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《运动控制系统》课程设计

题目:转速电流双闭环直流调速系统仿真与设计

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转速电流双闭环直流调速系统仿真与设计

1. 设计题目

转速电流双闭环直流调速系统仿真与设计

2. 设计任务

已知某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据如下：

1）直流电动机：160V、120A、1000r/min、Ce=0.136Vmin/r，允许过载倍数λ=1.4 2）晶闸管装置放大系数：Ks=30 3）电枢回路总电阻：R=0.4Ω

4）时间常数：Tl=0.023s，Tm=0.2s，转速滤波环节时间常数Ton取0.01s 5）电压调节器和电流调节器的给定电压均为10V

试按工程设计方法设计双闭环系统的电流调节器和转速调节器，并用Simulink建立系统模型，给出仿真结果。 系统要求：

1）稳态指标：无静差

2）动态指标：电流超调量σi ≤5%；空载起动到额定转速时超调量σn ≤10%

3. 设计要求

根据电力拖动自动控制理论，按工程设计方法设计双闭环调速系统的步骤如下：

1）设计电流调节器的结构和参数，将电流环校正成典型I型系统；

2）在简化电流环的条件下，设计速度调节器的结构和参数，将速度环校正成典型II型系统；

3）进行Simulink仿真，验证设计的有效性。

4.设计内容 1） 设计思路：

带转速负反馈的单闭环系统，由于它能够随着负载的变化而相应的改变电枢电压，以补偿电枢回路电阻压降的变化，所以相对开环系统它能够有效的减少稳态速降。

当反馈控制闭环调速系统使用带比例放大器时，它依靠被调量的偏差进行控制的，因此是有静差率的调速系统，而比例积分控制器可使系统在无静差的情况下保持恒速，实现无静差调速。

对电机启动的冲击电流以及电机堵转时的堵转电流，可以用附带电流截止负

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反馈作限流保护，但这并不能控制电流的动态波形。按反馈的控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该基本量基本不变，采用电流负反馈就应该能够得到近似的恒流过程。

另外，在单闭环调速系统中，用一个调节器综合多种信号，各参数间相互影响，难于进行调节器的参数调速。例如，在带电流截止负反馈的转速负反馈的单闭环系统中，同一调节器担负着正常负载时的速度调节和过载时的电流调节，调节器的动态参数无法保证两种调节过程均具有良好的动态品质。

按照电机理想运行特性，应该在启动过程中只有电流负反馈，达到稳态转速后，又希望只有转速反馈，双闭环调速系统的静特性就在于当负载电流小于最大电流时，转速负反馈起主要作用，当电流达到最大值时，电流负反馈起主要作用，得到电流的自动保护。

2)双闭环调速系统的组成：

a. 系统电路原理图

图2-1为转速、电流双闭环调速系统的原理图。图中两个调节器ASR和ACR分别为转速调节器和电流调节器，二者串级连接，即把转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置。电流环在内，称之为内环；转速环在外，称之为外环。

两个调节器输出都带有限幅，ASR的输出限幅什Uim决定了电流调节器ACR的给定电压最大值Uim，对就电机的最大电流；电流调节器ACR输出限幅电压Ucm限制了整流器输出最大电压值，限最小触发角α。

UfiRnCn+Un+R0Ufn_R0ASR_++Ui+R0LMR0_+RiACR+CiUcGTV+Ud_Id+MLM___RP2TG+图2－1 双闭环调速系统电路原理图b. 系统动态结构图

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