文档介绍：三江学院
《运动控制系统》课程设计
目录
一、设计思想……………………………………………… 2
1. 双闭环调速系统的动态结构框图……………………… 2
2. 电流调节器的设计思想………………………………… 2
3. 转速调节器的设计思想………………………………… 5
二、设计步骤…………………………………………………9
电流调节器设计……………………………………………9
转速调节器设计………………………………………… 12
转速调节器退饱和转速超调量计算…………………… 13
三、总结心得…………………………………………………14
四、参考文献…………………………………………………… 15
五、附件………………………………………………………16
一、设计思想
本文是根据工程设计方法来对 ASR 和 ACR 的结构及参数进行设计的。按照设计多环控制系统先内环后外环的一般原则,先设计电流调节器,然后把整个电流环看作是转速系统中的一个环节,再设计转速调节器。
根据工程设计方法的基本思路我们知道首先应该选择电流调节器的结构。因为电流环作为内环,从稳态要求上看,要求电流无静差,以得到理想的堵转特性,从动态上看,实际系统不允许电枢电流在突加控制作用下时有太大的超调,以保证电流在动态过程不超过允许值,而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要的因素。因而电流环应以跟随性能为主。所以本文采用典型Ⅰ型系统。对于转速环,由于转速环作为外环,主要要求系统抗干扰性能好和转速无静差,所以将转速环设计成典型Ⅱ系统。
1. 双闭环直流调速系统的动态结构框图
图1-1 双闭环调速系统的动态结构框图
上图 1-1是双闭环调速系统的实际动态结构框图。由于电流检测信号中常含有交流分量,为了不使它影响到调节器的输入,需要加低通滤波。这样的滤波环节传递函数可用一阶惯性环节来表示,其滤波时间常数按需要选定,以滤平电流检测信号为准。然而,在抑制交流分量的同时,滤波环节也延迟了反馈信号的作用,为了平衡这个延迟作用,在给定信号通道上加入一个同等时间常数的惯性环节,称作给定滤波环节。其意义是让给定信号和反馈信号经过相同的延时,使得二者在时间上恰好的配合。
由测速发电机得到的转速反馈电压含有换向纹波,因此也需要滤波,滤波时间常数用表示。根据和电流环一样的道理,在转速给定通道上也加入时间常数
的给定滤波环节。
2. 电流调节器设计思想
⑴电流环结构框图的化简
在图 1-1点划线框的电流环中,反电动势与电流反馈的作用相互交叉,这将给设计工作带来麻烦。实际上,反电动势与转速成正比,它代表转速对电流环的影响。在一般情况下,系统的电磁时间常数远小于机电时间常数,因此,转速的变化往往比电流变化慢得多,对电流环来说,反电动势是一个变化较慢的扰动,在电流的瞬变过程中,可以认为反电动势基本不变,即,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动态影响,得到的电流环的近似结构框图如图 1-2。
图1-2 忽略反电动势的动态影响
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,则电流环便等效成单位负反馈系统,如图1-3。
图1-3 等效成单位负反馈系统
由于和比小得多,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:
则电流环结构框图最终简化成下图1-4。
图1-4 小惯性环节近似处理
⑵电流调节器结构的选择
图1-4表明,电流环的控制对象是双惯性的,要校正成典型Ⅰ型系统,显然应采用PI型的调节器,其传递函数可以写成
式中--------电流调节器的比例系数--------电流调节器的超前时间常数
为了让调节器零点与控制对象的大时间常数极点对消,选择
则电流环的动态结构框图便成为图1-5 所以的典型形式,其中
图1-5 校正成典型Ⅰ型系统电流环动态结构框图
下图1-6绘出了校正后电流环的开环对数幅频特性.
图1-6 校正成典型Ⅰ型系统电流环开环对数幅频特性
校验是否满足条件
⑶电流调节器的参数计算
由式可以看出,电流调节器的参数是和,其中已选定,待定的只有比例系数,它可根据所需的动态性能指标选取。
计算电流环开环增益:
计算电流调节器的比例系数:
如果实际系统要求的跟随性能指标不同,式和可以做相应的改变,然后再次校验抗扰性能的指标是否满足。
⑷计算调节器电阻和电容
按含给定滤波和反馈滤波的模拟式PI型电流调节器原理图如图1-7,图中为电流给定电压,为电流反馈电压,调节器的输出就是电力电子变换器的控制电压。
根据运算放大器的电路原