转速、电流双闭环调速系统
双闭环直流调速系统设计
一、课程设计目的在《电机与拖动》、《电力电子技术》、《伺服系统》和《电力拖动自动控制系统》课程知识的基础上，完成课程的综合性设计。
通过课程设计环节的训练，包括设计方案的论证、参数计算、系统仿真和设计报告的撰写，掌握系统综合应用项目的设计流程和方法，加深对完整项目开发的的理解和掌握，培养应用系统的设计能力，初步积累双闭环直流调速系统的设计方法，以及分析问题和解决问题的能力，并进一步拓宽专业知识面，培养实践应用技能和创新意识。
电力系统综合课程课程设计是电气工程及其自动化专业的一门专业课程，它是一次综合性的理论与实践相结合的训练，也是本专业的一次基本技能训练，其主要目的是：1、理论联系实际，掌握根据实际工艺要求设计电力拖动自动控制系统的基本方法。
2、对一种典型的双闭环调速自动控制系统进行综合性分析设计，掌握各部件和整个系统的设计调试步骤、方法及操作实际系统的方法。
加强基本技能训练。
3、掌握参数变化对系统性能影响的规律，培养灵活运用所学理论解决控制系统中各种实际问题的能力。
4、培养分析问题、解决问题的独立工作能力，学会实验数据的分析与处理能力及编写设计说明书和技术总结报告的能力。
为下学期毕业设计作准备。
5、通过设计熟练地查阅有关资料和手册。
二、课程设计内容与要求1、本课程设计的对象直流伺服电机：学生自行查找电机型号直流测速机：学生根据设计任务选择2、本课程设计的内容要求设计一个直流双闭环调速系统。
其主要内容为：1、测定综合实验中所用控制对象的参数（在实验室完成）。
2、根据给定指标设计电流调节器和转速调节器，并选择调节器参数和具体实现电路。
3、按设计结果组成系统，以满足给定指标。
4、研究参数变化对系统性能的影响。
5、在时间允许的情况下进行调试。
3、本课程设计的设计要求a.调速范围D＝5～10，静差率S≤5％。
b.空载启动时电流超调σi≤5%,转速超调σn≤10%(在额定转速时)。
c.动态速降小于10％。
d.振荡次数小于2次。
运动控制_第3章____转速、电流双闭环直流调速系统
U
*
im
，转速外环呈开环状态，
转速的变化对系统不再产生影响。在这种情况下，电流负反
馈环起恒流调节作用，转速线性上升，从而获得极好的下垂
特性，如图 3-5中的AB段虚线所示。
第二十一页，编辑于星期三：九点 二十二分。
第 3章 转速、电流双闭环直流调速系统
此时，电流
I
d
U* im ?
?
I dm
，Idm 为最大电流，是由设
差调节。
第二十页，编辑于星期三：九点 二十二分。
第 3章 转速、电流双闭环直流调速系统
1) 转速调节器饱和
在电动机刚开始起动时，突加阶跃给定信号 U*n，由于
机械惯性，转速 n很小，转速负反馈信号 Un很小，则转速偏
差电压 ΔUn=U*n-Un>0很大，转速调节器 ASR 很快达到饱和
状态， ASR的输出维持在限幅值
图 3-5 双闭环直流调速系统的静特性
第二十三页，编辑于星期三：九点 二十二分。
第3章 转速、电流双闭环直流调速系统
2) 转速调节器不饱和
当转速n达到给定值且略有超调时 (即n>n0)，ΔUn=
U*n-Un<0，则转速调节器 ASR的输入信号极性发生改变，
ASR 退出饱和状态，转速负反馈环节开始起转速调节作用，
用以调节起动电流并使之保持最大值，使得转速线性变化， 迅速上升到给定值； 在电动机稳定运行时，转速调节器退 出饱和状态，开始起主要调节作用，使转速随着转速给定信 号的变化而变化，电流环跟随转速环调节电动机的电枢电流 以平衡负载电流。
第六页，编辑于星期三：九点 二十二分。
第 3章 转速、电流双闭环直流调速系统
器ACR和转速调节器 ASR的输入电压偏差一定为零，因此，
自动控制系统习题
自动控制系统习题Document number : NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT自动控制系统习题—、简述题1. 简述转速、电流双闭环调速系统的启动过程。
答：转速、电流双闭环调速系统的启动有三个阶段，即：强迫建流阶段、恒流升速阶段、稳速阶段。
强迫建流阶段中，电枢电流由壽上升到电机允许的最大电流，速度调节器ASR饱和”其输岀限幅,电流环线性调节；恒流升速阶段中,电机在允许的最大电流下,转速由零上升到给定速度，速度开环控制，电流为恒流系统；稳速阶段中，系统经退饱和超调后，速度调节器线性状态，系统为调速系统，调节电流、速度达到稳态。
2. 简述PWM变换器中，泵升电压是怎样形成的如何抑制。
答：PWM变换器的直流整流电源由整流二极管构成，不能反馈能量，能量只能单向传递。
当主回路的能量反馈时，该能量储存在储能电容上，使电容上电压升髙，该升高的电压为泵升电压。
抑制泵升电压的措施有2 : 1是提高储能电容的容量，使上升的电压得到抑制；2 是在主电踣的母线上接电流分流器，当主电路电压过高时,通过分流器将能量释放，使主电路电压下降。
3. 简述自然环流电枢可逆转速、电流双闭环调速系统的正向制动过程分为几个阶段各阶段的能量传递的特点。
答：电枢可逆调速系统制动有四个过程，即本组逆变、反接制动（它组建流子阶段）、回馈制动（它组逆变子阶段）、它组逆变减流子阶段。
本组逆变阶段中，主电踣中电感电能传递给电网，电动机电动状态；反接制动阶段中，电网的电能以及电动机机械能传递给主回踣的电阻和电感转化为热能和磁场能量，电动机反接制动；回馈制动中，电动机的机械能传递给电网，电动机回馈制动；它组逆变减流子阶段中，主电踣中电感电能传递给电网。
4. 闭环控制系统的静特性和开环机械特性的主要区别是什么5. 什么叫调速范围、静差率它们之间有什么关系怎样提高调速范围答：调速范围：生产机械要求电动机提供的最高转速与最低转速之比。
转速电流双闭环直流调速系统PPT课件
转速电流双闭环直流调速系统通常由 转速调节器、电流调节器、直流电机 、测速装置和功率电子装置等组成。
工作原理简介
工作原理
转速电流双闭环直流调速系统通过采集电机的转速和电流信号，经过调节器的处理，输出相应的控制信号来调节 电机的输入电压或电流，从而实现对电机速度的控制。
控制流程
转速调节器根据实际转速与设定转速的差值，输出一个转速调节电压；电流调节器根据实际电流与设定电流的差 值，输出一个电流调节电压。这两个调节电压共同作用，通过功率电子装置控制电机的输入电压或电流，实现电 机的精确调速。
抗扰动能力强
转速环调节器能够有效地抑制外部扰动和内部参数变化对系统稳定性的影响。
转速环的抗干扰性能
抗噪声干扰
采用滤波算法等手段减小噪声对转速检测的影响，提高转速 检测的准确性。
抗负载扰动
通过优化调节器设计，减小负载扰动对转速环稳定性的影响 ，提高系统的鲁棒性。
03
电流控制环
电流检测与调节器设计
02
转速控制环
转速检测与调节器设计
转速检测
采用光电编码器等传感器实时检 测电机转速，并将转速信号转换 为电信号传输给调节器。
调节器设计
根据转速偏差和转速变化率等信号， 采用比例、积分、微分（PID）等 控制算法计算出控制量，实现对电 机转速的调节。
转速环的动态特性
快速响应
转速环调节器具有较快的响应速度，能够快速地调节电机转速，减小超调量。
测试方案制定
根据系统要求，搭建测试平台，包括电源 、电机、测速装置、数据采集系统等。
根据系统性能指标，制定详细的测试方案 ，包括测试项目、测试步骤、测试数据记 录等。
测试数据采集与分析
验证与改进
转速、电流双闭环直流调速系统
第2章 转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法2.1 转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性采用PI 调节的单个转速闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。
但是，如果对系统的动态性能要求较高，单闭环系统就难以满足需要，这主要是因为在单闭环系统中不能控制电流和转矩的动态过程。
电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，并不能很理想地控制电流的动态波形,图2-1a)。
在起动过程中，始终保持电流（转矩）为允许的最大值，使电力拖动系统以最大的加速度起动，到达稳态转速时，立即让电流降下来，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示于图2-1b 。
为了实现在允许条件下的最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值dm I 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，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。
应该在起动过程中只有电流负反馈，没有转速负反馈，达到稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不再让电流负反馈发挥作用。
2.1.1 转速、电流双闭环直流调速系统的组成系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，如图2-2所示。
把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE 。
从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。
这就形成了转速、电流双闭环调速系统。
转速和电流两个调节器一般都采用PI 调节器，图2-3。
两个调节器的输出都是带限幅+TG nASRACRU*n+ -U nU iU*i+-U cTAM+-U dI dUPE-MT图2-2 转速、电流双闭环直流调速系统结构ASR —转速调节器 ACR —电流调节器 TG —测速发电机TA —电流互感器 UPE —电力电子变换器内外ni2作用的，转速调节器ASR 的输出限幅电压*im U 决定了电流给定电压的最大值，电流调节器ACR 的输出限幅电压cm U 限制了电力电子变换器的最大输出电压dm U 。
转速﹑电流双闭环直流调速系统
引言目前，转速﹑电流双闭环控制直流调速系统是性能很好﹑应用最广泛的直流调速系统。
我们知道采用转速负反馈和PI调节器的单闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。
但是，如果对系统的动态性能要求较高，例如：要求快速起制动，突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足需要。
故需要引入转速﹑电流双闭环控制直流调速系统，本文着重阐明其控制规律﹑性能特点和设计方法，是各种交﹑直流电力拖动自动控制系统的重要基础。
首先介绍转速﹑电流双闭环调速系统的组成及其静特性，接着说明该系统的动态数学模型，并从起动和抗扰两个方面分析其性能和转速与电流两个调节器的作用。
在实际应用中，电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，一是要具有较高的机电能量转换效率；二是应能根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度。
电动机的调速性能如何对提高产品质量、提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。
因此，调速技术一直是研究的热点。
长期以来，直流电动机由于调速性能优越而掩盖了结构复杂等缺点广泛的应用于工程过程中。
直流电动机在额定转速以下运行时，保持励磁电流恒定，可用改变电枢电压的方法实现恒定转矩调速；在额定转速以上运行时，保持电枢电压恒定，可用改变励磁的方法实现恒功率调速。
采用转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。
在现代化的工业生产中，几乎无处不使用电力拖动装置。
轧钢机、电铲、提升机、运输机等各类生产机械都要采用电动机来传动。
随着对生产工艺，产品质量的要求不断提高和产量的增长，越来越多的生产机械能实现自动调速。
从20世纪60年代以来，现代工业电力拖动系统达到了全新的发展阶段。
这种发展是以采用电力电子技术为基础的，在世界各国的工业部门中，直流电力拖动系统至今仍广泛的应用着。
直流拖动的突出优点在于：容易控制，能在很宽的范围内平滑而精确的调速，以及快速响应等。
在一定时期以内，直流拖动仍将具有强大的生命力。
转速电流双闭环直流调速系统仿真与设计
运动控制系统课程设计题目:转速电流双闭环直流调速系统仿真与设计转速电流双闭环直流调速系统仿真与设计1. 设计题目转速电流双闭环直流调速系统仿真与设计2. 设计任务已知某晶闸管供电的双闭环直流调速系统,整流装置采用三相桥式电路,基本数据如下：1）直流电动机：160V、120A、1000r/min、C e=r,允许过载倍数λ=2）晶闸管装置放大系数：K s=303）电枢回路总电阻：R=Ω4）时间常数：T l=,T m=,转速滤波环节时间常数T on取5）电压调节器和电流调节器的给定电压均为10V试按工程设计方法设计双闭环系统的电流调节器和转速调节器,并用Simulink建立系统模型,给出仿真结果;系统要求：1）稳态指标：无静差2）动态指标：电流超调量σi ≤5%；空载起动到额定转速时超调量σn ≤10%3. 设计要求根据电力拖动自动控制理论,按工程设计方法设计双闭环调速系统的步骤如下：1）设计电流调节器的结构和参数,将电流环校正成典型I型系统；2）在简化电流环的条件下,设计速度调节器的结构和参数,将速度环校正成典型II型系统；3）进行Simulink仿真,验证设计的有效性;4.设计内容1 设计思路：带转速负反馈的单闭环系统,由于它能够随着负载的变化而相应的改变电枢电压,以补偿电枢回路电阻压降的变化,所以相对开环系统它能够有效的减少稳态速降;当反馈控制闭环调速系统使用带比例放大器时,它依靠被调量的偏差进行控制的,因此是有静差率的调速系统,而比例积分控制器可使系统在无静差的情况下保持恒速,实现无静差调速;对电机启动的冲击电流以及电机堵转时的堵转电流,可以用附带电流截止负反馈作限流保护,但这并不能控制电流的动态波形;按反馈的控制规律,采用某个物理量的负反馈就可以保持该基本量基本不变,采用电流负反馈就应该能够得到近似的恒流过程;另外,在单闭环调速系统中,用一个调节器综合多种信号,各参数间相互影响,难于进行调节器的参数调速;例如,在带电流截止负反馈的转速负反馈的单闭环系统中,同一调节器担负着正常负载时的速度调节和过载时的电流调节,调节器的动态参数无法保证两种调节过程均具有良好的动态品质;按照电机理想运行特性,应该在启动过程中只有电流负反馈,达到稳态转速后,又希望只有转速反馈,双闭环调速系统的静特性就在于当负载电流小于最大电流时,转速负反馈起主要作用,当电流达到最大值时,电流负反馈起主要作用,得到电流的自动保护;2双闭环调速系统的组成：a.系统电路原理图图2-1为转速、电流双闭环调速系统的原理图;图中两个调节器ASR和ACR 分别为转速调节器和电流调节器,二者串级连接,即把转速调节器的输出作为电流调节器的输入,再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置;电流环在内,称之为内环；转速环在外,称之为外环;两个调节器输出都带有限幅,ASR的输出限幅什U im决定了电流调节器ACR 的给定电压最大值U im,对就电机的最大电流；电流调节器ACR输出限幅电压U cm 限制了整流器输出最大电压值,限最小触发角α;图2－1 双闭环调速系统电路原理图b.系统动态结构图图2-2为双闭环调速系统的动态结构框图,由于电流检测信号中常含有交流分量,须加低通滤波,其滤波时间常数T oi按需要选定;滤波环节可以抑制反馈信号中的交流分量,但同时也给反馈信号带来了延滞;为了平衡这一延滞作用,在给定信号通道中加入一个相同时间常数的惯性环节,称作给定滤波环节;其作用是：让给定信号和反馈信号经过同样的延滞,使二者在时间上得到恰当的配合,从而带来设计上的方便;由测速发电机得到的转速反馈电压含有电机的换向纹波,因此也需要滤波,滤波时间常数用T on表示;根据和电流环一样的道理,在转速给定通道中也配上时间常数为T on的给定滤波环节;T oi—电流反馈滤波时间常数T on—转速反馈滤波时间常数图2－2双闭环调速系统的动态结构图3）按工程设计方法设计双闭环系统的ACR：设计多环控制系统的一般原则是：从内环开始,一环一环地逐步向外扩展;在这里是：先从电流环入手,首先设计好电流调节器,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;a.确定时间常数整流滤波时间常数T s,三相桥式电路的平均失控时间T s=；电流滤波时间常数T oi,三相桥式电路每个波头的时间是,为了基本虑平波头,应有1～2Toi=,因此取Toi=2ms=；电流环小时间常数T∑i,按小时间常数近似处理,取T∑i=T s+T oi=;b.选择电流调节器结构由设计要求：σi%≤5%,并保证系统稳态电流无误差,因此可按典型I型系统设计,电流调节器选用PI 型,其传递函数为: W ACR s =isis Ki ττ1+ c.校验近似条件电流环截止频率11.135-==s KI ci ω； 晶闸管装置传递函数近似条件为：13ci sw T ≤=,满足近似条件； 忽略反电动势对电流环影响的条件为：ci w ≥满足近似条件； 小时间常数近似条件处理条件为：ci w ≤=, 满足近似条件;d.计算调节器电阻和电容电流调节器原理如图3－1所示,按所用运算放大器取R 0=40kΩ,各电阻和电容值计算如下：,取30k; ,取;-图3－1含给定滤波与反馈滤波的PI 型电流调节器按照上述参数,电流环可以达到的动态指标为：σi %=%<5%,满足设计4按工程设计方法设计双闭环系统的ASR ：a.确定时间常数电流环等效时间常数为20.0074i T s ∑=；转速滤波时间常数Ton ,根据所用测速发电机波纹情况,取Ton=； 转速环小时间常数n T ∑ 按小时间常数近似处理,取n T ∑=20.0174i T Ton s ∑+=;b ．选择转速调节器结构由于设计要求无静差,转速调节器必须含有积分环节；又根据动态要求,应按典型Ⅱ型系统设计速度环,故ASR 选用PI 调节器,其传递函数为：1()n ASR nn s W s K sττ+= c.计算速度调节器参数按跟随和抗干扰性能较好的原则,取h=5,则ASR 的超前时间常数为：50.01740.087n n hT s τ∑==⨯=,转速环开环增益： 2224.39621-∑=+=s T h h K nN 于是,ASR 的比例系数: =d.校验近似条件由转速截止频率：15.341-===s n KN KNcn τωω; 电流环传递函数简化条件： ,满足简化条件; 转速环小时间常数近似条件为： ,满足近似条件;e.计算调节器电阻和电容转速调节原理图如图3－2所示,取040R k =Ω,则,取550k; ,取;图3－2含给定滤波与反馈滤波的PI 型转速调节器-按照上述参数,电流环可以达到的动态指标为：当h=5时,查表得%,虽然不满足设计要求,而实际上,突加阶跃给定时,ASR 饱和,应按退饱和的情况重新计算超调量,实际%,满足设计要求;5内、外开环对数幅频特性的比较图4－1把电流环和转速环的开环对数幅频特性画在一张图上,其中各转折频率和截止频率依次为：13.2700037.011-==∑s i T ,151.570174.011-==∑s n T , 151.34-=s cn ω,15.11087.011-=s n τ; 以上频率一个比一个小,从计算过程可以看出,这是必然的规律;因此,这样设计的双闭环系统,外环一定比内环慢;一般来说,1150~100-=s ci ω,150~20-=s cn ω;从外环的响应速度受到限制,这是按上述方法设计多环控制系统时的缺点;然而,这样一来,每个环本身都是稳定的,对系统的组成和调试工作非常有利;总之,多环系统的设计思想是：以稳为主,稳中求快;L/dBO1/-s ωiT ∑1ciωnT ∑1cn ωnτ1InI-电流内环 n-转速外环图4－1又闭环系统内环和外环的开环对数幅频特性－20－40－20－406 晶闸管的电压、电流定额计算a.晶闸管额定电压U N晶闸管额定电压必须大于元件在电路中实际承受的最大电压Um ,考虑到电网电压的波动和操作过电压等因素,还要放宽2～3倍的安全系数,即按下式选取U N ＝2～3Um ,式中系数2～3的取值应视运行条件,元件质量和对可靠性的要求程度而定;b.晶闸管额定电流I N为使晶闸管元件不因过热而损坏,需要按电流的有效值来计算其电流额定值;即必须使元件的额定电流有效值大于流过元件实际电流的最大有效值;可按下式计算：I N =~2K fb I MAX ;式中计算系数K fb =Kf/由整流电路型式而定,Kf 为波形系数,Kb 为共阴极或共阳极电路的支路数;当α=0时,三相全控桥电路K fb =,故计算的晶闸管额定电流为I N =~2K fb I MAX =~2 ××220×=～,取200A;7平波电抗器计算由于电动机电枢和变压器存在漏感,因而计算直流回路附加电抗器的电感量时,要从根据等效电路折算后求得的所需电感量中,扣除上述两种电感量;a.电枢电感量L M 按下式计算)(2103mH I Pn U K L NN N D M ⨯=P —电动机磁极对数,K D —计算系数,对一般无补偿电机：K D =8~12; b.整流变压器漏电感折算到次级绕组每相的漏电感L B 按下式计算)(100%2mH I U U K L dK BB •= U 2—变压器次级相电压有效值,I d —晶闸管装置直流侧的额定负载电流,K B —与整流主电路形式有关的系数;c.变流器在最小输出电流I dmin 时仍能维持电流连续时电抗器电感量L 按下式计算min2d I U K L •=, K 是与整流主电路形式有关的系数,三相全控桥K 取则L ＝mH.6）进行Simulink 仿真,验证设计的有效性a. 电流闭环的仿真如下图：为了研究系统的参数对动态性能的影响,分别取K I T ∑i =、、、,此时K I 的值也会随之变化,运行仿真,即可得不同K I 值的阶跃响应曲线：图6-1 KT=的阶跃响应曲线图6-2KT=的阶跃响应曲线图6-3 KT=的阶跃响应曲线图6-4 KT=的阶跃响应曲线由曲线可以看出如果要求动态响应快,可取KT=；如果要求系统超调小,则应把KT 的值取小些,可取KT<;无特殊要求,取折中值KT=,,称为最佳二阶系统;图6-1~图6-4反映了PI 调节器的参数对系统品质的影响趋势,在工程设计中,可以根据工艺的要求,直接修改PI 调节器的参数,找到一个在超调量和动态响应快慢上都较满意的电流环调节器;b. 转速环的仿真设计在增加转速环调节后,转速环开环传递函数如下： )1()1()(n 2n N n ++=∑s T s s K s W τ 校正后的调速系统动态结构框图如下所示：其中me n n N T C R K K βτα=;在matlab中搭建好系统的模型,如下图：转速环的仿真设计为满足系统在不同需求下的跟随性与抗扰行能要求,取h的之分别为：3、5、7、9. 用matlab仿真结果如下：图7-1h=3时的阶跃响应曲线图7-2h=5时的阶跃响应曲线图7-3h=7时的阶跃响应曲线图7-4h=9时的阶跃响应曲线由图可以看出：h值越小,动态降落也越小,恢复时间、调节时间也短,抗扰性能也越好,但是,从h<5以后,由于震荡剧烈h越小,恢复时间反而延长,综合起来看,h=5是最佳选择,也即最佳三阶系统;对电流环与转速环都是根据实际需要调节参数的,对比Ⅰ型、Ⅱ型系统可以发现：Ⅰ型系统可以在跟随性上做到超调小,但抗扰性能差；而Ⅱ型系统超调却相对较大,抗扰性能较好;5.设计心得a.通过该次设计,更加熟悉掌握了电流转速双闭环直流调速系统的结构组成以及它的工作原理,加深了对开环、闭环有静差、无静差调速的理解---闭环结构保证系统的稳定性与抗干扰能力；无静差调速则保证系统有较低的稳态误差;b.由此也初步掌握双闭环调节器的整个设计过程,其基本思想是先内环再外环;在结构框图的处理过程中有多处近似处理,简化了传递函数,从而使问题得到简化,因此称为被称为“工程设计方法”,这意味着在实际的应用中,在可以大大简化分析过程却很小影响分析结果的方法是很有价值的;从开环到闭环、从闭环无静差到有静差、从单环到双环着一些列的变化显示人们人知的渐进性;仿真是自己临时捡起matlab课本重新回顾才完成的,仿真的直观的证明了最佳二阶、三阶系统的参数,并再一次体现了matlab在控制中的重要作用,的确是一个很强大的仿真工具;整个仿真过程也加深了自己对电力拖动控制相关知识理解程度,相当于也许经过证明的才是最可靠的;d.由于水平有限,设计中肯定有许多错误和不足的地方,敬请老师指正;6．参考文献【1】陈伯时,电力拖动自动控制系统;机械工业出版社;【2】李荣生,电气传动控制设计指导;;。
17春西交《电力拖动自动控制系统》在线作业答案
17春西交《电力拖动自动控制系统》在线作业答案1.在转速、电流双闭环调速系统中，电动机允许的过载能力对电流Idm的设计影响最大。
2.在恒压频比控制的变频调速系统中，在基频以下变频调速时进行定子电压补偿，其目的是维持气隙磁通恒定。
3.异步电动机矢量控制系统的受定子电阻Rs参数影响最大。
4.异步电动机VVVF调速系统的机械特性最好的是恒转子磁通控制。
5.无静差调速系统的PI调节器中P部分的作用是加快动态响应。
6.α=β配合控制双闭环可逆直流调速系统制动过程主要阶段是它组逆变阶段。
7.在伯德图上，截止频率越高，则系统的快速性越好。
8.交流异步电动机采用调压调速，从高速变到低速，其转差功率全部以热能的形式消耗掉了。
9.在转速、电流双闭环调速系统带额定负载启动过程中，转速n达到峰值时，电枢电流值为Id=XXX。
10.绕线式异步电动机双馈调速，如原处于低同步电动运行，在转子侧加入与转子反电动势相位相同的反电动势，而负载为恒转矩负载，则n>n1，输出功率高于输入功率。
11.在三相桥式反并联可逆调速电路和三相零式反并联可逆调速电路中，为了限制环流，需要配置环流电抗器。
其中三相桥式反并联可逆调速电路需要配置4个环流电抗器，而三相零式反并联可逆调速电路需要配置2个环流电抗器。
因此，正确答案为D。
12.在逻辑控制无环流可逆系统中，不能作为逻辑控制环节输入信号的是转速给定信号。
因此，正确答案为C。
13.准PI调节器的目的是抑制运算放大器零点漂移。
因此，正确答案为C。
14.在α=β配合控制双闭环可逆直流调速系统制动过程中，本组逆变阶段的能量流向为平波电抗器到电网。
因此，正确答案为C。
15.与矢量控制相比，直接转矩控制的控制结构简单。
因此，正确答案为D。
16.在笼型异步电动机变压变频调速系统中基频以下调速，恒Er/w1控制方式控制性能最好。
因此，正确答案为C。
17.在带有比例调节器的单闭环直流调速系统中，如果转速的反馈值与给定值相等，则调节器的输出为零。
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潘晓强实训报告
题目一：在一个由晶闸管整流装置供电的转速、电流双闭环调速系统中，已知电动机的额定数据为：N P ＝60KW ，N U ＝220V ，N I ＝300A ，N n =1000 r/min ，电动势系数e C =0.18V .min/r ，主回路电阻R ＝0.15Ω，触发整流环节的放大倍数s K ＝35，等效惯性时间常数0.00333s T =s 。
电磁时间常数l T ＝0.012s ，机电时间常数m T ＝0.12s ，电流反馈滤波时间常数oi T ＝0.02s ，转速反馈滤波时间常数on T ＝
0.015s 。
额定转色时的给定电压*
()10n N U V =，调节器ASR ，ACR 饱和输出电压*10im U V =，8cm U V =。
系统的静、动态指标为：稳态无静差，调速范围D =10，电流超调量5%i δ≤，空载启动到额定转速时的转速超调量10%n δ≤。
任务：
1) 用工程设计方法，设计双闭环调速系统的电流和转速调节器，相应的调节器
放大电路，并进行频率校验。
2) 用Simulink 进行双闭环系统性能验证。
解：
1. 电流调节器参数设计
电流反馈系数：
转速反馈系数：
电流环的小时间常数为：
s 00533.0oi =+=∑T T T S i
电流调节器超前时间常数：
s T 012.0l i ==τ
电流环开环增益：要求%5i ≤σ时，要表3-1，应取5.0=∑i I T K ，因此
1i s 940053
.05
.05.0-∑≈==
T K I 于是，ACR 的比例系数：
)
(03.0330101.1*dm *
im
A V I U I U N im ====β)
min .(01.0100010*nm r V n U N ===α
0.160.03
350.15
0.01294s i i =⨯⨯⨯==
βτK R K K I
检验近似条件：电流环截止频率1ci 94-==s K I ω 1）检验晶闸管整流装置传递函数的近似条件
ci T ω≥≈⨯=1001.1010.00333
31
31s 满足近似条件 2）检验忽略反电动势变化时对电流环动态影响的条件
ci T T ω<=⨯⨯= 79.060.012
120.1313
l m 满足近似条件 3）检验电流环小时间常数近似处理条件
ci T T ω>=⨯⨯=180.7750.002
0.00333131131oi s 满足近似条件
取运算放大器0R =40Ωk ，各电阻和电容值计算如下：
Ω=Ω⨯== 6.4k 40k 0.1610i i R K R 取
F R C μτ 1.876400
0.012
i
i
i ==
=
取 F
R T C μ0.210400.002443
0oi oi =⨯⨯==
取
放大电路如图所示：
按上述参数，电流环可以达到动态跟随性能指标为
%5%3.4i ≤=σ，满足设计要求
2. 转速调节器参数设计
Ω6.4k F μ1.87F μ0.2
转速环小时间常数：
s T K T I
0256.0015.00106.01
on n =+=+=
∑ 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 ：
()()s
1s s n n n n ττ+=
K W 计算转速调节器参数：按跟随和抗扰都较好的原则，取h=5，则ASR 的超前时间常数为：
s T n 128.00256.05h n =⨯==∑τ
转速环开环增益：
22
2221.1830256
.0521
521-∑≈⨯⨯+=+=
s T h h K n N ASR 的比例系数为：
()125.100256
.015.001.05212
.018.00303.0621n ≈⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=
+=
∑n
m
e RT h T C h K αβ
检验近似条件：截止频率：
-1n cn 23.38s
0.128183.1=⨯==τωN K 1）电流环传递函数简化条件：
cn I T K ω>≈⨯=∑44..2670.0053
94
3131i 满足简化条件
2）转速环小时间常数近似处理条件：
cn I T K ω>=⨯≈38.26015
.094
3131on 满足近似条件
计算调节器的电阻和电容,取Ω=K R 400,则
Ω=Ω⨯==k 40540k 10.1250n n R K R 取ΩK 400 ;F R C μτ0.3210
4000.128
3
n
n
n =⨯=
=
取 F R T C on μ5.11040015.0443
0on =⨯⨯==
取
放大电路如图：
F μ0.32F μ5.1
3）校验转速超调量，h=5，1.1=λ查表3-5得，
%2.81max
=∆b
C C ，
5.0300
150
z d d ===
N L I I
()%105.18%0.120.025610000.180.15
3006.081.2%22*max n <≈⨯⨯⨯⨯⨯=∆-⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛∆=∑m n N b T T n n z C C λσ满足设计要求
用Simulink 进行双闭环系统性能验证：
ASR:
ACR:
仿真结果：
总结：
由仿真结果可以看到，电机的启动经历了电流上升、恒流升速和转速超调后的三个阶段，电机启动电流比开环系统大幅度下降，使最大电流限制在设定的范围以内。
通过这次实训，我对MATLAB的simulink更加熟悉，通过大量的计算题和仿真参数的设计，使我对双闭环调速系统的电流和转速调节器更加了解。
对调节器ASR，ACR能进行初步的设计并校验是否符合系统要求。