直流电动机单闭环控制系统设计

目录

前言---------------------------------------------------------------------2 第一章直流电动机基本控制电路

1.1基本电路------------------------------------------------------------------3 1.2 各器件参数--------------------------------------------------------------3 1.3 动态结构图及数学模型-----------------------------------------------3 第二章系统的静态分析

2.1静态时的性能指标-----------------------------------------------------6 2.2计算调速系统的稳态参数--------------------------------------------6 第三章动态分析与设计

3.1反馈控制闭环直流调速系统的稳定条件---------------------------8 3.2判别这个系统的稳定性------------------------------------------------8 第四章系统的校正设计

4.1校正的基本方法----------------------------------------------------------10 4.2校正的基本原理----------------------------------------------------------10 4.3调节器设计----------------------------------------------------------------11 4.4利用PI调节器对系统校正---------------------------------------------12 总结----------------------------------------------------------------------16参考文献----------------------------------------------------------------17

前言

直流电动机单闭环系统数学模型的建立及校正的设计步骤:

首先进行直流电动机系统的设计,进行器件的选择参数的确定,构建数学模型,流程图和闭环传递函数.

其次进行静态性能分析,确定调速的系统稳定参数.

在此进行动态性能分析及进行设计.确定反馈控制闭环直流调速系统的稳定条件,并判断系统是否稳定.经过计算得出系统不是稳定的.

最后进行系统的校正设计,校正的方法有很多种, 在电力拖动自动控制系统中，最常用的是串联校正和反馈校正。串联校正比较简单，也容易实现。对于带电力电子变换器的直流闭环调速系统，由于其传递函数的阶次较低，一般采用PID调节器的串联校正方案就能完成动态校正的任务。PID调节器中有比例微分（PD）、比例积分（PI）和比例积分微分（PID）三种类型。

校正的基本原理是利用校正网络的高频衰减作用,使系统的对数幅频特性在0db线时的频率为-20db/dec,相对平稳性得到改善.但幅值穿越频率减小了,系统的抗干扰能力增强了,但快速性变差了.为了减小相角滞后的不利因素,最大滞后相角对应的频率应离截止频率远一些.适用于稳态性能要求高,而瞬态性能容易满足要求的场合.

第一章直流电动机基本控制电路

1.1 基本电路

图1-1直流电动机基本控制电路

1.2 各器件参数

电动机：额定数据为10KV，220V，55A，,1000r/m，电枢电阻R=0.5Ω

晶闸管触发整流装置：三相桥式可控整流电路，整流变压器Y／Y 联结，二次线电压U21=230V，电压放大系数KA=44: V-M系统电枢回路总电阻R=1.0；

测速发电机：永磁式，额定数据为23.1W,110V,0.21A,1900r/m；直流稳压电源±15V。

1.3 动态结构图及数学模型

直流电动机数学模型的建立：他励直流电动机在额定励磁下的等效电路绘于图1-2，其中电枢回路总电阻R 和电感L 包含电力电子变换器内阻、电枢电阻和电感以及可能在主电路中接入的其他电阻和电感，规定的正方向如图所示。假定主电路电流连续，则动态电压方程为

(1-1)(1-1)

忽略粘性摩擦及弹性转矩，电动机轴上的动力学方程为

(1-2)

额定励磁下的感应电动势和电磁转矩分别为 式中

包括电动机空载转矩在内的负载转矩N.m 电力拖动系统折算到电动机轴上的飞轮惯量

额定励磁下的电动机的转矩系数

电枢回路电磁时间常数

电力拖动系统机电时间常数

直流电动机动态结构图：

图1-2直流电动机动态结构框图的变换和简化

直流电动机的基本电路的动态结构图及数学模型：

图1-3 直流电动机的基本电路的动态结构图

由图可见，反馈控制闭环直流调速系统的开环传递函数是

（（（（1-3）

式中

设从给定输入作用上看，闭环直流调速系统的闭环传递函数是

第二章系统的静态分析

2.1静态时的性能指标：要求调速范围D=10，静差率s≦5%。

2.2计算调速系统的稳态参数：

1）为满足调速系统的稳态性能指标，额定负载时的稳态速降应为

2）求闭环系统应有的开环放大系数。

求闭环系统应有的开环放大系数。

则开环系统额定速降为

闭环系统的开环放大系数应为

3）计算转速反馈环节的反馈系数和参数。

转速反馈系数包含测速发电机的电动势系数和其输出电位器的分压系数，即

根据测速发电机的额定数据，有

试取。如测速发电机与主电动机直接连接，则在电动机最高转速1000r/m

时，转速反馈电压为

稳态时很小，只要略大于即可，现有直流稳压电源为±15V，完全能

够满足给定电压的需要。因此，取是正确的。于是，转速反馈系数的计算结果是

电位器的选择方法如下：为了使测速发电机的电枢压降对转速检测信号的线