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文檔簡介
1、<p><b> 信息科學(xué)與工程學(xué)院</b></p><p><b> 課程設(shè)計</b></p><p> 二○○六 ~二○○七 學(xué)年第 二 學(xué)期</p><p> 課程名稱: 雙閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 </p><p> 班 級: 自動化043班
2、 </p><p> 學(xué) 號: </p><p> 姓 名: </p><p> 指導(dǎo)教師: </p><p> 二○○七 年 六 月</p><p><b> 一、
3、 設(shè)計題目:</b></p><p> 雙閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)中主電路,電流調(diào)節(jié)器及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計。</p><p> 二、 已知條件及控制對象的基本參數(shù):</p><p> ?。?)已知電動機參數(shù)為:=3kW,=220V,=17.5A,=1500r/min,電樞繞組電阻=1.25,=3.53。采用三相全控橋式電路,整流裝置內(nèi)阻=1.3。平波電抗
4、器電阻=0.3。整流回路總電感L=200mH。</p><p> (2)這里暫不考慮穩(wěn)定性問題,設(shè)ASR和ACR均采用PI調(diào)節(jié)器,ASR限幅輸出=-8V,ACR限幅輸出=8V,最大給定=10V,調(diào)速范圍D=20,靜差率s=10%,堵轉(zhuǎn)電流 =2.1,臨界截止電流 =2。</p><p> ?。?)設(shè)計指標(biāo):電流超調(diào)量δ%5%,空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量δ10%,空載起動到額定轉(zhuǎn)速的
5、過渡過程時間 t0.5。</p><p><b> 三、 設(shè)計要求</b></p><p> ?。?)分別用工程設(shè)計方法和西門子調(diào)節(jié)器最佳整定法進行設(shè)計,決定ASR和ACR結(jié)構(gòu)并選擇參數(shù)。</p><p> ?。?)對上述兩種設(shè)計方法進行分析比較。</p><p> ?。?)設(shè)計過程中應(yīng)畫出雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖
6、及動態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p> 四、 設(shè)計方法及步驟:</p><p> ?、?用工程設(shè)計方法設(shè)計 </p><p> (1)系統(tǒng)設(shè)計的一般原則:</p><p> 按照“先內(nèi)環(huán)后外環(huán)” 的設(shè)計原則,從內(nèi)環(huán)開始,逐步向外擴展。在這里,首先設(shè)計電流調(diào)節(jié)器,然后把整個電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié),再設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器</p>
7、;<p><b> ?。?)電流環(huán)設(shè)計</b></p><p> 電流環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖及簡化:</p><p><b> 確定時間常數(shù)</b></p><p><b> 根據(jù)已知數(shù)據(jù)得</b></p><p> T==s = 0.162s</p>
8、<p> 三相橋式晶閘管整流電路的平均后時間,取電流反饋濾波時間常數(shù),可得電流環(huán)的小時間常數(shù)為</p><p> += 0.0017 s+0.002 s = 0.0037 s</p><p><b> 選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)</b></p><p> 雖然 == 18.9 > 10 ,但由于對電流超調(diào)量有較嚴(yán)格要求,而抗擾
9、指標(biāo)卻沒有具體要求,因此電流環(huán)仍按典型I型系統(tǒng)設(shè)計。電流調(diào)節(jié)器選用PI調(diào)節(jié)器,其傳遞函數(shù)為</p><p><b> 選擇電流調(diào)節(jié)器參數(shù)</b></p><p> 積分時間常數(shù) = = 0.07 s</p><p> 為滿足δ%5%要求,取電流環(huán)開環(huán)增益為</p><p> == = 135.14 </
10、p><p> 電流調(diào)節(jié)器比例系數(shù)為</p><p><b> = =135.14</b></p><p> 取調(diào)節(jié)器的輸入電阻=20k,則電流調(diào)節(jié)器的各參數(shù)為</p><p> ==3.2720k=60.54 k,取62 k</p><p> = ==1.13,取1</p>&
11、lt;p> ===0.4,取0.47</p><p> 根據(jù)上述參數(shù)可以達到的動態(tài)指標(biāo)為</p><p><b> δ%=4.3%5%</b></p><p><b> 故能滿足設(shè)計要求。</b></p><p><b> 校驗近似條件</b></p>
12、;<p> 電流環(huán)截至頻率= =135.14,晶閘管裝置傳遞函數(shù)近似條件為 ,</p><p><b> 現(xiàn)</b></p><p><b> =196.1></b></p><p><b> 故該近似條件滿足。</b></p><p> 忽略反電
13、動勢影響的近似條件為 ,現(xiàn)</p><p><b> ==28.2<</b></p><p><b> 故該近似條件滿足。</b></p><p> 小時間常數(shù)近似處理條件為 ,現(xiàn)</p><p><b> ==180.8></b></p>&
14、lt;p><b> 故該近似條件滿足。</b></p><p><b> ?。?)轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計</b></p><p> 轉(zhuǎn)速環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖及簡化:</p><p><b> 確定時間常數(shù)</b></p><p> 因 = ,故轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)為</p>
15、<p> ==Vmin/r=0.0067 Vmin/r</p><p> 電流環(huán)的等級時間常數(shù)為 2=0.0074s。取轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù) =0.01s,轉(zhuǎn)速環(huán)的時間常數(shù)為</p><p> =0.0074s+0.01s=0.0174s</p><p><b> 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)</b></p><p
16、> 設(shè)計要求中雖然允許系統(tǒng)有靜差,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)放大系數(shù)很大,因此轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器如采用比例調(diào)節(jié)器,將很難滿足穩(wěn)定性要求。為此,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用近似PI調(diào)節(jié)器,按典型II型系統(tǒng)進行設(shè)計??勺C明,當(dāng)近似PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)放大系數(shù)很大時,其傳遞函數(shù)可表示為</p><p><b> 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)</b></p><p> 按跟隨性能和抗擾性能較好的原則選擇h=5
17、,求出轉(zhuǎn)速超調(diào)量δ%和過渡過程時間 。如果能夠滿足設(shè)計要求,則可根據(jù)所選的h值計算有關(guān)參數(shù);否則要改變h值重新進行計算,直到滿足設(shè)計要求為止。</p><p> 當(dāng)h=5時,ASR退飽和超調(diào)量為</p><p><b> δ%=</b></p><p> 式中,為電動機允許過載系數(shù),按題意 =2.1;z為負(fù)載系數(shù),設(shè)為理想空載起動,則z
18、=0; 為調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)機械特性的額定穩(wěn)態(tài)速降,= ;是基準(zhǔn)值為時的超調(diào)量相對值,而=。</p><p> 當(dāng)h=5時,=81.2%,故起動到額定轉(zhuǎn)速,即 = 時,退飽和超調(diào)量為</p><p><b> δ=9.2%10%</b></p><p><b> 滿足設(shè)計要求。</b></p><p&g
19、t; 空載起動到額定轉(zhuǎn)速的過渡過程中,由于在大部分時間內(nèi)ASR飽和而不起調(diào)節(jié)作用,使過渡過程時間延長, 可表示為</p><p><b> =+</b></p><p> 其中為恒流升速時間,是退飽和超調(diào)過渡過程時間。</p><p><b> ==s=0.31s</b></p><p>
20、 退飽和超調(diào)過渡過程時間等于動態(tài)速升的回復(fù)時間。當(dāng)h=5時=8.8=0.153s。但恢復(fù)時間是按誤差為5%計算的。這里=2TN= =170.4r/min,故 5%= 8.5r/min。這就是說,轉(zhuǎn)速進入8.5r/min 的恢復(fù)時間為 0.153s。但這里的恢復(fù)時間應(yīng)按轉(zhuǎn)速進入5%來計算,由于5% =75 r/min 8.5 r/min,顯然所需時間將遠(yuǎn)小于0.153s,故可忽略不計,于是=0.31s。可見,能滿足設(shè)計要求。這樣,就可根
21、據(jù)h=5選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)。</p><p><b> ASR的時間常數(shù)為</b></p><p> =h=50.0174s=0.087s</p><p><b> 轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為</b></p><p><b> ==</b></p><p&g
22、t;<b> ASR比例系數(shù)為</b></p><p><b> ==8.4</b></p><p> 如去調(diào)節(jié)器輸入電阻 =20k,則</p><p> ==8.420 k=168k,取160 k</p><p> ===0.54,取0.47</p><p>&l
23、t;b> ===2,取2</b></p><p><b> 校驗近似條件</b></p><p><b> 轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為</b></p><p> ===396.40.087 =34.5</p><p> 電流閉環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為,現(xiàn)</p><
24、;p><b> ==54.1></b></p><p><b> 故滿足該簡化條件。</b></p><p> 小時間常數(shù)近似處理條件為 ,現(xiàn)</p><p><b> ==38.75></b></p><p><b> 故滿足該簡化條件
25、</b></p><p><b> 5)易犯錯誤</b></p><p> 由例2-2知,此系統(tǒng)是有差系統(tǒng),ASR似乎可用比例調(diào)節(jié)器并按典型I型系統(tǒng)進行設(shè)計。這時,轉(zhuǎn)速環(huán)的開環(huán)放大系數(shù)為</p><p><b> =</b></p><p> 根據(jù)設(shè)計指標(biāo),轉(zhuǎn)速超調(diào)量要求δ10%
26、,據(jù)此可選擇參數(shù)為</p><p><b> =0.69</b></p><p><b> 于是</b></p><p><b> =9.7</b></p><p> 上述設(shè)計過程的錯誤是:ASR采用比例調(diào)節(jié)器,當(dāng)其放大系數(shù)為9.7時,雖可滿足動態(tài)指標(biāo)的要求,但卻無法滿
27、足穩(wěn)態(tài)指標(biāo)要求。由前述計算可知,發(fā)展穩(wěn)態(tài)指標(biāo)要求時KASR=76.3,即ASR采用比例調(diào)節(jié)器時無法解決動、穩(wěn)態(tài)之間的矛盾,只有當(dāng)ASR采用PI調(diào)節(jié)器(或近似PI調(diào)節(jié)器)后,才能較好地解決這個矛盾。為此,當(dāng)系統(tǒng)對穩(wěn)態(tài)指標(biāo)要求較高時,即使是有差系統(tǒng),ASR仍應(yīng)采用PI調(diào)節(jié)器,并按典型II型系統(tǒng)進行設(shè)計。</p><p> 另外,計算空載起動到額定轉(zhuǎn)速的過渡過程時間時,若查教材表2-6,當(dāng)h=5時,得</p&g
28、t;<p> =9.55=9.550.174 s = 0.17 s</p><p> 是不對的,此錯誤在于:教材表2-6所列數(shù)據(jù)是系統(tǒng)處于線性狀態(tài)下得到的跟隨性指標(biāo),它只適用與線性系統(tǒng)。而實際系統(tǒng)在突加給定后,由于ASR飽和不再起調(diào)節(jié)作用,因此其過渡過程時間 將延長,其值主要由恒流升速的過程時間所決定。</p><p> ?、颉∮梦鏖T子調(diào)節(jié)器最佳整定法設(shè)計</p&
29、gt;<p> ?。?)電流環(huán)的動態(tài)校正</p><p> 雙閉環(huán)系統(tǒng)中電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖,如教材中圖2-27所示。對于這種調(diào)節(jié)對象由一個大慣性環(huán)節(jié)和一個小慣性群所組成的系統(tǒng),電流調(diào)節(jié)器可以采用PI調(diào)節(jié)器,即</p><p> 如果調(diào)節(jié)器按下列調(diào)節(jié)選擇參數(shù),電流環(huán)即將被校正為二階最佳閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)</p><p><b> 所得調(diào)節(jié)器參數(shù)
30、為</b></p><p><b> ==0.07</b></p><p> == s = 0.021 s</p><p> 因=20k,故==1.05,取1,于是= =70 ,取68。這時電流環(huán)可達到的動態(tài)指標(biāo)為:最大超調(diào)量</p><p><b> %=4%,</b><
31、;/p><p><b> 上升時間</b></p><p> =4.7=4.7× 0.0037s=0.017。</p><p> (2)轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)校正</p><p> 將電流環(huán)與上述的工程設(shè)計方法同樣處理,可畫出轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)機構(gòu)圖如教材中圖2-33所示。對于這種調(diào)節(jié)對象由一個積分環(huán)節(jié)和一個小慣性群組成的
32、系統(tǒng),轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器可以采用PI調(diào)節(jié)器,即</p><p> 如果調(diào)節(jié)器按下述條件選擇參數(shù),系統(tǒng)即被校正為三階最佳閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)</p><p><b> ==</b></p><p><b> 所得調(diào)節(jié)器參數(shù)為</b></p><p> ==4×0.0174s=0.0696s</
33、p><p><b> ==7</b></p><p> 因=20k,故==7×20 k=140 k,取=130 k,則==0.54F,取=0.47F。給定濾波器的時間常數(shù)為</p><p> =4=0.0696s</p><p> 當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用上述參數(shù),并在輸入端加給定濾波器后,系統(tǒng)可以達到的動態(tài)指標(biāo)為
34、:轉(zhuǎn)速最大超調(diào)量δ=8.1%,過渡過程時間=16.4=16.4×0.0174s=0.265s。</p><p> ?、髢煞N設(shè)計方法的分析比較</p><p> (1)西門子設(shè)計方法中的二階最佳系統(tǒng),與工程設(shè)計方法中的典型I型系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上是一樣的。前者選擇參數(shù)的條件,相當(dāng)于典型I型系統(tǒng)中選 的情況。</p><p> ?。?)西門子設(shè)計方法中三階最佳系統(tǒng)與
35、工程設(shè)計方法中的典型II型系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上是一樣的。前者選擇參數(shù)的條件,相當(dāng)于典型II型系統(tǒng)中選中頻寬h=4的情況。</p><p> (3)西門子設(shè)計方法的主要缺點是轉(zhuǎn)速超調(diào)量計算未考慮ASR飽和,因此給出的δ 過大;再采用較大時間常數(shù)的給定濾波,并不能減小δ,因此只要ASR飽和,此濾波環(huán)節(jié)對抑制超調(diào)就無作用。此外,西門子方法沒有給出參數(shù)變化時系統(tǒng)動態(tài)性能的變化趨勢,這就給現(xiàn)場調(diào)試帶來一定困難。</
36、p><p><b> 五、 設(shè)計心得:</b></p><p> 這次電力拖動自動控制系統(tǒng)歷時一個星期,在整整一個星期的日子里,可以說得是苦多于甜,但是可以學(xué)到很多很多的的東西,同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識,而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。 </p><p> 1.學(xué)習(xí)是沒有止境的。在做這個課程設(shè)計之前,我一直以為自己的理論
37、知識學(xué)的很好了。但是在完成這個設(shè)計的時候,我總是被一些小的,細(xì)的問題擋住前進的步伐,讓我總是為了解決一個小問題而花費很長的時間。最后還要查閱其他的書籍才能找出解決的辦法。并且我在做設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)有很多東西,我都還不知道。其實在計算設(shè)計的時候,基礎(chǔ)是一個不可缺少的知識,但是往往一些核心的高層次的東西更是不可缺少。</p><p> 2.多和同學(xué)討論。我們在做課程設(shè)計的工程中要不停的討論問題,這樣,我們可以盡可能
38、的統(tǒng)一思想,這樣就不會使自己在做的過程中沒有方向,并且這樣也是為了方便最后程序和在一起。討論不僅是一些思想的問題,他還可以深入的討論一些技術(shù)上的問題,這樣可以使自己的人處理問題要快一些。</p><p> 3.多改變自己設(shè)計的方法。在設(shè)計的過程中最好要不停的改善自己解決問題的方法,這樣可以方便自己解決問題。</p><p> 六、 參考資料 :</p><p>
39、; [1]黃俊.電力電子變流技術(shù).北京:機械工業(yè)出版社,[2]陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng).北京:機械工業(yè)出版社,1999.5 279~283[3]劉競成.交流調(diào)速系統(tǒng).上海:上海交通大學(xué)出版社,1996.3 61~64[4]交流調(diào)速系統(tǒng)實驗指導(dǎo)書[5]李華德.交流調(diào)速控制系統(tǒng).北京:電子工業(yè)出版社,2003.3</p><p> 電力拖動自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計</p><p>
40、 信息科學(xué)與工程學(xué)院課程設(shè)計二○○六 ~二○○七 學(xué)年第 二 學(xué)期課程名稱: 雙閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 班 級: 自動化043班 學(xué) 號: 200404134069 姓 名: 黃 芳 指導(dǎo)教師: 潘 煉 二○○七 年 六 月一、 設(shè)計題目:雙閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)中主電路,電流調(diào)節(jié)器及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計。二、 已知條件及控制對象的基本參數(shù):(1)已知電動機參數(shù)為: =3kW, =220V, =17.5A, =150
41、0r/min,電樞繞組電阻 =1.25 , =3.53 。采用三相全控橋式電路,整流裝置內(nèi)阻 =1.3 。平波電抗器電阻 =0.3 。整流回路總電感L=200mH。(2)這里暫不考慮穩(wěn)定性問題,設(shè)ASR和ACR均采用PI調(diào)節(jié)器,ASR限幅輸出 =-8V,ACR限幅輸出 =8V,最大給定 =10V,調(diào)速范圍D=20,靜差率s=10%,堵轉(zhuǎn)電流 =2.1 ,臨界截止電流 =2 。(3)設(shè)計指標(biāo):電流超調(diào)量δ % 5%,空載起動到額定轉(zhuǎn)速
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