《运动控制系统》课程设计 配合控制直流双闭环自然环流系统设计.docVIP

配合控制直流双闭环自然环流系统设计 1概述 有许多生产生产机械要求电动机既能正转，又能反转，而且常常还需要快速地启动和制动，这就需要电力拖动系统具有四象限运行的特性，也就是说，需要可逆的调速系统。改变电枢电压的极性，或者改变励磁的磁通方向，都能够改变直流电动机的旋转方向。 晶闸管反并联的电枢可逆线路是可逆调速系统的典型线路之一。这种线路有能实现可逆运行、回馈制动等优点，同时正转制动和反转启动完全衔接起来，没有间断或死区，这是有环流调速系统的优点，特别是用于要求快速正反转的中小容量的系统。为保证系统安全，必须增加环流电抗器以消除其中的环流。 采用两组晶闸管反并联的可逆V-M系统解决了电动机的正、反转运行和回馈制动问题，但是，如果两组装置的整流电压同时出现，便会产生不流过负载而直接再两组晶闸管之间流通的短路电流，即为环流。一般来说，这样的环流对负载无益，只会加重，晶闸管和变压器的负担，消耗功率。环流太大时会导致晶闸管损坏，因此应该予以抑制或消除。 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＝β配合控制消除直流平均电流的原理是正组处于整流状态、Ud0f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。 2总体方案设计 2.1配合控制设计原理 配合控制消除直流平均电流的原理是正组处于整流状态、Ud0f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。于是 其中αf和αr分别为VF和VR的控制角。由于两组晶闸管的装置相同，两组的最大输出电压Udomax是一样的，因此，当直流平均环流为零时，应有 如果反组的控制角用逆变角表示，则 由此可见，按上式来控制可以消除直流平均环流，为了可靠消除直流平均环流可采用 为了实现α＝β配合控制，可将两组晶闸管装置的触发脉冲零位都定在90°，即当控制电压Uc=0时，使得 ，此时Udof=Udor=0，电机处于停止状态。增大控制电压Uc移相，只要使两组触发装置的控制电压大小相等符号相反就可以了。触发控制电路如图2-1， 图2-1α＝β配合控制电路 2.2配合控制直流双闭环自然环流系统款图 图2-2α＝β配合控制的有环流可逆V-M系统原理框图 主电路采用两组三相桥式晶闸管装置反并联的可逆线路，控制电路采用典型的转速、电流双闭环系统，转速调节器ASR和电流调节器ACR都设置了双向输出限幅，以限制最大制动电流和最小控制角αmin与最小逆变角βmin。根据可逆系统正反向运行的需要，给定电压Un、电流反馈电压Ui都应该能够反映正和负的极性，图中的电流互感器TA采用霍尔变换器可以满足这以要求。 直流平均环流可以用配合控制消除，而瞬时脉动环流却是自然存在的。为了抑制瞬时脉动环流，可再环流回路中串入电抗器，环流电抗器，如图中Lc1、Lc2、Lc3和Lc4。环流电抗器的大小可以按照瞬时环流的直流分量限制再负载额定电流的5％~10％来设计。Ld为平波电抗器，用于减少电动机电枢电流的脉动，减少电枢电流的断续区，改善电动机的机械特性，在流过较大的负载电流时，环流电抗器会饱和，而Ld体积大，可以不饱和，从而发挥滤平电流波形的作用。 为了确保两组整流器的工作状态相反，电流调节器的输出分两路，一路经正组桥触发器GTF控制正组桥整流器，另一路经倒相器AR、反组桥GTR控制反组桥整流器。 3主电路设计 3.1给定信号设计 给定信号电路可以产生幅值可调和极性可变的阶跃给定电压和平滑可调的给定电压。 RP1和RP2阻值为40kΩ。 图3-1给定信号电路 3.2电流，电压调节器设计 转速、电流双闭环调速系统的动态结构框图如下图： 图3-2双闭环调速系统的动态结构框图 多环控制系统的设计一般原则：先内环后外环。所以，先设计电流调节器，然后把整个电流环看作是转速环的一个环节，再设计转速调节器。 设计初始条件： 1.直流电机参数： 10KW， 220V， 55A， 1000 r/min ，电枢电阻Ra＝0.5Ω 电机过载倍数λ＝1.5，Ks＝40，Tl＝0.03 s，Tm＝0.18 s， 设α＝0.007 v.min/r,β=0.05 v/A 2.测速发电机参数：23W，110V，0.21A，1900 r/min，永磁式 3.主电路采用三相全控桥，交叉连接，进线交流电源：三相380V 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，电流超调量小于5％，转速超调量小于10％。 由初始条件得 电动机的电动势系数： 开环系统额定压降为： 3.2.1电流调节器ACR设计 根据设计要求超调量δ≤5％，并保证电流无静差，可按典型Ⅰ系统设计电流调节器，电流环控制