双闭环直流调速系统课程设计 2.docVIP

目 录 第一章 双闭环调速系统的组成·················1 第一节 系统电路原理图··························1 第二节 系统的稳态结构图························2 第三节 系统的动态结构图························6 第二章 闭环系统调节器的设计··················9 第一节 电流调节器的设计························10 第二节 转速调节器的设计························12 第三章 系统的仿真···························15 总结········································23 参考文献····································24 第一章 双闭环调速系统的组成 第一节 系统电路原理图 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调解器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级连接。把转速调节器的输出当做电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置。从闭环结构上看，电流调节环在里面，叫做内环；转速调节器在外边，叫做外环。这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。 为了获得良好的静、动态性能，双闭环调速系统的两个调节器一般都在用PI调节器，其原理图如图1-1.在图上标出了两个调解器输入输出的实际极性，它们是按照触发装置GT的控制电压为正电压的情况标出的，并考虑到运算放大器的倒相作用。图中还表示出，两个调解器的输出都是带限幅的，转速调节器ASR的输出限幅（饱和）电压是，它决定了电流调节器给定电压的最大值；电流调节器ACR的输出限幅电压是，它限制了晶闸管整流器输出电压的最大值。 图1-1双闭环直流调速系统电路原理 第二节 系统的稳态结构图 转速电流双闭环调速系统的稳态结构图如图1-2所示，PI调节器的稳态特性一般存在两种状况：饱和——输出达到限幅值，不饱和——输出未达到限幅值。当调节器饱和是，输出为恒值，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。实际上，在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的，因此对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种状况。 转速调节器不饱和 这时，两个调节器都不饱和，稳态时，两个调节器的输入偏差电压都是零。因此 式中a为转速反馈系数，b为电流反馈系数 由第一个关系式可得 从而得到图1-3静特性的C-A段。与此同时，由于ASR不饱和，从上述第二个关系式可知:。这就是说，C-A段静特性从理想空载状态的一直延续到，而一般都是大于额定电流的。这就是静特性的运行段。 2、转速调节器饱和 这时，ASR输出达到限幅值 ，转速外环呈开环状态，转速的变化对系统不再产生影响。双闭环系统变成一个电流无静差的单电流闭环调节系统。稳态时 式中，最大电流是由设计者选定的，取决于电机的容许过载能力和拖动系统允许的最大加速度。所描述的静特性是上图中的A-B段，它是垂直的特性。这样的下垂特性只适合于的情况，因为如果，则，ASR将退出饱和状态。 双闭环调速系统在稳态工作中，当两个调节器都不饱和时，各变量之间有下列关系 图1-3 双闭环调速系统的静特性 上述关系表明，在稳态工作点上，转速是由给定电压决定的，ASR的输出量是由负载电流决定的，控制电压的大小则同时取决于和，或者说，同时取决于和。这些关系反映了PI调节器不同于P调节器的特点。比例环节的输出量总是正比于其输入量，而PI调节器则不然，其输出量的稳态值与输入无关，而是由它后面环节的需要决定的。后面需要PI调节器提供多么大的输出值，它就能提供多少，直到饱和为止。 鉴于这一特点，双闭环调速系统的稳态参数计算与单闭环有静差系统完全不同，而是和无静差系统的稳态计算相似，即根据各调节器的给定与反馈值计算有关的反馈系数： 转速反馈系数 电流反馈系数 两个给定电压的最大值和由设计者选定，设计原则如下： 受运算放大器允许输入电压和稳压电源的限制 为ASR的输出限幅值 第三节 系统的动态结构图 在单闭环直流调速系统动态数学模型的基础上，考虑双闭环控制的结构，即可绘出双闭环直流调速系统的动态结构图，如图1-4所示： 图1-4双闭环直流调速系统的动态结构图 双闭环直流调速系统突加给定电压由静止状态启动时，转速和电流的动态过程如图1-5所示。由于在起动过程中转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三种情况，整个动态过程就分成图中标明的I、II、Ⅲ三个阶段