1、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)理器設(shè)計及(精)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)理器設(shè)計及(精)12/12雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)理器設(shè)計及(精)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)理器設(shè)計及matlab仿真考證設(shè)計內(nèi)容及要求1.1初始條件:不可以逆的生產(chǎn)設(shè)施,采納雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng),其整流裝置采納三相橋式整流電路,系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)以下:直流電動機:750nomUV=,760nomIA=,375minnomnr=,1.82mineCVr=,贊成過載倍數(shù)1.5=;時間常數(shù):0.031LTs=,0.112mTs=;晶閘管放大倍數(shù):75sK=;主回路總電阻:0.14R=額;定轉(zhuǎn)速時的給定電壓*10nUV=,調(diào)理器ASR、ACR飽和輸出回路電壓*10imUV=,10

2、cmUV=。1.2設(shè)計要求穩(wěn)態(tài)指標(biāo):穩(wěn)態(tài)無靜差。動向指標(biāo):電流超調(diào)量5%i空,載啟動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量10%n。求雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理轉(zhuǎn)速、電流反應(yīng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)是靜、動向性能優(yōu)秀、應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)。關(guān)于常常正、反轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)的調(diào)速系統(tǒng),在起動(或制動過程中,希望素來保持電流為贊成的最大值,使調(diào)速系統(tǒng)以最大的加(減速運轉(zhuǎn)。當(dāng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速時,最好使電流立刻降下來,使電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相均衡,進(jìn)而快速轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運轉(zhuǎn)。采納單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是沒法實現(xiàn)的,因此只好采納轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)理器。2.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成為了使轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反應(yīng)分別起作用,可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)理器,分別引入

3、轉(zhuǎn)速負(fù)反應(yīng)和電流負(fù)反應(yīng)以調(diào)理轉(zhuǎn)速和電流負(fù)反應(yīng)以調(diào)理轉(zhuǎn)速和電流,兩者之間推行嵌套連結(jié)。以以下列圖所示。把轉(zhuǎn)速調(diào)理器的輸出看作電流調(diào)理器的輸入,再用用電流調(diào)理器的輸出去控制電力電子變換器UPE。因為題目要求穩(wěn)態(tài)無靜差,因此調(diào)理器必然采納相應(yīng)的積分器調(diào)理器,故相應(yīng)轉(zhuǎn)速環(huán)采納PI調(diào)理器進(jìn)行調(diào)理。同時電流內(nèi)環(huán)也采納相應(yīng)的PI調(diào)理器也能實現(xiàn)很好的動、靜態(tài)特色。2.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型經(jīng)過相應(yīng)辦理可以獲取相應(yīng)的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動向構(gòu)造圖以下:+-此中(ASRWs和(ACRWs分別表示轉(zhuǎn)速調(diào)理器和電流調(diào)理器的傳達(dá)環(huán)顧。為了引出電流反應(yīng),在動向構(gòu)造圖中引出相應(yīng)的電樞電流dI,而表示轉(zhuǎn)速反應(yīng)系數(shù),表

4、示電流反應(yīng)系數(shù)。2.3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動向分析2.3.1起動過程分析從電流與轉(zhuǎn)速變化過程所反應(yīng)出的特色可以將起動過程分為電流上漲、恒流升速和轉(zhuǎn)速調(diào)理三個階段:電流上漲階段:突加給定電壓*nU后,經(jīng)過兩個調(diào)理器的跟從作用,cU、0d、dI均上漲,可是在dI沒有達(dá)到負(fù)載電流dLI從前,電動機還不可以轉(zhuǎn)動。當(dāng)ddLII后,電動機開始起動,因為幾點慣性的作用,轉(zhuǎn)速不會很快增加,因此轉(zhuǎn)速調(diào)理器ASR的輸入偏差電壓(*cnnUUU?=-的數(shù)值仍較大I快速上漲直到ddmII,*,其輸出電壓保持限幅值*imU,逼迫電樞電流diimUU電,流調(diào)理很快就壓制了dI的增加。該階段結(jié)束,此階段中,ASR很快進(jìn)入并

5、保持飽和狀態(tài),而ACR一般不飽和。恒流升速階段:此階段中,ASR素來是飽和的,轉(zhuǎn)速換相當(dāng)于開環(huán),系統(tǒng)成為在恒值電流給定下的電流調(diào)速系統(tǒng),基本上保持電流很定,因此系統(tǒng)加快度恒定,轉(zhuǎn)速呈線性增加。轉(zhuǎn)速調(diào)理階段:當(dāng)轉(zhuǎn)速上漲到給定值是,轉(zhuǎn)速調(diào)理器ASR的輸入偏差為零,但其輸出卻因為積分作用還保持在限幅值,因此電動機仍在加快,使轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后,ASR輸入偏差為負(fù),使它開始推出飽和狀態(tài),電動機開始在負(fù)載的阻力下調(diào)速,直到穩(wěn)態(tài)。此階段中,ASR和ACR都不飽和,ASR起主導(dǎo)的轉(zhuǎn)速調(diào)理作用,而ACR則力爭使dI很快地跟從其給定值*iU。起動過程概括的特色有:(1飽和非線性控制(2轉(zhuǎn)速超調(diào)(3準(zhǔn)時間最優(yōu)控

6、制2.3.2動向抗擾性能分析一般來說,關(guān)于調(diào)速系統(tǒng),一個重要的動向性能就是抗擾性能,主假如抗負(fù)載擾動和抗電網(wǎng)電壓擾動。抗負(fù)載擾動:負(fù)載擾動作用在電流環(huán)后,因此只好靠轉(zhuǎn)速調(diào)理器ASR來產(chǎn)生抗負(fù)載擾動作用?？闺娋W(wǎng)電壓擾動:在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中,由電網(wǎng)電壓顛簸惹起的轉(zhuǎn)速變化會比單閉環(huán)系統(tǒng)小的多。2.3.3雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)理器作用(1轉(zhuǎn)速調(diào)理器轉(zhuǎn)速調(diào)理器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)理器,它使轉(zhuǎn)速n很快的跟從給定電壓變化,穩(wěn)態(tài)時可以減小轉(zhuǎn)速偏差,若采納PI調(diào)理器,則可以實現(xiàn)無靜差。對負(fù)載變化起抗擾作用。其輸出限幅值決定電動機贊成的最大電流。(2電流調(diào)理器的作用作為內(nèi)環(huán)的調(diào)理器,在轉(zhuǎn)速外環(huán)的調(diào)理過程中,它的作用是使電

7、流牢牢跟從其給定電壓*iU(即外環(huán)調(diào)理器的輸出量變化。對電網(wǎng)電壓的顛簸起實時抗擾的作用。在轉(zhuǎn)速動向過程中,保證獲取電動機贊成的最大電流,進(jìn)而加快動向過程。當(dāng)電機過載甚至堵轉(zhuǎn)時,限制電樞電流的最大值,起快速的自動保護(hù)作用。一旦故障消逝,系統(tǒng)立刻自動恢復(fù)正常。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計關(guān)于雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng),可以依據(jù)工程設(shè)計方法設(shè)計轉(zhuǎn)速、電流調(diào)理器。原則是先內(nèi)環(huán)后外環(huán)。步驟是:先從電流環(huán)(內(nèi)環(huán)開始,對其進(jìn)行必需的變換和近似處理,此后依據(jù)電流環(huán)的控制要求確立把它校訂成那一類典型系統(tǒng)。電流環(huán)設(shè)計達(dá)成后,把電流環(huán)等效成轉(zhuǎn)速環(huán)(外環(huán)中的一個環(huán)節(jié),再用相同的方法設(shè)計轉(zhuǎn)速環(huán)。2.1電流調(diào)理器的設(shè)計以下列圖所示是

8、電流環(huán)的動向構(gòu)造圖:實質(zhì)上,反電動勢與轉(zhuǎn)速成正比,它代表對電流環(huán)的影響。在一般狀況下,系統(tǒng)的電磁時間常熟遠(yuǎn)小于機電時間常熟,因此轉(zhuǎn)速的變化常常比電流慢好多。對電流環(huán)來說,反電動勢是一個變化較慢的擾動,在電流的瞬變過程中,可以以為反電動勢基本不變。這樣,在按動向特色設(shè)計電流環(huán)時,可以暫不考慮反電動勢變化的動向影響。(1確準(zhǔn)時間常數(shù)整流裝置滯后時間sT確實定。查書上表2-2可以知道,三相橋式電路的均勻失控時間為0.0017ssT=。電流濾波時間常數(shù)oiT確實定。三相橋式整流電路的每個波頭的時間3.3ms,為了基本濾平波頭,應(yīng)有(123.33oiTms=,因此取20.002oiTmss=。因為sT和

9、oiT一般都比lT小的多,可以看作小慣性群近似地看作是一個慣性環(huán)節(jié)時間常數(shù)為0.0037isoiTTTs=+=(2選擇電流調(diào)理器構(gòu)造依據(jù)設(shè)計要求5%i并,保證穩(wěn)態(tài)電流無差,因此可以依據(jù)典型型系統(tǒng)設(shè)計電流調(diào)理器。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的,因此可用PI型電流調(diào)理器。其傳達(dá)函數(shù)以下:由此可以獲取電流環(huán)開環(huán)傳達(dá)函數(shù)因為LiTT因,而可采納調(diào)理器的0.031iLTs以=除去控制對象中大慣性(1(iiASRiKsWss+=(1(1(1iisopiiLiKsKRWssTsTs+=+環(huán)節(jié)，以便校訂成典型型系統(tǒng)，因此相應(yīng)的可以獲取校訂后的系統(tǒng)的傳達(dá)函數(shù)以下Wopi(s=KiKsRKiKI=is(Tis+1TL

10、s(Tis+1s(Tis+1（3）計算電流調(diào)理器參數(shù)電流調(diào)理器超前時間常數(shù)：i=TL=0.031s。電流開環(huán)增益：因為題設(shè)要求電流超調(diào)量i5%，空載啟動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n10%。查表可以知道應(yīng)取KITi=0.25。因此KI=0.250.25=67.57Ti0.0037故相應(yīng)的可以獲取ACR的比率系數(shù)為KR67.570.0310.14Ki=Ii=0.444750.0088Ks關(guān)于上述雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，兩個調(diào)理器的作用以下：（1）轉(zhuǎn)速調(diào)理器的作用：使轉(zhuǎn)速n跟從給定電壓變化，當(dāng)偏差電壓為零時，實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無靜差；對負(fù)載變化起抗擾作用；其輸出限幅值決定贊成的最大電流。（2）電流調(diào)理器的作用：在轉(zhuǎn)速調(diào)理過程中，使電流跟從其給定電壓變化；對電網(wǎng)電壓波動起實時抗擾作用；起動時保證獲取贊成的最大電流，使系統(tǒng)獲取最大加快