双闭环直流调速系统毕业设计答辩PPTPPT格式课件下载.ppt

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1、研究背景及意义直流调速系统：

调速范围广、静差率小、稳定性直流调速系统：

调速范围广、静差率小、稳定性好、具有良好的动态性能，在高性能的拖动技术好、具有良好的动态性能，在高性能的拖动技术领域中，相当长时期内几乎都采用直流电力拖动领域中，相当长时期内几乎都采用直流电力拖动系统。

系统。

双闭环直流调速系统：

是直流调速控制系统中发双闭环直流调速系统：

是直流调速控制系统中发展得最为成熟，应用非常广泛的电力传动系统。

展得最为成熟，应用非常广泛的电力传动系统。

它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。

社会化大生产的不断发展：

电力传动装置在现代社会化大生产的不断发展：

电力传动装置在现代化工业生产中的得到广泛应用，对其生产工艺、化工业生产中的得到广泛应用，对其生产工艺、产品质量的要求不断提高，这就需要越来越多的产品质量的要求不断提高，这就需要越来越多的生产机械能够实现制动调速生产机械能够实现制动调速。

2、设计方案分析设计任务和要求系统总体结构设计系统各环节设计建立系统数学模型系统稳定性分析完成设计报告是否3.1分析设计任务和要求调速范围调速范围D=10D=10，静差率，静差率s=5%s=5%33、设计过程、设计过程设计任务：

基于基于V-MV-M的双闭环直流运动控制系统设计及校正的双闭环直流运动控制系统设计及校正分析分析：

V-MV-M系统为晶闸管系统为晶闸管电动机调速系统的简称，这电动机调速系统的简称，这种拖动装置的直流电源是利用晶闸管整流器的直流电压种拖动装置的直流电源是利用晶闸管整流器的直流电压向提升电动机供电向提升电动机供电；

双闭环是指转速、电流负反馈。

设计要求：

分析：

调速范围D是指在额定负载下，电动机的最高转速与最低转速之比。

静差率S是指电动机在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定负载时所产生的转速降与理想空载转速之比。

两者都是调速系统的调速性能稳态指标，衡量调速性能好坏的标准，也是直流调速系统设计和实际运行中考核的主要指标。

3.2系统总体结构设计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节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级联接，转速、电流双闭环直流调速系统如下图所示ASR转速调节器转速调节器ACR电流调节器电流调节器TG转速测量装置转速测量装置TA电流互感器电流互感器UPE电力电子变换器电力电子变换器3.2系统总体结构设计（续）转速调节器的输出限幅电压为Uim*，它决定了电流调节器给定电压的最大值电流调节器的输出限幅电压是Uctm，它限制了晶闸管整流装置输出电压最大值为了获得良好的静、动态性能，双闭环调速系统的两个调节器都采用PI调节器，图中两个调节器的输出都是带限幅的，LM表示限幅器。

双闭环直流调速系统原理图为了进一步设计，必须先绘出它的稳态结构图。

可很方为了进一步设计，必须先绘出它的稳态结构图。

可很方便地根据原理图画出，如图所示便地根据原理图画出，如图所示转速反馈系数转速反馈系数电流反馈系数电流反馈系数下面就讨论设计各环节，包括结构、传递函数、参数下面就讨论设计各环节，包括结构、传递函数、参数计算等。

进行仿真模拟。

计算等。

3.3变压器二次侧电压二次侧电压U2整流电路形式三相桥式平均失控时间Ts=1.67ms主变压器接法/Y接法过低，无法保证输出额定电压过高，又会造成控制角加大，功率因数变坏，整流元件的耐压升高，增加了装置的成本在要求不高的场合或近似估算时，可用以下公式近似计算A理想情况下，=0时整流电压Ud0与二次侧电压U2之比；

B控制角为时，输出电压Ud和Ud0之比；

电网波动系数，通常取=0.9；

11.2考虑各种因素的安全系数。

变流变压器的计算参数变流变压器的计算参数由查表得：

A=2.34；

角考虑30裕量3.3变压器（续）变压器的变压比为二次侧电流的有效值一次侧电流有效值变压器一次侧容量S1、二次侧容量S2、变流变压器的平均容量S由公式计算式中：

m1、m2为一次侧、二次侧绕组的相数，对不同接线方式可由表查得：

m1=3，m2=3设计时留取一定的裕量，可以取容量为18KVA的整流变压器3.4晶闸管一、晶晶闸管管额定定电压UTm晶闸管实际承受的最大峰值电压；

（23）安全裕量；

UTN晶闸管的额定电压。

二、晶晶闸管管额定定电流流原则是必须使晶闸管允许通过的额定电流有效值ITN大于实际流过晶闸管电流最大有效值IT3.5晶闸管触发电路和整流装置晶闸管触发电路和整流装置（UPE）近似条件：

晶闸管触发和整流装置是一个纯滞后环节，其滞后作用是由晶闸管整流装置的失控时间引起的。

通过输入阶跃信号1（t），得到晶闸管触发与整流装置的输入输出关系式：

Ud0=KsUc*1（t-Ts）经过拉式变换得到传递函数：

按泰勒级数展开后考虑到Ts很小，依据工程近似处理的原则，可忽略高次项，吧整流装置近似看作一阶惯性环节，其传递函数为数学模型：

数学模型：

3.5晶闸管触发电路和整流装置晶闸管触发电路和整流装置（续）确定放大系数晶闸管触发电路和整流电路涉及到电子器件的特性，它实际上是非线性的，在设计调速系统时，只能在一定的工作范围内近似的看作线性环节，得到它的放大系数和传递函数。

估算法确定放大系数有实验法、估算法。

由于不能得到晶闸管触发和整流装置的输入输出实测特性，所以不能通过实测的方法计算出系数KS根据具体情况初选控制电压UC的调节范围是010V，对应的整流电压UD的变化范围是0220V。

这时可取Ks=220/10=223.6额定励磁下直流电动机额定励磁下直流电动机如图为额定励磁下他励直流电动机的等效电路，其中电枢回路电阻R和电感L包含整流装置内阻和平波电抗器的电阻与电感在内。

（1）在电流连续的条件下，直流电动机电枢回路的电压平衡方程式为

（2）电动机轴上的转矩和转速服从电力拖动系统的运动方程式，在忽略粘性摩擦的情况下，可得到转矩平衡方程上式中TL包括电动机空载转矩在内的负载转矩，单位为Nm；

GD2电力拖动系统运动部分折算到电机轴上的飞轮惯量，单位Nm2；

TL=L/R电枢回路的电磁时间常数，单位为s；

Tm=GD2/375CeCm电力拖动系统的机电时间常数，单位为s。

3.6额定励磁下直流电动机（续）额定励磁下直流电动机（续）（3）将以上各参数表达式代入两平衡方程，得）将以上各参数表达式代入两平衡方程，得它们的动态结构图如图所示，它们各是直流电动机动态结构的一部分，将它们合在一起就是直流电动机的动态结构考虑到n=E/Ce的关系，把n（s）作为电动机的输出。

拉式变换感应电势与电流间的传递函数：

电流与电压间的传递函数：

3.6额定励磁下直流电动机（续）额定励磁下直流电动机（续）（4）确定各参数值）确定各参数值R电枢回路总电阻，已知电枢回路电阻为Ra=0.5，初选R=1；

Tl电枢回路的电磁时间常数，已知L=17mH。

TL=L/R=0.017s;

Tm电力拖动系统的机电时间常数，已知GD2=10Nm2Ce=0.192V.min/r,Cm=30/3.7测速、转速反馈环节测速、电流反馈环节的响应时间是瞬时的，传递函数就是它们的放大系数转速反馈系数转速反馈系数电流反馈系数电流反馈系数补充说明：

1、对于基速以下的调速系统而言，nmax=nN；

2、最大电流Idm是由设计选定，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。

取初Idm=1.5IN；

3、转速调节器ASR的输出限幅电压初取U*im=10V。

3.8电流调节器（ACR）按照系统设计的一般原则“先内环后外环”的顺序，在这里，首先设计电流环，然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节,再设计转速调节器双闭环调速系统动态结构框图增加了电流滤波、转速滤波和两个给定信号的滤波环节。

其中：

Toi电流反馈滤波时间常数；

Ton转速反馈滤波时间常数。

3.8电流调节器（ACR）（续）简化简化n=E/Ce，代表了转速对电流环的影响，因为TmTl，转速的变化比电流的变化慢得多，对电流环而言，反电动势是变化缓慢的扰动，即E0，暂且忽略反电动势的作用11、忽略反电动势的动态影响；

、忽略反电动势的动态影响；

22、等效成单位负反馈系统；

、等效成单位负反馈系统；

通道中都存在相同的滤波时间常数的滤波环节，可以把它们等效的移入环内，同时把给定信号改为ui*（s）/。

33、小惯性环节近似处理。

、小惯性环节近似处理。

图中存在三个惯性环节，可把高频段的Ts和Toi等效的用一个小时间常数Ti的惯性环节来代替，Ti=T0i+Ts注意：

必须满足条件，3.8电流调节器（ACR）（续）结构结构应该把电流环校正成哪一类典型系统？

稳态要求，希望电流环做到无静差以获得理想的堵转特性；

动态要求，电流环能够保持电动机电枢电流在动态过程中不超过允许值。

及突加控制作用时不希望有超调，或者超调量越小越好。

从这一考虑出发，应该把电流环校正成典型I系统但是，为了使电流环对电网电压波动的及时调节，从提高抗扰性能的观点出发又希望把电流环校正成典型II系统根据实际系统的具体要求而定，在一般情况下，当电流环控制对象的两个时间常数之比分析：

由下表的数据可以看出，典型I系统的恢复时间还是可以接受的，因此一般情况下多按典型I系统来选择电流调节器满足条件，所以电流环按典型I系统设计。

注：

电流滤波时间常数T0i：

三相桥式电路每个波头的时间是3.3ms，为了基本虑平波头，应有（12）T0i=3.3ms，因此取T0i=2ms=0.002s。

典型I型系统动态抗干扰性能指标与参数的关系：

3.8电流调节器（ACR）（续）结构结构电流调节器选用哪一典型结构？

由电流环的动态结构简化框图，电流环的控制对象是两个惯性环节。

为了把电流环校正成典型I型系统，由“对消原理”应该采用PI调节器，其传递函数为式中:

Ki电流调节器的比例系数;

i电流调节器的超前时间常数以调节器的零点对消掉控制对象的大惯性环节的极点3.8电流调节器（ACR）（续）参数参数ii、KiKi的计算的计算1）为了将电流环校正为典型I系统，电流调节器的领先时间常数应对消控制对象中的大惯性环节时间常数，即取ii=TlTl=0.017s=0.017s2）取电流超调量i5%，则取KiTi=0.5,因此根据式KI=KiKs/i,可以求得ACR的比例放大系数为3.8电流调节器（ACR）（续）参数参数近似条件校正近似条件校正1）晶闸管整流装置传递函数近似条件：

2）电流环小时间常数近似处理条件：

3）忽略反电动势对电流环影响的条件：

3.8电流调节器（ACR）（续）实现实现电流调节器原理如图电流调节器原理如图5-3所示，按所用运算放大器取所示，按所用运算放大器取RR00=40K=40K,各电阻和电容值计算如下：

各电阻和电容值计算如下：

3.9转速调节器（ASR）内环内环电流环的等效闭环传递函数电流环的等效闭环传递函数忽略高次项忽略高次项注：

KKIITTii=0.5=0.5注意：

近注意：

近似条件似条件3.9转速调节器（ASR）（续）简化简化转速环的动态结构图化简分析：

将电流环的等效传递函数代入转速环，得到转速环动态结构框图如下1、把给定滤波和反馈滤波环节移到环内;

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