广东工业大学电力拖动课程设计-双闭环直流调速系统调节器

电力拖动与运动控制课程设计课设题目：双闭环直流调速系统调节器课程名称电力拖动与运动控制学院自动化专业班级13级自动化卓越一班姓名黄景运学号3113000981联系方式15622701435任课教师曾岳南2016年6月14日广东工业大学课程设计任务书题目名称双闭环直流调速系统调节器参数设计学生学院自动化学院专业班级13级自动化卓越1班姓名黄景运学号3113000981一、具体内容1、控制回路限幅值选取。2、电流、转速数字PI调节器的选型及其参数设计。二、己知条件及直流电机相关参数采用桥式可逆PWM变换器，基本数据如下:1、额定励磁条件下，2Kw他励直流电动机参数如下：额定电枢电压Vn=440V，额定电枢电流In=5.7A，额定转速n=2243r/min，电枢电阻Ra=6.28Ω，电枢电感La=53.6LmH，转动惯量Jm=0.0224Kgm²，允许过载倍数λ=1.5。2、PWM功率变换器参数；开关频率为5KHz，平均失控时间Ts=0.0001s，放大倍数Ks=88。3、闭环反馈回路参数1）用霍尔电流传感器检测电流，电流采样信号用一阶滤波器滤波，反馈系β=0.584V/A（≈5V/(1.5In)，时间常数Toi=0.00005s。2）采用测速发电机检测速度，速度采样信号用一阶滤波器滤波，反馈系数α=0.002V∙min/r(≈5V/n)，时间常数Ton=0.01s。三、主要技术1、稳态指标:电流无静差，转速无静差。2、动态指标:电流超调量σi≤5%；空载启动到额定转速时的转速超调量σn≤10%。四、设计要求1、写出设计说明书，内容包括1）系统与各主要环节的工作原理包括：绘制桥式可逆直流脉宽调速系统主电路的原理图，以及转速、电流反馈控制直流电动机调速系统原理图。2）调节器参数的计算与校核过程2、采用MATLAB/Simu1ink软件对整个调速系统进行仿真研究，对计算得到的调节器参数进行校正，验证设计结果的正确性。将Simulink仿真模型，以及启动过程中的电流、转速波形图附在设计说明书中。双闭环直流调速系统调节器参数设计摘要转速、电流双闭环直流调速系统是性能很好，应用最广的直流调速系统,采用双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。双闭环直流调速系统的控制规律，性能特点和设计方法是各种交、直流电力拖动自动控制系统的重要基础。通过对转速、电流双闭环直流调速系统的了解，使我们能够更好的掌握调速系统的基本理论及相关内容本设计从直流电动机的工作原理入手，并详细分析了系统的原理及其静态和动态性能。然后按照自动控制原理，对双闭环调速系统的设计参数进行分析和计算，并设计桥式可逆直流脉宽调速电路，利用Simulink对系统进行了各种参数给定下的仿真，通过仿真获得了参数整定的依据。关键词：双闭环直流调速系统脉宽调制Simulink仿真目录双闭环直流调速系统调节器参数设计...........................................................................................4一、引言...................................................................................................................................6二、双闭环调速系统...............................................................................................................71、概述.............................................................................................................................72、双闭环直流调速系统的组成.....................................................................................73、双闭环直流调速系统的稳态结构图.........................................................................84、双闭环直流调速系统的数学模型.............................................................................9三、PWM控制器设计.............................................................................................................91、H桥双极式逆变器的工作原理.................................................................................92、H桥式可控直流脉宽调速系统主电路设计...........................................................103、系统原理框图...........................................................................................................11四、电流环、转速环的设计.................................................................................................111、转速调节器、电流调节器作用...............................................................................112、调节器的具体设计...................................................................................................12五、双闭环直流调速系统MATLAB仿真.............................................................................161、MATLAB仿真图........................................................................................................162、仿真结果...................................................................................................................173、仿真结果分析...........................................................................................................184、数据分析...................................................................................................................18六、心得体会.........................................................................................................................18参考文献...........................................................................................................................19一、引言目前我国电力传动系统的研究主要围绕交流转动系统展开，随着交流电动机调速理论的突破和调速装置（主要是变频器）性能的完善，电动机的调速从直流发电机-电动机组调速、晶闸管可控整流器，直流调压调速逐步发展到交流电动机变频调速。交流传动系统之所以发展得如此迅速，和一些关键性技术的突破性进展有关。它们是功率半导体器件（包括半控型和全控型）的制造技术、基于电力电子电路的电力变换技术、交流电动机控制技术以及微型计算机和大规模集成电路为基础的全数字化控制技术。微机控制技术为现代电机控制的发展提供了方向。随着微机在电机控制系统中越来越广泛的应用，可以看到微处理器的进步使数字控制成为了现在控制器的发展方向。各种单片机和计算机系统用的微处理器和接口芯片的大量问世，以及能够完成各种复杂信号和信号处理的集成芯片的出现，为我们实现高质量的控制提供了良好的条件。由于直流电机有自身独特的优势，更多的国家开展了对直流电机的专题研究，越来越多的相关优质产品出现。在交通运输业中，由直流电机驱动的悬浮列车、地铁等，具有高速、舒适、安全、无污染等优点，将在新兴交通运输工具中发挥重要的作用。在工业中，直流电机在直线传动和物料运输等方面具有独特的优势，如分拣输送线、升降机等。在各种工业机床中，也可广泛使用直流电机代替旋转电机，主要利用其速度快，精度高的特点，如直流电机驱动的冲压机、压铸机、电火花成形机等。直流电动机的控制方式主要有两种：一种是电枢电压控制，即在定子磁场不变的情况下，通过控制施加在电枢绕组两端的电压信号来控制电动机的转速和输出转矩；另一种是励磁磁场控制，即通过改变励磁电流的大小来改变定子磁场强度，从而控制电动机的转速和输出转矩。直流电机控制是交流电机控制的原型，交流电机控制方式仿照直流电机，主要有电枢电压控制与励磁磁场控制。双闭环（转速环、电流环）直流调速系统是一种当前应用广泛，经济，适用的电力传动系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强的优点。我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。但如果对系统的动态性能要求较高，例如要求起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足要求。在单闭环系统中，只有电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的。但它只是在超过临界电流值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。实际上，由于主电路电感的作用，电流不能突跳，为了实现在允许条件下最快启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程，按照反馈控制规律，采用电流负反馈就能得到近似的恒流过程。问题是希望在启动过程中只有电流负反馈，而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器的输入端，到达稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不再靠电流负反馈发挥主作用，因此我们采用双闭环调速系统。这样就能做到既存在转速和电流两种负反馈作用又能使它们作用在不同的阶段。转速、电流双闭环直流调速系统是性能很好，应用最广的直流调速系统,采用双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。双闭环直流调速系统的控制规律，性能特点和设计方法是各种交、直流电力拖动自动控制系统的重要基础。通过对转速、电流双闭环直流调速系统的了解，使我们能够更好的掌握调速系统的基本理论及相关内容二、双闭环调速系统1、概述转速、电流双闭环直流调速系统是性能很好，应用最广的直流调速系统,采用转速、电流双闭环直流调速系统可