自动控制系统课程设计-双闭环直流调速系统的设计.doc

课程设计任务书
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设计任务(主要技术参数):
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成绩: 签字:
年月日
双闭环直流调速系统的设计
班级:08t自动化1
学号:
姓名:
指导教师:
设计时间:-
目录
1 课程设计的目的……………………………………………………………… 1
2 课程设计的主要内容………………………………………………………… 1
系统的组成…………………………………………………………………… 1
系统的工作原理……………………………………………………………… 2
系统的静特性分析…………………………………………………………… 2
系统的动态过程分析………………………………………………………… 3
电流调节器的设计…………………………………………………………… 4
转速调节器的设计…………………………………………………………… 7
电流环的仿真………………………………………………………………… 9
转速环的仿真………………………………………………………………… 11
过电流保护…………………………………………………………………… 16
3 设计结果分析…………………………………………………………………… 17
电压变化和负载变化引起的扰动情况……………………………………… 17
转速、电流双闭环直流调速系统存在的缺点及解决方案………………… 18
电流调节器和转速调节器的作用…………………………………………… 19
采用转速电流双闭环直流调速系统的理由…………………………… 19
4 设计心得体会…………………………………………………………………… 21
参考文献…………………………………………………………………………… 22
课程设计说明书
1 课程设计的目的
《自动控制系统课程设计》是学习理论课程之后的实践教学环节。目的是使学生巩固和加深课程的理论知识,结合实际,融会贯通。进一步培养学生独立分析和解决实际工程技术问题的能力。充分发掘自身的潜力,开拓思路设计双闭环直流调速系统。并掌握其系统的组成、工作原理、调节器的设计及Simulink仿真等内容,同时在计算、绘图、编号、设计说明书等方面得到训练,为今后的学习工作奠定基础。
2 课程设计的主要内容
系统的组成
如图1所示,为了使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,即转速调节器(ASR)和电流调节器(ACR),二者之间实行嵌套(或称串级)连接,且都带有输出限幅电路。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、电流反馈控制直流调速系统[1]。图中ASR为转速调节器,ACR为电流调节器,TG为测速发电机,TA为电流互感器,UPE为电力电子变换器,为转速给定电压,为转速反馈电压,为电流给定电压,为电流反馈电压。
图1 双闭环直流调速系统
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系统的工作原理
如图2所示,图中标出了两个调节器输入输出的电压的实际极性,他们是按照电力电子变换器的控制电压U为正电压的情况标出的,并考虑到运算放大器的倒相作用。为了获得良好的静、动态性能,转速和电流两个调节器一般都采用PI调节器。
在启动过程中由于外环很快达到饱和,只有电流负反馈起作用,此时相当于在最大允许起动转矩的情况下进行恒流起动,系统能获得最大的加速度,且电流和转速负反馈分别加到两个调节器的输入端,到达稳态转速后,转速环起作用,系统进行转速调节,使转速稳定,此时电流环只起跟随作用,这样就可以实现准时间最优控制,使系统能够获得良好的静、动态性能。
图2 双闭环直流调速系统电路原理图
系统的静特性分析
双闭环直流调速系统的稳态结构如图3所示,两个调节器均采用带限幅作用的PI调节器。转速调节器ASR的输出限幅电压U决定了电流给定的最大值,电流调节器ACR的输出限幅电压U限制了电力电子变换器的最大输出电压U[1]。
分析静特性的关键是掌握PI调节器的稳态特征,一般使存在两种状况:饱和—输出达到限幅值,不饱和—输出未达到限幅值。当调节器饱和时,输出达到限
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幅值,输入量的变化不再影响输出,除非有反向的输入信号使调节器退出饱和。换句话说,饱和的调节器暂时隔断了输入和输出间的联系,相当于使该调节环开环。当调节器不饱和时,PI调