直流电动机转速电流双闭环控制系统设计

系统建模与仿真
1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
2.提高系统抗扰性能
通过调节器的适当设计可使系统“转速环”对于电网电压及负载 转矩的波动或突变等扰动予以控制（迅速抑制），在最大速降、 恢复时间等指标上达到最佳。
Id ,n
n
I dL 2
I dL1 tf
t1
t2
t
图 双闭环控制直流调速系统负载扰动特性
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1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
一、系统建模
1.1 电动机的数学模型 1.2 晶闸管整流装置的数学模型 1.3双闭环调速系统的数学模型
二、电流环与转速环调节器设计
2.1 双闭环控制的目的 2.2 关于积分调节器的饱和非线性问题 2.3 ASR与ACR的工程设计方法
一、系统建模
1.1 电动机的数学模型 1.2 晶闸管整流装置的数学模型 1.3双闭环调速系统的数学模型
二、电流环与转速环调节器设计
2.1 双闭环控制的目的 2.2 关于积分调节器的饱和非线性问题 2.3 ASR与ACR的工程设计方法
三、仿真实验
3.1 起动特性 3.2 抗扰性能
四、结论
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I dL
U
n
1
+
Tons 1
-
WASR (s)
U
i
1 Tois 1
-
WACR (s) Uc
Kc Tcs 1
U dE
-
1/ R Id Tl s 1
-
R Tm s
1 Ce
n
转速环
电流环
Tois 1
Tons 1
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直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
根据额定励磁下他励直流电动机的等效 电路，可以写出回路中电压和转矩平衡 的微分方程
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电动机的数学模型
通过对上面两式进行拉氏变换后，可 以得到电动机的数学模型（动态传递 函数形式）
Ud0(s) +
_
IdL (s)
_
1/ R Id (s)
R E(s) 1 n(s)
Tl s 1 +
Tm s
Ce
其中
Tl

L R
为电枢回路电磁时间常数
Tm

GD2 R 375CeCm
为电机系统机电时间常数
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Outline
1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计 2 基于双闭环PID控制的一阶倒立摆控制系统设计 3 龙门吊车重物防摆的鲁棒PID控制方案 4 龙门吊车重物防摆的滑模变结构控制方案 5 一阶直线倒立摆系统的可控性研究 6 自平衡式两轮电动车运动控制技术研究 7 问题与探究---灵长类仿生机器人运动控制
三、仿真实验
3.1 起动特性 3.2 抗扰性能
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1.启动的快速性问题
借助于PI调节器的饱和非线性特性，使得 系统在电动机允许的过载能力下尽可能地 快速启动。
Id ,n I dm
n I dL
t
图4-5 理想电动机起动特性
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automatic current regulator (ACR) 自动电流调节器 automatic speed regulator (ASR)自动速度调节器.实际上就是调速器 Harbin Institute of Technology
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1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计——建模
一、系统建模
1.1 电动机的数学模型 1.2 晶闸管整流装置的数学模型 1.3双闭环调速系统的数学模型
二、电流环与转速环调节器设计
2.1 双闭环控制的目的 2.2 关于积分调节源自文库的饱和非线性问题 2.3 ASR与ACR的工程设计方法
三、仿真实验
3.1 起动特性 3.2 抗扰性能
四、结论
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一、系统建模
1.1 电动机的数学模型 1.2 晶闸管整流装置的数学模型 1.3双闭环调速系统的数学模型
二、电流环与转速环调节器设计
2.1 双闭环控制的目的 2.2 关于积分调节器的饱和非线性问题 2.3 ASR与ACR的工程设计方法
三、仿真实验
3.1 起动特性 3.2 抗扰性能
三、仿真实验
3.1 起动特性 3.2 抗扰性能
四、结论
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自70年代以来，国内外在电气传动领域里，大量地 采用了“晶闸管整流电动机调速”技术（简称V-M调 速系统）。尽管当今功率半导体变流技术已有了突 飞猛进的发展，但在工业生产中V-M系统的应用还是 占有相当比重的。
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晶闸管触发与整流装置可以看成是一个具有纯滞后 的放大环节，其滞后作用是由晶闸管装置的失控时间 引起的。考虑到失控时间很小，忽略其高次项，则其 传递函数可近似成一阶惯性环节，如下式所示
Ud0(s) Ks Uct (s) Tss 1
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一、系统建模
1.1 电动机的数学模型 1.2 晶闸管整流装置的数学模型 1.3双闭环调速系统的数学模型
二、电流环与转速环调节器设计
2.1 双闭环控制的目的 2.2 关于积分调节器的饱和非线性问题 2.3 ASR与ACR的工程设计方法
四、结论
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比例放大器、测速发电机和电流互感器的响应通 常都可以认为是瞬时的，但是在电流和转速的检测信 号中常含有交流分量（噪声），故在反馈通道和给定 信号前均加入滤波环节。