自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計

1、成績評定:華南理工大學廣州學院自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計設(shè)計報告書題目:轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)整系統(tǒng)（院）系： 電子信息工程學院專 業(yè)：10自動化3班學生姓名:盧俊宇學 號：201038787228起迄日期：2013.09.22華南理工大學廣州學院電信工程學院自動化專業(yè)白動控制系統(tǒng)課程設(shè)計任務(wù)書（b52）一. 課程設(shè)計題目：晶閘管轉(zhuǎn)速、電流雙閉壞調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計二. 課程設(shè)計內(nèi)容：設(shè)計-轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，采用他勵直流電動機、晶閘管三相全控橋式整流電路，其數(shù)據(jù)如下：直流電動機耳=220u,/n =375a,® =1430"min,電流過載系數(shù)2取1.75,電樞電阻計算系數(shù)取0

2、.5,電機軸上總轉(zhuǎn)動慣量gd96n 卅;晶閘管觸發(fā)與-整流裝置的放人系數(shù)k, =30 :三相供電線電壓38ov,相電壓220v,電 網(wǎng)波動系數(shù)b=0.95；額定轉(zhuǎn)速時的給定電壓u：” =10 v；調(diào)節(jié)器飽和輸出電壓10v；調(diào)速范圍d=10;系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能指標：無靜差，電流超調(diào)量（t, <5%,空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量巧510%。三. 課程設(shè)計要求：1. 進行晶閘管整流器主電路形式選擇、整流變壓器的選擇（二次電壓、電流、變壓器視 在功率）、整流器件的選擇、平波電抗器的選擇、觸發(fā)電路的選擇；2. 系統(tǒng)各主要參數(shù)的估計與計算（整流器內(nèi)阻、平均火控時間、電樞回路總阻、電樞回 路總電感

3、、電機電勢常數(shù)、轉(zhuǎn)矩常數(shù)、電磁吋間常數(shù)、機電吋間常數(shù)、電流反饋濾波吋|'可常 數(shù)、轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù)、轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)、電流反饋系數(shù)）3. 設(shè)計電流調(diào)節(jié)器并作性能指標校驗：4. 設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器并作性能指標校驗；5. 計算空載起動到最低轉(zhuǎn)速吋的轉(zhuǎn)速超調(diào)量；6. 對設(shè)計的系統(tǒng)進行matlab仿真；7. 繪制系統(tǒng)線路圖（主電路、觸發(fā)電路、控制電路）。四設(shè)計完成后應(yīng)繳交設(shè)計說明書一分，包括上述設(shè)計基本內(nèi)容、計算過程、線路圖、結(jié)論 及心得體會。五 設(shè)計完成期限：本設(shè)計任務(wù)書于2013年9月2 f1發(fā)出，2013年9月24日上交設(shè)計說明 ho設(shè)計者：盧俊宇 專業(yè)教研組主任：彭康擁 批準；指導教師：彭

4、康擁 簽發(fā)目錄一、晶閘管整流器設(shè)計5（一）進行主電路形式選擇5（二）整流變壓器的選擇6（三）晶閘管的選擇8（p4）觸發(fā)電路的選擇9二、系統(tǒng)各主要參數(shù)的估算與計算10三、電流調(diào)節(jié)器與轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計思路12（一）電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計12（二）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計15（三）校驗18四 matlab 圖19五、心得體會20晶閘管雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計全程序晶閘管整流器設(shè)計1.進行主電路形式選擇:整流器主電路聯(lián)結(jié)形式的確定：整流器主電路聯(lián)結(jié)形式多種多樣,選擇時應(yīng)考慮以下情況:（1）可供使用的電網(wǎng)電源相數(shù)及容量；（2）.傳動裝置的功率;（3） 允許電壓和電流脈動率；（4）傳動裝置是否要求可逆運行,是否要

5、求冋饋制動;本設(shè)計任務(wù)已規(guī)定采用晶閘管三相全控橋式整流電路，具有以下特占八、變壓器 利用率直流側(cè) 脈動情況元件利用率 （導通角）直流磁化波形畸變（畸 變系數(shù)）應(yīng)用場合三相全控 橋式好(0.95)較小(m=6)較好(120° )無較小(0.955)應(yīng)用范圍廣三相全控橋式計算系數(shù)整 流 變 壓 器二次相電流計算系數(shù)kiv =0.816換相電抗壓降系數(shù)kx =0.5次相電流計算系數(shù)k 仏=0816整流電壓計算系數(shù)kuv =2.34視在功率計算系數(shù)kst 1.05晶 閘 管電壓計算系數(shù)kut =2.45漏抗計算系數(shù)k幾二1.22電流計算系數(shù)k/丁 =0.367漏抗折算系數(shù)k厶=2電阻折算系數(shù)

6、心=22整流變壓器的選擇：整流變壓器一次側(cè)接交流電網(wǎng)，二次側(cè)連接整流裝置。整流變壓 器的選擇主要內(nèi)容有連接方式、額定電壓、額定電流、容量等。整流變壓器二次相電壓的計算1）整流變壓器的參數(shù)計算應(yīng)考慮的因素。由于整流器負載凹路 的電感足夠大，故變壓器內(nèi)阻及晶閘管的通態(tài)壓降可忽略不計， 但在整流變壓器的參數(shù)計算時，還應(yīng)考慮如下因素：a）最小觸發(fā)延遲角久m :對于要求直流輸出電壓保持恒定的整 流裝置，。應(yīng)能自動調(diào)節(jié)補償。一般可逆系統(tǒng)的取30°35。，不可逆系統(tǒng)的取10°15。ob）電網(wǎng)電壓波動：根據(jù)規(guī)定，電網(wǎng)電壓允許波動范圍為 +5%10%,考慮在電網(wǎng)電壓最低時，仍能保證最大整流輸

7、出電 壓的要求，通常取電壓波動系數(shù)b=0.91.05。c）漏抗產(chǎn)生的換相壓降氏x od）晶閘管或整流二極管的正向?qū)▔航当刳唷?）二次相電壓匕的計算a）用于轉(zhuǎn)速反饋的調(diào)速系統(tǒng)的整流變壓器“cos 仏kh牛）二 119.5v式中 6=119.5變壓器二次相電壓（v）;n=220電動機的額定電壓（v）;kuv =2.34整流電壓計算系數(shù)；b=0.95電壓波動系數(shù)，min =10度晶閘管的最小觸發(fā)延遲角；kx =0.5換相電感壓降計算系數(shù)；u di =0.05變壓器阻抗電壓比，100kva以下取0.05,容 量越大，5越大（最大為0.1）;厶max變壓器的最大工作電流,它與電動機的最大工 作電流打叭

8、相等（a）；4=375a電動機的額定電流（a）。r a =0.03電動機的電樞電阻（c）。二次相電流/2的計算1 2 = k iv 1 dn二0.816*375=306a式中k iv二0.816二次相電流計算系數(shù)；i dn =375a整流器額定直流電流（a）。當整流器用于電樞供電時，一般取/ cln = i n。在有環(huán) 流系統(tǒng)屮，變壓器通常設(shè)有兩個獨立的二次繞組，其二次相電流為1 2= k iv （】n + 1 r）式中i r平均環(huán)流，通常i r = （ 0 . 050 . 1 ） /何。（4）變壓器的容量計算一次容量：s |: “ u °。i 掀a uv=2.34*119.5*75

9、=1097kvav - rn ij j二次容量：q2 一 2ud 0丄dn八uv=1195*75*234=109.7kva平均總?cè)萘浚簊 = ( s 1 + s 2 ) / 2 =109.7kva式中 fn i、m 2 變壓器一次、二次繞組相數(shù)，對于三相全 控橋 m t = m 2 = 3 .k 1 £ =0.816 一次相電流計算系數(shù)；u do二119.5v 整流器空載電壓(v);k iv =0.816二次相電流計算系數(shù)；k uv =2.34整流電壓計算系數(shù)。(三)晶閘管的選擇1) 晶閘管的額定屯壓u % = (2 3) k ut u 2 二2.5*2.45*119.5二731.9

10、4式中安全裕量取2.5, kut =2.45 o2) 晶閘管的額定電流厶(伯 »(15 二 1.5*0.367*1.75*375二361.27a 式中選用kp-300-8平板型晶閘管。(1)平波電抗器的選擇1)電動機電樞電感5為l d = k d 一 jx 10 3 =0.82mh 對于快速無2 pn n 1 n補償電動機kp取8,磁極對數(shù)p=2。2)整流變壓器折合二次側(cè)的每和漏感厶卩為： =k tu dl=0.062m 式中 心=3.9, “川=0.053 )平波電抗器的選擇。維持電流連續(xù)的lp為l p = l ,-(厶 d 七 nl t ) =3.47244mh式中k = 0.6

11、93,打罰=005乙。限制電流的脈動系數(shù)取s, =5%時，5值為l p = l 2 - ( l d + nl t ) =5.71572mh式中心=1.045。取兩者中較大的，故lp=5.71572mh時，電流連續(xù)和脈動耍 求能同時滿足。此時，電動機電樞回路總電感l(wèi)=6.66mh(四)觸發(fā)屯路的選擇；i冬11-10鈿久波移木ii蝕發(fā)器二系統(tǒng)各主要參數(shù)的估計與計算d° =0.03l最低限度須掌握的原始數(shù)據(jù)：實際上大體為電動機銘牌數(shù) 2. "= st = 0.92 疋 5 石=0.028ld = kdx103：亦小n=0.82mhlt =0.062mhp-k'ujid血=

12、3 47244mh 厶二/(s厶彳沖罰q =5=0.145979c,=30q/e=.394 =£/jr =0.1148s_ gd2r375c,cw =o.07297s設(shè) ks =30查表2-2：三相橋式晶閘管整流器平均失控時間 r =0.00167s；電流濾波時間常數(shù)幾：三相橋式電路每個波頭的時 間是3.3ms,為了基本濾平波頭，應(yīng)有（12） ro,=3.33ms, 故取 ©=2ms=0002s;轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)巧”:根據(jù)所用測速發(fā)電機紋波情 況，取 =0.018；取系統(tǒng)最大運彳亍速度=g = 1430i7min;電動機允許最大電流；'經(jīng)1 =>=656.25

13、 i取電動機允許最大過載系數(shù)2=1.75；設(shè)轉(zhuǎn)速給定信號最大值c = iov；設(shè)電流給定信號最大值c=iov；則速度反饋系數(shù) a = t/；max /%ax =0.0069vmin/r;電流反饋系數(shù)"爲皿=0.01524v/a九=可=0.1148st寸二 t +tzz s o, =0.00367sk = tr = r （石）2kj3t云® 耳）=1 9841rk嚴寸=r嚴k&取他=40kq,則rt =79 364= rici => cj = t/r,=0.1148/79.364= 1.446uf1 、 卩二護嚴4乙/幾=4*0.002/40000=0.2uf三

14、、電流調(diào)節(jié)器與轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計（一）電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計2電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計分為以下幾個步驟；31 電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡化；簡化內(nèi)容：（1）忽略反電動勢的動態(tài)影響；（2）等效成單位負反饋系統(tǒng)：“(3)小慣性環(huán)節(jié)近似處理由于ts和roi 一般都比刃小得多，可以當作小慣性群而近似地看作是一個慣性環(huán)節(jié)，其時間常數(shù)為tm = ts + toi “、aaaaaaaa簡化的近似條件為3電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖最終簡化成圖319c. “3-19c4電流調(diào)節(jié)器的實現(xiàn),o-08.6k 1.661m20k2ok20k20kbal20k0.2/urq2c0.2/z此時akgtr=1.9841*30*0.01524/0.1148/0.

15、058=136.24瓦乓=0.5心=0.707。, = 4.3%1/晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)近似條件:6)=k % 136.24 < =1» 199.6卩 73兀 3x0.001672）忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響條件:=32.783）電流環(huán)、轉(zhuǎn)速環(huán)厲=厶+ 7；近似處理條件:均滿足2轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計：卜“7 =： + 1/( = 0.01+1/13624 彩 0.0173 細h = 5;q 二叫r = 5x0.01734= 0.0867v k _(力+1)心n 2hartj=6*0.01524*0.145979*0.07297/2/5/0.00699/0.058/0.017 34

16、=13.86rk 嚴嘖二r“=k“r。取仇=40 ko,則rn=1386*40=554.4kg% = rncn d 5=工rn=0.0867/ (554.4*1000) =0.156uf=70con => con = at。r© 4=4*0.04/40000= luf(-)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計"轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計設(shè)計分為以下幾個步驟：“1 電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)：電流環(huán)經(jīng)簡化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個環(huán)節(jié)，為此，須求出它的閉環(huán)傳遞函數(shù)由圖320a可知s(坊 s+1)k* 始+i)f?+r+1忽略高次項，上式可降階近似為“1壯(s”“丄 s + 1£近似條件心“cnt

17、k、式中如轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)頻率特性的截止頻率?！敖尤朕D(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，電流環(huán)等效環(huán)節(jié)的輸入量應(yīng)為因此電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應(yīng)等效為“厶 g) _%g) u； (s) 一 p1 5+12 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇卩轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)儀圖322轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其簡化系統(tǒng)等效和小慣性的近似處理：和電流環(huán)中一樣，把轉(zhuǎn)速給定濾波和反饋濾波環(huán)節(jié)膠到環(huán)內(nèi)，同時將給定信號改成匚礙/弘 再把時間常數(shù)為1 / ki和ron的兩個小慣性環(huán)節(jié)合并起來，近似成一個時間常數(shù)為其和的慣性環(huán)節(jié)，其中心znk3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇“轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)包括kn和館。按照典型ii型系統(tǒng)的參o-20k i 20k /i ac2ok i jsok1c-an

18、c1237.96k(jbal20k5+12命厲曲沁數(shù)關(guān)系，由式(3-29) t二任再由式(3-30) aak - h + 1n 一 2噸j n因此4k _(h+v)/3cetmn 2hartxn式中選4h = 54 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)4此時宀二心q99.1x(m67 5.6(1®轉(zhuǎn)速環(huán)鳥二徐”+ 1/近似處理條件:電流環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)酈處理騎近似條件：轉(zhuǎn)速環(huán)截0頁率:均滿足性能指標校驗：31.asr退飽和超調(diào)量計算：a故空載起動到額定轉(zhuǎn)團的退飽和超調(diào)量為:=2*0.812*1.75*375*0.058*0.01734/0.145979/1430/0.07297=0.0704<0.1空載起動到額定轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)時間為:=0.145979*0.07297* 1430/0.058/1.75/375=0.4smatlab 仿