雙閉環(huán)控制系統(tǒng)

1、4州工孥命課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程課程設(shè)計(jì)課題雙閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)班 級(jí)姓 名學(xué) 號(hào)目錄第1 章雙閉環(huán)系統(tǒng)分析錯(cuò)誤.!未定義書簽。系統(tǒng)介紹錯(cuò)誤.!未定義書簽。系統(tǒng)原理錯(cuò)誤.!未定義書簽。雙閉環(huán)的優(yōu)點(diǎn)錯(cuò)誤.!未定義書簽。第2 章系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤.!未定義書簽。電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤.!未定義書簽。時(shí)間參數(shù)選擇錯(cuò)誤.!未定義書簽。計(jì)算電流調(diào)節(jié)參數(shù)錯(cuò)誤.!未定義書簽。校驗(yàn)近似條件錯(cuò)誤.!未定義書簽。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤.!未定義書簽。電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)：錯(cuò)誤.!未定義書簽。轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為錯(cuò)誤.!未定義書簽。計(jì)算控制器的電阻電容值錯(cuò)誤.!未定義書簽。第3 章仿真模塊錯(cuò)誤.!未定義書簽。電流環(huán)模塊錯(cuò)誤.!未定義書

2、簽。轉(zhuǎn)速環(huán)模塊錯(cuò)誤.!未定義書簽。第4 章仿真結(jié)果錯(cuò)誤.!未定義書簽。電流環(huán)仿真結(jié)果錯(cuò)誤.!未定義書簽。轉(zhuǎn)速環(huán)仿真結(jié)果錯(cuò)誤.!未定義書簽。穩(wěn)定性指標(biāo)的分析錯(cuò)誤.!未定義書簽。電流環(huán)的穩(wěn)定性錯(cuò)誤.!未定義書簽。轉(zhuǎn)速環(huán)的穩(wěn)定性錯(cuò)誤.!未定義書簽。結(jié)論 錯(cuò)誤.!未定義書簽。參考文獻(xiàn)錯(cuò)誤.!未定義書簽。第 1 章 雙閉環(huán)系統(tǒng)分析系統(tǒng)介紹整流電路可從很多角度進(jìn)行分類，主要分類方法是：按組成的器件可分為不可控,半控和全控三種；按電路結(jié)構(gòu)可分為橋式電路和零式電路；按交流輸入相數(shù)分可分為單相、雙相、三相和多相電路；按控制方法又可分為相控整流和斬波控制整流電路。本系統(tǒng)采用的是三相全控橋式晶閘管相控整流電路。這是

3、因?yàn)殡姍C(jī)容量相對(duì)較大， 并且要求直流脈動(dòng)小、容易濾波。其交流側(cè)由三相電網(wǎng)直接供電，直流側(cè)輸出脈動(dòng)很小的直流電。在分析時(shí)把直流電機(jī)當(dāng)成阻感性加反電勢(shì)負(fù)載。因?yàn)殡姍C(jī)電流連續(xù)所以分析方法與阻感性負(fù)載相同，各參量計(jì)算公式亦相同。系統(tǒng)原理ASR（速度調(diào)節(jié)器）根據(jù)速度指令Un*和速度反饋Un的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，具輸出是電流指 令的給定信號(hào)Ui* （對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，控制電樞電流就是控制電磁轉(zhuǎn)矩，相應(yīng)的可以調(diào) 速） 。ACR電流調(diào)節(jié)器）根據(jù)Ui*和電流反饋Ui的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，其輸出是 UPE（功率變換器 件的）的控制信號(hào)Uco進(jìn)而調(diào)節(jié)UPE的輸出，即電機(jī)的電樞電壓，由于轉(zhuǎn)速不能突變，電 樞電壓改變后，電樞電流

4、跟著發(fā)生變化，相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩也跟著變化，由 Te-TL=Jdn/dt只 要Te與TL不相等轉(zhuǎn)速會(huì)相應(yīng)的變化。整個(gè)過(guò)程到電樞電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩達(dá)到平衡， 轉(zhuǎn)速不變后，達(dá)到穩(wěn)定。雙閉環(huán)的優(yōu)點(diǎn)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)屬于多環(huán)控制系統(tǒng)，每一環(huán)都有調(diào)節(jié)器，構(gòu)成一個(gè)完整的閉環(huán)系統(tǒng)。工程設(shè)計(jì)方法遵循先內(nèi)環(huán)后外環(huán)的原則。步驟為：先設(shè)計(jì)電流環(huán)（內(nèi)環(huán)），對(duì)其進(jìn)行必要的變換和近似處理，然后依照電流環(huán)的控制要求確定把它校正成哪一種典型系統(tǒng)，再根據(jù)控制對(duì)象確定其調(diào)節(jié)器的類型，最后根據(jù)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的要求來(lái)確定其調(diào)節(jié)器的有關(guān)參數(shù)。電流環(huán)設(shè)計(jì)完成以后，把電流環(huán)看成轉(zhuǎn)速環(huán)（外環(huán)）中的一個(gè)環(huán)節(jié)，再用同樣的方法設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)。在電流檢測(cè)信

5、號(hào)中常有交流分量，為了不讓它影響調(diào)節(jié)器的輸入，加入了低通濾波器，然而濾波環(huán)節(jié)可以使反饋信號(hào)延遲，為了消除此延遲在給定位置加一個(gè)相同時(shí)間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié)。同理，由測(cè)速發(fā)電機(jī)得到的轉(zhuǎn)速反饋電壓常含有換向紋波，因此也在給定和反饋環(huán)節(jié) 加入濾波環(huán)節(jié)。第2章系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)額定電流出 5000心5 =而=1&乃入(2-1)額定電阻_ U?1 力 I,、(2-2)設(shè)置品閘管放大系數(shù)時(shí)間參數(shù)選擇整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)L,利用三相橋式電路的平均控制時(shí)間T. = 0.0017s(2-3)電流濾波時(shí)間常數(shù)1 (2-4)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)和1. . ' '廠(2-5)計(jì)算電流調(diào)節(jié)參數(shù)表

6、2-1典型I型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)關(guān)系m T1/T2 T/T21/51/101/201/30Cmax/Cb*100%27.8%16.6%9.3%6.5%tm/T2.83.43.84.0tv/T14.721.728.730.4電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)L m *1口-T1 一五 一 r0 0鄧(2-6)電流開環(huán)增益：050.5. . .L酌=瓦=礪=13,1«(2-7)Cl)幽胃產(chǎn)5 y 0.088V (2-8)L 101。(2- L5b； = 1.5 IS.75 = °，*3Y A(2-9)機(jī)電時(shí)間常數(shù)0,072 « 0.785 m 1000 8R -一丁中二

7、m?5aom = 蘇"0崎年父；=2s(2-10)電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)q = rl-i = 0,03s電流調(diào)節(jié)器比例參數(shù)- Kit,R 13$】0 03人。器，八一& =40 - -332 °149(2-11)(2-12)校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率'(2-13)電力電子變換器純滯后的近似處理0i < yj = ( ( 0.0017s / 196.“ 1(2-14)不考慮反電動(dòng)勢(shì)的變化對(duì)電流環(huán)的動(dòng)態(tài)影響:1二二(2-15)電流環(huán)小慣性群的近似處理：一二，匚.一二?。?:1 .(2-16)Ki,電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算得，電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)為Ki和1i,而已經(jīng)

8、選定，需要求的只可依照所要求的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)來(lái)選取。一般情況下，希望電流超調(diào)量為65轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù):放大倍數(shù):(2-17)(2-18)儀=嬴=演=00°6丫/】巾七=2T£i = 20.0037 = 0.0074s表2-2典型II型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)h345678910%tr/TtS/TK32211111轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)和轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)ToLO.OIsI查表2-2得h=5慣性環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)：(11 一 .：.(2-19)= 5 0.00174=0.08、(2-20)轉(zhuǎn)速開環(huán)增益Kn = =；。皿 INI-(2-21)ASR比例系數(shù)(h + DPC.T

9、tn 6 X 0533 X 0 08S8 2( 1 f , '(2-22)例(2-22)按上述參數(shù)設(shè)計(jì)超調(diào)量仃=2%之5%滿足設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為3詞=而=路透力 - 396.4 x 0,087 34,5s -電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件I 區(qū) I IlKT 廣、r _ I = ite63-7s 2 也轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理(2-23)(2-24)(2-25)計(jì)算控制器的電阻電容值取 R0=4kQRn = KM = 686.8 > 4 = 2747.2120.087良=2740 1000 二仇 03川4 looo = ° h】F(2-26)(2-27)(2-28)當(dāng)h=

10、5的時(shí)候有o%=,不能滿足設(shè)計(jì)要求，采用退飽和超調(diào)設(shè)理想空載起動(dòng)時(shí)Z=0,允許過(guò)載倍數(shù)為，則- z) . 丁 = 2 匕 81.2% x L5 Lbn Im?* O7W*q眸-0 01741590 1能滿足設(shè)計(jì)要求電流環(huán)模塊第3章仿真模塊圖3-1轉(zhuǎn)速環(huán)模塊39啜圖4-2第4章仿真結(jié)果電流環(huán)仿真結(jié)果轉(zhuǎn)速環(huán)仿真結(jié)果圖4-1圖5-2穩(wěn)定性指標(biāo)的分析電流環(huán)的穩(wěn)定性由附圖中仿真圖可以看到，當(dāng)其幅頻特性曲線過(guò)0 時(shí)， 既其轉(zhuǎn)折點(diǎn)所對(duì)應(yīng)相頻率特性曲線的點(diǎn)在 -180 之上，并且仍有一定余量，充分說(shuō)明該環(huán)節(jié)穩(wěn)定。轉(zhuǎn)速環(huán)的穩(wěn)定性由附圖中仿真圖可以看到，當(dāng)其幅頻特性曲線過(guò)0 時(shí)， 既其轉(zhuǎn)折點(diǎn)所對(duì)應(yīng)相頻率特性曲線的

11、點(diǎn)在 -180 之上，并且仍有一定余量，充分說(shuō)明該環(huán)節(jié)穩(wěn)定。結(jié)論雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓由靜止?fàn)顟B(tài)啟動(dòng)過(guò)程中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASM歷了不飽和、飽和、退飽和三個(gè)階段，即電流上升階段、恒流升速階段和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。從啟動(dòng)時(shí)間上看， 第二階段恒流升速是主要的階段，因此雙閉環(huán)系統(tǒng)基本上實(shí)現(xiàn)了電流受限制下的快速啟動(dòng)，利用了飽和非線性控制方法，達(dá)到“準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制”。啟動(dòng)時(shí)，讓轉(zhuǎn)速外環(huán)飽和不起作用， 電流內(nèi)環(huán)起主要作用，調(diào)節(jié)啟動(dòng)電流保持最大，使轉(zhuǎn)速線性變化，迅速達(dá)到給定值；穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋外環(huán)起主要作用，使轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)速給定電壓的變化而變化，電流內(nèi)環(huán)跟隨電流外環(huán)調(diào)節(jié)電機(jī)的電樞電流以平衡負(fù)載電流。雙閉環(huán)調(diào)

12、速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程的電流和轉(zhuǎn)速波形是接近理想快速起動(dòng)過(guò)程波形的。按照 ASR在起動(dòng)過(guò)程中的飽和情況，可將起動(dòng)過(guò)程分為三個(gè)階段，即電流上升階段、恒流升速階段和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。從起動(dòng)時(shí)間上看，R階段恒流升速是主要的階段，因此雙閉環(huán)系統(tǒng)基本上實(shí)現(xiàn)了電流受限制下的快速起動(dòng)，利用了飽和非線性控制方法，達(dá)到“準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制”。帶PI調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)還有一個(gè)特點(diǎn)，就是轉(zhuǎn)速必超調(diào)。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，ASR的作用是對(duì)轉(zhuǎn)速的抗擾調(diào)節(jié)并使之在穩(wěn)態(tài)時(shí)無(wú)靜差，其輸出限幅決定允許的最大電流。ACR的作用是電流跟隨，過(guò)流自動(dòng)保護(hù)和及時(shí)抑制電壓波動(dòng)實(shí)驗(yàn)仿真調(diào)試過(guò)程，出現(xiàn)兩條仿真曲線成上下震蕩的表現(xiàn)形式，檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)比例參數(shù)設(shè)置的較大，最后選取了較小的參數(shù)，得到了滿意的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)中還遇到一個(gè)問(wèn)題，就是即使運(yùn)用了比例積分調(diào)節(jié)，但是抗干擾性還是不好，不知道能否利用PID調(diào)節(jié)得出更加滿意的結(jié)果參考文獻(xiàn)1文亞鳳.雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)方法的數(shù)字仿真.現(xiàn)代電力.20002潘繼安.雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及程序編制.四川輕化工學(xué)院學(xué)報(bào).20013陳渝光.電氣自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)機(jī)械工業(yè)出版社2004年 9 月 1 日4趙明.直流調(diào)速系統(tǒng).機(jī)械工業(yè)出版社.20035姬宣德.韓英.李廣宏.