电力拖动自动控制系统课程设计

二○一五～二○一六学年第二学期信息科学与工程学院课程设计报告书课程名称：电力拖动自动控制系统课程设计班级：自动化学号：姓名：联系方式：指导教师：杨岚二○一六年六月一、设计题目转速、电流双闭环直流调速系统设计二、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=1.42）晶闸管装置放大系数：Ks=303）电枢回路总电阻：R=0.4Ω4）时间常数：Tl=0.023s，Tm=0.2s，转速滤波环节时间常数Ton取0.01s，电流反馈滤波时间常数Toi=0.002s5）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%三、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）每个仿真图为白底黑线，且在空位加上学号与名字四、设计内容1）双闭环调速系统动态结构图说明，见下图：2）电流环设计环节：1.有关时间常数的确定：根据课本表2-2，三相桥式电路的平均失控时间sT=0.0017s三相桥式电路每个波头的时间是3.3ms，取oiT=0.002s电流环小时间常数之和iT=sT+oiT=0.0037s2.选择电流器结构根据设计要求σi≤5%，可按典型1型系统设计电流调节器。电流环控制对象是双惯性型的，因此用PI型电流调节器，传函为ACRW=s1s(sii）K检查对电源电压的抗扰性能：ilTT=0037.0023.0=6.22，查表发现各项指标都合格3.计算电流调节器参数电流调节器超前时间常数：i=lT=0.023s要求σi≤5%≦5%，查表取iTKI=0.5，因此IK=s0037.05.0=135.1s1-电流反馈系数=IU=0.06V/AACR比例系数iK=SIKRKi=0.694.校验近似条件电流环截止频率：ci=IK=135.1s1-校验晶闸管整流装置传函近似条件：s31T=196.1s1-ci满足近似条件校验忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件：3lm1TT=44.2ci满足近似条件校验电流环小时间常数近似处理条件31ois1TT=180.8s1-ci满足近似条件5.电流调节器的实现电路相关参数的计算：按所用放大器取0R=40k，各电阻和电容值计算如下：iR=iK0R=27.6k取28kiC=iiR=0.82F取0.82FoiC=0i4RTO=0.2F取0.2F按照上述参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标为：i=4.3%5%满足设计要求3）速度环设计环节：1.有关时间常数的确定：电流环等效时间常数IK1=2iT=0.0074s转速滤波时间常数onT取0.01s转速环小时间常数nT=IK1+onT=0.0174s2.选择转速调节器结构选用PI调节器，其传函为）（sASRW=s1s(nnn）K转速反馈系数=NU=0.013.计算转速调节参数按跟随性和抗扰性都较好的原则，取h=5，则ASR的超前时间常数：n=hnT=0.087s可得转速开环增益NK=2n2h21hT=396.42-s可得ASR比例系数为nK=nmeh21hRTTC）（=14.14.检验近似条件转速环截止频率cn=1NK=NKn=34.51-s电流环传递函数简化条件31oiTKI=66.71-scn满足近似条件转速环小时间常数近似处理条件31onTKI=38.7cn满足近似条件5.调节器的实现电路及相关参数计算转速调节器电路：计算调节器电阻和电容：取0R=40knR=nK0R=564取560KnC=nnR=0.155F取0.15FonC=0on4RT=1F取1F6.转速超调量校验按退饱和超调量计算方法计算转速超调量n=2bmaxCC△（-z）nnN△mnTT=281.2%1.41000136.04.01202.00174.0=6.98%10%满足要求4）Simulink模型结构图及仿真结果图；1.电流环的仿真结构图2.电流环的仿真结果：为使超调量满足要求，取iK为0.60，输入iK=0.60，得到电流环仿真结果图如下：i计算可得超调量=4.5%，满足要求3.转速环仿真结构图：4.转速空载启动仿真结果图：nK=14.1代入，得到上图结果，超调量n=6.98%，满足要求五、设计总结：通过本次课程设计，首先我对直流双闭环调速系统有了更深的认识，加深了理解，是对课堂所学知识的一次很好的应用。学会了转速、电流双闭环直流调速系统的设计，并能熟练地掌握转速和电流调节器参数的选择和计算，在设计的基础上更加认识到直流双闭环调速系统的应用之广泛，我明白了双闭环直流调速系统的原理,我也知道了一些它在工业中的一些应用,以前没明白的一些细节在这次设计中也得到了深刻的理解。理论实际互相结合使我对电力拖动自动控制系统这门课有了进一步的认识。在设计之初，我不知道该如何来完成这次的的课程设计，要感谢老师给出的详细步骤，我按照任务书的步骤一步步来，最终完成了这次课程设计，还有很多的不懂我也上网查了资料，特别是matlab的使用，怎么运用其中的simulink，看了网上的教程，并结合书本才懂了。经过这次课设，我以后都能熟练运用这些功能了。