒相作用。
图中还表示了两个调节器的输出都是带限幅作用的,转速调节器ASR的输出限幅电压U*im决定了电流给定电压的最大值,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。
2.2双闭环直流调速系统动态结构分析
双闭环直流调速系统的动态结构图如图2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。
课程设计说明书NO.6
图2双闭环调速系统的动态结构图
2.3调节器的设计及参数整定
电流调节器的设计
1确定时间常数
1)整流装置滞后时间常数
:
三相桥式电路的平均失控时间
2)电流滤波时间常数
三相桥式电路每个波头的时间是3.33ms,为了基本
滤平波头,应该有
因此取
3)电流环小时间常数
按小时间常数近似处理,取
2、选择电流调节器结构
根据设计要求
,并保证稳态电流无差,可按典型I系统设计电流调节器。
电流环控制对象是双惯性型的,因此用PI型电流调节器,其传递函数为
,检查对电源电压的抗扰性能:
各项指标都是可以接受的。
课程设计说明书NO.7
5、计算调节器电阻和电容
图3含给定滤波与反馈滤波的PI型电流调节器
由图3所用运算放大器取Ro=40KΩ,经计算
Ri=KiRo=1.013*40KΩ=40.52KΩ,取40KΩ
,取0.75
,取0.2
按照上述参数,电流环可以达到的动态跟随性能指标为
满足动态设计指标要求和近似条件。
2.4转速调节器设计
1定时间常数
1)电流环等效时间常数为
2)转速滤波时间常数
根据所用测速发电机纹波情况,取
3)转速环小时间常数
2选择转速调节器结构
课程设计说明书NO.8
按照设计要求,选用PI调节器,其传递函数为
3计算转速调节器参数
按照跟随和抗扰性能都较好的原则取h=5,则转速调节器的超前时间常数为
,转速开环增益为
所以转速调节器的比例系数为
3系统仿真
3.1理论计算参数仿真分析
根据理论设计结果,用MATLAB中的SIMULINK软件建立双闭环调速系统的仿真模型。
空载仿真模型如图6,电流环仿真结果如图7,转速环仿真结果如图8所示:
图4仿真模型图
课程设计说明书NO.9
图5电流环仿真结果图
图6转速环仿真结果图
5.2仿真结果分析
由仿真结果图7得电流环的近似超调量为
,满足小于5%的条件。
由仿真结果图8得转速环的近似超调量为
满足小于10%的设计要求。
课程设计说明书NO.10
六、心得体会
此次课程设计在老师的指点下终于顺利的完成了。
为期一周的课程设过程使我对转速、电流双闭环直流调速系统有了更深的了解,初步掌握了双闭环直流调速系统的调试步骤、方法及参数整定,了解了调节器参数对系统的动态性能的影响。
每一次课程设计都会使我明白坚实的基础对以后的学习和工作都有着无比的重要性,同时也培养了我认真做事、刻苦钻研的能力。
想要学好一门课程,光靠课本上的知识和课堂上讲的内容是远远不够的,我们每个人都要学会利用课余的时间多查找课外资料,学习更多的知识,弥补自己的不足。
每一次成功都不是轻易得来的,都需要我们付出汗水和辛勤的努力。
只有铺好了台阶,一切才会水到渠成。
只要我们再付出多一点的努力,我们的学习或者工作都将会取得更大的进步。
七、参考文献
1.阮毅、陈伯时.电力拖动自动控制系统—运动控制系统[M].上海大学机械工业出版社.2010
2.王海英.控制系统的MATLAB仿真与设计[M].北京:
高等教育出版社,2009
3.韩璐.直流电动机双闭环调速系统及其Simulink的仿真[J].船海工程,2003
4.胡寿松.自动控制原理[M].北京:
国防工业出版社,1994
5、黄绍平,李永坚,工矿自动化,《基于MATLAB的直流电动机斩波调速系统仿真研究》,2005年2月第1期;
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