文档介绍：专业设计
课题名称双闭环直流调速系统设计(ASR)
专业自动化
班级二
学号
姓名
指导教师
2011年11月 27日
设计目的和意义
转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能很好、应用最广的直流调速系统。双闭环调速系统是由单闭环调速系统发展而来的。单闭环调速系统可以实现转速调节无静差,但单闭环调速系统中用一个调节器综合多种信号,各参数间相互影响,难于进行调节器动态参数的调整,而用两个调节器分别调节转速和电流,构成转速、电流双闭环调速系统,则可以获得近似理想的过渡过程。运用所学知识分析自动控制系统,掌握调速系统的设计方法,加强动手能力,从而印证和巩固理论知识,为以后的学习和工作奠定基础。
设计条件及要求
原始数据:直流电动机
Ped=185W ,Ued=220V ,Ied= ,ned=1500rpm,
并励
Ur=220V ,Ir=
主电路
Ks=39 ,GD2= ,α= ,β= , R==,Tm=,Ce=/(r/min) ,CM=
z=0,
设计要求:
(1)额定负载下静态速降小于2%
(2)电流及转速超调量小于15%
(3)电机额定负载下动态速降10%左右
(4)启动振荡次数2—3次
相关知识

根据自动控制原理,反馈控制的闭环系统是按被调量的偏差进行控制的系统,只要被调量出现偏差,它就会自动产生纠正偏差的作用。
调速系统的转速降落正是由负载引起的转速偏差,显然,引入转速闭环将使调速系统可以大大减少转速降落。
带转速负反馈的闭环直流调速系统原理框图
上图为带转速负反馈的闭环直流调速系统原理框图。在反馈控制的闭环直流调速系统中,与电动机同轴安装一台测速发电机TG ,从而得出与被调量转速成正比的负反馈电压,与给定电压相比较后,得到转速偏差电压,经过放大器A,产生控制电压输入到电力电子变换器UPE中,用来控制电动机转速。图中,UPE是由电力电子器件组成的变换器,它的输入端接三相交流电源,输出为可控的直流电压。
﹑电流双闭环直流调速系统的组成
采用PI调节器组成速度调节器ASR的单闭环调速系统,既能得到转速的无静差调节,又能获得较快的动态响应。从扩大调速范围的角度来看,他已基本满足一般生产机械对调速的要求。但是对于系统的快速启动、突加负载动态速降等,单闭环系统还不能满足要求。有些生产机械经常处于正反转工作状态,为了提高生产率,要求尽量缩短启动、制动和反转过度过程的时间,当然可用加大和过渡过程中的电流,即加大动态转矩来实现,但电流不能超过晶闸管和电动机的允许值。为了解决这个矛盾,可以采用电流截止负反馈环节。它与转速负反馈调速系统结合在一起,可以专门用来控制电流。但它只能是在超过临界电流值以后,靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击,由于电流截止负反馈只能限制最大电流,电动机转矩也随电流的减小而下降,使启动加速过程变慢,启动的时间也比较长,带电流截止负反馈的单闭环调速系统启动过程的波形如图
)所示。为了提高生产率和加工质量,要求大量缩短其过渡过程的时间。我们希望能充分利用电动机所允许的过载能力,使启动时的电流保持在最大允许值上,电动机输出最大转矩,从而转矩可直线迅速上升,到达稳态转速后,迫使电流迅速下降,使转矩与负载相平衡,从而转入稳态运行。)。其中b)比a)中调节时间要小,为了能实现在允许条件下最快启动,依照反馈控制规律,采用转速、电流双闭环调速系统能够达到上述要求。

a)带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统起动过程

b)理想的快速起动过程
直流调速系统起动过程的电流和转速波形
为了实现转速和电流的调节作用,在系统中设置了两个调节器,分别调节转速和电流,即分别引入转速负反馈和电流负反馈。两者之间实行串级连接,转速和电流双闭环调速系统如图
。从图中可看出,本系统具有两个反馈回路,称为双闭环。其中一个只由电流调节器ACR及电流检测反馈环节构成的电流环,另一个是由转速调节器ASR和转速检测反馈环节构成的速度环。从结构上分析知道,转速环包围电流环,故又称电流环为内环,称转速换为外环。在电路中ASR和ACR实行串级连接,即由ASR控制ACR,而ACR又控制触发电路,图中ASR和ACR均采用比例积分(PI)调节器,其输入和输出均采用限幅电路。
转速﹑电流双闭环直流调速系统
ASR—转速调节器 ACR—电流调节器 TG—测速发电机
TA—电流互感器 UPE—电力电子变换器
—转速给定电压—转速反