电流--转速双闭环PID调速系统.

指导教师评定成绩：

审定成绩：

重庆邮电大学

《过程控制系统》课程设计实验题目：电流--转速双闭环PID调速系统

学校：重庆邮电大学

学生姓名：

专业：自动化

班级：

学号：

指导教师：

设计时间：2012 年12 月

重庆邮电大学

设计任务书

1）.下图所示为川维厂水泵“电流--转速双闭环PID 调速系统”的结构图，其有参数如表1所示。试对该系统进行动态校正，使校正后系统满足下列性能指标：

1.剪切频率-150c s ω≥；

2.起动时间s t 6.0q ≤；

3.起动超调%5<σq

4.突加10%额定负载时最大动态速将r/min,5<∆m 回复时间

。 2).设计中应该完成的具体工作如下：

1.动态校正：设计反馈滤波，给定滤波及各调节器的参数；

2.校核性能指标：对要求的各项性能指标进行分析计算，直至满足要求为止。

3.用计算机进行仿真，验证计算结果；

4.总结讨论：对设计结果及相应性能指标进行对比分析，总结收获体会 组

别 T A (s) R ∑(Ω)

Ks Τs(s) Ie(A) Ve(V) ne(V/r/min) R(Ω) [GD2]∑(N ·m2) 2 0.037 4.88 32.9 0.0017 8.5

220 1500 2.94 1.52～

1.64

目录

摘要...................................................... 错误！未定义书签。1电流—转速双闭环PID调速系统的组成及工作原理 . (5)

2 双闭环调速系统的动态数学模型.. 错误！未定义书签。

3 调节器的设计 (6)

3.1 电流调节器的设计 (6)

3.2 转速调节器的设计 (8)

4 参数计算 (10)

4. 1 电流环的直接计算 ............. 错误！未定义书签。

4. 2 速度环的直接计算.............. 错误！未定义书签。5仿真具体参数 ................................... 错误！未定义书签。

6 仿真结果 ........................................ 错误！未定义书签。5

7 结束语 .............................................. 错误！未定义书签。

8 致谢 ................................................ 错误！未定义书签。9参考文献 (18)

摘要

在现代化的工业生产过程中，许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求有良好的稳态、动态性能。而直流调速系统调速范围广、静差率小、稳定性好，过载能力大，能满足生产过程自动化系统中各种不同的特殊运行要求。在高性能的拖动技术领域中，相当长时期内几乎都采用直流电力拖动系统。

开环直流调速由于自身的缺点几乎不能满足生产过程的要求，在应用广泛地双闭环直流调速系统中，PID控制已经得到了比较成熟的应用。

关键字：稳态、动态性能、稳定性好、开环直流调速、双闭环直流调速系统

Abstract

In modern industrial production process, many production mechanical requirements in a certain range of speed regulator, and good steady state, dynamic performance. While the DC speed regulating system of a wide range of speed, static slip small, good stability, large overload capacity, can meet the production process automation system in a variety of different special operational requirements. In high performance drive technology, inside quite long period adopted by almost all DC electric drive system.

Open loop DC speed control because of their own shortcomings can hardly meet the requirements of the production process, applied widely in DC double loop speed control system, PID control is already relatively mature application.

Keywords: static, dynamic performance, good stability, open loop DC speed control, double closed-loop DC speed control system

一、电流—转速双闭环PID 调速系统的组成及工作原理

电流—转速双闭环PID 调速系统是最经典的调速系统，其原理如图1所示。双闭环控制PID 调速系统的特点是电动机的转速和电流分别由2个独立的调节器控制，且转速调节器的输出就是电流调节器的给定，因此电流环能过随转速的偏差调节电动机电枢额电流。当转速地狱给定转速时，转速调节器的积分作用使输出增加，即电流给定上升，并通过电流环调节使电动机电流增加，从而使电动机获得加速转矩，电动机转速上升。当实际转速高于给定转速是，转速调节器的输出减小，即电流给定减小，并通过电流环调节使电动机电流下降，电动机将因为电磁转矩减小而减速。当转速调节器饱和输出达到限幅时，电流环即以最大电流限制,实现电动机的加速，使电动机的启动时间最短，在可逆调速系统中，由于晶闸管整流器不能通过反向电流，因此不能产生反向制动转矩而使电动机快速制动。

图1 电流—转速双闭环调速系统结构框图

二、双闭环调速系统的动态数学模型

假设电机补偿良好，忽略电枢反应、涡流效应和磁滞的影响，并设励磁电流恒定，得到直流电机数学模型和运动方程分别为：

E dt di L R U t i d d ++=

t n L e d d GD T T 3752=-

式中：d U 为电枢电压；L ，d i ，R 分别为电枢回路电感、电流和总电阻；E 微机电机的反电动势，且有n C E e =；e T ，L T 分别为电机的电磁转矩和负载转矩，