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课 程 设 计 任 务 书
专 业 班 级 姓 名 设 计 起 止 日 期 设计题目： 设计任务（主要技术参数）： 指导教师评语： 成绩： 签字： 年 月 日
双闭环直流调速系统的设计
班 级：学 号：姓 名：周瑜指导教师：李雪飞设计时间：
08t自动化1 T0856120
2011.12.20-2011.12.24
目 录
1 课程设计的目的???????????????????????? 1 2 课程设计的主要内容?????????????????????? 1
2.1 系统的组成?????????????????????????? 1 2.2 系统的工作原理???????????????????????? 2 2.3 系统的静特性分析??????????????????????? 2 2.4 系统的动态过程分析?????????????????????? 3 2.5 电流调节器的设计??????????????????????? 4 2.6 转速调节器的设计??????????????????????? 7 2.7 电流环的仿真????????????????????????? 9 2.8 转速环的仿真????????????????????????? 11 2.9 过电流保护?????????????????????????? 16
3 设计结果分析?????????????????????????? 17
3.1 电压变化和负载变化引起的扰动情况??????????????? 17 3.2 转速、电流双闭环直流调速系统存在的缺点及解决方案??????? 18 3.3 电流调节器和转速调节器的作用????????????????? 19 3.4 采用转速电流双闭环直流调速系统的理由??????????? 19
4 设计心得体会?????????????????????????? 21 参考文献????????????????????????????? 22
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1 课程设计的目的 《自动控制系统课程设计》是学习理论课程之后的实践教学环节。目的是使学生巩固和加深课程的理论知识，结合实际，融会贯通。进一步培养学生独立分析和解决实际工程技术问题的能力。充分发掘自身的潜力，开拓思路设计双闭环 直流调速系统。并掌握其系统的组成、工作原理、调节器的设计及Simulink仿真等内容，同时在计算、绘图、编号、设计说明书等方面得到训练，为今后的学习工作奠定基础。 2 课程设计的主要内容 2.1 系统的组成 如图1所示，为了使转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，即转速调节器（ASR）和电流调节器（ACR），二者之间实行嵌套（或称串级）连接，且都带有输出限幅电路。把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。这就形成了转速、电流反馈控制直流调速系统[1]。图中ASR为转速调节器，ACR为电流调节器，TG为测速发电机，*TA为电流互感器，UPE为电力电子变换器，Un为转速给定电压，Un为转速反馈电压，Ui*为电流给定电压，Ui为电流反馈电压。 图1 双闭环直流调速系统 沈 阳 大 学
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2.2 系统的工作原理 如图2所示，图中标出了两个调节器输入输出的电压的实际极性，他们是按照电力电子变换器的控制电压Uc为正电压的情况标出的，并考虑到运算放大器的倒相作用。为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用PI调节器。 在启动过程中由于外环很快达到饱和，只有电流负反馈起作用，此时相当于在最大允许起动转矩的情况下进行恒流起动，系统能获得最大的加速度，且电流和转速负反馈分别加到两个调节器的输入端，到达稳态转速后，转速环起作用，系统进行转速调节，使转速稳定，此时电流环只起跟随作用，这样就可以实现准时间最优控制，使系统能够获得良好的静、动态性能。 图2 双闭环直流调速系统电路原理图 2.3 系统的静特性分析 双闭环直流调速系统的稳态结构如图3所示，两个调节器均采用带限幅作用的PI调节器。转速调节器ASR的输出限幅电压U*im决定了电流给定的最大值，电流调节器ACR的输出限幅电压Ucm限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm[1]。 分析静特性的关键是掌握PI调节器的稳态特征，一般使存在两种状况：饱和—输出达到限幅值，不饱和—输出未达到限幅值。当调节器饱和时，输出达到限 沈 阳 大 学