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* * 低压大功率直流电机调速器(控制部分) by:Xiphosura 主要内容 1.主电路设计回顾(1) 2.系统数学模型（串励）(10) 3.控制策略(3) 4.系统仿真(6) 5.结论(1) 主电路设计回顾(1/1) 1.方案选择 正向电动：VT1、VD1 回馈制动：电流双象限电路 系统数学模型（串励） (1/10) 1.微分方程 其中：Bm为转子阻尼系数 Tf为电磁摩擦转矩 忽略Bm、Tf 将E、Te表达式带入 系统数学模型（串励） (2/10) 2.小信号模型 忽略掉直流项与二阶交流项，得： Laplace 系统数学模型（串励） (3/10) 2.小信号模型 化简得到ω与i，i与u的传递函数： 系统数学模型（串励） (4/10) 3.调节器设计 其中参数：α=0.0159; β=0.0222; Ω=209.45(rad/s); Kc=4.8; Ts=6.67e-5(s); k=6.366e-4; R=0.0267(Ω); L=0.24(H); I=150(A); J=1(kg*m2) 设计时先内环后外环，再将电流环看成转速调节系统中的一个环节。 系统数学模型（串励） (5/10) 3.调节器设计（内环） 等效成单位负反馈，得： 系统数学模型（串励） (6/10) 3.调节器设计（内环） 代入参数计算矫正前的开环传递函数，得 6656.6717 s ------------------------------------------- (s+1.499e004) (s+0.521) (s+0.1459) 并使用调节器的零点与控制对象大的时间常数对消从而得到电流调节器传函： 16878 (s+0.521) (s+0.1459) --------------------------------- s^2 系统数学模型（串励） (7/10) 3.调节器设计（内环） 电流环校正前开环传函Bode图 电流环校正后开环传函Bode图 系统数学模型（串励） (8/10) 3.调节器设计（外环） 将电流环看成转速调节系统中一个单独的环节 等效成单位负反馈，得： 其中 为电流环 开环传递函数 系统数学模型（串励） (9/10) 3.调节器设计（外环） 代入参数计算矫正前的开环传递函数，得 25245338086956516 ------------------------------------------- s (s^2 + 1.499e004s + 1.124e008) 转速调节器传函为： 1.5161e-006 (s+44.96) -------------------------- s 系统数学模型（串励） (10/10) 3.调节器设计（外环） 转速环校正前开环传函Bode图 转速环校正后开环传函Bode图 控制策略（1/3） 单闭环控制（速度环） 双闭环控制（速度环和电流环） * * 控制策略（2/3） * * 速度单闭环控制 控制策略（3/3） * * 双闭环控制 系统仿真(1/6) * * 仿真系统示意图 系统仿真(2/6) 仿真参数： 1、直流侧电压24V 2、额定转速2000r/min(209rad/s) 3、额定功率3kW 4、额定电流150A * * 系统仿真(3/6) * 由上往下依次是：转速 电枢电流 励磁电流 电磁转矩 速度单闭环控制 系统仿真(4/6) * * 双闭环控制 由上往下依次是：转速 电枢电流 励磁电流 电磁转矩 系统仿真(5/6) * * 速度单闭环控制 系统仿真(6/6) * * 双闭环控制 结论(1/1) 速度单闭环控制调节时间较长，超调较大，动态响应速度较慢，且存在过流情况。 双闭环控制动态响应速度快，稳态误差小，且具有限流作用。 仿真证明双闭环控制的小信号模型的正确性，及调节器设计的合理性。 * * 调速的本质是对电机转矩的控制 * 在20S时突增负载转矩，由原来的14变为24； 在35S时速度给定为零，反馈制动。 * 在20S时突增负载转矩，由原来的14变为24； 在35S时速度给定为零，反馈制动。 速度环限幅，防止电流过冲，烧毁器件。 相对单环控制超调更小，动态响应时间更短，且稳态误差更小。 * 在20S时，速度给定由150提高到200. * 在20S时，速度给定由150提高到200。 * * * 调速的本质是对电机转矩的控制 * 在20S时突增负载转矩，由原来的14变为24； 在35S时速度给定为零，反馈制动。 * 在20S时突增负载转矩，由原来的14变为24； 在35S时速度给定为零，反馈制动。 速度环限幅，防止电流过冲，烧毁器件。 相对单环控制超调更小，动态响应时间更短