黄石理工学院毕业设计（论文）
Coi?
4Toi4?0.002?6?F?0.2?10F?3R040?100?F.2 取0.2μF （5-11）
按照上述参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标为ζi=4.3%<5%，满足设计要求。
图5.1 含滤波环节的PI型电流调节器
5.2 转速调节器的设计
1. 确定时间常数
（1）电流环等效时间常数1/KI。由前述已知，KITΣi=0.5，则
1?2T?i?2?0.00s37? KI0.0s074 （5-12）
（2）转速滤波时间常数Ton，根据所用测速发电机纹波情况，取Ton=0.01。 （3）转速环小时间常数TΣn。按小时间常数近似处理，取
T?n?1?Ton?0.007s4?0.s0?1KI 2. 选择转速调节器结构
0.0s174 （5-13）
按照设计要求，选用PI调节器，其传递函数式为
WASR(s)?
3. 计算转速调节器参数
Kn(?ns?1)?ns （5-14）
按跟随和抗扰性能都较好的原则，先取h=5，则ASR的超前时间常数为
?n=hT?n=?50.0174s=0. （5-15）
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则转速环开环增益 KN?h?16?2?2 （5-16） ?s?396.4s22222hT?n2?5?0.0174可得ASR的比例系数为
Kn?(h?1?)CeTm6?0.12?50.?1330.063??9.292h?R?T?n2?5?0.00?67?0.580.01 7 4 （5-17）
式中，电动势常数
CN?INRae?Un?220?53.5?0.371500?0.133V.min/rN
转速反馈系数
??10Vn?10V?0.0067V?min/r N1500r/min4.检验近似条件 转速截止频率为
?KN?1cn?
??KN?n?396.4?0.087s?34.5s?11 （1）电流环传递函数简化条件为
1KI?1135.1s?1?63.7s?13T??cn?i30.0037 满足简化条件。
（2）转速环小时间常数近似处理条件为
1KI?1135.1s?1?38.7s?1?? 3Tcnon30.01 满足近似条件。
5．计算调节器电阻和电容 根据图5.2 所示，取R0=40Ω，则
Rn?KnR0?8.8?4k0??3k5?2 取350Ω Cn0.087n??R?360?130F?0.24??160?0?.2F4
n 取0.25μF C4Tonon?
R?4?0.040?130F1?1?F0 取1μF
5-18）
5-19）
5-20）
5-21）
5-22）
5-23）
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（（ （ （ （ （黄石理工学院毕业设计（论文）
图5.2 含滤波环节的PI型转速调节器
6.校核转速超调量
当h=5时，查附表5.3典型П型系统阶跃输入跟随性能指标得，ζn=37.6%，不能满足设计要求。实际上，由于附表5.3是按线性系统计算的，而突加阶跃给定时，ASR饱和，不符合线性系统的前提，应该按ASR退饱和的情况重新计算超调量。计算超调量。
设理想空载起动时，负载系数Z=0，已知IN=53.5A，nN=1500r/min，λ=1.5，RΣ=0.58Ω，Ce=0.133V·min/r，Tm=0.063s，TΣn=0.0174s。当h=5时，由附表5.4查得，?Cmax/Cb?81.2%而调速系统开环机械特性的额定稳态速降
maxbmax?n???C??n*?2??Cbb?????C??n??C??nNT?n?(??Z)?n*Tm? （5-24）
式中，电机中总电阻R?Ra?R??0.58?0.37?0.95?； 调速系统开环机械特性的额定稳态速降
?nN?INR53.5?0.95??382.1r/minCe0.133；
n*为基准值，对应为额定转速nN=1500r/min。 根据式（5-24）计算得
382.10.0174??17.1%?8000.063 （5-25）
?n?2?81.2%?1.5?不能满足设计要求。
7. 校核动态最大速降
设计指标要求动态最大速降?n?8%~10%。在实际系统中，Δn可定义为相对于
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额定转速时的动态速降
?Cmax?nb， Cb?nmax。 nN由?nmax? ?nb?2(??z)T?n0.0174?nN?2?1.5??382.1?316.6r/min （5-26） Tm0.063h=5时，查附表5.4得
?Cmax=81.2%， Cb ?nmax??n??Cmax?nb?0.812?316.6?275.1r/min （5-27） Cb 8. 转速超调的抑制
?nmax257.1??100%?17.14%?10%nN1500 （5-28）
不满足动态最大转速降指标。
从计算得的退饱和超调量ζn=17.1%>10%，可知不满足动态指标要求，因此需加转速微分负反馈。加入这个环节可以抑制甚至消灭转速超调，同时可以大大降低动态速降。
在双闭环调速系统中，加入转速微分负反馈的转速调节器原理图如图5.3所示。和普通的转速调节器相比，在转速反馈环节上并联了微分电容Cdn和滤波电阻Rdn，即在转速负反馈的基础上再叠加一个带滤波的转速负反馈的基础上再叠加一个带滤波的转速微分负反馈信号。
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图5.3 带转速微分负反馈的转速调节器
含有转速微分负反馈的转速环动态结构框图如下图5.4所示:
Un*(s)1TonS+1+ASR-αTonS+1?ηdnSTodnS+11/β(1/Ks)S+1RCeTmSn(s)
图5.4 含有转速微分负反馈的转速环动态结构框图
转速微分负反馈环节中待定的参数是Cdn和Rdn，其中转速微分时间常数ηn=R0Cdn，转速微分滤波时间常数是以选定，Todn=RdnCdn=Ton，只要确定ηdn，就可以计算出Cdn和Rdn了。
由工程设计方法，近似计算公式得：
2?n*Tm4h?2?T?n?h?1(??z)?nN （5-29）
?dn
设理想空载起动时，负载系数Z=0，已知：nN=1500r/min，λ=1.5，RΣ=0.58Ω， Tm=0.063s，TΣn=0.0174s，ΔnN=382.1r/min。
设计要求动态最大超调ζn≤8%，取转速超调量为ζn=4%，则：
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