转速、电流双闭环调速系统

潘晓强实训报告

题目一：在一个由晶闸管整流装置供电的转速、电流双闭环调速系统中，已知电动机的额定数据为：N P ＝60KW ，N U ＝220V ，N I ＝300A ，N n =1000 r/min ，电动势系数e C =0.18V .min/r ，主回路电阻R ＝0.15Ω，触发整流环节的放大倍数s K ＝35，等效惯性时间常数0.00333s T =s 。电磁时间常数l T ＝0.012s ，机电时间常数m T ＝0.12s ，电流反馈滤波时间常数oi T ＝0.02s ，转速反馈滤波时间常数on T ＝

0.015s 。额定转色时的给定电压*

()10n N U V =，调节器ASR ，ACR 饱和输出电压*10im U V =，8cm U V =。

系统的静、动态指标为：稳态无静差，调速范围D =10，电流超调量5%i δ≤，空载启动到额定转速时的转速超调量10%n δ≤。

任务：

1) 用工程设计方法，设计双闭环调速系统的电流和转速调节器，相应的调节器

放大电路，并进行频率校验。 2) 用Simulink 进行双闭环系统性能验证。 解：

1. 电流调节器参数设计

电流反馈系数：

转速反馈系数：

电流环的小时间常数为：

s 00533.0oi =+=∑T T T S i

电流调节器超前时间常数：

s T 012.0l i ==τ

电流环开环增益：要求%5i ≤σ时，要表3-1，应取5.0=∑i I T K ，因此

1i s 940053

.05

.05.0-∑≈==

T K I 于是，ACR 的比例系数：

)

(03.0330101.1*dm *

im

A V I U I U N im ====β)

min .(01.0100010*nm r V n U N ===α

0.160.03

350.15

0.01294s i i =⨯⨯⨯==

βτK R K K I

检验近似条件：电流环截止频率1ci 94-==s K I ω 1）检验晶闸管整流装置传递函数的近似条件

ci T ω≥≈⨯=1001.1010.00333

31

31s 满足近似条件 2）检验忽略反电动势变化时对电流环动态影响的条件

ci T T ω<=⨯⨯= 79.060.012

120.1313

l m 满足近似条件 3）检验电流环小时间常数近似处理条件

ci T T ω>=⨯⨯=180.7750.002

0.00333131131oi s 满足近似条件

取运算放大器0R =40Ωk ，各电阻和电容值计算如下：

Ω=Ω⨯== 6.4k 40k 0.1610i i R K R 取

F R C μτ 1.876400

0.012

i

i

i ==

=

取 F

R T C μ0.210400.002443

0oi oi =⨯⨯==

取

放大电路如图所示：

按上述参数，电流环可以达到动态跟随性能指标为

%5%3.4i ≤=σ，满足设计要求

2. 转速调节器参数设计

Ω6.4k F μ1.87F μ0.2

转速环小时间常数：

s T K T I

0256.0015.00106.01

on n =+=+=

∑ 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 ：

()()s

1s s n n n n ττ+=

K W 计算转速调节器参数：按跟随和抗扰都较好的原则，取h=5，则ASR 的超前时间常数为：

s T n 128.00256.05h n =⨯==∑τ

转速环开环增益：

22

2221.1830256

.0521

521-∑≈⨯⨯+=+=

s T h h K n N ASR 的比例系数为：

()125.100256

.015.001.05212

.018.00303.0621n ≈⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=

+=

∑n

m

e RT h T C h K αβ

检验近似条件：截止频率：

-1n cn 23.38s

0.128183.1=⨯==τωN K 1）电流环传递函数简化条件：

cn I T K ω>≈⨯=∑44..2670.0053

94

3131i 满足简化条件

2）转速环小时间常数近似处理条件：

cn I T K ω>=⨯≈38.26015

.094

3131on 满足近似条件

计算调节器的电阻和电容,取Ω=K R 400,则

Ω=Ω⨯==k 40540k 10.1250n n R K R 取ΩK 400 ;F R C μτ0.3210

4000.128

3

n

n

n =⨯=

=

取 F R T C on μ5.11040015.0443

0on =⨯⨯==

取

放大电路如图：

F μ0.32F μ5.1

3）校验转速超调量，h=5，1.1=λ查表3-5得，

%2.81max

=∆b

C C ，

5.0300

150

z d d ===

N L I I

()%105.18%0.120.025610000.180.15

3006.081.2%22*max n <≈⨯⨯⨯⨯⨯=∆-⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛∆=∑m n N b T T n n z C C λσ满足设计要求

用Simulink 进行双闭环系统性能验证：

ASR:

ACR: