运动控制系统仿真实验报告——转速电流反馈控制直流调速系统的仿真

运动控制系统仿真实验报告

——转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真

双闭环直流调速系统仿真

对例题3.8设计的双闭环系统进行设计和仿真分析,仿真时间10s 。具体要求如下： 在一个由三相零式晶闸管供电的转速、电流双闭环调速系统中，已知电动机的额定数据为：60=N P kW , 220=N U V , 308=N I A , 1000=N n r/min , 电动势系数e C =0.196 V·min/r , 主回路总电阻R =0.18Ω,变换器的放大倍数s K =35。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i T 0=0.0025s,转速反馈滤波时间常数n T 0=0.015s 。额定转速时的给定电压(U n *

)N =10V,调节器ASR ，ACR 饱和输出电压U im *

=8V,U cm =7.2V 。

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i σ≤5% ,空载起动到额定转速时的转速超调量n σ≤10%。试求：

（1）确定电流反馈系数β(假设起动电流限制在1.3N I 以内)和转速反馈系数α。 （2）试设计电流调节器ACR.和转速调节器ASR 。

（3）在matlab/simulink 仿真平台下搭建系统仿真模型。给出空载起动到额定转速过程中转速调节器积分部分不限幅与限幅时的仿真波形（包括转速、电流、转速调节器输出、转速调节器积分部分输出），指出空载起动时转速波形的区别，并分析原因。

（4）计算电动机带40%额定负载起动到最低转速时的转速超调量σn 。并与仿真结果进行对比分析。

（5）估算空载起动到额定转速的时间，并与仿真结果进行对比分析。

（6）在5s 突加40%额定负载，给出转速调节器限幅后的仿真波形（包括转速、电流、转速调节器输出、转速调节器积分部分输出），并对波形变化加以分析。

（一）实验参数

某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据如下： • 直流电动机：220V ，136A ，1460r/min ，C e=0.132Vmin/r ，允许过载倍数λ=1.5； • 晶闸管装置放大系数：K s=40； • 电枢回路总电阻：R =0.5Ω ； • 时间常数：T i=0.03s ， T m=0.18s ；

• 电流反馈系数：β=0.05V/A （≈10V/1.5I N ）。 •

转速反馈系数α=0.07Vmin/r （≈10V/nN ），

（二）实验设计

1、设计要求

设计电流调节器，要求电流超调量 要求转速无静差，空载起动到额定转速时的转速超调量σn ≤10%。

试按工程设计方法设计转速调节器，并校验转速超调量的要求能否得到满足。 2、计算过程

（1）电流调节器

1）确定时间常数

整流装置滞后时间常数T s =0.0017s 。 电流滤波时间常数T oi =2ms=0.002s 。

电流环小时间常数之和，按小时间常数近似处理，取T Σi =T s +T oi=0.0037s 。 2）选择电流调节器结构

要求σi ≤5%，并保证稳态电流无差，按典型I 型系统设计电流调节器。用PI 型电流调节器。

检查对电源电压的抗扰性能： ，

参看表3-2的典型I 型系统动态抗扰性能，各项指标都是可以接受的。 3）计算电流调节器参数

电流调节器超前时间常数：τi =T i =0.03s 。 电流环开环增益：取K i T Σi =0.5，

5%

i σ≤1.1350037

.05

.05.0===

∑i I T K

ACR 的比例系数为

4）校验近似条件

电流环截止频率ωci =K I =135.1s -1 校验晶闸管整流装置传递函数的近似条件

校验忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件

校验电流环小时间常数近似处理条件

（2）转速调节器 1）确定时间常数

电流环等效时间常数。

由例题3-1，已取K I T Σi =0.5，则

013.105

.0405

.003.01.135=⨯⨯⨯==

βτs i I i K R K K 1.1960017

.03131=⨯=s T ci ω> 82.4003

.018.01313

=⨯⨯=l m T T ci ω< 8.180002

.00017.01

31131=⨯⨯=oi s T T ci

ω>s T K i I

0074.00037.0221

=⨯==∑

转速滤波时间常数。根据所用测速发电机纹波情况，取Ton=0.01s 。 转速环小时间常数。按小时间常数近似处理，取

2）选择转速调节器结构

选用PI 调节器，

3）计算转速调节器参数

取h=5，则ASR 的超前时间常数为

转速环开环增益

ASR 的比例系数为

4）检验近似条件

转速环截止频率为

电流环传递函数简化条件

满足简化条件

转速环小时间常数近似处理条件

满足简化条件

5）计算调节器电阻和电容

s T K T on I

n 0174.001.00074.01

=+=+=

∑s

s K s W n n n ASR ττ)1()(+=

s

hT n n 087.00174.05=⨯==∑τ2

2

2224.3960174.052621-∑=⨯⨯=+=

s T h h K n

N 7

.110174

.05.0007.05218.0132.005.062)1(=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=+=

∑n m e n RT h T C h K αβ1

1

5.34087.04.396-=⨯===

s K K n N N

cn τωω7

.630037

.01

.1353131==∑i I T K cn

ω>7.3801

.01

.1353131==on I T K cn

ω>