1、運動控制系統課程設計專 業：自動化設計題目：雙閉環直流電機調速系統設計班級： 自動化0942學生姓名：周孝紅學號： 08指導教師：雷霞分院院長：許建平教研室主任：葉天遲電氣工程學院一、課程設計任務書1.設計參數 三相橋式整流電路，已知參數為：PN=555KW,UN=750V,IN=760A,nN=375r/min,電動勢系數Ce=1.82V.min/r,電樞回路總電阻R=0.14，允許電流過載倍數=1.5，觸發整流環節的放大倍數Ks=75,電磁時間常數Tl=0.031s,機電時間常數Tm=0.112s電流反饋時間常數Toi=0.002s,轉速反饋濾波時間常數Ton=0.02s。且調節器輸入輸出

2、電壓U*nm=U*in=U*cm=10V,調節器輸入電阻R0=40K。2.設計內容1）根據題目的技術要求，分析論證并確定閉環調速系統的組成，畫出系統組成的原理框圖。2） 建立雙閉環調速系統動態數學模型。3）動態設計計算：根據技術要求，對系統進行動態校正，確定ASR調節器與ACR調節器的結構形式及進行參數計算，使調速系統工作穩定，并滿足動態性能指標的要求。4） 利用MATLAB進行雙閉環調速系統仿真分析，并研究參數變化時對直流電動機動態性能的影響。3.設計要求： 1）該調速系統能進行平滑地速度調節，負載電機不可逆運行，具有較寬地轉速調速范圍（），系統在工作范圍內能穩定工作。2）系統靜特性良好，無

3、靜差（靜差率）。3）動態性能指標：轉速超調量n10%，電流超調量，動態最大轉速降，調速系統的過渡過程時間（調節時間）。4)系統在5%負載以上變化的運行范圍內電流連續。5)主電路采用三項全控橋。4. 課程設計報告要求1）、要求在課程設計答辯時提交課程設計報告。2）、報告應包括以下內容：A、系統各環節選型雙閉環直流調速系統的工作原理調節器的工程設計Simulink仿真B、系統調試過程介紹，在調試過程中出現的問題，解決辦法等；C、課程設計總結。包括本次課程設計過程中的收獲、體會，以及對該課程設計的意見、建議等；D、設計中參考文獻列表；E、報告使用B5紙打印，全文不少于2000字。5. 參考資料1 朱

4、仁初，萬伯任.電力拖動控制系統設計手冊M.北京：機械工業出版社，1994.2 王兆安，黃俊.電力電子技術M.北京：機械工業出版社，2006.3 陳伯時. 電力拖動自動控制系統-運動控制系統M,第三版. 北京:機械工業出版社, 2007年6月4 孔凡才晶閘管直流調速系統M北京:北京科技出版社，19855 段文澤，童明倜.電氣傳動控制系統及其工程設計M.四川：重慶大學出版社,1989.10.6 運動控制系統課程設計指導書.6. 設計進度（2012年12月3日至12月14日）時間設計內容12月3日布置設計任務、查閱資料12月4日-12月7日方案論證及總體設計12月10日-12月13日系統調試及整理課

5、程設計報告12月14日課程設計答辯7. 課程設計時間及地點2012年12月3日2012年12月14日上午8：0011：00；下午13：0016：00設計地點：新實驗樓，運動控制實驗室（310）二、評語及成績考核項目考核內容評估標準等級完成情況（50）方案設計（15）優：設計方案合理，內容正確，有獨立見解或創造性；良：方案正確，有一定見解； 中：設計方案及內容基本正確，分析問題基本正確，無原則性錯誤；及：設計方案及內容基本合理，分析問題能力較差，但無原則性錯誤；不及：設計方案不合理，有嚴重的原則性錯誤；優良中 及不及技術指標（20）優：各項指標均完全達到良：各項指標基本達到，只有一項指標有微小差

6、距中：有一項指標沒有達到及：有兩項指標沒有達到不及：有三項指標以上沒有達到優良中 及不及設計報告（15）優：設計報告內容正確，完整，規范，圖面質量好，且符合國家制圖標準；良：設計報告內容正確，較完整，規范，圖面質量較好，且符合國家制圖標準；中：設計報告內容有個別錯誤，較完整，較規范，圖面質量一般； 及：設計報告內容基本正確完整，較規范，有多個錯誤；不及：設計報告內容中不加消化，照搬照抄；優良中 及不及綜合能力（30）設計實施能力（15）優：能夠自行利用現有資料，對設計方案進行合理分析，方案確定正確，程序設計合理，工具軟件使用熟練；良：在教師指導下能夠利用現有資料，對設計方案進行合理分析，方案確

7、定正確，程序設計合理，工具軟件使用熟練；中：在教師指導下能夠利用現有資料，對設計方案進行合理分析，方案確定較正確，程序設計較合理，工具軟件使用較熟練；及：教師指導參與過多，才能夠利用現有資料，對設優良中 及不及考核項目考核內容評估標準等級綜合能力（30）設計實施能力（15）計方案進行檢驗，程序設計較合理，工具軟件使用較熟練；不及：不能在教師指導下完成規定的設計方案檢驗。故障處理能力（15）優：能夠自行對硬件和程序出現的問題，進行合理、高效的解決；良：在教師指導下能夠較好處理硬件和程序出現的問題，并能夠消化吸收；中：在教師指導下能夠基本處理硬件和程序出現的問題，有一定的分析能力；及：教師指導參與

8、過多，才能夠完成硬件和程序出現的問題；不及：不能在教師指導下完成故障的處理。優良中 及不及基本素質（20）安全文明操作（10）優：沒有發生任何安全事故和設備、設計現場整齊規范；良：沒有發生任何安全事故和設備，設計現場較整齊規范；中：沒有發生任何安全事故和設備，設計現場欠整齊；及：沒有發生安全事，現場長期臟、亂差，或造成材料浪費不及：發生安全事，或現場長期臟、亂差，或造成材料浪費優良中 及不及勞動紀律（10）優：能完全遵守課程設計管理制度和作息制度，無違紀行為良：能遵守課程設計管理制度和無曠工行為，遲到/早退1次中：能遵守課程設計管理制度和無曠工行為，遲到/早退2次及：違反守課程設計管理制度，或

9、有1次曠工、或遲到/早退3次不及：勞動紀律出現重大問題，取消成績優良中 及不及總成績：指導教師:等級評分標準：優=90上，良=8980,中=7970,及=6960，不及=60下運動控制系統課程設計報告班級： 自動化0942 姓名： 周孝紅 學號： 08號 指導教師： 雷霞 撰寫日期：2012-12-11目錄緒論1第一章課程設計內容與要求分析21.1 課程設計題目21.2 課程設計內容與要求分析21.2.1 課程設計內容21.3 課程設計要求分析2第二章雙閉環直流調速系統的工作原理42.1 雙閉環直流調速系統的介紹42.2 雙閉環直流調速系統的組成52.3 雙閉環直流調速系統的穩態結構圖和靜特性

10、62.4 雙閉環直流調速系統的數學模型82.4.1 雙閉環直流調速系統的動態數學模型82.4.2 起動過程分析9第三章調節器的工程設計123.1 調節器的設計原則123.2 型系統與型系統的性能比較123.3 電流調節器的設計133.3.1 結構框圖的化簡和結構的選擇133.3.2 時間常數的計算153.3.3 選擇電流調節器的結構153.3.4 計算電流調節器的參數163.3.5 校驗近似條件163.3.6 計算調節器的電阻和電容173.4 轉速調節器的設計183.4.1 轉速環結構框圖的化簡183.4.2 確定時間常數193.4.3 選擇轉速調節器結構193.4.4 計算轉速調節器參數20

11、3.4.5 檢驗近似條件203.4.6 計算調節器電阻和電容21第四章 Simulink仿真234.1 電流環的仿真設計234.2 轉速環的仿真設計234.3 雙閉環直流調速系統的仿真設計25課程設計總結26參考文獻27緒論許多生產機械要求在一定的范圍內進行速度的平滑調節，并且要求具有良好的穩態、動態性能。而直流調速系統調速范圍廣、靜差率小、穩定性好以及具有良好的動態性能，在高性能的拖動技術領域中，相當長時期內幾乎都采用直流電力拖動系統。雙閉環直流調速系統是直流調速控制系統中發展得最為成熟，應用非常廣泛的電力傳動系統。它具有動態響應快、抗干擾能力強等優點。我們知道反饋閉環控制系統具有良好的抗擾

12、性能，它對于被反饋環的前向通道上的一切擾動作用都能有效的加以抑制。采用轉速負反饋和PI調節器的單閉環的調速系統可以再保證系統穩定的條件下實現轉速無靜差。但如果對系統的動態性能要求較高，例如要求起制動、突加負載動態速降小等等，單閉環系統就難以滿足要求。這主要是因為在單閉環系統中不能完全按照需要來控制動態過程的電流或轉矩。在單閉環系統中，只有電流截止至負反饋環節是專門用來控制電流的。但它只是在超過臨界電流值以后，強烈的負反饋作用限制電流的沖擊，并不能很理想的控制電流的動態波形。在實際工作中，我們希望在電機最大電流限制的條件下，充分利用電機的允許過載能力，最好是在過度過程中始終保持電流（轉矩）為允許

13、最大值，使電力拖動系統盡可能用最大的加速度啟動，到達穩定轉速后，又讓電流立即降下來，使轉矩馬上與負載相平衡，從而轉入穩態運行。這時，啟動電流成方波形，而轉速是線性增長的。這是在最大電流轉矩的條件下調速系統所能得到的最快的啟動過程。隨著社會化大生產的不斷發展，電力傳動裝置在現代化工業生產中的得到廣泛應用，對其生產工藝、產品質量的要求不斷提高，這就需要越來越多的生產機械能夠實現制動調速，因此我們就要對這樣的自動調速系統作一些深入的了解和研究。本次設計的課題是雙閉環晶閘管不可逆直流調速系統，包括主電路和控制回路。主電路由晶閘管構成，控制回路主要由檢測電路，驅動電路構成，檢測電路又包括轉速檢測和電流檢

14、測等部分。第一章 課程設計內容與要求分析1.1 課程設計題目雙閉環直流電機調速系統設計1.2 課程設計內容與要求分析課程設計內容1.設計參數 三相橋式整流電路，已知參數為：電動機的各項參數:PN=555KW,UN=750V,IN=760A,nN=375r/min,電動勢系數Ce=1.82V.min/r,電樞回路總電阻R=0.14，允許電流過載倍數=1.5，觸發整流環節的放大倍數Ks=75,電磁時間常數Tl=0.031s,機電時間常數Tm=0.112s電流反饋時間常數Toi=0.002s,轉速反饋濾波時間常數Ton=0.02s。且調節器輸入輸出電壓U*nm=U*in=U*cm=10V,調節器輸入

15、電阻R0=40K。2.設計內容1）根據題目的技術要求，分析論證并確定閉環調速系統的組成，畫出系統組成的原理框圖。2） 建立雙閉環調速系統動態數學模型。3）動態設計計算：根據技術要求，對系統進行動態校正，確定ASR調節器與ACR調節器的結構形式及進行參數計算，使調速系統工作穩定，并滿足動態性能指標的要求。4） 利用MATLAB進行雙閉環調速系統仿真分析，并研究參數變化時對直流電動機動態性能的影響。1.3 課程設計要求分析1）該調速系統能進行平滑地速度調節，負載電機不可逆運行，具有較寬地轉速調速范圍（），系統在工作范圍內能穩定工作。2）系統靜特性良好，無靜差（靜差率）。3）動態性能指標：轉速超調量

16、n10%，電流超調量，動態最大轉速降，調速系統的過渡過程時間（調節時間）。4)系統在5%負載以上變化的運行范圍內電流連續。5)主電路采用三項全控橋。第二章雙閉環直流調速系統的工作原理2.1雙閉環直流調速系統的介紹雙閉環（轉速環、電流環）直流調速系統是一種當前應用廣泛，經濟，適用的電力傳動系統。它具有動態響應快、抗干擾能力強的優點。我們知道反饋閉環控制系統具有良好的抗擾性能，它對于被反饋環的前向通道上的一切擾動作用都能有效的加以抑制。采用轉速負反饋和PI調節器的單閉環調速系統可以在保證系統穩定的條件下實現轉速無靜差。但如果對系統的動態性能要求較高，例如要求起制動、突加負載動態速降小等等，單閉環系

17、統就難以滿足要求。這主要是因為在單閉環系統中不能完全按照需要來控制動態過程的電流或轉矩。在單閉環系統中，只有電流截止負反饋環節是專門用來控制電流的。但它只是在超過臨界電流值以后，靠強烈的負反饋作用限制電流的沖擊，并不能很理想的控制電流的動態波形。帶電流截止負反饋的單閉環調速系統起動時的電流和轉速波形如圖1-（a）所示。當電流從最大值降低下來以后，電機轉矩也隨之減小，因而加速過程必然拖長。IdLntIdOIdmIdLntIdOIdmIdcrnn(a)(b)(a)帶電流截止負反饋的單閉環調速系統起動過程(b)理想快速起動過程圖2.1 調速系統起動過程的電流和轉速波形在實際工作中，我們希望在電機最大

18、電流（轉矩）受限的條件下，充分利用電機的允許過載能力，最好是在過渡過程中始終保持電流（轉矩）為允許最大值，使電力拖動系統盡可能用最大的加速度起動，到達穩定轉速后，又讓電流立即降下來，使轉矩馬上與負載相平衡，從而轉入穩態運行。這樣的理想起動過程波形如圖1-（b）所示，這時，啟動電流成方波形，而轉速是線性增長的。這是在最大電流（轉矩）受限的條件下調速系統所能得到的最快的起動過程。實際上，由于主電路電感的作用，電流不能突跳，為了實現在允許條件下最快啟動，關鍵是要獲得一段使電流保持為最大值的恒流過程，按照反饋控制規律，采用某個物理量的負反饋就可以保持該量基本不變，那么采用電流負反饋就能得到近似的恒流過

19、程。問題是希望在啟動過程中只有電流負反饋，而不能讓它和轉速負反饋同時加到一個調節器的輸入端，到達穩態轉速后，又希望只要轉速負反饋，不再靠電流負反饋發揮主作用，因此我們采用雙閉環調速系統。這樣就能做到既存在轉速和電流兩種負反饋作用又能使它們作用在不同的階段。2.2 雙閉環直流調速系統的組成為了實現轉速和電流兩種負反饋分別起作用，在系統中設置了兩個調節器，分別調節轉速和電流，二者之間實行串級連接，如圖2所示，即把轉速調節器的輸出當作電流調節器的輸入，再用電流調節器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發裝置。從閉環結構上看，電流調節環在里面，叫做內環；轉速環在外面，叫做外環。這樣就形成了轉速、電流雙閉環調速

20、系統。該雙閉環調速系統的兩個調節器ASR和ACR一般都采用PI調節器。因為PI調節器作為校正裝置既可以保證系統的穩態精度，使系統在穩態運行時得到無靜差調速，又能提高系統的穩定性；作為控制器時又能兼顧快速響應和消除靜差兩方面的要求。一般的調速系統要求以穩和準為主，采用PI調節器便能保證系統獲得良好的靜態和動態性能。圖2.2 轉速、電流雙閉環直流調速系統圖中U*n、Un轉速給定電壓和轉速反饋電壓；U*i、Ui電流給定電壓和電流反饋電壓；ASR轉速調節器； ACR電流調節器；TG測速發電機；TA電流互感器；UPE電力電子變換器2.3 雙閉環直流調速系統的穩態結構圖和靜特性Ks a 1/CeU*nUc

21、tIdEnUd0Un+-ASR+U*i-IdR R b ACR-UiUPE圖2.3雙閉環直流調速系統的穩態結構圖雙閉環直流系統的穩態結構圖如圖2.3所示，分析雙閉環調速系統靜特性的關鍵是掌握PI調節器的穩態特征。一般存在兩種狀況：飽和輸出達到限幅值；不飽和輸出未達到限幅值。當調節器飽和時，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，相當與使該調節環開環。當調節器不飽和時，PI作用使輸入偏差電壓在穩太時總是為零。實際上，在正常運行時，電流調節器是不會達到飽和狀態的。因此，對靜特性來說，只有轉速調節器飽和與不飽和兩種情況。1轉速調節器不飽和這時，兩個調節器都不飽和，穩態時，它們的輸入偏差電壓都是零，因此

22、，= =（1-1）= =（1-2）由式（1-1）可得：n=從而得到靜特性曲線的CA段。與此同時，由于ASR不飽和，<可知<，這就是說，CA段特性從理想空載狀態的Id=0一直延續到=。而，一般都是大于額定電流的。這就是靜特性的運行段，它是一條水平的特性。2轉速調節器飽和這時，ASR輸出達到限幅值，轉速外環呈開環狀態，轉速的變化對系統不再產生影響。雙閉環系統變成了一個電流無靜差的單電流閉環調節系統。穩態時：=（1-3）其中，最大電流取決于電動機的容許過載能力和拖動系統允許的最大加速度，由上式可得靜特性的AB段，它是一條垂直的特性。這樣是下垂特性只適合于的情況，因為如果，則，ASR將退出

23、飽和狀態。圖2.4 雙閉環直流調速系統的靜特性曲線2.4 雙閉環直流調速系統的數學模型2.4.1 雙閉環直流調速系統的動態數學模型雙閉環控制系統數學模型的主要形式仍然是以傳遞函數或零極點模型為基礎的系統動態結構圖。雙閉環直流調速系統的動態結構框圖如圖2.5所示。圖中和分別表示轉速調節器和電流調節器的傳遞函數。為了引出電流反饋，在電動機的動態結構框圖中必須把電樞電流顯露出來。U*na Uct-IdLnUd0Un+-b -UiWASR(s)WACR(s)Ks Tss+11/RTl s+1RTmsU*iId1/Ce+E圖2.5雙閉環直流調速系統的動態結構框圖2.4.2起動過程分析雙閉環直流調速系統突

24、加給定電壓由靜止狀態起動時，轉速調節器輸出電壓、電流調節器輸出電壓、可控整流器輸出電壓、電動機電樞電流和轉速的動態響應波形過程如圖2.6所示。由于在起動過程中轉速調節器ASR經歷了不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個動態過程就分成、三個階段。圖2.6 雙閉環直流調速系統起動過程的轉速和電流波形第一階段是電流上升階段。當突加給定電壓時，由于電動機的機電慣性較大，電動機還來不及轉動（n=0），轉速負反饋電壓，這時，很大，使ASR的輸出突增為，ACR的輸出為，可控整流器的輸出為，使電樞電流迅速增加。當增加到（負載電流）時，電動機開始轉動，以后轉速調節器ASR的輸出很快達到限幅值，從而使電樞電流達到所對

25、應的最大值（在這過程中的下降是由于電流負反饋所引起的），到這時電流負反饋電壓與ACR的給定電壓基本上是相等的，即（1-3）式中，電流反饋系數。速度調節器ASR的輸出限幅值正是按這個要求來整定的。第二階段是恒流升速階段。從電流升到最大值開始，到轉速升到給定值為止，這是啟動過程的主要階段，在這個階段中，ASR一直是飽和的，轉速負反饋不起調節作用，轉速環相當于開環狀態，系統表現為恒流調節。由于電流保持恒定值，即系統的加速度為恒值，所以轉速n按線性規律上升，由知，也線性增加，這就要求也要線性增加，故在啟動過程中電流調節器是不應該飽和的，晶閘管可控整流環節也不應該飽和。第三階段是轉速調節階段。轉速調節器

26、在這個階段中起作用。開始時轉速已經上升到給定值，ASR的給定電壓與轉速負反饋電壓相平衡，輸入偏差等于零。但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值，所以電動機仍在以最大電流下加速，使轉速超調。超調后，使ASR退出飽和，其輸出電壓（也就是ACR的給定電壓）才從限幅值降下來，也隨之降了下來，但是，由于仍大于負載電流，在開始一段時間內轉速仍繼續上升。到時，電動機才開始在負載的阻力下減速，知道穩定（如果系統的動態品質不夠好，可能振蕩幾次以后才穩定）。在這個階段中ASR與ACR同時發揮作用，由于轉速調節器在外環，ASR處于主導地位，而ACR的作用則力圖使盡快地跟隨ASR輸出的變化。穩態時，轉速等于給定值，電樞

27、電流等于負載電流，ASR和ACR的輸入偏差電壓都為零，但由于積分作用，它們都有恒定的輸出電壓。ASR的輸出電壓為（1-4）ACR的輸出電壓為（1-5）由上述可知，雙閉環調速系統，在啟動過程的大部分時間內，ASR處于飽和限幅狀態，轉速環相當于開路，系統表現為恒電流調節，從而可基本上實現理想過程。雙閉環調速系統的轉速響應一定有超調，只有在超調后，轉速調節器才能退出飽和，使在穩定運行時ASR發揮調節作用，從而使在穩態和接近穩態運行中表現為無靜差調速。故雙閉環調速系統具有良好的靜態和動態品質。綜上所述，雙閉環調速系統的起動過程有以下三個特點：（1）飽和非線形控制：隨著ASR的飽和與不飽和，整個系統處于

28、完全不同的兩種狀態，在不同情況下表現為不同結構的線形系統，只能采用分段線形化的方法來分析，不能簡單的用線形控制理論來籠統的設計這樣的控制系統。（2）轉速超調：當轉速調節器ASR采用PI調節器時，轉速必然有超調。轉速略有超調一般是容許的，對于完全不允許超調的情況，應采用其他控制方法來抑制超調。（3）準時間最優控制：在設備允許條件下實現最短時間的控制稱作“時間最優控制”，對于電力拖動系統，在電動機允許過載能力限制下的恒流起動，就是時間最優控制。但由于在起動過程、兩個階段中電流不能突變，實際起動過程與理想啟動過程相比還有一些差距，不過這兩段時間只占全部起動時間中很小的成分，無傷大局，可稱作“準時間最

29、優控制”。采用飽和非線性控制的方法實現準時間最優控制是一種很有實用價值的控制策略，在各種多環控制中得到普遍應用。第三章 調節器的工程設計3.1 調節器的設計原則為了保證轉速發生器的高精度和高可靠性，系統采用轉速變化率反饋和電流反饋的雙閉環電路主要考慮以下問題：1. 保證轉速在設定后盡快達到穩速狀態；2. 保證最優的穩定時間；3. 減小轉速超調量。為了解決上述問題，就必須對轉速、電流兩個調節器的進行優化設計，以滿足系統的需要。建立調節器工程設計方法所遵循的原則是：1. 概念清楚、易懂；2. 計算公式簡明、好記；3. 不僅給出參數計算的公式，而且指明參數調整的方向；4. 能考慮飽和非線性控制的情況

30、，同樣給出簡明的計算公式；5. 適用于各種可以簡化成典型系統的反饋控制系統。直流調速系統調節器參數的工程設計包括確定典型系統、選擇調節器類型、計算調節器參數、計算調節器電路參數、校驗等內容。在選擇調節器結構時，只采用少量的典型系統，它的參數與系統性能指標的關系都已事先找到，具體選擇參數時只須按現成的公式和表格中的數據計算一下就可以了，這樣就使設計方法規范化，大大減少了設計工作量。3.2型系統與型系統的性能比較許多控制系統的開環傳遞函數可表示為：根據W(s)中積分環節個數的不同，將該控制系統稱為0型、型、型系統。自動控制理論證明，0型系統在穩態時是有差的，而型及型以上的系統很難穩定。因此，通常為

31、了保證穩定性和一定的穩態精度，多用型、型系統，典型的型、型系統其開環傳遞函數為（2-1）（2-2）一般說來典型型系統在動態跟隨性能上可以做到超調小，但抗憂性能差；而典型型系統的超調量相對要大一些而抗擾性能卻比較好。基于此，在轉速-電流雙閉環調速系統中，電流環的一個重要作用是保持電樞電流在動態過程中不超過允許值，即能否抑制超調是設計電流環首先要考慮的問題，所以一般電流環多設計為型系統，電流調節的設計應以此為限定條件。至于轉速環，穩態無靜差是最根本的要求，所以轉速環通常設計為型系統。在雙閉環調速系統中，整流裝置滯后時間常數Ts和電流濾波時間常數Toi一般都比電樞回路電磁Tl小很多，可將前兩者近似為

32、一個慣性環節，取Ti=Ts+Toi。這樣，經過小慣性環節的近似處理后，電流環的控制對象是一個雙慣性環節，要將其設計成典型型系統，同理，經過小慣性環節的近似處理后，轉速環的被控對象形如式(2-1)。如前所述，轉速環應設計成型系統，所以轉速調節器也就設計成PI型調節器，如下式所示:（2-3）3.3 電流調節器的設計3.3.1結構框圖的化簡和結構的選擇在按動態性能設計電流環時，可以暫不考慮反電動勢變化的動態影響，即DE0。這時，電流環如圖3.1所示。圖3.1電流環的動態結構框圖及其化簡忽略反電動勢對電流環作用的近似條件是：式中-電流環開環頻率特性的截止頻率。如果把給定濾波和反饋濾波兩個環節都等效地移

33、到環內，同時把給定信號改成U*i(s) /b，則電流環便等效成單位負反饋系統。圖3.2等效成單位負反饋系統最后，由于Ts和T0i一般都比Tl小得多，可以當作小慣性群而近似地看作是一個慣性環節，其時間常數為Ti = Ts + Toi則電流環結構圖最終簡化成圖3.3圖3.3小慣性環節的近似處理3.3.2時間常數的計算1、直流電機參數PN=555KW, PN=555KW,UN=750V,IN=760A,nN=375r/min,電動勢系數Ce=1.82V.min/r,電樞回路總電阻R=0.14，允許電流過載倍數=1.5，觸發整流環節的放大倍數Ks=75。電磁時間常數Tl=0.031s,機電時間常數Tm

34、=0.112s電流反饋時間常數Toi=0.002s,轉速反饋濾波時間常數Ton=0.02s。且調節器輸入輸出電壓U*nm=U*in=U*cm=10V,調節器輸入電阻R0=40K。2、整流裝置滯后時間常數Ts=0.0017s。3、電流濾波時間常數Toi=0.002s。4、電流環小時間常數之和Ti=Ts+Toi=0.0017s +0.002s =0.0037s。5、電樞回路電磁時間常數Tl=0.031s。6、電力拖動系統機電時間常Tm=0.112s。3.3.3選擇電流調節器的結構要求電流無靜差，實際系統不允許電樞電流在突加控制作用時有太大的超調，以保證電流在動態過程中不超過允許值，而對電網電壓波動

35、的及時抗擾作用只是次要的因素，為此，電流環應以跟隨性能為主，應選用典型I型系統。電流環的控制對象是雙慣性型的，要校正成典型 I 型系統，顯然應采用PI型的電流調節器，其傳遞函數可以寫成（2-5）式中Ki 電流調節器的比例系數；ti 電流調節器的超前時間常數。檢查對電源電壓的抗擾性能：參照典型型系統動態抗擾性能指標與參數的關系表格，可以看出各項指標都是可以接受的。3.3.4計算電流調節器的參數電流調節器超前時間常數：ti=Tl=0.031s。電流環開環增益：要求i5%時，應取KITi=0.5，因此于是，ACR的比例系數為：3.3.5校驗近似條件電流環截止頻率：ci=KI=135.1s-1；晶閘管

36、整流裝置傳遞函數的近似條件：滿足近似條件忽略反電動勢變化對電流環動態影響的條件：滿足近似條件電流環小時間常數近似處理條件：滿足近似條件3.3.6計算調節器的電阻和電容圖3.4 PI型電路調節器的組成按所用運算放大器取R0=40k，各電阻和電容值為：3.4 轉速調節器的設計3.4.1轉速環結構框圖的化簡電流環經簡化后可視作轉速環中的一個環節，接入轉速環內，電流環等效環節的輸入量應為Ui*(s),因此電流環在轉速環中應等效用電流環的等效環節代替電流環后，整個轉速控制系統的動態結構圖便如圖3.5所示和電流環一樣，把轉速給定濾波和反饋濾波環節移到環內，同時將給定信號改成U*n(s)/a，再把時間常數為

37、1 / KI和 T0n的兩個小慣性環節合并起來，近似成一個時間常數為的慣性環節，其中n (s)+-Un (s)ASRCeTmsRU*n(s)Id (s)a T0ns+11 T0ns+1U*n(s)+-IdL (s)圖3.5用等效環節代替電流環的轉速環的動態結構圖最后轉速環結構簡圖為圖3.6圖3.6等效成單位負反饋系統和小慣性的近似處理的轉速環結構框圖3.4.2確定時間常數1、電流環等效時間常數1/KI。由電流環參數可知KITi=0.5，則2、轉速濾波時間常數Ton。根據已知條件可知Ton=0.02s3、轉速環小時間常數Tn。按小時間常數近似處理，取3.4.3選擇轉速調節器結構為了實現轉速無靜差，在負載擾動作用點前面必須有一個積分環節，它應該包含在轉速調節器 ASR 中，現在在擾動作用點后面已經有了一個積分環節，因此轉速環開