VM双闭环直流调速专业系统设计.doc

双闭环直流电机调速系统设计摘 要转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能很好、应用最广直流调速系统。依据晶闸管特征，经过调整控制角大小来调整电压。基于设计题目，直流电动机调速控制器选择了转速、电流双闭环调速控制电路。在设计中调速系统主电路采取了三相全控桥整流电路来供电。本文首先确定整个设计方案和框图。然后确定主电路结构形式和各元部件设计，同时对其参数计算，包含整流变压器、晶闸管、电抗器和保护电路参数计算。接着驱动电路设计包含触发电路和脉冲变压器设计。最终，即本文关键设计直流电动机调速控制器电路，本文采取转速、电流双闭环直流调速系统为对象来设计直流电动机调速控制器。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整器，分别调整转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈，二者之间实施嵌套联接。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称做外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。先确定其结构形式和设计各元部件，并对其参数计算，包含给定电压、转速调整器、电流调整器、检测电路、触发电路和稳压电路参数计算然后最终采取MATLAB/SIMULINK对整个调速系统进行了仿真分析，最终画出了调速控制电路电气原理图。关键词： 双闭环； 转速调整器；电流调整器V-M double closed loop irreversible cocurrent velocity modulation systems designAbstract：The electric drive automatic control system is transforms the electrical energy the mechanical energy the installment, it widely is applied in produces the machinery to need generally the power the situation, is also widely applied in the precision machinery and so on needs the high performance electric drive in the equipment, with controls the position, the speed, the acceleration, the pressure, the tensity and the torque and so on.What this article elaborates is “the rotational speed, the electric current double closed loop cocurrent velocity modulation system rephrases in own words the single closed loop cocurrent velocity modulation systems main circuit design and the research”. The main circuit design is rests on the thyristor - electric motor (V-M) the system composition, Its system by rectification transformer TR, the thyristor rectification speeder, flat wave reactor L and the electric motor - power set and so on is composed. After rectification transformer TR and the thyristor rectification speeders function is the alternating current rectification which, inputs turns the direct current; The flat wave reactor L function is causes the output the direct current to be smoother; The electric motor - power set provides the three-phase AC power source. Key words: direct-current velocity modulation thyristor double closed loop第一章 绪 论11 直流调速系统概述三十多年来，直流电机调速控制经历了重大变革。首先实现了整流器更新换代，以晶闸管整流装置替换了习用已久直流发电机电动机组及水银整流装置使直流电气传动完成了一次大跃进。同时，控制电路已经实现高集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技术应用，使直流调速系统性能指标大幅提升，应用范围不停扩大。直流调速技术不停发展，走向成熟化、完善化、系列化、标准化，在可逆脉宽调速、高精度电气传动领域中仍然难以替换。直流调速是指人为地或自动地改变直流电动机转速,以满足工作机械要求。从机械特征上看,就是经过改变电动机参数或外加工电压等方法来改变电动机机械特征,从而改变电动机机械特征和工作特征机械特征交点,使电动机稳定运转速度发生改变。直流电动机含有良好起、制动性能，宜于在广泛范围内平滑调速，在轧钢机、矿井卷扬机、挖掘机、海洋钻机、金属切削机床、造纸机、高层电梯等需要高性能可控电力拖动领域中得到了广泛应用。多年来，交流调速系统发展很快，然而直流拖动系统不管在理论上和实践上全部比较成熟，而且从反馈闭环控制角度来看，它又是交流拖动控制系统基础，所以直流调速系统在生产生活中有着举足轻重作用。12 研究课题目标和意义直流电动机因含有良好起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在很多需要调速或快速正反向电力拖动领域中得到了广泛应用。晶闸管问世后，生产出成套晶闸管整流装置，组成晶闸管电动机调速系统（简称V-M系统）。采取速度、电流双闭环直流调速系统,能够充足利用电动机过载能力取得最快动态过程，调速范围广，精度高，和旋转变流机组及离子拖动变流装置相比，晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上全部有很大提升，而且在技术性能上也显示出较大优越性，动态和静态性能均好，且系统易于控制。双闭环系统转速环用来控制电动机转速，电流环控制输出电流；该系统能够自动限制最大电流，能有效抑制电网电压波动影响；且采取双闭环控制提升了系统阻尼比，所以较之单闭环控制含有愈加好控制特征。尽当今功率半导体变流技术已经有了突飞猛进发展，但在工业生产中V-M系统应用还是有相当比重。所以以此为课题进行研究含有一定实用价值。1.3双闭环晶闸管不可逆直流调速系统发展趋势双闭环不可逆调速系统在上世纪七十年代在国外部分发达国家兴起，经过数十年发展已经成熟，在二十一世纪已经实现了数字化和智能化。中国在直流调速产品研发上取得了一定成就，但和国外相比仍有很大差距。中国自主全数字化直流调速装置还没有全方面商用，产品功效上没有国外产品功效强大。而国外进口设备价格昂贵，也给国产全数字控制直流调速装置提供了发展空间。现在，发达国家应用优异电气调速系统几乎完全实现了数字化，双闭环控制系统已经普遍应用到了各类仪器仪表，机械重工业和轻工业生产过程中。伴随全球科技日新月异发展，双闭环控制系统总发展趋势也向着控制数字化，智能化和网络化发展。而在我们中国，双闭环控制也已经经过了几十年发展时期，现在已经基础发展成熟，不过现在趋势仍是追赶着发达国家脚步，向着数字化发展。1.4 本课题关键讨论问题1研究双闭环直流调速系统研究和应用现实状况。2调速系统主电路参数计算及元件确实定（包含有变压器、晶闸管、平波电抗器等）。3驱动控制电路选型设计（模拟触发电路、集成触发电路、数字触发器电路均可）。4动态设计计算：依据技术要求，对系统进行动态校正，确定ASR调整器和ACR调整器结构型式及进行参数计算，使调速系统工作稳定，并满足动态性能指标要求。5绘制V-M双闭环直流不可逆调速系统电气原理总图（要求计算机绘图）。6建立系统数学模型，对系统进行仿真研究，验证所设计系统是否满足各项性能指标要求。第二章 双闭环直流调速系统工作原理2.1直流调速系统介绍调速系统是当今电力拖动自动控制系统中应用最普遍一个系统。现在，需要高性能可控电力拖动领域多数全部采取直流调速系统。2.2晶闸管-电动机直流调速系统介绍20世纪50年代末，晶闸管（大功率半导体器件）变流装置出现，使变流技术产生了根本性变革，开始进入晶闸管时代。由晶闸管变流装置直接给直流电动机供电调速系统，称为晶闸管-电动机直流调速系统，简称V-M系统，又称为静止Ward-leonard系统。这种系统已成为直流调速系统关键形式。图1.1是V-M系统简单原理图1,3,5。图中V是晶闸管变流装置，能够是单相、三相或更多相数，半波、全波、半控、全控等类型，经过调整触发装置GT控制电压Uc来移动触发脉冲相位，以改变整流电压Ud，从而实现平滑调速。因为V-M系统含有调速范围大、精度高、动态性能好、效率高、易控制等优点，且已比较成熟，所以已在世界各关键工业国得到普遍应用。 -图1.1 晶闸管-电动机直流调速系统（V-M系统）不过，晶闸管还存在以下问题：（1）因为晶闸管单向导电性，给系统可逆运行造成困难； （2） 因为晶闸管元件过载能力小，不仅要限制过电流和反向过电压，而且还要限制电压改变率（du/dt）和电流改变率(di/dt)，所以必需有可靠保护装置和符合要求散热条件；（3） 当系统处于深调速状态，即在较低速下运行时，晶闸管导通角小，使得系统功率因数很低，并产生较大谐波电流，引发电网电压波形畸变，对电网产生不利影响；（4） 因为整流电路脉波数比直流电动机每对极下换向片数要小得多，所以，V-M系统电流脉动很严重。第三章 控制系统设计31设计内容和要求设计内容：1. 依据题目标技术要求，分析论证并确定主电路结构形式和闭环调速系统组成，画出系统组成原理框图。2. 调速系统主电路元部件确实定及其参数计算。3. 驱动控制电路选型设计。4动态设计计算：依据技术要求，对系统进行动态校正，确定ASR调整器和ACR调整器结构形式及进行参数计算，使调速系统工作稳定，并满足动态性能指标要求。5 绘制VM双闭环直流不可逆调速系统电器原理图，并研究参数改变时对直流电动机动态性能影响。设计要求： 1. 该调速系统能进行平滑地速度调整，负载电机不可逆运行，含有较宽地转速调速范围（），系统在工作范围内能稳定工作。2. 系统静特征良好，无静差（静差率）。3. 动态性能指标：转速超调量，电流超调量，动态最大转速降，调速系统过渡过程时间（调整时间）。4. 系统在5%负载以上改变运行范围内电流连续。5. 调速系统中设置有过电压、过电流保护，而且有制动方法。6. 主电路采取三项全控桥。3.2双闭环直流调速系统组成为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调整器，分别调整转速和电流，二者之间实施串级连接，图2所表示，即把转速调整器输出看成电流调整器输入，再用电流调整器输出去控制晶闸管整流器触发装置。从闭环结构上看，电流调整环在里面，叫做内环；转速环在外面，叫做外环。这么就形成了转速、电流双闭环调速系统。该双闭环调速系统两个调整器ASR和ACR通常全部采取PI调整器。因为PI调整器作为校正装置既能够确保系统稳态精度，使系统在稳态运行时得到无静差调速，又能提升系统稳定性；作为控制器时又能兼顾快速响应和消除静差两方面要求。通常调速系统要求以稳和准为主，采取PI调整器便能确保系统取得良好静态和动态性能。图2 转速、电流双闭环直流调速系统图中U*n、Un转速给定电压和转速反馈电压 U*i、Ui电流给定电压和电流反馈电压 ASR转速调整器 ACR电流调整器 TG测速发电机 TA电流互感器 UPE电力电子变换器33双闭环直流调速系统总设计框图在生活中，直接提供是三相交流760V电源，而直流电机供电需要三相直流电， 所以要进行整流，本设计采取三相桥式整流电路将三相交流电源变成三相直流电源，最终达成要求把电源提供给直流电动机。图2-1设计总框架。直流电机三相交流电源三相直流电源整流供电 双闭环调速系统驱动电路保护电路图2-1 双闭环直流调速系统设计总框架 三相交流电路交、直流侧及三相桥式整流电路中晶闸管中电路保护有电压、电流保护。通常保护有快速熔断器，压敏电阻，阻容式。依据不一样器件和保护不一样要求采取不一样方法。 驱动电路是电力电子主电路和控制电路之间接口，是电力电子装置关键步骤， 它将信息电子电路传来信号根据其控制目标要求，转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间，能够使其开通或关断信号。本设计使用是晶闸管，即半控型器件。驱动电路对半控型只需要提供开通控制信号，对于晶闸管驱动电路叫作触发电路。直流调速系统中应用最普遍方案是转速、电流双闭环系统，采取串级控制方法。转速负反馈环为外环，其作用是确保系统稳速精度；电流负反馈环为内环，其作用是实现电动机转距控制，同时又能实现限流和改善系统动态性能。转速、电流双闭环直流调速系统在突加给定下跟随性能、动态限流性能和抗扰动性能等，全部比单闭环调速系统好。34（1） 主电路结构形式 在直流调速系统中，我们采取是晶闸管-电动机调速系统(简称V-M系统)原理图图3-1所表示。它经过调整处罚装置GT控制电压来移动触发脉冲相位，即可改变平均整流电压，从而实现平滑调速。和旋转变流机组及离子拖动变流装置相比，晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上全部很大提升，而且在技术性能上也显现出较大优越性。对于要求在一定范围内无级平滑调速系统来说，自动控制直流调速系统往往以调压调速为主，依据晶闸管特征，能够经过调整控制角大小来调整电压。当整流负载容量较大或直流电压脉动较小时应采取三相整流电路，其交流侧由三相电源供电。三相整流电路中又分三相半波和全控桥整流电路，因为三相半波整流电路在其变压器二次侧含有直流分量，故本设计采取了三相全控桥整流电路来供电， 该电路是现在应用最广泛整流电路，输出电压波动小，适 图3-1 V-M 系统原理合直流电动机负载，而且该电路组成调速装置调整范围广，能实现电动机连续、平滑地转速调整、电动机不可逆运行等技术要求。图 3-2 主电路原理图三相全控制整流电路由晶闸管VT1、VT3、VT5接成共阴极组，晶闸管VT4、VT6、VT2接成共阳极组，在电路控制下，只有接在电路共阴极组中电位为最高又同时输入触发脉冲晶闸管，和接在电路共阳极组中电位最低而同时输入触发脉冲晶闸管，同时导通时，才组成完整整流电路。 为了使元件免受在突发情况下超出其所承受电压电流侵害，在三相交流电路交、直流侧及三相桥式整流电路中晶闸管中电路保护有电压、电流保护。通常保护有快速熔断器，压敏电阻，阻容式。（2）主电路设计1.变流变压器设计通常情况下，晶闸管变流装置所要求交流供电电压和电网电压是不一致，所以需要变流变压器，经过变压器进行电压变换，并使装置于电网隔离，降低电网于晶闸管变流装置相互干扰。这里选项用变压器一次侧绕组采取联接，二次侧绕组采取Y联接。为整流变压器总容量，为变压器一次侧容量，为一次侧电压, 为一次侧电流, 为变压器二次侧容量，为二次侧电压，为二次侧电流，、为相数。为了确保负载能正常工作，当主电路接线形式和负载要求额定电压确定以后，晶闸管交流侧电压只能在一个较小范围内改变，为此必需正确计算整流变压器次级电压。影响值原因有：(1)值大小首先要确保满足负载所需求最大电流值。(2)晶闸管并非是理想可控开关元件，导通时有一定管压降，用表示。(3)变压器漏抗存在会产生换相压降。(4)平波电抗器有一定直流电阻，当电流流经该电阻时就要产生一定电压降。(5)电枢电阻压降。综合以上原因得到正确表示式为： 式（3-1） 式中 为电动机额定电压； ； 及C见表1-1；，为电动及额定电流，为电动机电枢电路总电阻；表示主电路中电流经过多个串联晶闸管管压降；为电网电压波动系数，通常取，供电质量较差，电压波动较大情况应取较小值； 为变压器短路电压百分比，100千伏安以下变压器取，1001000千伏安变压器取；- 负载电流最大值；所以,表示许可过载倍数。也能够用下述简化公式计算 =（1.0-1.2） 或 =（1.2-1.5）其中，系数（1.0-1.2）和（1.2-1.5）为考虑多种原因安全系数，为整流输出电压。对于本设计：为了确保电动机负载能在额定转速下运转,计算所得应有一定裕量,依据经验所知,公式中控制角应取300为宜。，,，（其中A、B、C能够查表3-1中三相全控桥），=1.7表3-1 变流变压器计算系数整流电路单相双半波单相半控桥单相全控桥三相半波三相半控桥三相全控桥带平衡电抗器双反星形0.90.90.91.172.342.341.17C0.7070.7070.7070.8660.50.50.50.707110.5780.8160.8160.289把已知条件代入式（3-1）可得结果： =V 依据主电路不一样接线方法，有表3-1查，即可得二次侧电流有效值，从而求出变压器二次侧容量。而一次相电流有效值/，所以一次侧容量 。一次相电压有效值取决于电网电压，所以变流变压器平均容量为 对于本设计 , = ， =A设计时留取一定裕量，能够取容量为整流变压器。2. 整流元件晶闸管选型选择晶闸管元件关键是选择它额定电压 和额定电流对于本设计采取是三相桥式整流电路，晶闸管按1至6次序导通，在阻感负载中晶闸管承受最大电压， 而考虑到电网电压波动和操作过电压等原因，还要放宽23倍安全系数，则晶闸管额定电压计算结果： 取 。晶闸管额定电流有效值大于流过元件实际电流最大有效值。通常取按此标准所得计算结果1.52倍。 已知 可得晶闸管额定电流计算结果 ： 取300A 本设计选择晶闸管型号为KP（3CT）-300A （ 螺栓型）额定电压： VDRM V 额定电流： IT(AV) 300A门极触发电压：VGT 30 V 门极触发电流：IGT 400 A 3. 电抗器设计（1）交流侧电抗器选择 为限制短路电流，所以在线路中应接入一个空心电抗器，称为进线电抗器。 （2）直流侧电抗器选择 直流侧电抗器关键作用为限制直流电流脉动；轻载或空载时维持电流连续；在有环流可逆系统中限制环流；限制直流侧短路电流上升率。 限制输出电流脉动电感量 计算 式（3-2）式中，-电流脉动系数，取，本设计取10%。 -输出电流基波频率，单位为，对于三相全控桥 表3-2 电感量相关参数电感量相关数据单相全控桥三相半波三相全控桥带平衡电抗器双反星形100150300300最大脉动时值1.20.880.800.802.851.460.6930.3483.186.753.97.8反并联线路2.52交叉线路0.67输出电流保持连续临界电感量计算： 式（3-3）式中，为要求连续最小负载平均值，本设计中；为变流装置交流侧相电压有效值。代入已知参数，可求 =4.25mH =20.33mH和包含了电动机电枢电感量和折算到变流变压器二次侧每相绕组漏电感，所以应扣除和，才是实际限制电流脉动电感和维持电流连续实际临界电感。 式（3-4） = 式（3-5）式中， K-计算系数，对于通常无赔偿绕组电动机K=812，对于快速无赔偿绕组电动机K=68，对于有赔偿绕组电动机K=56，其它系数均为电动机额定值，这里K取10。n-极对数，取n=2。%-变压器短路比，通常取为； -为计算系数，三相全控桥。即 = =实际要接入平波电抗器电感 电枢回路总电感 可取20mH4.保护电路设计（1）过电压保护 通常分为交流侧和直流侧电压保护。前者常采取保护方法有阻容吸收装置、硒堆吸收装置、金属氧化物压敏电阻。这里采取金属氧化物压敏电阻过电压保护。 压敏电阻是有氧化锌，氧化铋等烧结制成非线性电阻元件，它含有正反相同很陡伏安特征，正常工作是漏电流小，损耗小，而泄放冲击电流能力强，抑制过电压能力强，另外，它对冲击电压反应快，体积又比较小，故应用广泛。 在三相电路中，压敏电阻接法是接成星形或三角形图3-3所表示。图3-3 二次侧过电压压敏电阻保护 压敏电阻额定电压选择可按下式计算： 压敏电阻承受额定电压峰值 式（3-6）式中 -压敏电阻额定电压， VYJ型压敏电阻额定电压有：100V、200V、440、760V、1000V等；为电网电压升高系数，可取。压敏电阻承受额定电压峰值就是晶闸管控制角=300时输出电压。由此可将式（1-6）转化成 可得压敏电阻额定电压 所以压敏电阻额定电压取850V型压敏电阻。 （2）过电流保护在本设计中，选择快速熔断器和电流互感器配合进行三相交流电路一次侧过电流保护，保护原理图3-4以下： 图3-4 一次侧过电流保护电路（1）熔断器额定电压选择：其额定电压应大于或等于线路工作电压。本课题设计中变压器一次侧线电压为760V，熔断器额定电压可选择800V。（2）熔断器额定电流选择：其额定电流应大于或等于电路工作电流。 本课题设计中变压器一次侧电流 =熔断器额定电流 232A所以，图3-4在三相交流电路变压器一次侧每一相上串上一个熔断器，按本课题设计要求熔断器额定电压可选400V，额定电流选232A。35晶闸管触发电路晶闸管触发电路作用是产生符合要求门极触发脉冲，确保晶闸管在必需时刻由阻断转为导通。晶闸管触发电路往往包含触发时刻进行控制相位控制电路、触发脉冲放大和输出步骤。触发脉冲放大和输出步骤中，晶闸管触发电路应满足下列要求： （1）触发脉冲宽度应确保晶闸管可靠导通，三相全控桥式电路应采取宽于60或采取相隔60双窄脉冲。 （2）触发脉冲应有足够幅度，对户外严寒场所，脉冲电流幅度应增大为器件最大触发电流35倍，脉冲前沿陡度也需增加，通常需达12Aus。 （3）所提供触发脉冲应不超出晶闸管门极电压、电流和功率定额，且在门极伏安特征可靠触发区域之内。 （4）应有良好抗干扰性能、温度稳定性及和主电路电气隔离。理想触发脉冲电流波形图4-1。 图4-1 理想晶闸管触发脉冲电流波形-脉冲前沿上升时间（）-强脉冲宽度 -强脉冲幅值（）-脉冲宽度 -脉冲平顶幅值（）本设计课题是三相全三相全控桥整流电路中有六个晶闸管，触发次序依次为：VT1VT2VT3VT4VT5VT6，晶闸管必需严格按编号轮番导通，6个触发脉冲相位依次相差60O，能够选择3个KJ004集成块和一个KJ041集成块，即可形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大，就能够组成三相全控桥整流电路集成触发电路图4-2。图4-2 三相全控桥整流电路集成触发电路36双闭环调速系统组成和设计双闭环调速系统是建立在单闭环自动调速系统上，实际调速系统除要求对转速进行调整外, 很多生产机械还提出了加紧开启和制动过程要求,这就需要一个电流截止负反馈系统。 由5-1图开启电流改变特征可知，在电机开启时, 开启电流很快加大到许可过载能力值, 而且保持不变, 在这个条件下, 转速得到线性增加, 当开到需要大小时, 电机电流急剧下降到克服负载所需电流值,对应这种要求可控硅整流器电压在开启一开始时应为, 伴随转速上升, 也上升, 达成稳转速时, 。这就要求在开启过程中把电动机电流看成被调整量, 使之维持在电机许可最大值, 并保持不变。这就要求一个电流调整 图5-1 带截止负反馈系统开启电流波形器来完成这个任务。带有速度调整器和电流调整器双闭环调速系统便是在这种要求下产生。 图5-2转速、电流双闭环直流调速系统原理框图（注: ASR转速调整器 ACR电流调整器 TG直流测速发电机 TA电流互感器 UPE电力电子装置 Un*转速给定电压 Un转速反馈电压 Ui*电流给定电压 Ui 电流反馈电压） 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调整器，分别调整转速和电流，二者之间实施串级联接，图5-2所表示。这就是说把转速调整器输出看成电流调整器输入，再用电流调整器输出去控制晶闸管整流器触发装置。从闭环结构上看，电流调整环在里面，叫内环；转速调整环在外边，叫做外环，这么就形成了转速、电流双闭环调速系统。（1） 电流调整器设计1. 时间常数确实定（1） 整流装置滞后时间常数，即三相桥式电路平均失控时间 Ts=0.0017s。（2）电流滤波时间常数。三相桥式电路每个波头时间是3.3ms，为了基础滤平波头，应有（12）=3.3ms，所以取=2ms=0.002s。（3）电流环小时间常数之和。按小时间常数近似处理，取。（4）电磁时间常数确实定。由前述已求出电枢回路总电感。 则电磁时间常数 2. 选择电流调整器结构依据设计要求，并确保稳态电流无静差，可按经典I型系统设计电流调整器。电流环控制对象是双惯性型，所以可用PI型调整器，其传输函数为 （5-1）式中 -电流调整器百分比系数；-电流调整器超前时间常数。检验对电源电压抗扰性能：，参考表5-1经典I型系统动态抗扰性能，各项指标全部是能够接收，所以基础确定电流调整器按经典I型系统设计。 表5-1 经典I型系统动态跟随性能指标和频域指标和参数关系参数关系KT0.250.390.50.691.0阻尼比1.00.80.7070.60.5超调量0%1.5%4.3%9.5%16.3%上升时间6.6T4.7T3.3T2.4T峰值时间8.3T6.2T4.7T3.6T相角稳定裕度截止频率0.243/T0.367/T0.455/T0.596/T0.786/T3. 计算电流调整器参数电流调整器超前时间常数： =0.0182s，电流开环增益：要求时，取， 所以 于是，ACR百分比系数为 =1.594式中，为电流反馈系数其值为；晶闸管装置放大系数Ks=36。4. 校验近似条件电流环截止频率：1)晶闸管整流装置传输函数近似条件 满足近似条件2）忽略反电动势改变对电流环动态影响条件 满足近似条件3）电流环小时间常数近似处理条件 满足近似条件5. 计算调整器电阻和电容由图5-3，按所用运算放大器取R0=40k，各电阻和电容值为图5-3 含滤波步骤PI型电流调整器照上述参数，电流环能够达成动态跟随性能指标为，满足设计要求。（2）转速调整器设计1. 确定时间常数（1）电流环等效时间常数1/KI。由前述已知，则 （2）转速滤波时间常数，依据所用测速发电机纹波情况，取.（3）转速环小时间常数。按小时间常数近似处理，取 2. 选择转速调整器结构根据设计要求，选择PI调整器，其传输函数式为 3. 计算转速调整器参数按跟随和抗扰性能全部很好标准，先取h=5，则ASR超前时间常数为 则转速环开环增益 K可得ASR百分比系数为式中 电动势常数 转速反馈系数 4.检验近似条件转速截止频率为 （1）电流环传输函数简化条件为 满足简化条件 （2）转速环小时间常数近似处理条件为 满足近似条件 5计算调整器电阻和电容依据图5-4 所表示，取，则 取 取 取 图5-4 含滤波步骤PI型转速调整器6.校核转速超调量当h=5时，查表5-2经典型系统阶跃输入跟随性能指标得，不能满足设计要求。实际上，因为表5-2是按线性系统计算，而突加阶跃给定时，ASR饱和，不符合线性系统前提，应该按ASR退饱和情况重新计算超调量。 表5-2 经典II型系统阶跃输入跟随性能指标（按准则确定参数关系）h34567891052.60%43.60%37.60%33.20%29.80%27.20%25.00%23.30%2.42.652.8533.13.23.33.3512.1511.659.5510.4511.312.2513.2514.2k32211111表5-3 经典II型系统动态抗扰性能指标和参数关系h34567891072.20%77.50%81.20%84.00%86.30%88.10%89.60%90.80%2.452.702.853.003.153.253.303.4013.6010.458.8012.9516.8519.8022.8025.85设理想空载起动时，负载系数，已知，,，。当初，由表5-3查得，而调速系统开环机械特征额定稳态速降 式中 电机中总电阻 调速系统开环机械特征额定稳态速降 为基准值，对应为额定转速依据式（6-24）计算得 能满足设计要求7. 校核动态最大速降 设计指标要求动态最大速降。在实际系统中，可定义为相对于额定转速时动态速降。由， ；查表可知，=81.2%，所以 ； 能满足设计要求8. 转速超调抑制若退饱和超调量，则不满足动态指标要求，需加转速微分负反馈。加入这个步骤能够抑制甚至消亡转速超调，同时能够大大降低动态速降。在双闭环调速系统中，加入转速微分负反馈转速调整器原理图图5-5所表示。和一般转速调整器相比，在转速反馈步骤上并联了微分电容Cdn和滤波电阻Rdn，即在转速负反馈基础上再叠加一个带滤波转速微分负反馈信号。图5-5 带转速微分负反馈转速调整器含有转速微分负反馈转速环动态结构框图以下图5-6所表示:图5-6 含有转速微分负反馈转速环动态结构框图转速微分负反馈步骤中待定参数是和，其中转速微分时间常数，转速微分滤波时间常数是以选定，只要确定，就能够计算出和了。由工程设计方法，近似计算公式得：第四章基于MATLAB/SIMULINK调速系统仿真经过对整个控制电路设计， 用MATLAB/SIMULINK对整个调速系统进行仿真。首先建立双闭环直流调速系统动态数学模型，能够参考该系统动态结构形式，双闭环直流调速系统动态结构框图图6-1所表示：图6-1 双闭环直流电机调速系统动态数学结构框图把这些参数值代入框图中公式就可得到以下框图6-2。图6-2 双闭环直流调速系统动态结构框图为了分析双闭环调速系统特征，在转速调整器和速度调整器输出端设置一个限幅值，限幅值大小能够依据所选运算放大器输入电压大小来选定，本设计选择限幅值为13V。依据动态模型图和计算参数，用MATLAB/SIMULINK进行仿真，关键是仿真电动机输出转速。最终得到转速仿真图形图6-3所表示图6-3 双闭环直流电机转速输出仿真图形 从图6-3能够很显著看出转速起动和扰动现象。从仿真得到转速曲线图中能够得出转速超调量为，基础满足设计要求，不过和设定值相比还是有误差。在0.9秒时候，转速达成一个稳定值，系统无静差运行，其中在5秒时候输入一个负载扰动量，在5.1秒时候扰动消失，速降达成了，过了0.4秒以后转速又达成稳定值。从图中能够