電力拖動自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計

1、課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書學(xué)院信息工程學(xué)院班 級11自動化2姓 名設(shè) 計 起 止 日 期設(shè)計題目：雙閉環(huán)直流調(diào)速與仿真設(shè)計任務(wù)（主要技術(shù)參數(shù)）：電動機(jī)參數(shù)為：=3kW，=220V，=17.5A，=1500r/min，電樞回路總電阻=1.25，=3.53。Ks40， =1.3。平波電抗器電阻=0.3。整流回路總電感L=200mH。Ce0.132V.min/r,， =0.01s, Tm=0.16s, Tl=0.07。設(shè)計指標(biāo)：電流超調(diào)量%5%，空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量10%，空載起動到額定轉(zhuǎn)速的過渡過程時間 t0.5。指導(dǎo)教師評語： 成績： 簽字：年 月 日課程設(shè)計說明書 NO.1雙閉環(huán)直

2、流調(diào)速與仿真 課程設(shè)計說明書 NO.2目 錄1、前言.32、設(shè)計方案論證.43、系統(tǒng)仿真.7 4、心得體會.95、參考文獻(xiàn).10 課程設(shè)計說明書 NO.3 1. 前言 直流電動機(jī)拖動控制系統(tǒng)在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。這主要由于直流電機(jī)具有良好的起，制動性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，并且直流拖動控制系統(tǒng)在理論上和實踐上都比較成熟，從控制的角度來看，它又是交流拖動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。由于要對電機(jī)進(jìn)行穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速控制，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是現(xiàn)今在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的調(diào)速裝置。該裝置轉(zhuǎn)速控制穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)但由于直流系統(tǒng)的本身缺陷為得到較大的調(diào)速范圍自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)

3、往往采用變壓調(diào)速為主。而在變壓整流裝置中應(yīng)用最廣的是三相全控橋式整流。這是用于三相全控橋式整流器輸出直流電流的諧波小，脈動電流小，電流連續(xù)性好，往往只需要平波電抗器就可以輸出穩(wěn)定直流。可保證電機(jī)穩(wěn)定運行不會有較大的脈動轉(zhuǎn)矩，不僅保證了拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定同時對直流電機(jī)的損耗也小。本設(shè)計主要根據(jù)直流電機(jī)參數(shù)確定變壓器，整流電路的相關(guān)參數(shù)，并且按照控制要求設(shè)計雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及參數(shù)。 課程設(shè)計說明書 NO.42、設(shè)計方案論證2.1.設(shè)計要求 （1）已知電動機(jī)參數(shù)為：=3kW，=220V，=17.5A，=1500r/min，電樞回路總電阻=1.25，=3.53。采用三相全控橋式電路，Ks40，整流裝置

4、內(nèi)阻=1.3。平波電抗器電阻=0.3。整流回路總電感L=200mH。電動勢系數(shù)Ce0.132V.min/r,， =0.01s, Tm=0.16s, Tl=0.07s（2）這里暫不考慮穩(wěn)定性問題，設(shè)ASR和ACR均采用PI調(diào)節(jié)器，ASR限幅輸出=10V，ACR限幅輸出=10V，最大給定=10V，調(diào)速范圍D=20，靜差率s=10%，堵轉(zhuǎn)電流 =2， 臨界截止電流 =1.5。（3）設(shè)計指標(biāo)：電流超調(diào)量%5%，空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量10%，空載起動到額定轉(zhuǎn)速的過渡過程時間 t0.5。2.2.具體設(shè)計方法2.2.1. 主電路電氣原理圖 系統(tǒng)組成及工作原理為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩者負(fù)反饋分別起作用，

5、雙閉環(huán)系統(tǒng)中設(shè)置了兩個調(diào)節(jié)器，即轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ASR）和電流調(diào)節(jié)器（ACR），分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，兩者實行串級連接，且都帶有輸出限幅電路，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外面 課程設(shè)計說明書 NO.5稱作外環(huán)。以保證電動機(jī)的轉(zhuǎn)速準(zhǔn)確跟隨給定電壓, 把由電流負(fù)反饋組成的環(huán)作為內(nèi)環(huán), 以實現(xiàn)在最大電流約束下的轉(zhuǎn)速過渡過程最快的“最優(yōu)”控制。為了獲得良好的靜、動態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器一般都采用PI 調(diào)節(jié)器，這樣構(gòu)成了雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理圖。圖1 系統(tǒng)電氣原理框圖圖2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 平波電抗

6、器參數(shù)的計算： Ud=2.34U2cos 課程設(shè)計說明書 NO.6Ud=UN=220V, 取=0° U2= 2.2.3變壓器參數(shù)的計算變壓器副邊電壓采用如下公式進(jìn)行計算：因此變壓器的變比近似為：一次側(cè)和二次側(cè)電流I1和I2的計算I1=1.05×287×0.861/3.45=75AI2=0.861×287=247A。 變壓器容量的計算S1=m1U1I1=3×380×75=85.5kVA，S2=m2U2I2=3×110×247=81.5kVAS=0.5×(S1+S2)=0.5×(85.5+81.5)

7、=83.5kVA，因此整流變壓器的參數(shù)為：變比K=3.45，容量S=83.5kVA。計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取h=5，則ASR的超前時間常數(shù)為轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為 式中，為電流反饋系數(shù)其值為ASR的比例系數(shù)為 課程設(shè)計說明書 NO.73系統(tǒng)仿真 2.1理論計算參數(shù)仿真分析 根據(jù)理論設(shè)計結(jié)果，構(gòu)建直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型，如圖2 所示。 在額定轉(zhuǎn)速和空載下，對系統(tǒng)進(jìn)行仿真得到電動機(jī)電樞電流和轉(zhuǎn)速的仿真輸出波形，如圖3。圖3 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型圖4 轉(zhuǎn)速環(huán)仿真圖形課程設(shè)計說明書 NO.8 圖5 電流環(huán)仿真圖形從圖中可以看出，擾動很快得到了調(diào)節(jié)，這是兩個PI型調(diào)節(jié)器

8、自動調(diào)節(jié)的作用。另外從圖中也可以看到，系統(tǒng)是無靜差運行的，符合設(shè)計的要求。從仿真的結(jié)果來看，得到這樣結(jié)論： (1) 工程設(shè)計方法在推導(dǎo)過程中為了簡化計算做了許多近似的處理, 而這些簡化處理必須在一定的條件下才能成立。例如: 將可控硅觸發(fā)和整流環(huán)節(jié)近似地看作一階慣性環(huán)節(jié), 設(shè)計電流環(huán)時不考慮反電勢變化的影響; 將小時間常數(shù)當(dāng)作小參數(shù)近似地合并處理; 設(shè)計轉(zhuǎn)速環(huán)時將電流閉環(huán)從二階振蕩環(huán)節(jié)近似地等效為一階慣性環(huán)節(jié)等。(2) 仿真實驗得到的結(jié)果也并不是和系統(tǒng)實際的調(diào)試結(jié)果完全相同, 因為仿真實驗在辨識過程中難免會產(chǎn)生模型參數(shù)的測量誤差, 而且在建立模型過程中為了簡化計算, 忽略了許多環(huán)節(jié)的非線性因素和

9、次要因素。如: 課程設(shè)計說明書 NO.9可控硅觸發(fā)和整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)K S 和失控時間 , 這些都是非線性參數(shù), 但在仿真中被近似看作常數(shù); 再如, 設(shè)計電流調(diào)節(jié)器時只考慮電流連續(xù)時的情況, 而忽略了電流斷續(xù)時的情況。4 心得體會通過本次對一個V-M雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計使我對電力拖動自動控制系統(tǒng)有了進(jìn)一步的了解與認(rèn)識。對所學(xué)內(nèi)容有了更深刻的印象，并且進(jìn)一步認(rèn)識到工程設(shè)計時與實際相聯(lián)系的重要性，比如在計算元件參數(shù)時計算出來的值往往與實際生產(chǎn)參數(shù)不符，這就需要根據(jù)實際情況對參數(shù)進(jìn)行取舍。確定了電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)并按照設(shè)計參數(shù)要求對調(diào)節(jié)器的參數(shù)進(jìn)行了計算和確定。并在確定所有參數(shù)的基礎(chǔ)上對系統(tǒng)進(jìn)行了Matlab仿真。 通過本次設(shè)計使我對電力拖動自動控制系統(tǒng)有了進(jìn)一步的認(rèn)識和了解。對電力電子器件在工業(yè)發(fā)展中所起的巨大作用也有了認(rèn)識。另外在設(shè)計過程中遇到了一些難題，在自己查找多方資料并和同學(xué)相互討論的情況下終于找到了解決的方法。這使我明白理論和實際是存在一定偏差的，計算結(jié)果并不能代表實際數(shù)據(jù)?？偟膩碚f這次設(shè)計讓我受益匪淺，對我來說是一次很好的經(jīng)歷。 課程設(shè)計說明書 NO.105 參考文獻(xiàn)1 陳伯時 電力拖動自動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)，第三版，機(jī)械工業(yè)出版社，2003 2 楊威 張