雙閉環(huán)調速系統(tǒng)調節(jié)器設計及matlab仿真驗證設計內容及要求1.1初始條件:不可逆的生產設備,采用雙閉環(huán)調速系統(tǒng),其整流裝置采用三相橋式整流電路,系統(tǒng)的基本數據如下:直流電動機:750nomUV=,760nomIA=,375minnomnr=,1.82mineCVr=,允許過載倍數1.5九=;時間常數:0.031LTs=,0.112mTs三晶閘管放大倍數：75sK=;主回路總電阻:0.14R=Q;額定轉速時的給定電壓*10nUV=，調節(jié)器ASR、ACR飽和輸出回路電壓*10imUV=,10cmUV=。1.2設計要求穩(wěn)態(tài)指標:穩(wěn)態(tài)無靜差。動態(tài)指標:電流超調量5%io<,空載啟動到額定轉速時的轉速超調量10%no<o求雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的工作原理轉速、電流反饋控制的直流調速系統(tǒng)是靜、動態(tài)性能優(yōu)良、應用最廣的直流調速系統(tǒng)。對于經常正、反轉運行的調速系統(tǒng),在起動（或制動過程中,希望始終保持電流為允許的最大值,使調速系統(tǒng)以最大的加（減速運行。當達到穩(wěn)態(tài)轉速時,最好使電流立即降下來,使電磁轉矩與負載轉矩相平衡,從而迅速轉入穩(wěn)態(tài)運行。采用單閉環(huán)調速系統(tǒng)是無法實現的,因而只能采用轉速和電流兩個調節(jié)器。2.1雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的組成為了使轉速和電流兩種負反饋分別起作用,可在系統(tǒng)中設置兩個調節(jié)器,分別引入轉速負反饋和電流負反饋以調節(jié)轉速和電流負反饋以調節(jié)轉速和電流,二者之間實行嵌套連接。如下圖所示。把轉速調節(jié)器的輸出當做電流調節(jié)器的輸入,再用用電流調節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。uuASRuuHhUPEACRuuASRuuHhUPEACR由于題目要求穩(wěn)態(tài)無靜差,因而調節(jié)器必須采用相應的積分器調節(jié)器,故相應轉速環(huán)采用PI調節(jié)器進行調節(jié)。同時電流內環(huán)也采用相應的PI調節(jié)器也能實現很好的動、靜態(tài)特性。2.2雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的數學模型通過相應處理可以得到相應的雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的動態(tài)結構圖如下:+-LrUUMRRLrUUMRRE其中（ASRWs和（ACRWs分別表示轉速調節(jié)器和電流調節(jié)器的傳遞環(huán)視。為了引出電流反饋，在動態(tài)結構圖中引出相應的電樞電流dI，而a表示轉速反饋系數,卩表示電流反饋系數。2.3雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的動態(tài)分析2.3.1起動過程分析從電流與轉速變化過程所反映出的特點可以將起動過程分為電流上升、恒流升速和轉速調節(jié)三個階段:電流上升階段:突加給定電壓*nU后，經過兩個調節(jié)器的跟隨作用,cU、OdU、dI均上升，但是在dI沒有達到負載電流dLI以前，電動機還不能轉動。當ddLIIN后，電動機開始起動,由于幾點慣性的作用，轉速不會很快增長，因而轉速調節(jié)器ASR的輸入偏差電壓（*cnnUUUA=-的數值仍較大，其輸出電壓保持限幅值*imU，強迫電樞電流dI迅速上升直到ddmII*iimUU?電流調節(jié)很快就壓制了dI的增長。該階段結束，此階段中,ASR很快進入并保持飽和狀態(tài)，而ACR一般不飽和。恒流升速階段:此階段中,ASR始終是飽和的,轉速換相當于開環(huán),系統(tǒng)成為在恒值電流給定下的電流調速系統(tǒng),基本上保持電流很定,因而系統(tǒng)加速度恒定,轉速呈線性增長。轉速調節(jié)階段:當轉速上升到給定值是,轉速調節(jié)器ASR的輸入偏差為零,但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值,所以電動機仍在加速,使轉速超調。轉速超調后,ASR輸入偏差為負,使它開始推出飽和狀態(tài),電動機開始在負載的阻力下調速,直到穩(wěn)態(tài)。此階段中,ASR和ACR都不飽和,ASR起主導的轉速調節(jié)作用,而ACR則力圖使dI很快地跟隨其給定值*iU。起動過程歸納的特點有:(1飽和非線性控制(2轉速超調(3準時間最優(yōu)控制2.3.2動態(tài)抗擾性能分析一般來說,對于調速系統(tǒng),一個重要的動態(tài)性能就是抗擾性能,主要是抗負載擾動和抗電網電壓擾動?？关撦d擾動:負載擾動作用在電流環(huán)后,因而只能靠轉速調節(jié)器ASR來產生抗負載擾動作用。抗電網電壓擾動:在雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中,由電網電壓波動引起的轉速變化會比單閉環(huán)系統(tǒng)小的多。2.3.3雙閉環(huán)調速系統(tǒng)調節(jié)器作用(1轉速調節(jié)器轉速調節(jié)器是調速系統(tǒng)的主導調節(jié)器,它使轉速n很快的跟隨給定電壓變化,穩(wěn)態(tài)時可以減小轉速誤差,若采用PI調節(jié)器，則可以實現無靜差。對負載變化起抗擾作用。其輸出限幅值決定電動機允許的最大電流。(2電流調節(jié)器的作用作為內環(huán)的調節(jié)器,在轉速外環(huán)的調節(jié)過程中,它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓*iU（即外環(huán)調節(jié)器的輸出量變化。對電網電壓的波動起及時抗擾的作用。在轉速動態(tài)過程中,保證獲得電動機允許的最大電流,從而加快動態(tài)過程。當電機過載甚至堵轉時,限制電樞電流的最大值,起快速的自動保護作用。一旦故障消失,系統(tǒng)立即自動恢復正常。雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的設計對于雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng),可以按照工程設計方法設計轉速、電流調節(jié)器。原則是先內環(huán)后外環(huán)。步驟是:先從電流環(huán)（內環(huán)開始,對其進行必要的變換和近似處理,然后根據電流環(huán)的控制要求確定把它校正成那一類典型系統(tǒng)。電流環(huán)設計完成后,把電流環(huán)等效成轉速環(huán)（外環(huán)中的一個環(huán)節(jié),再用同樣的方法設計轉速環(huán)。2.1電流調節(jié)器的設計下圖所示是電流環(huán)的動態(tài)結構圖:實際上,反電動勢與轉速成正比,它代表對電流環(huán)的影響。在一般情況下,系統(tǒng)的電磁時間常熟遠小于機電時間常熟,因此轉速的變化往往比電流慢很多。對電流環(huán)來說,反電動勢是一個變化較慢的擾動,在電流的瞬變過程中,可以認為反電動勢基本不變。這樣,在按動態(tài)特性設計電流環(huán)時,可以暫不考慮反電動勢變化的動態(tài)影響。(1確定時間常數整流裝置滯后時間sT的確定。查書上表2-2可以知道,三相橋式電路的平均失控時間為0.0017ssT=。電流濾波時間常數oiT的確定。三相橋式整流電路的每個波頭的時間3.3ms,為了基本濾平波頭,應有(123.33oiTms=,因此取20.002oiTmss==。由于sT和oiT一般都比lT小的多，可以當做小慣性群近似地看作是一個慣性環(huán)節(jié)時間常數為0.0037isoiTTTs》=+=(2選擇電流調節(jié)器結構根據設計要求5%ia<,并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，因而可以按照典型I型系統(tǒng)設計電流調節(jié)器。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，因此可用PI型電流調節(jié)器。其傳遞函數如下:由此可以得到電流環(huán)開環(huán)傳遞函數由于LiTT工,因而可選取調節(jié)器的0.031iLTst==以消除控制對象中大慣性(1(iiASRiKsWsstt+=(1((1(1iisopiiLiKsKRWssTsTsTpT^+==++環(huán)節(jié)，以便校正成典型I型系統(tǒng)，因此相應的可以得到校正后的系統(tǒng)的傳遞函數女口下Wopi（s=KipKsRKiKI==tis（T口s+1TLs（T口s+1s（T口s+1（3）計算電流調節(jié)器參數電流調節(jié)器超前時間常數：ti=TL=0.031s。電流開環(huán)增益：由于題設要求電流超調量oi<5%，空載啟動到額定轉速時的轉速超調量on<10%。查表可以知道應取KIT口=0.25。因此KI=0.250.25==67.57T口0.0037故相應的可以得到ACR的比例系數為KtR67.57x0.031x0.14Ki=Ii=-0.44475x0.0088Ksp對于上述雙閉環(huán)調速系統(tǒng)，兩個調節(jié)器的作用如下：（1）轉速調節(jié)器的作用：使轉速n跟隨給定電壓變化，當偏差電壓為零時，實現穩(wěn)態(tài)無靜差；對負載變化起抗擾作用；其輸出限幅值決定允許的最大電流。（2）電流調節(jié)器的作用：在轉速調節(jié)過程中，使電流跟隨其給定電壓變化；對電網電壓波動起及時抗擾作用；起動時保證獲得允許的最大電流，使系統(tǒng)獲得最大加速度起動；當電機過載