双闭环调速系统ASR和ACR

课程设计说明书

学院：机电工程学院

专业：电气工程及其自动化

课程名称：电力拖动自动控制系统

设计题目：双闭环调速系统ASR和ACR

结构及参数设计

姓名：

学号：

指导教师：

成绩：

双闭环调速系统ASR和ACR结构及参数设计(5) 一．设计目的：

掌握用工程设计方法设计双闭环调速系统的转速调节器和电流调节器，加深对双闭环直流调速系统理解。

二．设计内容：

有一个转速、电流双闭环直流调速系统，采用三相桥式全控整流装置供电，已知电动机数据如下：550kW，750V，780A，375r/min，Ce=1.92V·min /r，允许电流过载倍数1.5，主回路总电阻R= 0.1Ω，Ks =75，T L=0.03s,T m=0.084s,电流反馈滤波时间常数T oi=0.002s, 转速反馈滤波时间常数T on=0.02s, ASR最大最大给定值和输出限幅值为12V, ACR最大输出限幅值为12V。

设计要求：稳态无静差，动态指标：电流超调量σi ≤ 5%，电机空载起动到额定转速时的转速超调量σn ≤ 10%，ASR按典型Ⅱ型系统设计，并取ＫＴ＝０.５。

三．时间安排：

6.3—6.4 查阅相关资料；

6.4—6.6 按要求设计相关内容，完成设计文本

6.7 考核答辩

四．参考书目：

1.《电力拖动自动控制系统》（第3版）陈伯时主编机械工业出版社

2.《电力电子技术》（第4版）王兆安黄俊主编机械工业出版社

3.《自动控制理论》刘丁主编机械工业出版社

4.《电机及拖动基础》（第3版）顾绳谷主编机械工业出版社

目录

绪论....................................................................................... 错误!未定义书签。一．调节器的工程设计方法的基本思路.. (2)

二．电流调节器的设计 (3)

2.1 电流环结构框图的化简 (3)

2.2 电流调节器结构的选择 (4)

2.3 电流调节器的参数计算 (5)

2.4 校验 (6)

2.5计算调节器电阻和电容 (7)

三．转速调节器的设计 (8)

3.1 电流环的等效闭环传递函数 (8)

3.2 转速环结构的化简和转速调节器结构的选择 (9)

3.3 转速调节器的参数的计算 (11)

3.4 校验 (11)

3.5 计算调节器电阻和电容 (12)

3.6 校核转速超调量 (12)

四．转速调节器退饱和时转速超调量的计算 (13)

五．总结 (16)

绪论

在单闭环直流调速系统中，电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只能在超过临界电流值 Idcr 以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击 ， 并不能很理想地控制电流的动态波形。而采用转速负反馈和PI 调节器的单闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。但是，如果对系统

的动态性能要求较高，例如：要求快速起制动，突加负载动态速降小等等，单闭 环系统就难以满足需要。

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）联接如下图所示。图中，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。

T G

n

ASR

ACR

U*n +

- Un

Ui

U

*i +

-

Uc

T

A V M + -

Ud Id

UPE

L

-

M T +

图1-1 转速、电流双闭环直流调速系统结构图

ASR —转速调节器 ACR —电流调节器 TG —测速发电机

TA —电流互感器 UPE —电力电子变换器

一调节器的工程设计方法的基本思路

应用工程设计方法来设计转速、电流双闭环调速系统的两个调节器。按照设计多环控制系统先内环后外环的一般原则，从内环开始，逐步向外扩展。在双闭环系统中，应该首先设计电流调节器，然后把整个电流环看作是转速系统中的一个环节，再设计转速调节器。

双闭环调速系统的实际动态结构图绘于图1-2，它与前述的图1-1不同之处在于增加了滤波环节，包括电流滤波、转速滤波和两个给定信号的滤波环节。

T0is+1

T0ns+1

T0i —电流反馈滤波时间常数T0n —转速反馈滤波时间常数

二电流调节器的设计

2.1 电流环结构图的简化

1）忽略反电动势的动态影响

在按动态性能设计电流环时，可以暂不考虑反电动势变化的动态影响，即E≈0。这时，电流环如下图所示。

T0is+1

U*i(s) /β ，则电流环便等效成单位负反馈系统（图2-1b）。

U*i(s)

2.2 电流调节器结构的选择

从稳态要求上看，希望电流无静差，以得到理想的堵转特性，由图2-23c 可以看出，采用 I 型系统就够了。从动态要求上看，实际系统不允许电枢电流在突加控制作用时有太大的超调，以保证电流在动态过程中不超过允许值，而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要的因素，为此，电流环应以跟随性能为主，应选用典型I 型系统。 1）电流调节器选择

图2-1c 表明，电流环的控制对象是双惯性型的，要校正成典型 I 型系统，显然应采用PI 型的电流调节器，其传递函数可以写成

s s K s W i i i ACR ττ)1()(+=

（2-2）

为了让调节器零点与控制对象的大时间常数极点对消，选择

3）小惯性环节近似处理

最后，由于Ts 和 T0i 一般都比Tl 小得多，可以当作小惯性群而近似地看作是一个 惯性环节，其时间常数为

T∑i = Ts + Toi （2-1）

简化的近似条件为

oi

s ci

13

1T T ≤ω电流环结构图最终简化成图2-1c 。

Ks /R

U*i(s)

(Tls+1)(T is+1)