转速、电流反馈控制的直流调速系统设计

《转速、电流反馈控制的直流调速系统

设计》论文

院（系）自动化学院

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摘要：针对直流调速系统理论设计与实际要求相差较大的现象，利用matlab/simulink仿真平台对直流调速系统的理论设计结果进行仿真；通过系统仿真以灵活调节各项参数，从而获得理想的设计结果；实践表明，利用仿真技术可以大大地减少直流双闭环调速系统的设计和调试强度。

关键词：直流调速理论设计系统仿真

一、直流调速系统的理论设计 1.1 系统组成及要求

双闭环直流调速系统采用晶闸管三相桥式整流装置供电，基本参数如下： 1、直流电动机：额定转速nN = 1200 r/min ，额定电压UN = 220V ，额定电流IN = 180A ，电动势系数Ce = 0.196V ·min/r ，电流允许过载倍数 λ =1.25；电动机电枢电阻Ra = 0.2Ω，回路总电感L = 20 mH ； 2、晶闸管整流装置放大倍数：Ks = 36； 3、电枢回路总电阻：R = 0.6 Ω； 4、机电时间常数：Tm = 0.22 s 。

设计要求：（1）稳态指标：无静差；（2）动态指标：电流超调量σi

≤5%，启

动到额定转速时的转速超调量σ

n

≤10%；

1.2、 电流调节器设计 1、确定时间常数。

（1）整流装置滞后时间常数s

T 三相桥式电路的平均失控时间

s

T s 0017.0=；（2）

电流滤波时间常数oi

T 三相桥式电路每个波头的时间是3.33ms ，为了基本滤平波

头，应该有

ms

T oi 33.3)2~1(=,因此取

s

T oi 002.0=；（3）电流环小时间常数

i

T ∑ 按

小时间常数近似处理，取

s

T T T oi s i 0037.0=+=∑。

图1直流双闭环调速系统动态结构图

图2转速和电流双闭环直流调速系统原理图

2、确定将电流环设计成何种典型系统

根据设计要求：%5≤i σ，而且 1011.80037.0/03.0/<==∑i l T T ，因此设计成

典型I 型系统。

3、电流调节器的结构选择

电流调节器选用比例积分调节器（PI ）,其传递函数为

s

s K s W i i i ACR ττ/)1()(+=。

4、选择电流调节器参数

电流调节器超前时间常数：s T l i 03.0==τ； 电流开环增益：因要求%5≤i

σ，

故取

5

.0=∑i I T K ，因此14.1050037.0/5.0/5.0-∑===s T K i I ，β=0.04V/A ，于是电

流调节器的比例系数为 Ki=

β

τKs R

K i I =1.2 5、校验近似条件 电流环截止频率14.105-==s K I ci ω

（1）校验晶闸管装置传递函数的近似条件是否满足：

s ci T 3/1≤ω，因为

ci

s s T ω>=-11963/1

，所以满足近似条件。

（2）校验忽略反电动势对电流环影响的近似条件是否满足：

l

m ci T T /13≥ω，由

于3

l m T T 1=3×02

.022.01⨯=36.92＜ωci ，满足近似条件。 （3）校验小时间常数近似处理是否满足条件：

oi

s ci T T /1)3/1(≤ω，由于

ci oi s s T T ω>=-18.180/1)3/1(，满足近似条件。

计算调节器的电容和电阻

Ri =Ki ×R0 =1.2×40=48K Ω 取47K Ω

Ci =Ri i

τ=0.44×10﹣6 F=0.45υF 取0.47υF

Coi =04R Toi

⨯=0.2×10﹣6 F=0.2υF 取0.2υF

图3

含给定滤波和反馈滤波的PI 型电流调节器原理图

σ％=4.3％＜5％ 。

1.3 速度调节器设计 1、确定时间常数。

（1）电流环等效时间常数为

s

T i 0074.02=∑；（2）电流滤波时间常数

on

T 根据所

用测速发电机纹波情况，取

s

T on 01.0=；（3）转速环小时间常数

n

T ∑按小时间常

数近似处理，取s T T T on i n 0194.02=+=∑∑。

2、确定将转速环设计成何种典型系统

由于设计要求转速无静差，转速调节器必须含有积分环节；又根据动态设计要求，应按典型II 型系统设计转速环。

3、转速调节器的结构选择。

转速调节器选用比例积分调节器（PI ）,其传递函数为

s

s K s W n n n ASR ττ/)1()(+=。

4、选择转速调节器参数

（1）按照跟随和抗扰性能都较好的原则取h=5，则转速调节器的超前时间常数为

s hT n n 087.0==∑τ，转速开环增益为

22

28.31821

-∑=+=

s T h h K n

N 所以转速调节器的比例系数为 K n =

n

m

e RT h T C h ∑+αβ2)1(=11.73

检验近似

条件转速环截止频率为：ωcn=1ωN

K =KN τn=318.8×0.0875=27.895s-1

电流环传递函数简化条件：

i

I T K ∑31=56.259s-1 ＞ωcn

转速环小时间函数近似处理条件：

on

I T K 31=34.22 s-1 ＞ωcn 满足近似条件。

（5）计算调节器电阻好电容

取R0=40K Ω Rn=KnR0=11.73×40=469.2K Ω 取470K Ω