目录
摘 2
1计务求 3
11初始条件 3
12 设计求 3
121技术求 3
122设计容 3
2系统设计方案 4
21 原理框图 4
22稳态结构图 5
3调节器设计 6
31电流调节器设计 7
311电流调节器工作原理作 7
312电流环结构图简化 8
313时间常数计算 9
314选择电流调节器结构 9
315计算电流调节器参数 10
316检验似条件 10
317计算电流调节器电阻电容 11
32转速调节器设计 12
321转速调节器工作原理作 12
322电流环等效闭环传递函数 12
323 时间常数计算 13
324选择转速调节器结构 14
325转速调节器参数计算 15
326检验似条件 15
327检验转速超调量 16
328计算转速调节器电阻电容 17
4 系统建模仿真实验 17
41 MATLAB仿真软件Simulink 仿真环境 17
42双闭环模型建立 18
43双闭环系统仿真 20
44系统电气原理总图 23
5总结体会 24
参考文献 25
附录 26
摘
直流调速系统优良调速特性调速滑范围宽精度高载力动态性易控制等优点满足生产程动化系统中种特殊运行求电气传动中获广泛应次采直流双闭环调速系统设计环外环先设计电流环等效成速度环中环节速度环进行设计环节设计采计算机仿真技术计算机仿真运行实际系统计算机建立数字仿真模型模仿仿真象运行状态时间变化程
关键词：调速 反馈 模拟 仿真
VM双闭环直流调速系统
建模仿真2
1计务求
11初始条件
技术数技术指标：
直流电动机： PN55KW UN220V IN287A nN1500rmin Ra01Ω
允许电流： Idbl15IN 三相全控整流装置： Ks30
电枢回路总电阻： R015Ω 系统电路： Tm012s Tl0012s
滤波时间常数： Toi0002s Ton0012s
参数： Unm*8V Uim*8V Ucm8V σi≤5 σn≤10
12 设计求
121技术求
(1) 该调速系统进行滑速度调节负载电机逆运行具较宽调速范围（D≥10）系统工作范围稳定工作
(2) 系统5负载变化运行范围电流连续
122设计容
(1) 根题目技术求分析证确定电路结构型式闭环调速系统组成画出系统组成原理框图
(2) 根双闭环直流调速系统原理图分析转速调节器电流调节器作
(3) 调节器参数进行设计通MATLAB系统进行仿真参数调节
(4) 绘制VM双闭环直流逆调速系统电气原理总图
(5) 整理设计数资料课程设计总结撰写设计计算说明书
2系统设计方案
21 原理框图
VM双闭环直流调速系统例积分调节器实现转速静差调速采电流截止负载环节限制起（制）动时电流电流环超界电流值强烈负反馈作限制电流击理想控制电流动态波形带电流截止负反馈单闭环调速系统起动时电流转速波形图 21（a）示电流值降低电机转矩减起动（调整时间ts）时间较长实际工作中快缩短渡时间起动电流保护允许值始终允许值电力拖动系统加速度起动达稳定转速电流立降转矩马负载相衡转入稳态运行样理想起动程波形图 21（b）示时启动电流成方波形转速线性增长电流（转矩）受限条件调速系统快起动程
IdL
n
t
Id
O
Idm
IdL
n
t
Id
O
Idm
n
n
(a)
(b)
(a)带电流截止负反馈单闭环调速系统起动程 (b)理想快速起动程
图21 调速系统起动程电流转速波形
实际电路电感作电流突变实现允许条件快启动关键获段电流保持值Idm恒流程反馈控制规律采某物理量负反馈保持该量基变采电流负反馈似恒流程问题希启动程中电流负反馈转速负反馈时加调节器输入端达稳态转速希转速负反馈电流负反馈发挥作
转速电流两种负反馈分起作系统中设置两调节器分引入转速负反馈电流负反馈调节转速电流二者间实行嵌套连接图32示闭环结构电流环里面称作环转速环外边称作外环形成转速电流反馈控制直流调速系统获良静动态性转速电流两调节器般采PI调节器
图22 转速电流反馈控制 直流调速系统原理图
原理图22示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Un*转速定电压Un转速反馈电压Ui*电流定电压Ui电流反馈电压
22稳态结构图
双闭环直流调速系统稳态结构图23示两调节器均采带限幅作PI调节器转速调节器ASR输出限幅电压Uim*决定电流定值电流调节器ACR输出限幅电压Ucm限制电力电子变换器输出电压Udm图中带限幅输出特性表示PI调节器作调节器饱时输出达限幅值输入量变化影响输出非反输入信号调节器退出饱调节器饱时PI调节器工作线性调节状态作输入偏差电压稳态时零实现电流实时控制快速希电流调节器进入饱状态静特性说转速调节器饱饱两种情况
双闭环直流调速系统静特性负载电流Idm时表现转速静差时转速负反馈起作Un*Unαn负载电流达Idm时应转速调节器饱输出Uim*时电流调节器起作IdUim*βIdm系统表现电流静差起电流动保护作
图23 双闭环直流调速系统稳态结构图
α——转速反馈系数 β——电流反馈系数
3调节器设计
双闭环系统调节器设计环外环先设计电流环等效成速度环中环节速度环进行设计
双闭环电流调速系统结构图31示系统外环速度环环电流环分转速电流进行调节两者间实行串行联接串联校正改变系统静态动态特性综合输入反馈信号
图31 双闭环调速系统原理图
31电流调节器设计
311电流调节器工作原理作
电流调节器两输入信号转速调节器输出反映偏差控信号Ui*交流互感器测出反映回路电流反馈信号Ui突加定速度输入值输出整定饱值时电枢电流值电动机加速程中始终保持转距加速度起制动程时间短果电网电压发生突变（降低）时整流器输出电压会变化（降低）引起回路电流变化（减）快速性立调节器输出变化（增）变化（变）整流器输出电压恢复（增加）原数值抑制回路电流变化说电网电压变化时电动机转速变化前电流变化首先抑制
样果机械负载电枢电流突然发生变化采频率响应较快速电流负反馈整流器电流侧发生类似短路严重障时电流负反馈时电流障反馈电流控制回路中便迅速减输出电压保护晶闸电流电动机致电流损坏
综述电流调节器ACR作：
(1) 电网电压波动起抗干扰作
(2) 启动时保证获容许电流 Idm
(3) 转速调节程中电枢电流定电压变化
(4) 电机载甚堵转时限制电枢电流值起快速
流安全保护障消失系统动恢复工作
312电流环结构图简化
电流环结构图图42示
图32 电流环动态结构图
突加定阶跃速度调节器输出马达饱限幅值电流环投入工作电机电枢电流快升相电流说速度变化缓慢认反电势产生影响令△E0图42通结构图变换简化图33
图33 电流环动态结构图等效成单位负反馈系统
查表三相桥式全控均失控时间Ts 00017s电流滤波时间常数Toi ＝0002s 电磁
时间常数Tl ＝ 0012sTsToiTl作惯性环节处理成惯性环节取
电流环结构图终简化成图34
图34 电流环动态结构图惯性环节似处理
313时间常数计算
（1）三相桥式电路均失控时间Ts
三相桥式电路晶闸失控时间0～00033s间机分布取均值 Ts ＝ 00017s
（2）电流滤波时间常数Toi ＝0002s
（3）电流环时间常数Tεi
时间常数似处理取
＝00017s+0002s＝00037s
（4）电磁时间常数Tl ＝ 0012s
（5）ACR超前时间常数 ＝Tl＝0012s
314选择电流调节器结构
电流环项重作保持电枢电流动态程中超容许值突加控制作时希超调者超调量越越电流环电网电压波动时调节作提高抗扰性
设计求超调量δi≤5％保证系统5负载变化运行范围电流连续动态性采典型 型设计电流调节器电流调节器选PI型
令电流调节器传递函数
检查电源电压抗扰性
KT05时项指标接受
315计算电流调节器参数
ACR超前时间常数＝Tl＝0012s
超调量δi≤5％取 05
电流环开环增益
电流反馈系数β电流调节器限幅值8V
β8（15*287）0019 VA
ACR例系数
316检验似条件
电流环截止频率
晶闸装置传递函数似条件：
满足似条件
忽略反电动势电流环影响条件：
满足似条件
时间常数似处理条件：
满足似条件
05
电流环达动态指标：满足设计求
317计算电流调节器电阻电容
含定滤波反馈滤波PI型电流调节器原理图图35示
图35含定滤波反馈滤波PI型电流调节器
中UGi电流调节器定电压－βId电流负反馈电压调节器输出触发装置控制电压UK
运算放器取R0＝40KΩ电阻电容值计算
Ri＝Ki R0＝0427×40 KΩ＝178KΩ (取18 KΩ)
( 取068μF)
( 取02μF )
32转速调节器设计
321转速调节器工作原理作
电机安装电流测速发电机发出正电机转速电压电压UFn定电压UGn相较偏差ΔUn送转速调节器ASR中欲调整改变定电压例提高UGn较ΔUn加ASR输入端ASR动调节GT触发脉前移（减）整流电压Ud提高电动机转速升时UFn相应增加等接定值时系统达衡电动机定数值较高转速稳定转动
果电动机负载交流电压发生变化扰动速度反馈系统起动调节稳定作电机负载增加时转速降衡状态破坏调节器输出电压增加触发脉前移（变）Ud提高电动机转速升恢复原数值时UFn等定电压系统达衡状态果扰动负载交流电网交流电压降系统会述程进行调节电动机转速维持定值运行样道理电动机负载降交流电压提高时系统述相反程进行调节维持电动机转速似变
综述转速调节器ASR作：
(1) 转速n定电压UGn 变化保证转速稳态静差
(2) 负载变化起抗干扰作
(3) 输出限幅值决定电枢回路容许电流值Idm
322电流环等效闭环传递函数
设计转速调节器时已设计电流环作转速调节器环节必须求出等效传递函数图46出校正成典型型系统电流环结构图闭环传递函数
图36 校正成典型 型系统电流环动态结构图
05选择参数
图34知电流闭环传递函数
电流环等效环节应相应改成
原电流环控制象似成双惯性环节时间常数Tl闭环整电流环等效似时间常数阶惯性环节表明电流闭环改造控制象加快电流作
323 时间常数计算
（1）电流环等效时间常数
＝2×00037s＝00074s
（2）转速滤波时间常数
根测速发电机波纹情况务书出＝0012s
（3）转速环时间常数
时间常数似处理取＝＋＝00194s
（4）转速反馈系数α
系统限幅值8V
Unm*n＝8V1500 rmin＝00053Vminr
324选择转速调节器结构
电流环等效环节代图34电流闭环整转速调节系统动态结构图图37示
图37 转速环动态结构图
电流环相似转速环结构图化简图38
图38 转速环动态结构图化简
抗扰性较原负载扰动点已积分环节实现转速静差必须扰动作点前设置积分环节需Ⅱ设计求转速调节器必须含积分环节典型Ⅱ型系统—选设计PI调节器传递函数
325转速调节器参数计算
（1） ASR超前时间常数
抗扰性较原取h＝5典型Ⅱ型系统阶跃输入性指标
＝＝5×00194s＝0097s
（2） 转速环例系数
转速环开环增益
根已知条件估算出电动机电势常数
＝0128V·minr
电动机转矩常数
Cμ＝955Ce955×01281222V·minr
ASR例系数
326检验似条件
转速环截止频率 ＝3188×0097＝3092
（1）电流环传递函数简化条件：
＝5405>
满足简化条件
（2）时间常数似处理条件：≤
满足似条件
327检验转速超调量
果转速调节器没饱限幅约束范围线性工作双闭环调速系统起动时转速渡程超调量（图39 a）实际突加定电压久转速调节器进入饱状态输出恒定电压Uim*电动机恒流条件起动起动电流IdIdm Uim*β转速n线性规律增长（图39 b）然时起动程调节器没限幅时慢保证电流超容许值必需
a ASR饱 b ASR饱
图39 转速环典型Ⅱ型系统设计调速系统起动程
电机容许载倍数λ＝15负载系数z＝0（理想空载起动）h＝5时＝3363rmin转速调节器退饱超调量
883％ < 10％
符合务书求
328计算转速调节器电阻电容
含定滤波反馈滤波PI型转速调节器原理图图410示
图310 含定滤波反馈滤波PI型转速调节器
中UGn转速调节器定电压－αn转速负反馈电压调节器输出电流调节器定电压UGi
运算放器取R0＝40KΩ电阻电容值计算
Rn＝KnR0＝1203×40 KΩ＝4812KΩ 取480KΩ
取12μF
4 系统建模仿真实验
41 MATLAB仿真软件Simulink 仿真环境
Simulink仿真环境包括仿真台系统仿真模型库两部分仿真数学函数传递函数表达系统系统仿真包括连续系统非线性系统离散系统仿真Simulink作面系统框图仿真台具特点：
（1）调模块代程序编写模块连成框图表示系统点击模块输入模块参数
（2）画完系统框图设置仿真参数启动仿真
（3）系统运行状态结果通波形曲线观察实验室中示波器观察效果致
（4）系统仿真数mat缀文件保存数处理软件进行处理
42双闭环模型建立
单闭环调速系统动态数学模型基础考虑双闭环控制结构双闭环调速系统动态结构图图41示
图41 双闭环调速系统动态结构图
电流检测信号中常含交流分量须加低通滤波滤波时间常数Toi需选定滤波环节抑制反馈信号中交流分量时反馈信号带延滞衡延滞作定信号通道中加入相时间常数惯性环节称作定滤波环节意义：定信号反馈信号样延滞二者时间恰配合带设计方便
测速发电机转速反馈电压含电机换纹波需滤波滤波时间常数Ton表示根电流环样道理转速定通道中配时间常数Ton定滤波环节
带滤波环节双闭环调速系统动态结构图图42示
图42 带滤波环节双闭环调速系统动态结构图
前面计算数带入图42 中系统仿真模型图43示
图43 转速环仿真模型
43双闭环系统仿真
（1）空载时仿真图形
负载电流设置0空载启动模型波形图44
（a）空载转速波形
（b）空载电流波形
图44双闭环空载启动波形图 （a）电流波形 （b）转速波形
（2）满载启动时仿真图形
满载稳定运行时负载电流287A波形图45
（a）满载电流波形
（b）满载转速波形
图45双闭环满载启动波形图 （a）电流波形 （b）转速波形
（3）系统5负载时负载电流287*005A时波形图46
（a）5负载电流波形
（b）5负载转速波
图46 5负载时波形（a）电流波形 （b）转速波形
仿真出波形知该系统稳定运行系统5负载扰动时电流连续系统稳定
44系统电气原理总图
图47双闭环逆直流调速系统电气原理总图
5总结体会
次课程设计基务书求VM双闭环直流电机调速系统进行建模仿真系统原理进行理解分析然根条件设计转速调节器电流调节器运matlab进行仿真仿真结果进行分析
完成次课程设计务时候遇问题问题分析查阅相关资料问学解决问题程进步熟悉双闭环直流调速系统结构形式工作原理器件作时更加熟悉MATLABSIMULINK解决电路问题时候操作方法技巧
通期末考试原发现电力系统动控制原理容简单次课程设计发现真正理知识运实践相复杂会利理知识解决实际问题算真正掌握门学科
参考文献
[1] 陈伯时 电力拖动动控制系统——运动控制系统 机械工业出版社 2009
[2] 朱仁初万伯 电力拖动控制系统设计手册 机械工业出版社 1994
[3] 王兆安刘进军 电力电子技术第5版 机械工业出版社 2009
[4] 李志民 步电动机调速系统 机械工业出版社 1996
[5] 张东力陈丽兰仲伟峰 直流拖动控制系统 机械工业出版社 1999
附录
表1 典型Ⅰ型系统动态性指标频域指标参数关系
参数关系KT
025
039
050
069
10
阻尼ξ
10
08
0707
06
05
超调量δ
0
15
43
95
163
升时间tr
∞
66T
47T
33T
24T
峰值时间tp
∞
83T
62T
47T
36T
相稳定裕度γ
763°
699°
655°
592°
518°
截止频率ωc
0243T
0367T
0455T
0596T
0786T
表2 典型Ⅰ型系统动态抗扰性指标参数关系（KT05）
表3 典型Ⅱ型系统阶跃输入性指标
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摘 2
1计务求 3
11初始条件 3
12 设计求 3
121技术求 3
122设计容 3
2系统设计方案 4
21 原理框图 4
22稳态结构图 5
3调节器设计 6
31电流调节器设计 7
311电流调节器工作原理作 7
312电流环结构图简化 8
313时间常数计算 9
314选择电流调节器结构 9
315计算电流调节器参数 10
316检验似条件 10
317计算电流调节器电阻电容 11
32转速调节器设计 12
321转速调节器工作原理作 12
322电流环等效闭环传递函数 12
323 时间常数计算 13
324选择转速调节器结构 14
325转速调节器参数计算 15
326检验似条件 15
327检验转速超调量 16
328计算转速调节器电阻电容 17
4 系统建模仿真实验 17
41 MATLAB仿真软件Simulink 仿真环境 17
42双闭环模型建立 18
43双闭环系统仿真 20
44系统电气原理总图 23
5总结体会 24
参考文献 25
附录 26
摘
直流调速系统优良调速特性调速滑范围宽精度高载力动态性易控制等优点满足生产程动化系统中种特殊运行求电气传动中获广泛应次采直流双闭环调速系统设计环外环先设计电流环等效成速度环中环节速度环进行设计环节设计采计算机仿真技术计算机仿真运行实际系统计算机建立数字仿真模型模仿仿真象运行状态时间变化程
关键词：调速 反馈 模拟 仿真
VM双闭环直流调速系统
建模仿真2
1计务求
11初始条件
技术数技术指标：
直流电动机： PN55KW UN220V IN287A nN1500rmin Ra01Ω
允许电流： Idbl15IN 三相全控整流装置： Ks30
电枢回路总电阻： R015Ω 系统电路： Tm012s Tl0012s
滤波时间常数： Toi0002s Ton0012s
参数： Unm*8V Uim*8V Ucm8V σi≤5 σn≤10
12 设计求
121技术求
(1) 该调速系统进行滑速度调节负载电机逆运行具较宽调速范围（D≥10）系统工作范围稳定工作
(2) 系统5负载变化运行范围电流连续
122设计容
(1) 根题目技术求分析证确定电路结构型式闭环调速系统组成画出系统组成原理框图
(2) 根双闭环直流调速系统原理图分析转速调节器电流调节器作
(3) 调节器参数进行设计通MATLAB系统进行仿真参数调节
(4) 绘制VM双闭环直流逆调速系统电气原理总图
(5) 整理设计数资料课程设计总结撰写设计计算说明书
2系统设计方案
21 原理框图
VM双闭环直流调速系统例积分调节器实现转速静差调速采电流截止负载环节限制起（制）动时电流电流环超界电流值强烈负反馈作限制电流击理想控制电流动态波形带电流截止负反馈单闭环调速系统起动时电流转速波形图 21（a）示电流值降低电机转矩减起动（调整时间ts）时间较长实际工作中快缩短渡时间起动电流保护允许值始终允许值电力拖动系统加速度起动达稳定转速电流立降转矩马负载相衡转入稳态运行样理想起动程波形图 21（b）示时启动电流成方波形转速线性增长电流（转矩）受限条件调速系统快起动程
IdL
n
t
Id
O
Idm
IdL
n
t
Id
O
Idm
n
n
(a)
(b)
(a)带电流截止负反馈单闭环调速系统起动程 (b)理想快速起动程
图21 调速系统起动程电流转速波形
实际电路电感作电流突变实现允许条件快启动关键获段电流保持值Idm恒流程反馈控制规律采某物理量负反馈保持该量基变采电流负反馈似恒流程问题希启动程中电流负反馈转速负反馈时加调节器输入端达稳态转速希转速负反馈电流负反馈发挥作
转速电流两种负反馈分起作系统中设置两调节器分引入转速负反馈电流负反馈调节转速电流二者间实行嵌套连接图32示闭环结构电流环里面称作环转速环外边称作外环形成转速电流反馈控制直流调速系统获良静动态性转速电流两调节器般采PI调节器
图22 转速电流反馈控制 直流调速系统原理图
原理图22示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Un*转速定电压Un转速反馈电压Ui*电流定电压Ui电流反馈电压
22稳态结构图
双闭环直流调速系统稳态结构图23示两调节器均采带限幅作PI调节器转速调节器ASR输出限幅电压Uim*决定电流定值电流调节器ACR输出限幅电压Ucm限制电力电子变换器输出电压Udm图中带限幅输出特性表示PI调节器作调节器饱时输出达限幅值输入量变化影响输出非反输入信号调节器退出饱调节器饱时PI调节器工作线性调节状态作输入偏差电压稳态时零实现电流实时控制快速希电流调节器进入饱状态静特性说转速调节器饱饱两种情况
双闭环直流调速系统静特性负载电流Idm时表现转速静差时转速负反馈起作Un*Unαn负载电流达Idm时应转速调节器饱输出Uim*时电流调节器起作IdUim*βIdm系统表现电流静差起电流动保护作
图23 双闭环直流调速系统稳态结构图
α——转速反馈系数 β——电流反馈系数
3调节器设计
双闭环系统调节器设计环外环先设计电流环等效成速度环中环节速度环进行设计
双闭环电流调速系统结构图31示系统外环速度环环电流环分转速电流进行调节两者间实行串行联接串联校正改变系统静态动态特性综合输入反馈信号
图31 双闭环调速系统原理图
31电流调节器设计
311电流调节器工作原理作
电流调节器两输入信号转速调节器输出反映偏差控信号Ui*交流互感器测出反映回路电流反馈信号Ui突加定速度输入值输出整定饱值时电枢电流值电动机加速程中始终保持转距加速度起制动程时间短果电网电压发生突变（降低）时整流器输出电压会变化（降低）引起回路电流变化（减）快速性立调节器输出变化（增）变化（变）整流器输出电压恢复（增加）原数值抑制回路电流变化说电网电压变化时电动机转速变化前电流变化首先抑制
样果机械负载电枢电流突然发生变化采频率响应较快速电流负反馈整流器电流侧发生类似短路严重障时电流负反馈时电流障反馈电流控制回路中便迅速减输出电压保护晶闸电流电动机致电流损坏
综述电流调节器ACR作：
(1) 电网电压波动起抗干扰作
(2) 启动时保证获容许电流 Idm
(3) 转速调节程中电枢电流定电压变化
(4) 电机载甚堵转时限制电枢电流值起快速
流安全保护障消失系统动恢复工作
312电流环结构图简化
电流环结构图图42示
图32 电流环动态结构图
突加定阶跃速度调节器输出马达饱限幅值电流环投入工作电机电枢电流快升相电流说速度变化缓慢认反电势产生影响令△E0图42通结构图变换简化图33
图33 电流环动态结构图等效成单位负反馈系统
查表三相桥式全控均失控时间Ts 00017s电流滤波时间常数Toi ＝0002s 电磁
时间常数Tl ＝ 0012sTsToiTl作惯性环节处理成惯性环节取
电流环结构图终简化成图34
图34 电流环动态结构图惯性环节似处理
313时间常数计算
（1）三相桥式电路均失控时间Ts
三相桥式电路晶闸失控时间0～00033s间机分布取均值 Ts ＝ 00017s
（2）电流滤波时间常数Toi ＝0002s
（3）电流环时间常数Tεi
时间常数似处理取
＝00017s+0002s＝00037s
（4）电磁时间常数Tl ＝ 0012s
（5）ACR超前时间常数 ＝Tl＝0012s
314选择电流调节器结构
电流环项重作保持电枢电流动态程中超容许值突加控制作时希超调者超调量越越电流环电网电压波动时调节作提高抗扰性
设计求超调量δi≤5％保证系统5负载变化运行范围电流连续动态性采典型 型设计电流调节器电流调节器选PI型
令电流调节器传递函数
检查电源电压抗扰性
KT05时项指标接受
315计算电流调节器参数
ACR超前时间常数＝Tl＝0012s
超调量δi≤5％取 05
电流环开环增益
电流反馈系数β电流调节器限幅值8V
β8（15*287）0019 VA
ACR例系数
316检验似条件
电流环截止频率
晶闸装置传递函数似条件：
满足似条件
忽略反电动势电流环影响条件：
满足似条件
时间常数似处理条件：
满足似条件
05
电流环达动态指标：满足设计求
317计算电流调节器电阻电容
含定滤波反馈滤波PI型电流调节器原理图图35示
图35含定滤波反馈滤波PI型电流调节器
中UGi电流调节器定电压－βId电流负反馈电压调节器输出触发装置控制电压UK
运算放器取R0＝40KΩ电阻电容值计算
Ri＝Ki R0＝0427×40 KΩ＝178KΩ (取18 KΩ)
( 取068μF)
( 取02μF )
32转速调节器设计
321转速调节器工作原理作
电机安装电流测速发电机发出正电机转速电压电压UFn定电压UGn相较偏差ΔUn送转速调节器ASR中欲调整改变定电压例提高UGn较ΔUn加ASR输入端ASR动调节GT触发脉前移（减）整流电压Ud提高电动机转速升时UFn相应增加等接定值时系统达衡电动机定数值较高转速稳定转动
果电动机负载交流电压发生变化扰动速度反馈系统起动调节稳定作电机负载增加时转速降衡状态破坏调节器输出电压增加触发脉前移（变）Ud提高电动机转速升恢复原数值时UFn等定电压系统达衡状态果扰动负载交流电网交流电压降系统会述程进行调节电动机转速维持定值运行样道理电动机负载降交流电压提高时系统述相反程进行调节维持电动机转速似变
综述转速调节器ASR作：
(1) 转速n定电压UGn 变化保证转速稳态静差
(2) 负载变化起抗干扰作
(3) 输出限幅值决定电枢回路容许电流值Idm
322电流环等效闭环传递函数
设计转速调节器时已设计电流环作转速调节器环节必须求出等效传递函数图46出校正成典型型系统电流环结构图闭环传递函数
图36 校正成典型 型系统电流环动态结构图
05选择参数
图34知电流闭环传递函数
电流环等效环节应相应改成
原电流环控制象似成双惯性环节时间常数Tl闭环整电流环等效似时间常数阶惯性环节表明电流闭环改造控制象加快电流作
323 时间常数计算
（1）电流环等效时间常数
＝2×00037s＝00074s
（2）转速滤波时间常数
根测速发电机波纹情况务书出＝0012s
（3）转速环时间常数
时间常数似处理取＝＋＝00194s
（4）转速反馈系数α
系统限幅值8V
Unm*n＝8V1500 rmin＝00053Vminr
324选择转速调节器结构
电流环等效环节代图34电流闭环整转速调节系统动态结构图图37示
图37 转速环动态结构图
电流环相似转速环结构图化简图38
图38 转速环动态结构图化简
抗扰性较原负载扰动点已积分环节实现转速静差必须扰动作点前设置积分环节需Ⅱ设计求转速调节器必须含积分环节典型Ⅱ型系统—选设计PI调节器传递函数
325转速调节器参数计算
（1） ASR超前时间常数
抗扰性较原取h＝5典型Ⅱ型系统阶跃输入性指标
＝＝5×00194s＝0097s
（2） 转速环例系数
转速环开环增益
根已知条件估算出电动机电势常数
＝0128V·minr
电动机转矩常数
Cμ＝955Ce955×01281222V·minr
ASR例系数
326检验似条件
转速环截止频率 ＝3188×0097＝3092
（1）电流环传递函数简化条件：
＝5405>
满足简化条件
（2）时间常数似处理条件：≤
满足似条件
327检验转速超调量
果转速调节器没饱限幅约束范围线性工作双闭环调速系统起动时转速渡程超调量（图39 a）实际突加定电压久转速调节器进入饱状态输出恒定电压Uim*电动机恒流条件起动起动电流IdIdm Uim*β转速n线性规律增长（图39 b）然时起动程调节器没限幅时慢保证电流超容许值必需
a ASR饱 b ASR饱
图39 转速环典型Ⅱ型系统设计调速系统起动程
电机容许载倍数λ＝15负载系数z＝0（理想空载起动）h＝5时＝3363rmin转速调节器退饱超调量
883％ < 10％
符合务书求
328计算转速调节器电阻电容
含定滤波反馈滤波PI型转速调节器原理图图410示
图310 含定滤波反馈滤波PI型转速调节器
中UGn转速调节器定电压－αn转速负反馈电压调节器输出电流调节器定电压UGi
运算放器取R0＝40KΩ电阻电容值计算
Rn＝KnR0＝1203×40 KΩ＝4812KΩ 取480KΩ
取12μF
4 系统建模仿真实验
41 MATLAB仿真软件Simulink 仿真环境
Simulink仿真环境包括仿真台系统仿真模型库两部分仿真数学函数传递函数表达系统系统仿真包括连续系统非线性系统离散系统仿真Simulink作面系统框图仿真台具特点：
（1）调模块代程序编写模块连成框图表示系统点击模块输入模块参数
（2）画完系统框图设置仿真参数启动仿真
（3）系统运行状态结果通波形曲线观察实验室中示波器观察效果致
（4）系统仿真数mat缀文件保存数处理软件进行处理
42双闭环模型建立
单闭环调速系统动态数学模型基础考虑双闭环控制结构双闭环调速系统动态结构图图41示
图41 双闭环调速系统动态结构图
电流检测信号中常含交流分量须加低通滤波滤波时间常数Toi需选定滤波环节抑制反馈信号中交流分量时反馈信号带延滞衡延滞作定信号通道中加入相时间常数惯性环节称作定滤波环节意义：定信号反馈信号样延滞二者时间恰配合带设计方便
测速发电机转速反馈电压含电机换纹波需滤波滤波时间常数Ton表示根电流环样道理转速定通道中配时间常数Ton定滤波环节
带滤波环节双闭环调速系统动态结构图图42示
图42 带滤波环节双闭环调速系统动态结构图
前面计算数带入图42 中系统仿真模型图43示
图43 转速环仿真模型
43双闭环系统仿真
（1）空载时仿真图形
负载电流设置0空载启动模型波形图44
（a）空载转速波形
（b）空载电流波形
图44双闭环空载启动波形图 （a）电流波形 （b）转速波形
（2）满载启动时仿真图形
满载稳定运行时负载电流287A波形图45
（a）满载电流波形
（b）满载转速波形
图45双闭环满载启动波形图 （a）电流波形 （b）转速波形
（3）系统5负载时负载电流287*005A时波形图46
（a）5负载电流波形
（b）5负载转速波
图46 5负载时波形（a）电流波形 （b）转速波形
仿真出波形知该系统稳定运行系统5负载扰动时电流连续系统稳定
44系统电气原理总图
图47双闭环逆直流调速系统电气原理总图
5总结体会
次课程设计基务书求VM双闭环直流电机调速系统进行建模仿真系统原理进行理解分析然根条件设计转速调节器电流调节器运matlab进行仿真仿真结果进行分析
完成次课程设计务时候遇问题问题分析查阅相关资料问学解决问题程进步熟悉双闭环直流调速系统结构形式工作原理器件作时更加熟悉MATLABSIMULINK解决电路问题时候操作方法技巧
通期末考试原发现电力系统动控制原理容简单次课程设计发现真正理知识运实践相复杂会利理知识解决实际问题算真正掌握门学科
参考文献
[1] 陈伯时 电力拖动动控制系统——运动控制系统 机械工业出版社 2009
[2] 朱仁初万伯 电力拖动控制系统设计手册 机械工业出版社 1994
[3] 王兆安刘进军 电力电子技术第5版 机械工业出版社 2009
[4] 李志民 步电动机调速系统 机械工业出版社 1996
[5] 张东力陈丽兰仲伟峰 直流拖动控制系统 机械工业出版社 1999
附录
表1 典型Ⅰ型系统动态性指标频域指标参数关系
参数关系KT
025
039
050
069
10
阻尼ξ
10
08
0707
06
05
超调量δ
0
15
43
95
163
升时间tr
∞
66T
47T
33T
24T
峰值时间tp
∞
83T
62T
47T
36T
相稳定裕度γ
763°
699°
655°
592°
518°
截止频率ωc
0243T
0367T
0455T
0596T
0786T
表2 典型Ⅰ型系统动态抗扰性指标参数关系（KT05）
表3 典型Ⅱ型系统阶跃输入性指标
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