完整的课程设计论文下载：
电拖课程设计.zip
(1.13 MB, 下载次数: 8)
下面是论文预览（无图版）
黑龙江大学课程设计说明书 学院：机电工程学院 专业：电气工程及其自动化 课程名称：电力拖动自动控制系统 设计题目：双闭环调速系统ASR和ACR 结构及参数设计(2) 姓名：代敏 学号：20123772 指导教师：袁 明
成绩：
双闭环调速系统ASR和ACR结构及参数设计(2) 一．设计目的： 掌握用工程设计方法设计双闭环调速系统的转速调节器和电流调节器，加深对双闭环直流调速系统理解。 二．设计内容： 在一个由三相零式晶闸管整流装置供电的双闭环直流调速系统中，已知电动机数据如下：60kW，220V，308A，1000r/min，Ce= 0.196V·min/r, 主回路总电阻R=0.18Ω, Ks = 35，TL=0.012s,Tm=0.12s,电流反馈滤波时间常数Toi=0.0025s, 转速反馈滤波时间常数Ton=0.015s, 额定转速时的给定电压为10V, ASR最大输出限幅值为8V, ACR最大输出限幅值为6.5V，R0=40kΩ。 设计要求：稳态无静差；调速范围D=10, 电流超调量si ≤ 5%，电机空载起动到额定转速时的转速超调量sn ≤ 10%，起动电流限制在339A以内。 三．时间安排： 6.22—6.23 查阅相关资料； 6.24—6.25 按要求设计相关内容，完成设计文本 6.26 考核答辩 四．参考书目： 1.《电力拖动自动控制系统》（第3版）陈伯时主编 机械工业出版社 2.《电力电子技术》（第4版） 王兆安 黄俊主编 机械工业出版社 3.《自动控制理论》 刘丁主编 机械工业出版社 4.《电机及拖动基础》（第3版） 顾绳谷主编 机械工业出版社
目录 第一章绪论............................................................ 3 1.1 双闭环直流调速系统的介绍........................................... 3 1.2 双闭环调速系统的动态结构框图....................................... 4 1.3调节器的作用....................................................... 5 第二章电流调节器的设计............................................ 5 2.1 典型系统的介绍..................................................... 5 2.2 电流调节器的参数计算............................................... 7 2.3 效验近似条件....................................................... 9 2.4 计算电阻和电容.................................................... 10 第三章转速调节器的设计........................................... 11 3.1 电流环的等效闭环传递函数.......................................... 11 3.2 转速环结构的化简和转速调节器结构的选择............................ 11 3.3 转速环参数的确定.................................................. 12 3.4 校验校验近似条件.................................................. 13 3.5 计算调节器电阻和电容.............................................. 14 3.6 校核超调量........................................................ 15 结论及心得体会...................................................... 19 参考书目…………………………………………………………………………20
第一章 绪论 1.1双闭环直流调速系统的介绍 双闭环（转速环、电流环）直流调速系统是一种当前应用广泛，经济，适用的电力传动系统。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。 在单闭环系统中，只有电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的。但它只是在超过临界电流file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image004.gif值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动时的电流和转速波形如图1-1(a)所示。当电流从最大值降低下来以后，电机转矩也随之减小，因而加速过程必然拖长。 file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image006.gif 图1-1 在实际工作中，我们希望在电机最大电流（转矩）受限的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流（转矩）为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。这样的理想起动过程波形如图1-1（b）所示，这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。这是在最大电流（转矩）受限的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程。 实际上，由于主电路电感的作用，电流不能突跳，为了实现在允许条件下最快启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image008.gif的恒流过程，按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么采用电流负反馈就能得到近似的恒流过程。问题是希望在启动过程中只有电流负反馈，而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器的输入端，到达稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不再靠电流负反馈发挥主作用，因此我们采用双闭环调速系统。这样就能做到既存在转速和电流两种负反馈作用又能使它们作用在不同的阶段。 1.2 双闭环直流调速系统的动态结构图 file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image010.gif 图1-2 双闭环调速系统的实际动态结构框图如图1-2。由于电流检测信号中常含有交流分量，为了不使它影响到调节器的输入，需要加低通滤波。这样的滤波环节传递函数可用一阶惯性环节来表示，其滤波时间常数file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image012.gif按需要选定，以滤平电流检测信号为准。然而，在抑制交流分量的同时，滤波环节也延迟了反馈信号的作用，为了平衡这个延迟作用，在给定信号通道上加入一个同等时间常数的惯性环节，称作给定滤波环节。其意义是让给定信号和反馈信号经过相同的延时，使得二者在时间上恰好的配合。 由测速发电机得到的转速反馈电压含有换向纹波，因此也需要滤波，滤波时间常数用file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image014.gif表示。根据和电流环一样的道理，在转速给定通道上也加入时间常数file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image014.gif的给定滤波环节。 1.3调节器的作用 1. 转速调节器的作用 （1）转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速n 很快地跟随给定电压变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差。 （2）对负载变化起抗扰作用。 （3）其输出限幅值决定电机允许的最大电流。 2. 电流调节器的作用 （1）作为内环的调节器，在外环转速的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出量）变化。 （2）对电网电压的波动起及时抗扰的作用。 （3）在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。
第二章 电流调节器的设计
2.1 典型系统的介绍 一般来说，许多典型系统的开环传递函数都可用下式表示： file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image016.gif 其中分子和分母上还有可能含有复数零点和复数极点。0型系统稳态精度低，而Ⅲ型及Ⅲ型以上的系统很难稳定。因此，为了保证稳定性和较好的稳态精度，多用Ⅰ型和Ⅱ型系统。 1）典型Ⅰ型系统 作为典型Ⅰ型系统，其开环传递函数为 file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image018.gif 式中 T------系统的惯性时间常数； K------系统的开环增益。 它的闭环系统结构框图如图2-1所示，开环对数幅频特性如图2-2所示.选择它作为典型Ⅰ型系统是因为其结构简单，而且对数幅频特性的中频段以-20file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image020.gif的斜率穿越0file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image022.gif线，只要参数的选择能保证足够的中频带宽度，系统就一定是稳定的，且有足够的稳定裕量。显然要做到这一点，应在选择参数时保证 file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image024.gif file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image026.gif
file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image028.gif 图2-1 file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image030.gif 图2-2 2）典型Ⅱ型系统 开环传递函数为 file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image032.gif 它的闭环系统结构框图和开环对数幅频特性如图2-3，图2-4所示，其中频段也是以-20file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image033.gif的斜率穿越0file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image022.gif线。由于分母中file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image035.gif项对应对应的相频特性是file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image037.gif，后面还有一个惯性环节，如果不在分子添上一个比例微分环节file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image039.gif，就无法把相频特性抬到file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image037.gif线上，也就无法保证系统稳定。显然应保证 file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image041.gif 而相角稳定裕度为 file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image043.gif file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image045.gif比T大的越多，则系统稳定裕度越大。 file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image047.gif 图2-3 file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image049.gif 图2-4 典型Ⅰ型系统和典型Ⅱ型系统除了在稳态误差上的区别以外，一般来说，在动态性能中典型Ⅰ型系统可以在跟随性能上做到超调量小，但抗扰性能差；而典型Ⅱ型系统的超调量相对较大，抗扰性能却较好。所以电流调节器选用典型Ⅰ型系统，转速调节器选用典型Ⅱ型系统。 2.2电流调节器参数的计算
确定时间常数 1）整流装置滞后时间常数file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image051.gif。按下表，三相桥式电路的平均失控时间file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image053.gif。
| 最大失控时间file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image055.gif | 平均失控时间file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image057.gif | | | 10 | | | 5 | | | 3.33 | | | |
电流滤波时间常数file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image059.gif 电流环小时间常数之和file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image061.gif。按小时间常数近似处理，取file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image063.gif 选择电流调节器结构 根据设计要求file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image065.gif，并保证稳态电流无差，可按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 file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image067.gif 检查对电源电压的抗扰性能：file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image069.gif，参照下表典型Ⅰ型系统动态抗扰性能，各项指标都是可以接受的 file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image071.gif | file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image073.gif | file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image075.gif | file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image077.gif | file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image079.gif | file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image081.gif |
file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image083.gif |
file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image085.gif |
file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image087.gif |
file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image089.gif | file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image091.gif | file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image093.gif | file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image095.gif | file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image097.gif | file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image099.gif | file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image101.gif | file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image103.gif | file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image105.gif | file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image107.gif | file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image109.gif |
计算电流调节器参数 电流调节器超前时间常数：file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image111.gif。 电流环开环增益：要求file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image065.gif时，按下表，应取file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image113.gif，因此 file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image115.gif file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image117.gif 于是，ACR的比例系数为 file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image119.gif
参数关系file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image121.gif | | | | | | 阻尼比file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image123.gif | | | | | | 超调量file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image125.gif | | | | | | 上升时间file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image127.gif | file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image129.gif | 6.6file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image131.gif | 4.7file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image131.gif | 3.3file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image131.gif | 2.4file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image135.gif | 峰值时间file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image137.gif | file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image129.gif | 8.3file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image131.gif | 6.2file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image131.gif | 4.7file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image131.gif | 3.6file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image135.gif | 相角稳定裕度file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image144.gif | file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image146.gif | file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image148.gif | file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image150.gif | file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image152.gif | file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image154.gif | 截止频率file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image156.gif | file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image158.gif | file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image160.gif | file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image162.gif | file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image164.gif | file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image166.gif |
2.3效验近似条件 电流环截止频率：file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image168.gif 晶闸管整流装置传递函数的近似条件 file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image170.gif 满足近似条件 （2）忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件，已知file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image172.gif=0.112s file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image174.gif 满足近似条件。 （3）电流环小时间常数近似处理条件
file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image176.gif 满足近似条件。 2.4计算调节器电阻和电容 由下图 file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image178.gif 按所用运算放大器取file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image180.gif，各电阻和电容值为 file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image182.gif file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image184.gif file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image186.gif ，取9file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image188.gif file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image190.gif file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image184.gif file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image192.gif，取0.3file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image194.gif file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image196.gif file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image184.gif file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image198.gif，取0.25file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image194.gif
按照上述参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标为file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image200.gif，满足设计要求 第三章转速调节器的设计 3.1电流环的等效闭环传递函数 电流环经化简后可视作转速环中的一个环节，为此需要求出它的闭环传递函数file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image202.gif file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image204.gif 忽略高此项，file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image205.gif可降阶近似为： file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image207.gif 接入转速环内，电流环等效环节的输入量应为file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image209.gif，因此电流环在转速环中应等效为： file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image211.gif 这样，原来是双惯性环节的电流环控制对象，经闭环控制后，可以近似地等效成只有较小时间常数file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image213.gif的一阶惯性环节。这表明，电流的闭环控制改造了控制对象，加快了电流的跟随作用 3.2 转速环结构的化简和转速调节器结构的选择 整个转速控制系统的动态结构框图如图3-1所示。
file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image215.gif图3-1 和电流环中一样，把转速给定滤波和反馈滤波环节移到环内，同时将给定信号改成file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image217.gif，再把时间常数file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image219.gif和file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image221.gif的两个小惯性环节合并起来，近似成一个时间常数为file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image223.gif的惯性环节，其中file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image225.gif，则转速环结构框图可化简成图3-2。 file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image227.gif 图3-2
3.3转速环参数的确定 确定时间常数 电流环等效时间常数file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image219.gif:由上已取file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image229.gif，则 file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image231.gif 2）转速滤波时间常数file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image233.gif 3)转速环小时间常数file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image235.gif：按小时间常数近似处理，取 file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image237.gif 选择转速调节器结构 按照设计要求，选用PI调节器，其传递函数为：
file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image239.gif 计算转速调节器参数 按跟随和抗扰性能都较好的原则，取file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image241.gif，则ASR的超前时间常数为 file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image243.gif 由file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image245.gif得file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image247.gif 于是由 file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image249.gif file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image251.gif 得ASR比例系数为file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image253.gif
3.4 检验近似条件 由式file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image255.gif得转速环截止频率为 file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image257.gif 电流环传递函数化简条件 file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image259.gif
满足简化要求。 转速环小时间常数近似处理条件 file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image261.gif
满足近似条件。 3.5 计算调节器电阻和电容 根据下图
file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image263.gif 取file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image265.gif，则 file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image267.gif file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image184.gif file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image270.gif，取file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image272.gif=300file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image274.gif file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image276.gif file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image184.gif file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image278.gif，取file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image280.gif=0.5file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image282.gif file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image284.gif file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image184.gif file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image286.gif，取file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image288.gif=1.5file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image282.gif 3.6 校核转速超调量 当file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image290.gif时，由下表查得，file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image292.gif，不能满足设计要求，实际上，由于下表是按线性系统计算的，而突加阶跃给定时，ASR饱和，不符合线性系统的前提，应该按ASR退饱和的情况重新计算超调量。 file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image294.gif | | | | | | | | | file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image296.gif | | | | | | | | | file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image298.gif | | | | | | | | | file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image300.gif | | | | | | | | | file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image302.gif | | | | | | | | |
退饱和计算 转速调节器退饱和时转速超调量的计算 计算退饱和超调量时，起动过程可按分段线性化的方法来处理。当file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image304.gif饱和时，相当于转速环开环，电流环输入恒定电压file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image306.gif，如果忽略电流环短暂的跟随过程，其输出量也基本上是恒定值file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image308.gif，因而电动机基本上按恒加速度起动，其加速度为 file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image310.gif 这个加速过程一直延续到file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image312.gif时刻file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image314.gif时为止。取上式的积分，得 file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image316.gif 考虑到file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image318.gif和file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image320.gif，file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image322.gif，则 file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image324.gif file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image326.gif退饱和后，转速环恢复到线性范围内运行，系统的结构框图见图4-1。描述系统的微分方程和前面分析线性系统的跟随性能时相同，只是初始条件不同了。分析线性系统跟随性时，初始条件为 file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image328.gif，file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image330.gif 讨论退饱和超调时，饱和阶段的终了状态就是退饱和阶段的初始状态，只是把时间坐标零点从file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image332.gif移到file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image334.gif时刻即可。因此，退饱和的初始条件是 file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image336.gif，file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image338.gif 在典型Ⅱ系统抗扰性能指标中，file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image340.gif的基准值的为 file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image342.gif 可知 file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image344.gif，file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image346.gif，file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image348.gif 所以file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image350.gif的基准应是 file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image352.gif 令file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image354.gif表示电机允许的过载倍数，即file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image356.gif，file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image358.gif表示负载系数，file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image360.gif，file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image362.gif为调速系统开环机械的额定稳态速降，file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image364.gif，代入，可得 file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image366.gif 由设计要求可得电机允许的过载倍数file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image368.gif，file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image370.gif,file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image372.gif,file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image374.gif，file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image376.gif，file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image378.gif，file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image380.gif。当file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image382.gif时，由下表查得file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image384.gif file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image386.gif 电力电子变换器理想空载输出电压file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image388.gif， 有 电动机电流file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image390.gif， 又由 负载系数file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image392.gif
file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image394.gif 满足设计要求file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image396.gif
file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image294.gif | | | | | | | | | file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image399.gif | | | | | | | | | file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image401.gif | | | | | | | | | file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image403.gif | | | | | | | | |
file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image405.gif file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image407.gif file:///C:/Users/lenovo/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image409.gif
结论及心得体会 1.遇到的主要问题 各环节的机构图化简 由于采用双闭环调速系统，系统的动态结构图较长，电流调节器的参数不容易确定。为了便于计算，在参数确定过程中，先内环后外环，既首先设计电流调节器，然后把整个电流环节作为转速系统中的一个环节，再设计转速调节器。在设计电流调节器和转速调机器的过程中，根据题目要求，将电流环矫正成I型系统，将转速环矫正成II型系统。在系统设计中，将系统中的一组小惯性环节，近似的看成一个小惯性环节，从而大大简化了计算。 相关参数的选取 在电流调节器的参数计算过程中，待定参数只有Ki，通过查表和简单计算就可以求得Ki，但是，在转速调节参数的确定中，待确定的参数有K和T。在工程设计中，如果两个参数都任意选择，工作量是很大的，通过采用“震荡指标法”中的闭环幅频特性峰值Mr最小准则，可以找到h和Wc两个参数之间的一种最佳配合。进而求得所求参数。
2.学习收获 双闭环调速系统起动过程的电流和转速波形是接近理想快速起动过程波形的。按照ASR在起动过程中的饱和情况，可将起动过程分为三个阶段，即电流上升阶段、恒流升速阶段和转速调节阶段。从起动时间上看，II阶段恒流升速是主要的阶段，因此双闭环系统基本上实现了电流受限制下的快速起动，利用了饱和非线性控制方法，达到“准时间最优控制”。带PI调节器的双闭环调速系统还有一个特点，就是转速必然超调。在双闭环调速系统中，ASR的作用是对转速的抗扰调节并使之在稳态时无静差，其输出限幅决定允许的最大电流。ACR的作用是电流跟随，过流自动保护和及时抑制电压波动。 通过本次设计理解了典型Ⅰ型系统和典型Ⅱ系统的两个动态性能指标，跟随性能指标和抗扰性能指标，与系统参数的关系。典型Ⅰ型系统可以在跟随性能上做到超调量小，但抗扰性能稍差；典型Ⅱ系统的超调量相对较大，抗扰性能却比较好。根据这一依据，实际控制系统对于各种动态指标的要求各不相同选用的系统类型也不同。如调速系统的动态特性以抗扰性能为主，则应首先典型Ⅱ系统；而随动系统的动态性能指标以跟随性能为主，可按典型Ⅰ型系统设计。 这次课程设计我详细的明白了双闭环直流调速系统的原理，对双闭环调速系统的结构有一定的理解，掌握了电流调节器和转速调节器结构和参数的设计方法与步骤，所学的知识得到了进一步的巩固。
参考书目 1.《电力拖动自动控制系统》（第3版）陈伯时主编 机械工业出版社 2.《电力电子技术》（第4版） 王兆安 黄俊主编 机械工业出版社 3.《自动控制理论》 刘丁主编 机械工业出版社 4.《电机及拖动基础》（第3版） 顾绳谷主编 机械工业出版社
| 
QQ好友和群
QQ空间
腾讯微博
腾讯朋友
收藏
淘帖
顶
踩
