带转速微分负反馈的双闭环直流调速系(2)

(3-6)1I i

5%是按书 表 2-2,应取 K T0.5 135 .13 0.0037

=0.5,因此： (3-7)

Ki 于是，ACR 的比例系统为：

Ki

K I i R 1 3 5 1 0 0 7 2 . 5 5 . . 2.23 KS 30 0.36

(3-8)

3.2.1.5 校验近似条件电流环截至频率：

KI ci 135.13晶闸管整流装置传递函数近似的条件为：

(3-9)

6

1 1 196.1s 1 ci 3Ts 3 0.0017忽略反电动势对电流环动态影响的近似条件为：

(3-10)

3

1 1 3 28.17s 1 ci Tm Tl 0.162 0.07s

(3-11)

电流环小时间常数近似处理条件为：

1 1 3 1 180.8s 1 ci 3 TsToi 0.0017 s 0.002 s

(3-12)

3.2.1.6 计算调节器电阻和电容按所用的运算放大器取得 R 0 40 K 。 各电容和电阻值为：

Ki

1 Ri 、 i Ri Ci 、 Toi R0 C oi 4 R0

(3-13)

Ri=40k (3-14) 按照上面计算所得的参数， 电流环内环可以达到的动态跟随性能指标为 i =4.3%<5%,满 足课题所给要求。 Ri=99.51K Coi=0.2uF Ci=0.7uF Coi=0.2uF 取 Ri=100K Ci=0.68uF

3.2.2 速度调节器设计转速调节器的设计类似电流调节器的设计过程，其详细过程参阅文献[1]的第 80 页到 83 页，以下仅给出转速环的动态结构框图的化简及传递函数。 如图 3.3(a),即为未经化简的转速环的动态结构框图。 和电流环一样，把转速给定滤波和反馈滤波环节移到环内，同时将给定信号改成

U n ( s) / ,再把时间常数为 1 / K I 和 Ton 的两个小惯性环节合并起来，近似成一个时间常*

数为 T 的惯性环节，其中n

T n =

1 + Ton KI

则转速换结构框图可简化成图 3.3(b)所示。 校正后的转速环的动态结构框图如下图 3.3(c)所示。

7

U n ( s)1 Ton s 1ASR—

*

—1/ 1 s 1 KI

R CeTm s

I d (s)

Ton s 1(a) 用等效环节代替电流环

U n (s) —

*

— ASR

/ T n s 1

R CeTm s

I d (s)

U n ( s) —

*

(b) 等效成单位负反馈系统和小惯性的近似处理

n(s)

K N ( n s 1) s 2 (T n s 1)

(c) 校正后成为典型Ⅱ型系统

图 3.3

转速环的动态结构框图及其简化

3.2.2.1 确定时间常数 (1)电流环等效时间常数 1/ KI 。取 KIT i =0.5,则：1 2 0.0037 0.0074s KI(2)转速滤波时间常数 T on

。根据所用测速发电机波纹情况，取： (3-15)

T on =0.01s。(3)转速环小时间常数 T n 。按小时间常数近似处理，取：

(3-16)

T n

1 Ton 0.0174s KI

(3-17)

3.2.2.2 选择转速调节器结构按设计要求，选用 PI 调节器，其传递函数为：8

WASR(s)=

Kn( ns+1) ns

(3-18)

3.2.2.3 计算转速调节器参数按跟随性能和抗扰性能都较好的原则，现取 h=5,则 ASR 的超前时间常数为：

n h T 5 0.0174s 0.087sn

(3-19)

并且求得转速环开环增益为：

KN

h 1 6 s 2 396.4s 2 2 2 2 2 25 0.0174 2h T n

(3-20)

则可得 ASR 的比例系数为：

Kn

(h 1) CeTm 5 1.5 0.118 0.02 15.3 2h RT n 2 4 0.0055 3 0.0274

(3-21)

3.2.2.4 校验近似条件转速截止频率为：

cn

KN

1

K N n 396.4 0.087s 1 34.49s 1

(3-22)

电流环传递函数简化条件为：

1 KI 3 135.1 63.7 s 1 cn 3 T i 0.0037转速环外环的小时间常数近似处理条件为：

(3-23)

1 KI 3 135.1 38.7 s 1 cn 3 Ton 0.01

(3-24)

3.2.2.5 计算调节器电阻和电容按所用的运算放大器取 R0 =40 k 。 各电容和电阻值为：

Rn Kn R0 15.3 12k 183.6k Cn

(3-25)

nRn

0.087 F 0.48 F 180.36 103

(3-26)

Con

4Ton 4 0.01 3.33uF Ro 12 103

(3-27)

取 Rn 180K

Cn 0.47uF

Con 3.3Uf

9

3.2.2.6 校核转速超调量当 h=4 时，由书 可以查得： n =77.5%,这并不能满足课题所给要求。实际上，由于 表 2-6 是按线性系统计算的，而突加阶跃给定时，ASR 已经饱和，不符合如今系统的前提要 求，所以应该按 ASR 退饱和的情况重新计算超调量。 如下： 1

n

Cmax nb Cmax nN T n =37.6% * 2 z * Cb n Cb n Tm

(3-27)

3.2.3 转速微分负反馈环节设计双闭环调速系统具有良好的稳态和动态性能，结构简单，工作可靠，设计和调试方便， 实践证明，它是一种性能很好、应用最广的调速系统。然而，略有不足之处就是，转速必然 有超调，而且抗扰性能的提高也受到限制。 解决这个问题的一个简单有效的方案是在转速调节器上增设转速微分负反馈。 在双闭环 调速系统中，加入转速微分负反馈的转速调节器原理图如图所示

图 3.4 它是在转速负反馈的基础上叠加了转速微分负反馈信号,在转速变化过程中,只要有 转速超调和动态速降的趋势,微分负反馈就开始进行调节。这种方法可以抑制甚至消除转速 超调,同时也可以降低负载扰动引起的动态速降,但过强的微分负反馈会使系统的响应速度 变慢

。其中

dn R0Cdn取 Todn Ton

T0dn RdnCdn则只要求出 dn ,则微分电容和微分电阻就可求出。按《电力拖动自动控制

系统》中的工程设计方法，当 0 时，得

dn

4h 2 22 T n 0.0174 0.0638 h 1 6

10

四、系统建模及仿真实验

4.1 MATLAB 仿真软件介绍

MATLAB是MATLAB 是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。

MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完相同的事情简捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++ ，JAVA的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。

开放性使MATLAB广受用户欢迎.除内部函数外,所有MATLAB主包文件和各种工具包都是可读可修改的文件,用户通过对源程序的修改或加入自己编写程序构造新的专用工具包.

4.2仿真建模及实验

4.2.1双闭环仿真实验

为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调 …… 此处隐藏：2892字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……