运动控制期中作业

运
动
控
制
期
中
作
业
电气与控制工程学院
自动化1102班
李珂1106050220
电流调节器的设计：
（1） 确定时间常数：
1） 给定PWM 开关频率为5KHz ，整流装置滞后时间常数Ts ，
Ts=1/f=1/5000=0.0002s
2） 电流滤波时间常数Toi ，取Toi=0.002s=2ms 。

3） 电流环小时间常数之和T ∑i 。

按小时间常数近似处理，取
T ∑i =Ts+Toi=0.0022s 。

（2） 选择电流调节器结构：
根据设计要求σi ≦5%，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，因此可用PI 型电流调节器，其
传递函数式：W ACR (S)= iS
iS Ki ττ)
1(+。

检查对电源电压的抗扰性能：T l /T ∑=0022
.002
.0≈9.1，参看表3‐2的典型Ⅰ
型系统动态抗扰性能，都是可以接受的。

（3） 计算电流调节器的参数
电流调节器超前时间常数：τi=T l =0.02s
电流环开环增益：要求σi ≦5%时，根据表3-1，应取K I T ∑i =0.5，因此
K I =∑T 5.0=0022
.05.0s -1
≈227.27 s -1
于是ACR 的比例系数为 Ki=
β
τKs R
K i I K I =227.27 s -1 τi =0.02s R=0.5Ω λ=1.5
所以最大允许电流为：I dm =1.5×I nom =204A,
给定U im *=10V , 则β=dm im I U *=204
10
≈0.05
取晶闸管放大系数Ks=40
将以上数据带入Ki 公式内即可求出Ki ≈1.136 (4) 检验近似条件
电流环截止频率: ωci =K I =227.27 s -1
1) 校验晶闸管整流装置传递函数的近似条件: W ci ≤s
T 31
s T 31=0002
.031⨯ s -1≈1666.7 s -1﹥ωci 满足近似条件 2） 校验忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件：ωc i ≧3
l
m T T 1 3
l m T T 1=3×02
.01⨯m T
T m =m
e C C R
GD 3752 C e =n R I U d d -0=0.132 C m =π30 C e =1.26
T m =m
e C C R
GD 3752≈0.18
3
l m T T 1=3×02
.018.01⨯=50＜ωci 满足近似条件 3） 检验电流环小时间常数近似处理条件 ωci ≤
3
1
oi
s T T 1
3
1oi s T T 1= 31×002
.00002.01⨯ s -1≈527.046 s -1＞ωci 满足近似条件 （5）计算调节器电阻和电容：
电流调节器原理图如下图示，按所运用放大器取R 0 =40K Ω,各电阻和电容值计算如下：
R i =K i ×R 0 =1.136×40=45.44K Ω 取45K Ω
C i =Ri
i
τ=0.44×10﹣6 F=0.44υF 取0.44υF
C oi =0
4R Toi
⨯=0.2×10﹣6 F=0.2υF 取0.2υF
按照上述参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标为
σ％=4.3％＜5％ 满足设计要求
含给定滤波和反馈滤波的PI 型电流调节器电路图：
MATLAB 仿真及仿真结果
转速调节器的设计：
（1） 确定时间常数：
1）电流环等效时间常数1/K I 。

已知取K I T ∑i =0.5，则 1/K I =2T ∑i =2×0.0022s=0.0044s
2）转速滤波时间常数T on 。

根据测速发电机纹波情况，取T on =0.01s 。

3）转速环小时间常数T ∑n 。

按小时间常数近似处理，取 T ∑n =1/K I +T on =0.0144s （2） 选择转速调节器结构
按照设计要求，选用PI 调节器，其传递函数： W ASR (S)=
s
K n n n ττ)
1(+
（3）计算转速调节器参数
按跟随和抗扰性能都较好的原则，取h=5，则ASR 的超前时间常数为 τn =hT ∑n =5×0.0144s ＝0.072s 转速开环增益为： K N =
n
T h h ∑+2
221
≈578.7s -2 于是，可以求得ASR 的比例系数为： K n =
n
m
e RT h T C h ∑+αβ2)1(
β=0.05 α=max N U nm *
=146010
=0.007 Ce=0.132 C m =1.26 T m =0.18
所以，K n =
n
m
e RT h T C h ∑+αβ2)1(=14.1
（4）检验近似条件
转速环截止频率为： ωcn =
1
ωN
K =K N τn =578.7×0.072=41.7s -1
1）电流环传递函数简化条件
i
I
T K ∑31=107.13s -1 ＞ωcn 满足简化条件 2）转速环小时间常数近似处理条件
on
I
T K 31=50.25 s -1 ＞ωcn 满足近似条件
（5）计算调节器电阻和电容
转速调节原理图如下图所示，取R 0=40K Ω，则 R n =K n R 0=14.1×40=565.7 K Ω 取560K Ω C n =
n
n
R τ≈0.9υF 取0.9υF C on =
4R T on
≈1υF 取1υF （6） 校核转速超调量 n σ=2（
b
C C max
∆）（λ－z ）*∆n n N m n T T ∑
当h=5时，
b
C C max
=81.2%，z=0，T ∑n =0.0144s ， T m =0.18，Ce=0.132 n σ=6.12%＜10%
经过以上参数的计算，则此系统能满足设计要求。

MATLAB 仿真及仿真结果
（二）系统原理图的设计：
1）供电电源电路图:
本次设计采用桥式可逆PWM变换电路供电，PWM逆变器的直流电源由交流电网经不控的二极管整流器产生，并采用大电容Co滤波，以获得恒定的直流电压Us。

由于直流电源靠二极管整流器供电，不可能回馈电能，电动机制动时只好对滤波的电容充电，这时电容器两端电压升高称作泵升电压。

为了限制泵升电压，
用镇流电阻Rz消耗掉这些能量，在泵升电压达到允许值时接通Vtz。

此电路用于产生±15V电压作为转速给定电压以及基准电压，如下图所示：
电路总的原理图
心得体会：
经过一个月的学习，我们完成了电流双闭环调速系统的课程设计，其中对双闭环系统有了更深刻的认识，对直流环和转速环的认识有了进一步的加深，在课堂上虽然理解了，但是在实际的应用中仍然会力不从心。

本次课程设计时，感觉比较难做的还是系统总的原理图设计，和使用protel画原理图，在设计系统原理图的过程中，有很多不会做的，然后就查找书籍或者请教同学，去解决问题，当然其中也有很多地方走了不少的弯路，最后虽然做完了，但是感觉并不是那么好，但是看着自己的劳动成果，还是挺高兴的！
本次设计过程中，我们用了protel和MATLAB进行画图和系统的仿真，对这两款的软件使用起来更加的得心应手了。

本次设计，我的收获还是相当大的，学会了独立的去解决很多问题，而且对画图和仿真的方法也有了很好的理解。

参考文献
1.陈伯时电力拖动自动控制系统（第2版）机械工业出版社 1991.4
2.孙树朴李明王勉华。

电力电子技术中国矿业大学出版社 2000.7。