双闭环V-M调速系统中主电路,电流调节器及转速调节器的设计

中北大学

电力拖动自动控制系统课程设计说明书

学生姓名：学号：

学院：信息与通信工程学院

专业：自动化

题目：双闭环V-M调速系统中主电路，

电流调节器及转速调节器的设计

指导教师：

2011年8月25日

中北大学

电力拖动自动控制系统课程设计任务书

11/12 学年第一学期

学院：信息与通信工程学院

专业：自动化

学生姓名：学号：

课程设计题目：双闭环V-M调速系统中主电路，

电流调节器及转速调节器的设计

起迄日期：8月22 日～8月26日

课程设计地点：中北大学

指导教师：

下达任务书日期: 2011年08月22日

课程设计任务书

一、 设计题目：

双闭环V-M 调速系统中主电路，电流调节器及转速调节器的设计。

二、 已知条件及控制对象的基本参数：

（1）已知电动机参数为：nom p =3kW ，nom U =220V ，nom I =17.5A ，nom n =1500r/min ，电枢绕组电阻a R =1.25Ω，2GD =3.532N m 。采用

三相全控桥式电路，整流装置内阻rec R =1.3Ω。平波电抗器电阻L R =0.3Ω。整流回路总电感L=200mH 。

（2）这里暂不考虑稳定性问题，设ASR 和ACR 均采用PI 调

节器，ASR 限幅输出im U *

=－8V ，ACR 限幅输出ctm U =8V ，最大给定nm U *=10V ，调速范围D=20，静差率s=10%，堵转电流

dbl I =2.1

nom I ，临界截止电流 dcr I =2nom I 。

（3）设计指标：电流超调量δi %≤5%，空载起动到额定转速时的转速超调量δn ≤10%，空载起动到额定转速的过渡过程时间 t s ≤0.5。 三、 设计要求

（1）用工程设计方法和[西门子调节器最佳整定法]* 进行设计，决定ASR 和ACR 结构并选择参数。 （2）对上述两种设计方法进行分析比较。

（3）设计过程中应画出双闭环调速系统的电路原理图及动态结构图

（4）利用matlab/simulink进行结果仿真。

* 为可选作内容

四、设计方法及步骤：

Ⅰ用工程设计方法设计

（1）系统设计的一般原则：

（2）电流环设计

1）确定时间常数

2）选择电流调节器结构

3）选择电流调节器参数

根据上述参数可以达到的动态指标为4）校验近似条件

（3）转速环设计

1）确定时间常数

2）选择转速调节器结构

3）选择转速调节器参数

4）校验近似条件

5）易犯错误

Ⅱ用西门子调节器最佳整定法设计* （1）电流环的动态校正

（2）转速环的动态校正

Ⅲ两种设计方法的分析比较

五、设计心得：

六、参考资料：

一．系统设计的一般原则：

按照“先内环后外环” 的设计原则，从内环开始，逐步向外扩展。在这里，首先设计电流调节器，然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器。

（2）电流环设计

电流环动态结构图及简化：

1）确定时间常数

根据已知数据得

三相桥式晶闸管整流电路的平均后时间0.0017sT，取电流反馈滤波时间常数，可得电流环的小时间常数为0.002oiT，可得电流环的小时间常数为

2）选择电流调节器结构

但由于对电流超调量有较严格要求，而抗扰指标却没有具体要求，因此电流环仍按典型I型系统设计。电流调节器选用PI调节器，其传递函数为

3）选择电流调节器参数

积分时间常数：

% 5%，取电流环开环增益K I 为：

为满足δ

i

为：

电流调节器比例系数K

I

取调节器的输入电阻R0=20K，则电流调节器的各参数为：

根据上述参数可以达到的动态指标为：

故能满足设计要求。

4）校验近似条件

电流环截至频率：

晶闸管装置传递函数近似条件为：

又有：

故该近似条件满足。

小时间常数近似处理条件为：

则

故该近似条件满足。

（3）转速环设计

转速环动态结构图及简化：

确定时间常数

电流环的等级时间常数为0.0074s。取转速反馈滤波时间常数0.01s，转速环的时间常数为：

2）选择转速调节器结构

设计要求中虽然允许系统有静差，转速调节器的稳态放大系数很大，因此转速调节器如采用比例调节器，将很难满足稳定性要求。为此，转速调节器采用近似PI调节器，按典型II型系统进行设计。可证明，当近似PI调节器的稳态放大系数很大时，其传递函数可表示为

3）选择转速调节器参数

按跟随性能和抗扰性能较好的原则选择h=5，求出转速超调量δ%和过渡过程时间ts。如果能够满足设计要求，则可根据所选的h值计算有关参数；否则要改变h 值重新进行计算，直到满足设计要求为止。

当h=5时，ASR退饱和超调量为：

式中λ为电动机允许过载系数，按题意λ=2.1；z为负载系数，设为理想空载起动，则z=0;

，

当h=5时，故起动到额定转速，即n= 时，退饱和超调量为δ=9.2%小于10%，满足设计要求。

空载起动到额定转速的过渡过程中，由于在大部分时间内ASR饱和而不起调节作用，使过渡过程时间ts延长，ts 可表示为 ts=t0+t2, 其中t2为恒流升速时间，t0是退饱和超调过渡过程时间.