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运动控制系统 课程设计 题 目： 直流双闭环有环流可逆调速系统设计 专业班级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 摘要 许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求具有良好的稳态、动态性能。而直流调速系统调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能，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。 双闭环可逆直流调速系统是直流调速控制系统中发展得最为成熟，应用非常广泛的电力传动系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强的优点。我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。但如果对系统的动态性能要求较高，例如要求起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足要求。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩。 本文对直流双闭环有环流可逆系统进行了分析与设计，得到其控制电路、主电路和保护电路的结构， 关键词：直流调速系统 速度调节器 电流调节器 负反馈 目录 1 总体系统方案设计 1 1.1 方案论证 1 1.2 系统设计 1 2 直流双闭环有环流调速系统的理论分析 1 2.1 双闭环直流调速系统的组成及其静特性 1 2.1.1双闭环直流调速系统的组成 1 2.1.2 双闭环直流调速系统的静特性分析 2 2.2有环流可逆V-M系统原理图 2 3 调节器的设计 4 3.1 电流调节器的设计 4 3.1.1 电流环结构图的简化 4 3.1.2确定电流调节器的时间常数 4 3.1.3电流调节器参数的确定 5 3.2速度调节器的设计 6 3.2.1电流环的等效处理 6 3.2.2确定转速调节器的时间常数 7 3.2.3转速调节器参数的确定 7 4 转速反馈和电流反馈电路设计 9 4.1 转速反馈电路的设计 9 4.2 电流反馈电路的设计 9 5 集成触发电路设计 10 5.1 三相全控桥整流电路的集成触发电路 10 5.2 配合控制 11 6 主电路及其保护电路设计 12 6.1 主电路设计 12 6.2 保护电路 12 6.2.1 过电流保护 12 6.2.2 过电压保护电路 13 7 Matlab仿真 13 7.1电流环的仿真设计 13 7.2转速环的仿真设计 14 设计心得 16 参考文献 17 1 总体系统方案设计 1.1 方案论证 对于经常正、反转运行的系统，缩短起、制动时间是提高生产率的重要因素。为此，在启动或制动过度过程中，希望电流始终保持为允许最大值，使调速系统以最大的加减速运行。转速、电流双闭环控制的直流调速系统是应用最广性能很好的直流调速系统。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交换器UPE。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。在采用两组晶闸管整流装置反并联可逆线路的V-M系统中，晶闸管可以工作在整流或逆变状态，正转运行可利用反组晶闸管实现回馈制动，反转运行可利用正组晶闸管实现回馈制动。 1.2 系统设计 要达到电流和转速的超调要求就要设计电流-转速双闭环调速器，本次课程设计主要内容是采用α= β配合控制，能够实现可逆运行，转速和电流稳态无差。α= βUdof为正时，强迫让反组处于逆变状态，使Udor为负，且幅值与Udof相等，使得逆变电压Udor把整流Udof顶住，则直流平均环流为零。由于整流与逆变瞬时电压值上的差异，仍会出现Udof-Udor的情况，从而仍能产生瞬时的环流，被称为瞬时脉动环流。这个瞬时脉动环流是自然存在的，故又称为自然环流。 2 直流双闭环有环流调速系统的理论分析 2.1 双闭环直流调速系统的组成及其静特性 2.1.1双闭环直流调速系统的组成 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。两者之间实行嵌套连接，如图2—1所示。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。 图2-1转速、电流双闭环直流调速系统 2.1.2 双闭环直流调速系统的静特性分析 图2-2双闭环直流调速系统的稳态结构框图 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