双闭环直流调速完整系统课程设计报告书.docx

四川大学#课程设计报告书题 目电气传动自动控制系统报告人： 学 号： 班 级： 指导教师： 完成时间： 年 月 日同组人：—电气信息学院专业实验中心目录：第一部分：设计任务1. 任务分析 32•设计目标 33.设计理论 43•客观条件 6第二部分：系统建模1. 系统固有参数测定实验内容 7第三部分：系统设计1. 系统理论设计内容 132. Matlab 仿真 17第四部分：系统调试1. 单元调试 222. 系统调试 22第五部分：系统评估1. 系统实际性能评价 272. 系统误差分析 273. 必要的实验问题分析 28第六部分：总结 28第七部分：参考文献 29第七部分：原始数据单 第一部分：设计任务1 .任务分析采用转速、电流双闭环晶闸管不可逆直流调速系统为对像来设计直流电动机调速控制电路，为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设计两个调节器，电流调节器和速度调节器，为了实现电流和转速分别起作用，二者之间实行串级连接，即把转速调节器的输出当做电流调节器的输入， 在把电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置该双闭环调速系统的两个调节器 ASR和ACR都采用PI调节器，以便能保证系统获得良好的静态和动态性能转速调节器在双闭环直流调速系统中的作用是减小转速误差， 采用PI调节器可实现无静差；对负载变化起抗扰作用；其输出限幅决定电动机允许的最大电流对电网电流调节器在双闭环直流调速系统中的作用是使电流紧紧跟随其给定电压的变化;的波动起及时抗干扰作用;加快动态过程；堵转或过载时起快速自动保护作用2. 设计目标:*性能指标:静态：s% <5%*已知条件：最大速度给疋U* nm=5v最大电流给疋U*im=5v最大电枢电流Idm=1.4A电流反馈强1 = 5v/ 1.4A速度反馈强度飞=5v/ 1450rpm调节器输入电阻RO=20K 门调节器输入滤波电容COi :=0.224Con= 0.1045%；F% < 10%*系统电路结构示意图:动态：d% <3. 设计理论:(1) 设计思路:给定系统静、动态性能指标实验获取系统固有设备原始参数系统数学建模系统模型处理(典型化)设计调节器结构和参数构建和调试系统(2) 调速控制系统的一般动态性能指标:1.跟随性能超调里'、-(%)反映系统的动态调节稳定性能上升时间tr反映系统的动态调节快速性能调节时间ts反映系统的动态调节过渡周期2.抗扰性能动态降落比 △ Cmax%反映系统扰动引起的最大动态误差恢复时间tr反映系统的动态抗扰调节快速性能上述指标对应的给定和扰动均为阶跃信号(3) 典型结构系统的参数与性能的关系*典型I型系统KWs ； 开环传递函数S Ts 1结构简单，易于稳定*典型n型系统W =K S 1 ； 开环传递函数s s2 Ts 1利用比例微分环节，补偿 s2引起的相位滞后，保证稳定性*典型I型系统的稳态及动态性能与参数二阶系统闭环传递函数：Wct S =s2 2 • 'nS …\2典型I型系统特性参数:*典型I型系统的参数 KT与跟随性能稳态跟随性能：动态跟随性能：典型I型系统的抗扰性能：假定系统经串联校正后开环传函为 W(s)系统前向通道被扰动输入点分为 W1(s)、W2(s)两部分其中W1(s)内含PI调节器典型n型系统的稳态及动态性能与参数K s 1s2 Ts 1典型n型系统特征参数：h二〒；中频宽(4) 非典型型系统的典型化之一择选调节器结构的一般原则：1. 根据系统调节性能要求，选择典型I、 n型系统目标模型2. 调节器串联进原始对象模型的前向通道后，通过传递函数的乘积或对消运算应能将系统改造为 期望 的典型I或 n型系统结构(5) 非典型型系统的典型化之二当系统的原始模型具有高阶较复杂形式时的一般处理：1. 小惯性环节的近似处理2. 高阶系统的降阶近似处理3. 大惯性环节的近似处理特别提示：每一种近似处理都存在工程约束条件，使用时须校验是否满足约束条件(6) 双环调速系统动态结构示意图欣41系统设计的一般原则：“先内环后外环”，从内环开始，逐步向外扩展。

在这里，首先设计电流调节器，然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器4•客观条件：使用设备列表清单：电力电子及电气传动教学实验台 MCL — III电动机数字万用表 GDM — 8145示波器TDS 2012第二部分：系统建模系统建模参数测定实验待测参数：1. 电动机2. 整流电源3. 平波电感4. 电枢回路1•变流电源内阻实验原理：电枢内阻电势转速系数等效内阻放大系数直流内阻总电阻电磁时间常数机电时间常数Rn的测定（伏安法RaCeRnKsRdR 刀=Ra+ Rn+ RdTLTm)条件：电机静止，电枢回路外串限流电阻固定控制信号 Uct 大小，0.5A < Id < 1AU d 2 -U d1]d1 T d2原始数据:Uct=1.3v 时：Ud仁 173v ,ld1=0.5AUd2=169v ,ld2=0.8A数据处理：Rn=(Ud2-Ud1)/(ld1-ld2)=(169-173)/(0.5-0.8)=13.33 Q2•电枢内阻 Ra、平波电感内阻 Rd测定（伏安法）实验原理：（1） 电机静止，电枢回路外串限流电阻（2） 固定控制信号 Uct大小，Id疋1A（额定负载热效点）（3） 使电枢处于三个不同位置（约 120o对称）进行三次测量（Ura, Urd , Id），求Ra ,Rd的平均值原始数据：Uct=1.3v ,Id=1A 时:角度（度）Ura(v)Urd(v)Id(A)021.1711.85112021.1511.84124021.3612.031数据处理：Ra1=Ura1/Id1=21.17/1=21.17 QRa2=Ura2/Id2=21.15/仁21.15 QRa3=Ura3/ld3=21.36/仁21.36 QRa=(Ra1+Ra2+Ra3)/3=(21.17+21.15+21.36)/3=21.23 Q同理：Rd=(Rd1+Rd2+Rd3)/3=(11.85+11.84+12.03)/3=11.91 Q所以，电枢回路总电阻刀 R=R n+Ra+Rd=13.33+21.23+11.91 =46.47 Q3•电动机电势转速系数Ce的测定实验原理：1. 空载启动电机并稳定运行(Id0大小基本恒定)2. 给定两个大小不同的控制信号 Uct ,测量两组稳定运行时的 Ud、n数据CeU d2 -U d1原始数据:ldO=O.1A 时:Uct(v)Ud(v)n (rpm)0.801429601.301991360数据处理:Ce=(Ud2-Ud1)/( n2-n1)=(199-142)/(1360-960)=0.1425v/rpm所以，UdOmax=Ce*N+ 刀 R*ldm=0.1425*1450+46.47*1.4 =271.68v4•整流电源放大系数Ks的测定实验原理：电机静止，电枢回路外串限流电阻(1) 分级调节控制信号 Uct大小，并保持Id < 1A(2) 在UdO有效范围内，测量每一组 Uct , Ud , Id，数据应大于10组以上，测量上限不低于最大理想空载整流输出电压 UdOmax(3) 按UdO = Ud+Id x Rn作出电源输入-输出特性曲线(用Excel生成)(4) 取线性段3段以上斜率，求其平均值得 Ks原始数据:Uct(v)Ud(v)Id(A)Ud0= Ud+Id x Rn0.821080.2110.670.981310.25134.331.161550.3160.001.191580.35162.671.401800.40185.331.612000.45206.001.882200.5226.672.172370.55244.332.722600.60268.002.902650.65273.663.882860.70295.334.472930.75303.009.183110.80321.66数据处理:由图可知，前6个点构成的曲线为线性段，故取前 6个点对应的值计算 Ks。

Ks仁(Ud03-Ud01)/(Uct3-Uct1)=145.09Ks2=(Ud04-Ud04)/(Uct4-Uct4)=134.94Ks3=(Ud05-Ud05)/(Uct5-Uct5)=105.54Ks4=(Ud06-Ud06)/(Uct6-Uct6)=103.17Ks=(Ks1+Ks2+Ks3+Ks4)/4=122.25.电枢回路电磁时间常数 TL的测定实验原理：断开电枢回路连线使 用 电 感 表 测 量 电 枢 回 路 总 电 感 量原始数据：La=0.3H Ld=0.65H数据处理：L=La+Ld=0.95H TL=L/ 刀 R=0.02s5.电枢回路机电时间常数 Tm的测定实验原理：（1 ）电机空载，突加给定，并使起动峰值电流达到系统设定最大电流 Idm（2）记录id 波形，由下列公式计算 Tmn iIdinTCeT - T = C i - C Iz m a anGD 2 dn375 dt事GD R y 处二I _丁鱼\375 CeCm 出 1 m dtUS ~fA)实验测得波形:Tek Jk •極p M Pos; -50.00ms SAVE.REC■ ■ "■II ■■ "■II ■■ ■■ ■■ ■ II ■■ ■■ ■■ ■■ NJ动作存图像Pill 1 Fill 1 Fill 1—■_■__i_■__■_r ・_1_■__i_■__a_■_b__■__i_■_■_i_■_1 1 R -t r 1 1 R 11 1 1 n 1 1 1 1 |I 1 1 1 4 F 1 1 R 1 1 4 \1...「・i・匚i・i:i・i・:i・i i : i 1 d i : i b d上格式。