[毕业设计精品]调速系统调节器设计及变速扰动下电流环突然断线matlab仿真.doc

运动控制系统课程设计说明书目录1双闭环系统分析12电流调节器ACR设计22.1电流环结构22.2 电流环的参数计算32.3 电流环校验近似条件33 转速调节器设计43.1转速环结构53.2 转速环的参数计算63.3 转速换校验近似条件64 Matlab仿真84.1转速和电流仿真84.2直流电压仿真94.3 ASR和ACR波形仿真9小结与体会11参考文献1211调速系统调节器设计及变速扰动下电流环突然断线matlab仿真1双闭环系统分析双闭环系统的动态结构图如图1所示。图1 双闭环系统的动态结构图双闭环系统的两个调节器均采用带限幅作用的PI调节器。转速调节器ASR的输出限幅电压决定了电流给定的最大值，电流调节器ACR的输出限幅电压限制了电力电子变换器的最大输出电压。当调节器饱和时，输出达到限幅值，输出量的变化不再影响输出，饱和的调节器暂时隔离了输入和输出间的联系，相当于使该调节环开环。当调节器不饱和时，PI调节器工作在线性调节状态，其作用是使偏差电压在稳态时为零。为了获得良好的静态特性，转速和电流两个调节器都一般采用PI调节器。双闭环调速系统的稳态参数计算根据各调节器的给定与反馈值计算有关的反馈系数如下：转速反馈系数 （1-1）电流反馈系数 （1-2）三相桥式电路的平均失控时间是Ts=0.017s。电流滤波时间常数（12）Toi=3.33ms，取Toi=2ms=0.002s。电流环小时间常数。根据设计要求，5%，并保证在负载和电压的扰动下稳态无静差，可按典型I型系统设计PI型电流调节器。电源电压的抗干扰性能为：8.11，各项指标是可以接受的。2电流调节器ACR设计2.1电流环结构电流环的动态结构图及其化简如图2所示。对电流环来说，反电动势是一个变化比较慢的扰动，在电流的瞬变过程中，可以认为反电动势基本不变，即E0.其中忽略反电动势对电流环的近似条件是 （2-1）式中 电流环开环频率特性的截止频率。如果把给定滤波和反馈滤波两个环节都等效地移到环内，同时把给定信号改为，则电流环便等效成单位负反馈系统，如图2-b所示，从这里可以看出两个滤波时间常数取值相同的方便之处。最后，由于和一般都比小得多，可以当作小惯性群而近似看作是一个惯性环节，其时间常数为 （2-2）则电流环结构框图最终简化成图13c所示。简化的近似条件为 （2-3）a)b)c)图2 电流环的动态结构图及其化简a)忽略反电动势的动态影响 b)等效成单位负反馈系统 c)小惯性环节近似处理2.2 电流环的参数计算要使系统无静差，所以采用PI调节器校正为典型型系统，其传递函数为 （2-4）电流调节器超前时间常数：。电流环开环增益：要求5%，取。可得到ACR的比例系数为0.517电流环限幅值为2.3 电流环校验近似条件电流环截止频率为：（1）校验晶闸管整流装置传递函数近似条件 > 满足近似条件（2）校验忽略反电动势变化对环动态影响的条件 < 满足近似条件（3）校验电流环小时间常数近似处理条件> 满足近似条件计算ACR调节器的电阻和电容含给定滤波和反馈滤波的PI型调节器如图3所示图3 含给定滤波和反馈滤波的PI型调节器按所选放大器取，各电阻和电容计算如下 ，取 按照上述参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标为<5%，满足设计要求。3 转速调节器设计3.1转速环结构调速系统的等效动态结构图如图4所示 （a）（b）（c）图4 转速环的动态结构框图及其简化 （a）用等效环节代替电流环 （b）等效成单位负反馈系统和小惯性系统的近似处理 （c）校正后成为典型型系统为了实现无静差，在负载扰动作用点前面必须有一个积分环节，由于扰动作用点后面已经有一个积分环节，因此转速环中就有两个积分环节，应该设计为典型型系统，ASR也采用PI调节器，传递函数为 （3-1）式子中为转速调节器比例系数，为转速调节器超前时间常数。调速系统的开环传递函数为 （3-2）其中按照典型型系统的参数关系，有 （3-3） （3-4）所以 ， 取h=53.2 转速环的参数计算（1）电流环等效时间常数，.（2）转速滤波时间常数（3）转速换小时间常数（4）取h=5，ASR的超前时间常数为，ASR的比例系数为3.3 转速换校验近似条件转速环截止频率为（1）电流环传递函数简化条件>，满足简化条件（2）转速环小时间常数近似处理条件>，满足近似条件（3）计算ASR调节器电阻和电容含给定滤波与反馈滤波的PI型转速调节器如图5所示。图5 含给定滤波与反馈滤波的PI型转速调节器取，则 ，取580（4）校核ASR调节器超调量当h=5时，查表得到，这是突加阶跃给定时，ASR饱和而得出的超调量，当ASR退保和以后，满足空载启动到额定转速时的超调量要求。4 Matlab仿真双闭环系统仿真模型如图6所示。图6 双闭环系统仿真模型图4.1转速和电流仿真置空载启动，2s时达到额定转速，4s时电流环断线。转速和电流波形如图8所示。图8 转速和电流波形图电流超调量<5% ，符合要求转速超调量为<10%，符合要求。空载启动过程分为电流上升、恒流升速和转速调节三个阶段，转速调节器在这三个阶段中经历了不饱和、饱和及退饱和三种情况，电流上升阶段电流很快达到最大值，ASR进入饱和状态恒流升速阶段电流基本恒定，转速呈线性增长。转速调节阶段当转速上升到给定值时，ASR输入偏差为零。转速超调后，ASR输入偏差为负，开始退饱和，系统转速逐渐稳定下来。当到2s时，在额定转速下，转速下降后又趋于稳定，到4s时，电流环断线，ACR没有电流反馈环节，电流很快增加，转速反馈增大，与给定的偏差减小，ASR输出减小，使ACR增大，转速反馈减小，与给定偏差增大，ASR输出增大，ACR增大，转速反馈增大，依次这样震荡。这个过程中，比例作用很快，积分环节不够大，所以会震荡。4.2直流电压仿真直流电压波形如图9所示。图9 直流电压波形图4.3 ASR和ACR波形仿真ASR和ACR波形分别如图10和图11所示。图10 ASR波形图图11 ACR波形图参考文献1 陈伯时，陈敏逊交流调速系统电气自动化新技术丛书北京：机械工业出版社，1998 2阮毅，陈伯时.电力拖动自动控制系统.北京：机械工业出版社，2009.83 李志民、张遇杰同步电动机调速系统电气自动化新技术丛书北京：机械工业出版社，2006 4 冯垛生、邓则名主编电力拖动自动控制系统广州：广东高等教育出版社，1998 5 王兆安、黄俊主编电力电子技术（第4版）北京：机械工业出版社，2000 本科生课程设计成绩评定表姓 名性 别专业、班级课程设计题目：课程设计答辩或质疑记录：成绩评定依据：评 定 项 目评分成绩1选题合理、目的明确（10分）2设计方案正确、具有可行性、创新性（20分）3设计结果（20分）4态度认真、学习刻苦、遵守纪律（15分）5设计报告的规范化、参考文献充分（不少于5篇）（10分）6答辩（25分）总 分最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字： 年 月 日