运动控制课程设计

运动控制课

程设计

专 业： 自动化

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指导教师：

自动化与电气工程学院2016年 10 月 20 日

直流双环系统的设计及仿真分析

1初始条件

电动机参数为：min /200,7.3,48,200r n A I V U W P N N N N ==== ，电枢电阻

6.5a R =Ω，电枢回路总电阻8R =Ω，允许电流过载倍数2λ=，电势系数0.12min/e C V r =⋅，电磁时间常数0.015l T s =，机电时间常数0.2m T s =，电流反

馈滤波时间常数0.001oi T s =，转速反馈滤波时间常数0.005on T s =，调节器输入输

出电压**

10nm

im cm U U U V ===，调节器输入电阻040R k =Ω，电力晶体管的开关频率1f kHz =，PWM 环节的放大倍数 4.8s K =。设计指标：稳态无静差，电流超调量%5≤i σ；空载起动到额定转速时的转速超调量%20n ≤σ，过渡过程时间

s t s 1.0≤。

2转速、电流双闭环直流调速系统的组成

为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套（或称串级）联接。把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变换器UPE 。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。

3转速电流双闭环直流调速系统调节器的设计

3.1转速和电流两个调节器的作用

3.1.1 转速调节器的作用

(1)转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速n 很快地跟随给定电压*

n U 变

化,稳态时可减小转速误差，如果采用PI 调节器，则可实现无静差。 (2)对负载变化起抗扰作用。

(3)其输出限幅值决定电机允许的最大电流。 3.1.2电流调节器的作用

(1)作为内环的调节器，在转速外环的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随

其给定电压*i U （即外环调节器的输出量）变化。 (2)对电网电压的波动起及时抗扰的作用。

(3)在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。 (4)当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的。

3.2电流调节器的设计

3.2.1确定时间常数

因为kHz f 1=，所以取： s T s 001.0= 电流滤波时间常数：s T oi 001.0=

电流环小时间常数：s T T T oi s i 002.0=+=∑

3.2.2选择电流调节器结构

根据设计要求：电流超调量%5≤i δ，且

105.7002

.0015.0<==∑i T T l 电流环设计为典I 系统，选择PI 调节器，其传递函数为()s

s K s W i i i ACR ττ1

+= 3.2.3选择电流调节器参数

ACR 超前时间常数： s T l i 015.0==τ，

电流开环增益：要求电流超调量%5≤i δ，所以应取5.0=∑i K T i ，所以

250002

.05

.05.0===

∑i T K I ACR 的比例系数为：63.48

.435.18

015.0250=⨯⨯⨯==s i I i K R K K βτ 3.2.4校验近似条件

电流环截止频率:=ci ω1s 250-=I K (1)晶闸管装置传递函数近似条件：s

ci T 31≤

ω

ci s s T ω>=⨯=-13.333001

.03131，满足近似条件。 (2)忽略反电动势对电流环影响的条件：l

m ci T T 13

≥ω ci l m s T T ω<=⨯=-17.54015

.02.01

313

，满足近似条件。 (3)小时间常数近似处理条件：oi

s ci T T 1

31≤

ω

ci oi s s T T ω>=⨯=-13.333001

.0001.01

31131。满足近似条件。

3.2.5调节器的电阻电容：因为Ω=K R 400，则

Ω=Ω⨯==K K R K R i i 2.1854063.40， 近似取 Ω=K R i 185。

F F R C i

i

i μμτ81.001010

185015

.063

=⨯⨯=

=

，取F μ8.00。 F F R T C oi oi μμ1.01010

40001

.044630=⨯⨯⨯==

。取F μ1.0。 3.3 转速调节器的设计

3.3.1确定时间常数

电流环等效时间常数s T i 004.02=∑

转速滤波时间常数s T on 005.0=

转速环小时间常数s T T T on i n 009.02=+∑=∑

3.3.2选择转速调节器结构

由于设计要求无静差，且要求设计为典II 系统，转速调节必须含有积分环节;故ASR 选择PI 调节器，传递函数为 s

s K s W n n n ττ1

)(ASR += 3.3.3选择转速调节其参数

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: s hT n n 045.0009.05=⨯=∑=τ

转速环开环增益:2

2

225.148109

.00252621-=⨯⨯=∑

+=

s T h h K n N 所以，ASR 的比例系数为:4.509

.0085.0010.2

02.105.3162)1(=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=+=∑n RT h T C h K m e n αβ

3.3.4校验近似条件

转速环截止频率：17.66045.05.1481-=⨯==s K n N cn τω (1)电流环传递函数简化条件：∑

≤

i

cn T 51

ω

cn i s T ω>=⨯=∑

-1100002.051

51，满足简化条件。 (2)小时间常数近似处理条件：on

i cn T T ∑

≤

21

31ω

cn on i s T T ω>=⨯⨯=∑

-15.74005

.0002.021

312131，满足条件。

3.3.5计算调节器的电阻和电容

Ω=K R 400，Ω=⨯==K 216404.50R K R n n ，可近似取ΩK 220。

F F R C n

n

n μμτ20.01010

220045.06

3

=⨯⨯=

=

，取F μ20.0。