双闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告

双闭环直流调速系统的设计与仿真1、实验⽬的

1．熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本原理。2．掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定⽅法。3．掌握调节器的⼯程设计及仿真⽅法。、实验内容21．调节器的⼯程设计2．仿真模型建⽴3．系统仿真分析3、实验要求

⽤电机参数建⽴相应仿真模型进⾏仿真4、双闭环直流调速系统组成及⼯作原理

晶闸管直流调速系统由三相调压器，晶闸管整流调速装置，平波电抗器，电动机—发电机组等组成。

U作为触发器的移相控制电本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制回路可直接由给定电压ct U的⼤⼩即可改变控制⾓，从⽽获得可调的直流电压和转速，以满⾜实验要求。压，改变ct为了实现转速和电流两种负反馈分别起作⽤，可在系统中设置两个调节器，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，⼆者之间实⾏嵌套联接，如图4.1。把转速调节器的输出当作电流调节器的输⼊，再⽤电流的输出去控制电⼒电⼦变换器UPE。在结构上，电流环作为内环，转速环作为外环，形成了转速、电流双闭环调速系统。为了获得良好的静、动态特性，转速和电流两个调节器采⽤PI调节器。TAL

图4.1 转速、电流双闭环调速系统

5、电机参数及设计要求VU+i

I 5.1电机参数U*d- U*U ci M n MUP ACR

ASR U d + ，晶闸管装置放⼤系数：=1.5，允许过载倍数136A，1460r/min，=0.192V ? min/r 直流电动机：220V，

+- -

U=40 n-

n电枢回路总电阻：R=0.5

=0.075s

时间常数：=0.00167s,TGT

电流反馈系数：=0.05V/A转速反馈系数：=0.007 V ? min/r5.2设计要求

要求电流超调量5%，转速⽆静差，空载起动到额定转速时的转速超调量10%。调节器的⼯程设计、66.1电流调节器ACR的设计（1）确定电流环时间常数

1）装置滞后时间常数=0.0017s；

2）电流滤波时间常数=0.002s；

）电流环⼩时间常数之和3 ；=0.0037s+= ）选择电流调节结构（2

且惯是对控环电差流态证且，求计据根设要5%并保稳电⽆，流的制象双性，型的

型的电流调节器，其传递函数可以写成PI型系统，显然应采⽤I ，故校正成典型=0.03/0.0037=8.11<10．

式中—电流调节器的⽐例系数；

—电流调节器的超前时间常数。（3）计算电流调节器参数

==0.03s。电流调节器超前时间常数：

时，取=0.5，因此电流环开环增益：要求5%

于是，ACR的⽐例系数为

（4）校验近似条件

135.1=电流环截⽌频率

）校验晶闸管装置传递函数的近似条件是否满⾜：因为1>，所以满⾜近似条件；196.1

）校验忽略反电动势对电流环影响的近似条件是否满⾜：<，所以满⾜近似条40.82 2件；

，所以满⾜近似条件。>校验⼩时间常数近似处理是否满⾜条件：180.8 3)按照上述参数，电流环满⾜动态设计指标要求和近似条件。

=16.89;

时，可得=0.5067 同理，当KT=0.25

=67.567

时，可得KT=1.0=2.027 当6.2转速调节器ASR的设计（1）确定转速环时间常数

）电流环等效时间常数为=0.0074s；1

=0.01s；2根据所⽤测速发电机纹波情况，取）电流滤波时间常数

；）转速环⼩时间常数=+3（2）转速调节器的结构选择

由于设计要求转速⽆静差，转速调节器必须含有积分环节；⼜根据动态设计要求，应按典型型系统设计转速环，转速调节器选⽤⽐例积分调节器（PI），其传递函数为

式中—电流调节器的⽐例系数；

—电流调节器的超前时间常数。（3）选择转速调节器参数

按照跟随和抗扰性能都较好的原则取h=5，则转速调节器的超前时间常数为

，

转速开环增益为

所以转速调节器的⽐例系数为

（4）校验近似条件

34.5转速环截⽌频率

）校验电流环传递函数简化条件是否满⾜：由于1,所以满⾜简化条件；63.7>

）校验转速环⼩时间常数近似处理是否满⾜条件：由于>，所以满⾜近似条38.72件。3）核算转速超调量

==515.2rpm，因此时，=81.2% ，⽽=5当h

=8.31%<10%

能满⾜设计要求。7、仿真模型的建⽴

利⽤MATLAB上的SIMULINK仿真平台，建⽴仿真模型。如图7.1为电流环的仿真模型，图7.2为加了转速环之后的双闭环控制系统的仿真模型。

电流环的仿图7.1

真模型图7.2 转速环的仿真模型 8、仿真结果分析

=33.77当取=1.013时，电流环阶跃响应快，超调量⼩。，

电流环图8.1

仿真结果当

，=0.5067

时，电=16.89流环阶跃响应⽆超调，但上升时

间长。⽆超调的仿真结果8.2 图

，=2.027当

时，电流环阶跃=67.567．响应超调⼤，但上升时间短。