三闭环直流调速系统的设计、建模与仿真.doc
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三
闭
环
直
流
调
速
统
的
建
模
与
仿
真
三闭环直流调速系统的设计
一、三闭环直流调速系统总体设计方案
三闭环直流调速主电路由双闭环直流调速系统改进而得。当采用双闭环直流调速系统时,在电流上升阶段,电流急剧上升,变化率很大,会在直流电动机中产生严重后果,如产生很高的附加电动势及机械传动机构产生强烈的冲击。为解决这一矛盾,在电流环内设置一个电流变化率环,构成转速、电流、电流变化率的三环系统。转速调节器ASR设置输出限幅,以限制最大启动电流。根据系统运行的需要,当给定电压后,ASR输出饱和,电机以最大的允许电流起动,同时由于电流变化率ADR环的作用,使电流上升斜率有一定限制,当达到给定的速度后转速超调,ASR退饱和,电机电枢电流缓慢下降。这样,经三个调节器的调节作用,使系统很快达到稳定。
在带电流变化率内环的三环调速系统中,ASR的输出仍是ACR的给定信号,并用其限幅值限制最大电流;ACR的输出不是直接控制触发电路,而是作为电流变化率调节器ADR的给定输入,ADR的负反馈信号由电流检测通过微分环节LD得到,ACR的输出限幅值则限制最大的电流变化率。最后,由第三个调节器ADR的输出限幅值决定触发脉冲的最小控制角。
带电流变化率内环的三环调速系统原理图
二、电流变化率环的设计
电流调节器使电流紧紧跟随其给定电压(即外环调节器的输出量)变化。对电网电压的波动起及时抗扰的作用。在转速动态过程中,保证获得电机允许的最大电流,从而加快动态过程。
电流变化率环的闭环传递函数为
式中,= ;
为ADR的积分时间常数;
为ADR时间常数调整器的分压比;
电流微分时间常数;
电流微分滤波时间常数。
在该设计中电流变化率调节器ADR选用PI调节器,取电流微分滤波时间常数为0.002 S;电路中PI调节器的电阻R取为1K,调节器的电容取为47uF, ADR时间常数调整器的分压比取0.5,得到积分调节器为;仿真后发现效果不好,就添加了比例调节器,放大系数取1,得到ADR的PI调节器的传递函数为;一般取电流微分时间常数为0.01,电流检测反馈为0.05,所以;
+
_
(a)
二、电流调节器的设计
1.确定时间常数
滞后时间常数=0.0017s
=0.18s
(4)电流环小时间常数。由题目条件可知。
故按小时间常数近似处理,取=0.0037s。
2.选择电流调节器的结构
根据电流超调量 的要求,电流环按照典型系统设计,电流调节器采用PI调节器,其传递函数为:
式中 ——电流调节器的比例系数;——电流调节器的超前时间常数
3. 选择电流调节器参数
ACR超前时间常数:
电流反馈系数:=0.05V/A
电流环开环增益:要求时,查表得,因此
带入以上数据有: =1.01
4. 校验近似条件
转速环截止频率为
(1)晶闸管装置传递函数近似条件:
而= ,即满足近似条件
(2)忽略反电动势对对电流环影响的条件:
而 ==40.8 ,即满足近似条件
(3)小时间常数近似处理条件:
而 ,即满足近似条件
三、转速环的设计如下
1. 确定时间常数
已知,由电流环设计可知,
故转速环小时间常数
2. 选择转速调节器的结构
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型系统设计转速环。故ASR选用PI调节器,其传递函数为:
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