課程設計--直流脈寬調速系統(tǒng)設計

1、<p>　　設計題目：直流脈寬調速系統(tǒng)設計</p><p>　　設計內容和數(shù)據資料：</p><p>　　某直流電動機拖動的機械裝置系統(tǒng)。主電動機技術數(shù)據為：電樞回路總電阻,電樞回路時間常數(shù)，機電時間常數(shù)，電源電壓，給定值和ASR、ACR的輸出限幅值均為10V，電流反饋系數(shù)轉速反饋系數(shù)電動勢轉速比試對該系統(tǒng)進行初步設計。</p><p><b>

2、　　技術指標和要求：</b></p><p>　　電動機可實現(xiàn)可逆運行。要求穩(wěn)態(tài)無靜差。動態(tài)過渡時間電流超調量空載起動到額定轉速時的轉速超調量。</p><p>　　3 設計方法及步驟</p><p>　　3.1 系統(tǒng)設計的一般原則：</p><p>　　按照“先內環(huán)后外環(huán)” 的設計原則，從內環(huán)開始，逐步向外擴展。在這里，首先設

3、計電流調節(jié)器，然后把整個電流環(huán)看作是轉速調節(jié)系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)，再設計轉速調節(jié)器.</p><p>　　下圖分別為雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結構圖和雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的靜態(tài)結構圖.</p><p><b>　　3.2 電流環(huán)設計</b></p><p>　　電流環(huán)動態(tài)結構圖及簡化：</p><p>　　圖 3 電流環(huán)的動態(tài)結

4、構圖</p><p><b>　　確定時間常數(shù)</b></p><p>　　脈寬調制器和PWM變換器的滯后時間常數(shù)</p><p><b>　　開關周期。</b></p><p><b>　　電流濾波時間常數(shù)取</b></p><p>　　脈寬調制器和P

5、WM變換器的放大系數(shù)為</p><p>　　可得電流環(huán)的小時間常數(shù)為</p><p>　　+= 0.0004 s+0.0005 s = 0.0009 s</p><p><b>　　選擇電流調節(jié)器結構</b></p><p>　　根據設計要求，，而且== 5.55<10，因此可按典Ⅰ型系統(tǒng)設計。電流調節(jié)器選用PI型

6、，其傳遞函數(shù)為</p><p><b>　　選擇電流調節(jié)器參數(shù)</b></p><p>　　積分時間常數(shù) = = 0.005 s</p><p>　　為滿足%5%要求，取電流環(huán)開環(huán)增益為</p><p>　　== = 555.56 </p><p>　　又,則可得到電流調節(jié)器比例系數(shù)為<

7、/p><p>　　= =555.56=3.48</p><p>　　取調節(jié)器的輸入電阻=20k，則電流調節(jié)器的各參數(shù)為</p><p>　　==3.4820k=69.6 k </p><p>　　= ==0.072 </p><p>　　===0.4，取0.47</p><p><b>

8、;　　校驗近似條件</b></p><p>　　電流環(huán)截至頻率= =555.56，直流脈寬調至系統(tǒng)裝置傳遞函數(shù)近似條件為 ,</p><p>　　有 ==833.33> 故該近似條件滿足。</p><p>　　忽略反電動勢影響的近似條件為 </p><p>　　有==94.86< 故該

9、近似條件滿足。</p><p>　　小時間常數(shù)近似處理條件為 </p><p>　　有 ==744.6> 故該近似條件滿足。</p><p>　　根據上述參數(shù)可以達到的動態(tài)指標為</p><p><b>　　%=4.3%5%</b></p><p><b>　　故能滿足設

10、計要求。</b></p><p><b>　　3.2 轉速環(huán)設計</b></p><p>　　轉速環(huán)動態(tài)結構圖及簡化：</p><p>　　圖4 轉速環(huán)的動態(tài)結構圖</p><p><b>　　確定時間常數(shù)</b></p><p>　　電流環(huán)的等級時間常數(shù)為

11、2=0.0018s。取轉速濾波時間常數(shù)，轉速環(huán)的時間常數(shù)為</p><p>　　=0.0018s+0.005s=0.0068s</p><p><b>　　選擇轉速調節(jié)器結構</b></p><p>　　設計要求中雖然允許系統(tǒng)有靜差，轉速調節(jié)器的穩(wěn)態(tài)放大系數(shù)很大，因此轉速調節(jié)器如采用比例調節(jié)器，將很難滿足穩(wěn)定性要求。為此，轉速調節(jié)器采用近似PI

12、調節(jié)器，按典型II型系統(tǒng)進行設計。可證明，當近似PI調節(jié)器的穩(wěn)態(tài)放大系數(shù)很大時，其傳遞函數(shù)可表示為</p><p><b>　　選擇轉速調節(jié)器參數(shù)</b></p><p>　　按跟隨性能和抗擾性能較好的原則選擇h=5，求出轉速超調量%和過渡過程時間 。如果能夠滿足設計要求，則可根據所選的h值計算有關參數(shù)；否則要改變h值重新進行計算，直到滿足設計要求為止。</p

13、><p>　　當h=5時，有ASR的時間常數(shù)為</p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　轉換環(huán)開環(huán)增益</b></p><p><b>　　則 </b></p><p><b>　　校驗近似條件</b>&

14、lt;/p><p><b>　　轉速環(huán)截止頻率為</b></p><p>　　轉速閉環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為，現(xiàn)</p><p><b>　　故滿足該簡化條件。</b></p><p>　　小時間常數(shù)近似處理條件，現(xiàn)要求</p><p><b>　　有 。</b&g

15、t;</p><p><b>　　故滿足該簡化條件</b></p><p>　　計算ASR電阻和電容</p><p>　　如取調節(jié)器輸入電阻 =20k， </p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　取</b></p>

16、<p><b>　　取</b></p><p><b>　　校驗轉速超調量</b></p><p>　　ASR退飽和超調量為</p><p><b>　　%=</b></p><p>　　式中，為電動機允許過載系數(shù)，取 =2.5；z為負載系數(shù)，設為理想空載起動，則

17、z=0; 為調速系統(tǒng)開環(huán)機械特性的額定穩(wěn)態(tài)速降，= ；是基準值為時的超調量相對值。</p><p>　　當h=5時，=81.2%，故起動到額定轉速，即 = 時，退飽和超調量為</p><p><b>　　=9.2%10%</b></p><p><b>　　滿足設計要求。</b></p><p>　

18、　可見轉速超調量滿足要求。</p><p><b>　　校驗過渡過程時間</b></p><p>　　空載起動到額定轉速的過渡過程中，由于在大部分時間內ASR飽和而不起調節(jié)作用，使過渡過程時間延長， 可表示為</p><p><b>　　=+</b></p><p>　　其中為恒流升速時間，是退飽

19、和超調過渡過程時間。</p><p>　　退飽和超調過渡過程時間等于動態(tài)速升的回復時間。</p><p>　　空載起動到額定轉速的過渡過程時間</p><p>　　可見能滿足設計要求。</p><p><b>　　4 設計心得：</b></p><p>　　通過這次雙閉環(huán)直流脈寬調速系統(tǒng)的課程

20、設計，對自己學習電力拖動自動控制系統(tǒng)有了較深刻的認識。在學習本科目時首先感覺內容很多，而且有些理解很抽象，所以在做作業(yè)以及設計的時候遇到比較大的阻礙。因為剛剛結束直流的考試，在之前的復習下來，總算對直流調速有個系統(tǒng)的概念。</p><p>　　在本次的雙閉環(huán)調速系統(tǒng)課程設計，我重新了認識到，我們對掌握的知識還不扎實。在考完之后或是經過一段時間我們就對前面學過的知識沒有印像了，這主要是因為沒有理解性學習。所以，在以