V-M雙閉環(huán)不可逆直流調速系統(tǒng)的仿真(共21頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)摘 要 轉速、電流雙閉環(huán)控制直流調速系統(tǒng)是性能很好、應用最廣的直流調速系統(tǒng)。在設計中調速系統(tǒng)的主電路采用了三相全控橋整流電路來供電。本文采用轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)為對象來設計直流電動機調速控制器。為了實現(xiàn)轉速和電流兩種負反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設置兩個調節(jié)器，分別調節(jié)轉速和電流，即分別引入轉速負反饋和電流負反饋，二者之間實行嵌套聯(lián)接。從閉環(huán)結構上看，電流環(huán)在里面，稱作內環(huán)；轉速環(huán)在外邊，稱做外環(huán)。這就形成了轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)。先確定其結構形式和設計各元部件，并對其參數(shù)計算。最后采用MATLAB/SIMULINK 對整個調速系統(tǒng)進行了仿真分析

2、。 關鍵詞： 雙閉環(huán)； 轉速調節(jié)器；電流調節(jié)器ABSTRACTSpeed and current dual-loop control performance of DC speed control system is very good, the most widely used DC drive system. Speed control system in the design of the main circuit using three-phase full controlled bridge rectifier circuit to supply. In this paper, th

3、e speed and current dual 精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)closed loop DC system for the object to design DC motor speed controller. In order to achieve both speed and current role of negative feedback, respectively, both set in the system regulator, adjust the speed and current, respectively, that were introduc

4、ed speed and current negative feedback negative feedback, the implementation of a nested connection between the two. From theclosed-loop structure, the current loop on the inside, called the inner ring; speed ring on the outside, called the outer ring. This form of speed and current dual-loop speed

5、control system. To determine its structure and design of various components, and theparameter calculation. Finally, using MATLAB / SIMULINK control system for the entiresimulation analysis. Keywords:Keywords: double loop speed regulator current regulator 目 錄 精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) 0 0 0101011 11 1111

6、 11 12精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)12 12 1313131313131414精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)1 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的組成和工作原理1.1 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的組成1.1.1 雙閉環(huán)直流調試系統(tǒng)的結構圖單閉環(huán)系統(tǒng)不能控制電流和轉矩的動態(tài)過程。電流截止負反饋環(huán)節(jié)只是用來限制電流的沖擊，并不能很好地控制電流的動態(tài)波形。為了實現(xiàn)在允許條件下的最快起動，關鍵是要獲得一段使電流保持為最大值 Idm 的恒流過程。按照反饋控制規(guī)律，采用某個物理量的負反饋就可以保持該量基本不變，那精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)么，采用電流負反饋應該能夠得到近似的恒流過

7、程。現(xiàn)在的問題希望能實現(xiàn)控制：起動過程，只有電流負反饋，沒有轉速負反饋。穩(wěn)態(tài)時，只有轉速負反饋，沒有電流負反饋。怎樣才能做到這種既存在轉速和電流兩種負反饋，又使它們只能分別在不同的階段里起作用呢？這需要使用轉速電流雙閉環(huán)系統(tǒng)。轉速電流雙閉環(huán)系統(tǒng)就是在系統(tǒng)里設置兩個調節(jié)器，分別引入轉速負反饋和電流負反饋來調節(jié)轉速和電流，二者之間實行嵌套（或稱串級）連接（如上圖） ，把轉速調節(jié)器的輸出作為電流調節(jié)器的輸入，再用電流調節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器 UPE。從閉環(huán)結構上看，電流環(huán)在里面，稱作內環(huán)；轉速環(huán)在外面，稱作外環(huán)。這樣就形成了雙閉環(huán)調節(jié)。為了獲得良好的靜，動態(tài)性能，兩個調節(jié)器一般采用 PI 調

8、節(jié)器由于積分飽和的特性還要對兩個調節(jié)器進行限幅，限幅的作用：轉速調節(jié)器 ASR 的輸出限幅電壓 U*im，電流給定電壓的最大值，即限制了最大電流；電流調節(jié)器 ACR 的輸出限精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)幅電壓 Ucm，Uc 的最大值，即限制了電力電子變換器的最大輸出電壓 Udm。112 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的電流調節(jié)環(huán) 以 ACR 為核心的電流環(huán)作用是穩(wěn)定電流，穩(wěn)態(tài)時，Ui= -U*i+Ufi= -U*i +Id=0，即 Id=U*i/ 其中 Ufi=Id， 為電流反饋系數(shù)。當 U*i 一定時，由于電流負反饋的作用，使輸出電流保持在 U*i/ 數(shù)值上。當Id U*i / 時，調節(jié)過

9、程如下： *0diidctddIUUIUUI （） 最終可保持電樞電流穩(wěn)定。當電流下降時，也有類似的調節(jié)過程。 113 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的速度調節(jié)環(huán) 以 ASR 為核心的轉速環(huán)作用是穩(wěn)定轉速，穩(wěn)態(tài)時， Un = U*n-Ufn=0，其中 Ufn=n 即 n= U*n /。其中 為轉速反饋系數(shù)。 當 U*n 一定時，轉速 n 將穩(wěn)定在 U*n / 數(shù)值上。 當 nn*。 ASR 輸入偏差電壓變負，開始退出飽和， U*i 和 Id 很快下降。但是，只要 Id 仍大于負載電流 IdL ，轉速就繼續(xù)上升。直到 Id = IdL 時，轉矩 Te= TL ，則 dn/dt = 0，轉速 n 才到達峰值（

10、t = t3 時） 。此后，電動機在負載的阻力下減速，在一小段時間內（ t3 t4 ） ， Id IdL ，直到穩(wěn)定 Id = IdL ， n =n* 。如果調節(jié)器參數(shù)整定得不夠好，會有振蕩過程。特點：ASR 不飽和，起主要調節(jié)作用；ACR 起跟隨作用；轉速有超調。起動過程的三個特點：（1）飽和非線性控制；（2）轉速超調；（3）準時間最優(yōu)控制(有限制條件的最短時間控制)精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) 23 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的動態(tài)抗擾性能23. 1 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的抗負載擾動擾動作用位置：電流環(huán)之外抗擾作用調節(jié)器：轉速調節(jié)器 ASR，對 ASR 的設計要求：應要求有較好的抗擾性

11、能指標。23. 2 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的抗電網(wǎng)電壓擾動 擾動作用位置：電流環(huán)內的前向通道，抗擾作用的調節(jié)器：電流調節(jié)器 ACR，雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設了電流內環(huán)，電壓波動可以通過電流反饋得到比較及時的調節(jié)，不必等它影響到轉速以后才能反饋回來，抗擾性能大有改善。精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)3 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的主電路各器件的選擇和計算31 主電路參數(shù)的選擇與確定311 直流電機的基本參數(shù)某晶閘管供電的雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)，整流裝置采用三相橋式電路，基本數(shù)據(jù)如下：額定電壓:Un=220V 額定電流:In=136A額定轉速 :Nn=1460r/min (4 極)電樞電阻：Ra=0.21 G

12、D2=22.5N*m2勵磁電壓：Uf=220V勵磁電流：If=1.5A精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)電動機電勢系數(shù) :Ce=0.132V*min/r 采用三相橋式整流電路，整流器內阻Rrec=1.3，電抗器：Lp=200mH312 設計指標：動態(tài)指標：1.電流超調量：%5% i 2.空載起動到額定轉速時的轉速超調量：%10% n3.允許過載倍數(shù):=1.5 32 參數(shù)的選取和計算取電流反饋濾波時間常數(shù) Toi=0.002s；轉速反饋濾波時間常數(shù) Ton=0.01s；取轉速調節(jié)器和電流調節(jié)器的飽和值為12V，輸出限幅值為 10V，額定轉速時轉速給定 Un*=10V。321 參數(shù)設置供電

13、電源電壓為：U2=（Unom+Rrec*In）/2.34cosmin =（220+0.21*136）/2.34*cos30 V=123V電機參數(shù)設置：勵磁電阻為：Rf=Uf/If=220/1.5=146.7,(說精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)明：勵磁電阻在恒定磁場中可取零)電樞電阻 Ra=0.21，電樞電感由下式估計： La=19.1*C*Unom/2*p*Nn*In =19.1*0.4*220/2*2*1460*136 =0.00021H電樞繞組和勵磁繞組互感 Laf 為： 因為：Ce=0.132V*min/r Ke=60*Ce/2* =60*0.132/6.28 =1.26 所

14、以： Laf=Ke/If =1.26/1.5 =0.84H 額定負載轉矩為：Tl=9.55Ce/Inom =9.55*0.132*17.5 =22N*m 322 電流調節(jié)器的設計電流反饋系數(shù)：=Uim/*Inom =10/1.5*136 =0.05電動機轉矩時間常數(shù)：Tm = GD2*R/375*Ce*Cm =3.53*2.85/375*9.55*0.132 =0.161s電動機電磁時間常數(shù)：精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)Ti =L/R =(200+16)*0.001/2.85 =0.076s三相晶閘管整流電路平均失控時間：Ts=0.0017s根據(jù)電流超調量 i5的要求，電流環(huán)按典

15、型型系統(tǒng)設計，點樓調節(jié)器選用PI 調節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：Wacr（s）=Ki*(1+S)/S 其中：=Ti=0.076sKi=*R/2*T*Ks =0.076*2.85/2*0.0037*0.272*37.84 =2.84Kli=/Ki =0.076/2.84 =0.0268323 轉速調節(jié)器的設計轉速反饋系數(shù)：=Unom/Nnom =10/1500 =0.00667V*min/r為加快轉速的調節(jié)速度，轉速環(huán)按典型型系統(tǒng)設計，并選中頻帶寬度 h=5，轉速調節(jié)器的傳遞函數(shù)：Wasr（s）=Kn*(1+S)/S 其中 =h*T=h*(2*Ti+Ton) =5*92*0.0037+0.01) 精選優(yōu)

16、質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)=0.087sKn=(h+1)*Ce*Tm/2*h*R*T=6*0.272*0.132*0.161/2*5*0.00667*2.85*0.0174=10.49Kin=/Kn=0.087/10.84 =0.00834 基于 MATLAB/SIMULINK 的調速系統(tǒng)的仿真41 穩(wěn)態(tài)結構框圖和動態(tài)數(shù)學模型4.1.1 靜態(tài)結構框圖4.1.2 動態(tài)數(shù)學模型精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)42 基于 MATLAB/SIMULINK 的調速系統(tǒng)的仿真4.2.1 基于直流雙閉環(huán)動態(tài)結構圖的仿真模型4.2.1.1 帶飽和輸出限幅的 Pi 調節(jié)器及分支模塊精選優(yōu)質文

17、檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)4.3 仿真結果：4.3.1 電機啟動時轉速的響應曲線：4.3.2 電機啟動時電機電流的響應曲線：精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)4.4 仿真結果與原理圖的比較仿真結果與理論上電機啟動的結果比較：轉速沒有超調量，不過符合第二和第三階段，電流響應，電機啟動以最大電流（并維持一段時間，略有下降）使電機加速，等電機達到額定轉速時，電流逐步減小，趨于一個最小值，但是最帶電流有一點衰減，這和給定的階躍響應有關。小結小結本文是對雙閉環(huán)直流電機調速系統(tǒng)的設計，通過兩周的努力對該電路有了較為深入的研究，也進一步熟悉了雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的結構形式、工作原理及各個器件的作

18、用和設計。通過做畢業(yè)設計，也有了不少的收獲進精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)一步了解和掌握了雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)及其控制電路的一些特性，比較全面的將所學的電力電子和電力拖動方面的知識運用于設計當中，對設計中一些參數(shù)的計算也比較清析得到，整個雙閉環(huán)直流調速電路分階段地完成，從電力電子方面的設計到電力拖動方面的設計，最后 MATLAB/SIMULINK 的運用，是一步一步的完成和組合。照搬理論會發(fā)現(xiàn)做出來的設計結果有點出入，因為理論是不考慮任何的外在原因，是在理想化的情況。而現(xiàn)實它則除了內在不可改變的原因，還有不可避免的外在原因，外在原因可以改變但是智能改善。所以本設計在有限的條件下和本人有限的學識，做出的設計還是存在著一些不足。本設計采用 PI調節(jié)器，輸出的轉速存在這超調量比較大，而且快速性也相對受到影響。則今后可以采用 PID 調節(jié)器可以全面的提高系統(tǒng)的控制性能，但是具體實現(xiàn)與調試要復雜，做的工做比現(xiàn)在就更多。設計研究是一個漫長的過程，要想讓它真正的使用到現(xiàn)實中，還需要不斷的改善。致謝致謝通過做畢業(yè)設計，我從中得了不少收獲。不僅在理論上，知道課本的理論知識的最要性，而且也知道實踐如何運用理論，理論聯(lián)系實踐。雖然，在做畢業(yè)設計的過程中克服了很多困難，解決了不少問題，但是我堅持到底，盡自己的力量做到最好。相信通過這次的設計將在以后的工作中給我不少的啟發(fā)。我也會在今后更多的時