單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與Matlab仿真(一)(20210503100601)

1、課題：一、單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與 Matlab 仿真（一） 作 者： 學(xué) 號： 專 業(yè)： 班 級： 指導(dǎo)教師： 摘要 在對調(diào)速性能有較高要求的領(lǐng)域，如果直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài) 性能不滿足要求，可利用速度負(fù)反饋提高穩(wěn)態(tài)精度，而采用比例調(diào)節(jié) 器的負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)仍是有靜差的，為了消除系統(tǒng)的靜差，可利用積 分調(diào)節(jié)器代替比例調(diào)節(jié)器。 通過對單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成部分可控電源、由運(yùn)算放大器組成 的調(diào)節(jié)器、晶閘管觸發(fā)整流裝置、電機(jī)模型和測速電機(jī)等模塊的理論 分析，比較原始系統(tǒng)和校正后系統(tǒng)的差別，得出直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的 最優(yōu)模型，然后用此理論去設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)際的調(diào)速系統(tǒng)。 本設(shè)計(jì)首先進(jìn)行總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)，然后確定各

2、個(gè)參數(shù)，當(dāng)明確了系 統(tǒng)傳函之后，再進(jìn)行穩(wěn)定性分析，在穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，進(jìn)行整定以達(dá)到 設(shè)計(jì)要求。 另外，設(shè)計(jì)過程中還要以Matlab為工具，以求簡明直觀而方便 快捷的設(shè)計(jì)過程。 摘要：Mat lab開環(huán)閉環(huán)負(fù)反饋靜差穩(wěn)定性 V-M系統(tǒng) 目錄 摘要2 一、設(shè)計(jì)任務(wù)4 1、已知條件4 2、設(shè)計(jì)要求4 二、方案設(shè)計(jì)5 1、系統(tǒng)原理5 2、控制結(jié)構(gòu)圖6 三、參數(shù)計(jì)算7 四、PI調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 五、系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 11 六、小結(jié)12 七、參考文獻(xiàn)13 圖15-1轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的Simulink動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)閤 1、已知條件 已知一晶閘管-直流電機(jī)單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)）的結(jié)果如 圖所示。圖中直流電機(jī)的參數(shù)：

3、Pnom二2. 2KW, nnom=1500r/min, Inom=12. 5A, Unom=220V,電樞電阻Ra=l歐,V-M系統(tǒng)主回路總電阻 R=2.9歐，V-M系統(tǒng)電樞回路總電感LMOmH,拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分飛輪 力矩GD2=1. 5N. m2,測速發(fā)動(dòng)機(jī)為永磁式，ZYS231/110 xi型，整流觸 發(fā)裝置的放大系數(shù)Ks二44,三相橋平均失控時(shí)間Ts二0. 00167so 2、設(shè)計(jì)要求： (1) 生產(chǎn)機(jī)械要求調(diào)速范圍D=15 (2) 靜差率sW5%, (3) 若 U*n二 10V 時(shí)，n=nnom= 1500r/min,校正后相角穩(wěn)定裕度 Y =45o, 剪切頻率(J c35. Ora

4、d/s,超調(diào)量。W30%,調(diào)節(jié)時(shí)間tsWO. Is 二、方案設(shè)計(jì) 1、控制原理 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)應(yīng)為單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，選定轉(zhuǎn) 速為反饋量，采用變電壓調(diào)節(jié)方式，實(shí)現(xiàn)對直流電機(jī)的無極平滑調(diào)速。 所以，設(shè)計(jì)如下的原理圖： 給定 let JUlf - 三全整 相控流 R 1 命)鹹灰電機(jī) A 圖1、單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖 轉(zhuǎn)速用與電動(dòng)機(jī)同軸相連的測速電機(jī)產(chǎn)生的正比于轉(zhuǎn)速的電壓 信號反饋到輸入端，再與給定值比較，經(jīng)放大環(huán)節(jié)產(chǎn)生控制電壓，再 通過電力電子變換器來調(diào)節(jié)電機(jī)回路電流，達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目 的。 這里，電壓放大環(huán)節(jié)采用集成電路運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)，主電路用晶 閘管可控整流器調(diào)節(jié)對電機(jī)的電

5、源供給。 所以，更具體的原理圖如下： 圖2、單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)具體原理圖 2、控制結(jié)構(gòu)圖 有了原理圖之后，把各環(huán)節(jié)的靜態(tài)參數(shù)用自控原理中的結(jié)構(gòu)圖表 示，就得到了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖。 兀+ 圖3、單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 同理，用各環(huán)節(jié)的輸入輸岀特性，即各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，表示成 結(jié)構(gòu)圖形式，就得到了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖。 由所學(xué)的相關(guān)課程知：放大環(huán)節(jié)可以看成純比例環(huán)節(jié)，電力電子變換 環(huán)節(jié)是一個(gè)時(shí)間常數(shù)很小的滯后環(huán)節(jié)，這里把它看作一階慣性環(huán)節(jié)， 而額定勵(lì)磁下的直流電動(dòng)機(jī)是一個(gè)二階線性環(huán)節(jié)。 所以，可以得到如下的框圖： 圖4、單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 三、參數(shù)計(jì)算： 根據(jù)已知參數(shù)計(jì)算如下：

6、 1、為了滿足D二15, sW5%,額定負(fù)載時(shí)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降為: Mi D(l s) 1500 x0.05 15x(1-0.05) r/min =5.26 廠/min 2、根據(jù)4口，求出系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù) 先計(jì)算電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢系數(shù) 冬乂 =空竺巡=33 簡仃 nN1500 / / nin 則開環(huán)系統(tǒng)額定速降為 An = - = 125x2丿廣 /= 262.1 lr / min c 0.1383 閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)應(yīng)為 K =如-1二1=49.83-1 =4 dl=0. 0432 1; sl=tf(nl,dl); n2=0 l;d2二0.0203 I;s2=tf(n2, d2); n3

7、=0 l;d3=0. 00167 I;s3=tf(n3, d3); sys 二 sl*s2*s3; margin (sys) 得出原始的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的頻率特性如下圖 -100 Bode Diagram Gm = -4.17 dB (at 191 radJsec) , Pm 7 8 deg (at 240 rad/sec) 50 Gap)纟d - SO 二 ss(ABCQ); Sl=tf(sO); Step(sl); 運(yùn)行程序后繪制系統(tǒng)Bode圖如下： -EepJsald Bo-d SO二ss(A,B,C,D); Sl=tf(sO); Step(sl); 運(yùn)行程序后繪制系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線如下： 六、心得體會(huì) 經(jīng)過這次的課程設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了很多平時(shí)沒有接觸的知識(shí)。己掌 握的自動(dòng)控制知識(shí)在木次實(shí)踐中得到了充分的發(fā)揮。在和同學(xué)合作的 過程中，我也充分體會(huì)到了團(tuán)結(jié)協(xié)作的重要性。完成了木次課程設(shè)計(jì)。 經(jīng)過這次課設(shè)，我學(xué)習(xí)并掌握了自動(dòng)控制的基本工作原理，了解了基 木知識(shí)，拓展了知識(shí)而。溫故知新，收獲蠻多。這次設(shè)計(jì)尚存在很多 缺點(diǎn)和不足，希望老師批評指正。 設(shè)計(jì)過程中，涉及的MATLAB仿真技術(shù)，使自控原理中的各參 數(shù)得以更直觀的反映，更重要的是MATLAB為系統(tǒng)設(shè)計(jì)與整定提供 了一個(gè)十分強(qiáng)大而簡便的工具，