燕山大学本科生毕业设计(论文)
转速给定滤波器电流给定滤波器晶闸管逆变器主回路电动机?*角速度给定11?Tons???un转速调节器ASR11?Tois?电流调节器??uiACRKs1?TssIdKLn1?TLns1T1s?转速负反馈电流负反馈?1?Tois电流反馈滤波器?1?Tons转速反馈滤波器图2-3 双闭环调速系统的动态框图
双闭环调速系统采用工程设计法设计，即先设计电流环，然后把设计好的电流环看作是转速环的一个等效环节，再进行速度环的设计。
2.3.2 电流环的设计
1.时间常数的确定
（1）电流滤波时间常数。通常取Toi?0.002s。实验证明，若它取值过小时，它不能完全过滤掉谐波信号；若它取值过大，则会影响系统的过渡过程。
（2）整流装置滞后时间常数Ts。采用的是三向桥式逆变电路，通常取Ts?0.0017s。 （3）电流环小时间常数T?i。通过电流环小惯性环节的近似处理可求得
T?i?Ts?Toi?0.0017?0.002?0.0037?s?2.电流环的动态设计过程
电流环的动态结构框图如图2-4所示。
u*
1??1?ToisACRT*?ui?s?Ks1?TssKLn1?TLnsId?s??1?Tois
图2-4电流环的动态结构框图
(1)按照电流环典型Ⅰ型系统设计。 (2)电流调节器的类型选择。
电流调节器选择PI调节器，它的传递函数为
WACR?s??Ki?is?1?is
电流环的开环传递函数为
Wopi?s??Ki?is?1?KsKLn?is?T?i?1??TLn?1?
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第2章 异步电机矢量控制理论与控制环参数设计
（3）电流调节器的参数计算
由于直流电磁时间常数TLn?0.0153s，TLn?T?i，因此取电流调节器开环时间常数为
?i?TLn。这样可以消去大的惯性环节，提高系统的快速性。直流回路放大系数KLn?0.019，
由电流环的动态结构框图2-4可得
Wopi?s??Ki?is?1?KsKLnK?KK11?isLn?KI?is?T?is?1??TLn?1?TLns?T?is?1?s?Ts?1?
可得ACR的比例系数的表达式
KITLn?KsKLn
电流环的负反馈系数取??5.6。按照典型Ⅰ型最佳参数方法来选择KT参数，则有
Ki?KIT?0.5，且其中有T?T?i?0.0037s，可以求得
KI?ACR的比例系数为
Ki?0.50.50.5???135s?1 TT?i0.0037KITLn135?0.0153??4.13，?i?TLn?0.0153s?KsKLn5.6?4.7?0.019
2.3.3 转速环的设计
1.电流环的等效传递函数和转速环的动态结构框图
（1）电流环的等效传递函数为
Wcli?s??1?2T?is?1
（2）转速环的动态结构框图如图2-5所示：
?*1??1?TonsASR?T*??T?ns?11T1s??1?Tons
图2-5转速环的动态结构框图
2.转速环的参数计算
（1）转速反馈滤波时间常数Ton。转速反馈滤波时间常数的数值由测速发电机的控制
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要求而定，一般取Ton?0.01s。
（2）转速环小时间常数
T?n?2T?i?Ton?2?0.0037?0.01?0.0174?s?电机运行的额定转矩系数Cm为
Cm?0.793?N?m/A?电动机的转动惯量：J?0.01kg?m2，则
GD?4gJ?4?9.8?0.01?0.392?N?m2?
所以电动机的积分时间常数TI为：
GD210.3921TI????0.0013?s?375Cm3750.793
（3）转速调节器的类型选择
在转速电流双闭环调速系统中，转速环设计成典型Ⅱ型，转速调节器选择PI调节器，它的传递函数为
WASR?s??Kn?ns?1?ns
（4）转速调节器的参数计算 转速环的开环传递函数为
Wopn?s??Kn??ns?1???1KN??ns?1??2?nsT?ns?1T1ss?Ts?1?
比较等式两边系数，得到转速环开环增益的表达式为
K?KN?N
??nT1T?T?n，而转速环开环增益可求得
KN?h?15?1??3962h2T2?n2?52?0.01742
所以ASR调节器的超前时间常数为
?n?hT?n?5?0.0174?0.087?s?
而ASR的比例系数的表达式为
Kn?KN??nT1 ?而电动机的积分时间常数
TI?0.0013s
可得ASR的比例系数为
Kn?KN??nT1396?5.63?0.087?0.0013?0.2521
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??第2章 异步电机矢量控制理论与控制环参数设计
2.3.4 磁链环的设计
在异步电动机中有
LmiM1 Trs?1?r?其中，Tr?LrLm?Lr?，Lr?、Rr为转子绕组漏感及电阻。 ?RrRr磁链环的结构如图2-6所示。由图2-6可见，磁链环调节对象是一个大时间常数Tr及一个小时间常数Teq.Di的惯性环节，所以磁链调节器选择PI调节器。图中K?为磁链环调节器的比例系数，??为积分时间常数。
?r*???A?Ri*M11Teq.Dis?1iM1LmTrs?1?r
图2-6 异步电动机磁链调节环框图
图2-6框图中的
1Teq.Di?1 环节可以化简为如下图2-7结构框图
1Teq.Di???iM1'1siM1Teq.Di
图2-7磁链调节环环节化简框图
根据工程设计方法，将磁链调节环设计成典型I系统。磁链调节器的传递函数为
?s?1 WA?R?K????s磁链环的开环传递函数为：
W?s??K?Lm
?Teq.Di?1??Trs?1?Tr?0.01s，使磁链调节器的积分时间常数为：???Tr，则???Tr?0.01s。 磁链环的等小时间常数：Teq.Di?4Ts?0.0068s，定转子的电感为: Lm?0.113H，比例系数为：K??因此，
Tr 。
2LmTeq.Di???Tr?0.01s
Tr0.01K????6.51s
2LmTeq.Di2?0.113?0.0068
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2.4 本章小结
本章首先阐述了矢量控制的基本思路、坐标变换，然后介绍了不同坐标系下异步电动机的数学模型，基于转子磁链定向对异步电机进行了电流环，转速环和磁链环的工程设计。
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