自动控制课题设计.doc

《自动控制系统》课程主题设计 转速、电流双闭环直流调速系统及其MATLAB仿真研究 姓 名：王瑞祥 学 号：120101301 专 业：电气自动化 指导教师：张琦 焦作大学 2014-06 目录 课程设计任务书 前言 1课程设计的目的 2课程设计的内容 第一章 直流双闭环调速系统原理 1.1系统的组成 1.2系统的原理图 第二章 转速、电流双闭环直流调速器的设计 2.1电流调节器的设计 2.2转速调节器的设计 第三章 系统仿真 心得体会 参考文献 前言 对最常用的转速、电流双闭环调速系统的工程设计方法进行了详细的推导。然后采用Matlab/Simulink方法对实际系统进行仿真，找出推导过程被忽略的细节部分对调速系统的影响，给出工程设计和实际系统之间产生差距的原因，有助于在实际中设计出较优的系统。 1课程设计的目的 《自动控制系统课程设计》是学习理论课程之后的实践教学环节。目的是使学生巩固和加深课程的理论知识，结合实际，融会贯通。进一步培养学生独立分析和解决实际工程技术问题的能力。充分发掘自身的潜力，开拓思路设计双闭环 直流调速系统。并掌握其系统的组成、工作原理、调节器的设计及Simulink仿真等内容，计算绘图、编号、设计说明书等方面得到训练为今后的学习工作奠定基础 1.2?系统的原理图? 为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用PI调节器，这样组成的直流双闭环调速系统原理图如图1-2所示。图中ASR为转速调节器，ACR为电流调节器，TG表示测速发电机，TA表示电流互感器，UPE是电力电子变换器。图中标出了两个调节器出入输出电压的实际极性，它们是按照电力电子变换器的了控制电压UC为正电压的情况标出的，并考虑到运算放大器的倒相作用。图中还标出了两个调节器的输出都是带限幅作用的，转速调节器ASR的输出限幅电压Uim?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Ucm限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm。? 图1-2??双闭环直流调速系统电路原理图? 第二章?转速、电流双闭环直流调速器的设计? 2.1?电流调节器的设计? 2.1.1?电流环结构框图的化简? ???在图2-1点画线框内的电流环中，反电动势与电流反馈的作用互相交叉，这将给设计工作带来麻烦。实际上，反电动势与转速成正比，它代表转速对电流环的影响。在一般情况下，系统的电磁时间常数TL远小于机电时间常数Tm，因此，转速的裱花往往比电流变化慢得多，对电流环来说，反电动势是一个变化较慢的扰动，在电流的瞬变过程中，可以认为反电动势基本不变，即?E≈0。这样，在按动态性能设计电流环时，可以暂不考虑反电动势变化的动态影响，也就是说，可以暂且把反电动势的作用去掉，得到电流环的近似结构框图，如图2-1所示。可以证明，忽略反电动势对电流环作用的近似条件是? ωci≥3?1 TmTl ? 式中??ωci-----电流环开环频率特性的截止频率。 ?????????????图2-1??忽略反电动势的动态影响时电流环的动态结构框图 ?如果把给定滤波和反馈滤波两个环节都等效地移到环内，同时把给定信号改成Ui?(s)/β，则电流环便等效成单位负反馈系统，如图2-2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。 ?图2-2?等效成单位负反馈系统时电流环的动态结构框图? 最后，由于TS和TOI一般都比TL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? TΣi=Ts+Toi? 则电流环结构框图最终简化成图2-3。简化的近似条件为? ωci≤13?1TSToi ? 图?2-3??小惯性环节近似处理时电流的动态结构框图? 2.1.2?电流调节器结构的选择? ????从稳态要求上看，希望电流无静差，以得到理想的堵转特性，由图2-3可以看出，采用?Ι?型系统就够了。再从动态要求上看，实际系 统不允许电枢电流在突加控制作用时有太大的超调，以保证电流在动态过程中不超过允许值，而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要的因素。为此，电流环应以跟随性能为主，即应选用典型?Ι?型系统。 ? 图2-3表明，电流环的控制对象是双惯性的，要校正成典型Ι型系统，显然应采用PI?型的电流调节器，其传递函数可以写成 ? 式中???Ki——?电流调节器的比例系数； ???????? τi?——?电流调节器的超前时间常数。 ? 为了让调节器零点与控制对象的大时间常数极点对消，选择? τi=Tl? 则电流环的动态结构框图便成为图2-4所示的典型形式，其 中