双闭环调速系统ASR和ACR结构与参数设计.doc

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某大学
课程设计说明书
学院：机电工程学院
专业：电气工程及其自动化
课程名称：电力拖动自动控制系统
设计题目：双闭环调速系统ASR和ACR
结构及参数设计
某：xxx
学号：2012xx值；电流调节器ACR的输出限幅电压限制了电力电子变换器的最大输出电压。
三、双闭环直流调速系统的稳态结构图
为了分析双闭环调速系统的静特性，必须先绘出它的稳态结构图，如下图1-3。它可以很方便地根据上图的原理图画出来，只要注意用带限幅的输出特性表示PI 调节器就可以了。分析静特性的关键是掌握这样的PI调节器的稳态特征。


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图1-3双闭环直流调速系统的稳态结构图
a—转速反馈系数；b—电流反馈系数
PI调节器的稳态特征一般存在两种状况，即饱和时输出达到限幅值和不饱和时输出未达到限幅值。当调节器饱和时，输出为恒值，输入量的变化不再影响输出，除非有反向的输入信号使调节器退出饱和；换句话说，饱和的调节器暂时隔断了输入和输出间的联系，相当于使该调节环开环。当调节器不饱和时， PI 作用使输入偏差电压在稳态时总是零。
四、双闭环直流调速系统的动态结构图
在单闭环直流调速系统动态数学模型的基础上，考虑双闭环控制的结构，即可绘出双闭环直流调速系统的动态结构图，如下图1-4所示。图中WASR(s)和WACR(s)分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数。为了引出电流反馈，在电动机的动态结构框图中必须把电枢电流Id显露出来。之后将要进行的典型系统的设计及动态性能指标的计算都是在此图基础上进行的。
图1-4双闭环直流调速系统的动态结构图


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五、两个调节器的作用
经过分析，转速和电流调节器都具有非常重要的作用，归纳如下。
转速调节器的作用：
转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速 n 很快地跟随给定电压变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差。
对负载变化起抗扰作用。
其输出限幅值决定电机允许的最大电流。
2. 电流调节器的作用：
作为内环的调节器，在外环转速的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出量）变化。
对电网电压的波动起及时抗扰的作用。
在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。
当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的。
六、调节器的工程设计方法
1．工程设计方法的基本思路
1）选择调节器结构，使系统典型化并满足稳定和稳态精度。
2）设计调节器的参数，以满足动态性能指标的要求。
2. 典型系统
1）典型I型系统传递函数：
式中 T — 系统的惯性时间常数；
K — 系统的开环增益。
2）典型Ⅱ型系统传递函数：


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3．选择典型系统的依据
一般来说，在动态性能中典型I型系统可以在跟随性能上做到超调量小，但抗扰性能稍差：而典型Ⅱ型系统的超调量相对较大，抗扰性能较好。
七、按工程设计方法设计双闭环系统的调节器
1. 系统设计对象
图1-5 双闭环调速系统的动态结构图
双闭环调速系统的实际动态结构图绘于图1-5，它与前述的图1-4不同之处在于增加了滤波环节，包括电流滤波、转速滤波和两个给定信号的滤波环节。其中
— 电流反馈滤波时间常数
— 转速反馈滤波时间常数
系统设计原则
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，最后进行转速超调量的校验。
第二章 电流调节器的设计
电流环结构图的简化
在按动态性能设计电流环时，可以暂不考虑反电动势变化的动态影响，即


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E≈0。这样，在按动态性能设计电流环时，可以暂不考虑反电动势变化的影响，也就是说，可以暂且把反电动势的作用去掉，得到电流环的近似结构框图，如下图2-1所示。
忽略反电动势对电流环作用的近似条件是：
（2-1）
图2-1 电流环的动态结构图及其化简
如果把给定滤波和反馈滤波两个环节都等效地移到环内，同时把给定信号改成U*i(s) /b，则电流环便等效成单位负反馈系统（图2-2）。
图2-2 单位负反馈系统
最后，由于Ts和 T0i 一般都比Tl小得多，可以当作小惯性群而近似地看作是一个惯性环节，其时间常数为
TΣi= Ts