电力拖动自动控制系统课程设计题目.docVIP

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电力拖动自动控制系统课程设计题目

一、 设计题目: 双闭环V-M调速系统中主电路,电流调节器及转速调节器的设计。 二、 已知条件及控制对象的基本参数: (1)已知电动机参数为:=3kW,=220V,=17.5A,=1500r/min,电枢绕组电阻=1.25,=3.53。采用三相全控桥式电路,整流装置内阻=1.3。平波电抗器电阻=0.3。整流回路总电感L=200mH。 (2)这里暂不考虑稳定性问题,设ASR和ACR均采用PI调节器,ASR限幅输出=-8V,ACR限幅输出=8V,最大给定=10V,调速范围D=20,静差率s=10%,堵转电流 =2.1,临界截止电流 =2。 (3)设计指标:电流超调量δ%5%,空载起动到额定转速时的转速超调量δ10%,空载起动到额定转速的过渡过程时间 t0.5。 三、 设计要求 (1)用工程设计方法和[西门子调节器最佳整定法]* 进行设计,决定ASR和ACR结构并选择参数。 (2)对上述两种设计方法进行分析比较。 (3)设计过程中应画出双闭环调速系统的电路原理图及动态结构图 (4)利用matlab/simulink进行结果仿真。 * 为可选作内容 四、 设计方法及步骤: Ⅰ 用工程设计方法设计 (1)系统设计的一般原则: 直流双闭环调速系统中设置了两个调节器,即转速调节器(ASR)和电流调节器(ACR),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。按照设计多环控制系统的先内环后外环的一般原则,从内环开始,逐步向外扩展。在双闭环系统中,应该首先设计电流调节器,然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节,再设计转速调节器。 图1双闭环直流调速系统的稳态结构图 一转速反馈系数;一电流反馈系数 (2)主电路的主要参数的计算 1)=114.9V 其中系数0. 9为电网波动系数,系数1-1. 2为考虑各种因素的安全系数,这里取1. 10(2)电流环设计 2)电动势系数: 3) 转矩系数: 4)由题意得,平波电抗器电阻=0.3 5)机电时间常数: (3)电流环调节器的参数计算 1) 确定时间常数 整流装置滞后时间常数。通过查表得,三相桥式电路的平均失控时间=0.0017s。 电流滤波时间常数。三相桥式电路每个波头的时间是3.3ms,为了基本滤平波头,应有(1~2)=3.33ms,因此取=2ms=0.002s。 电流环小时间常数之和。按小时间常数近似处理,取=+=0.0037s。 选择电流调节器结构 取电流时间常数=0.03s 根据设计要求δ%5%,并保证稳态电流无差,可按典型I型系统设计电流调节器。电流环控制对象是双惯性的,因此可用PI型电流调节器,其传递函数为 检查对电源电压的抗扰性能:=8.1,通过查表典型I型系统动态干扰性能,各项指标都是可以接受的。 选择电流调节器参数 电流调节器超前时间常数: 电流环开环增益:要求δ%5%时,按典型I型系统动态跟随性能指标和频域指标与参数的关系表格,取=0.50,即=0.5s,因此 =0.5/=0.5/0.0037=135.1 于是,ACR的比例系数为 其中为晶闸管的内置放大系数,设其为30 为电流反馈系数 R为电枢回路的总电阻,设其为2.85 计算得 根据上述参数可以达到的动态指标为 校验近似条件 电流环截止频率:=135.1 晶闸管整流装置传递函数的近似条件 忽略反电动势变化对电流动态影响的条件 电流环小时间常数近似处理条件 满足近似条件 查表可得,设计后的电流环可以达到动态指标查表可知=4.3%5%,满足设计要求。 计算调节电阻和电容 取R1=R2=R3=R4=40k, 各电阻和电容值为 =1.41*40=56.4k =5040uF 0.2uF 按照上述参数,电流环可以达到的动态跟随性能指标为=4 .3%5%,满足设计要求。 综上所述电流环(ACR)调节器的传递函数为: (4)转速调节器设计与参数选择 转速调节器电路设计 含给定滤波与反馈滤波的PI型转速调节器如下图所示: 其中Ui为电流给定电压,为电流负反馈电压,+15V为电力电子变换器的控制电压。 确定时间常数 电流环等效时间常数 转速滤波时间常数,根据所用的测速发电机波纹情况,取=0.01s 转速环小时间常数, 选择转速调节器结构 按照设计要求无静差,故选用PI调节器考虑动态性能要求,按典型系统II设计系统按典型II型系统设计。其传递函数为 选择转速调节器参数 按跟随和抗扰性能都较好的原则,取中频宽H=6,则 ASR的超前时间常数 s 转速开环增益: 转速反馈系数: ASR的比例放大系数为: 校验近似条件 转速环截止频率 a. 转速环小时间常数近似处理条件为 b.电流环传递函数简化为: 6)计算调节器电阻和电容 取R0=40 综上所述,ASR转速调节器的传递函

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