直流晶閘管調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)設(shè)計(jì)與仿真本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)BACHELOR DISSERTATION 論文題目：直流電機(jī)晶閘管調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析學(xué)位類別： 工學(xué)學(xué)士 學(xué)科專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)奉獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說(shuō)明本人

2、完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽效勞；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡木植炕蛉?jī)?nèi)容。作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要奉獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承當(dāng)。作

3、者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保存并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或局部?jī)?nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日直流電機(jī)晶閘管調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析摘 要運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用最普遍的是自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)。自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)主要包括直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)。在高性能的拖動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域中，相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)根本采用直流電力拖動(dòng)系統(tǒng)。直流調(diào)速是

4、指人為地或自動(dòng)地改變直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，已滿足工作機(jī)械的要求。從機(jī)械特性上看就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的參數(shù)或外加電壓等方法來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，從而改變電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性和負(fù)載機(jī)械特性的的交點(diǎn)，使電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化。本文以直流電動(dòng)機(jī)為對(duì)象，先是分析晶閘管電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)工作機(jī)械特性，然后分析單閉環(huán)有靜差和無(wú)靜差工作的系統(tǒng)靜特性，以及著重對(duì)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)的機(jī)械特性設(shè)計(jì)與分析，并應(yīng)用MATLAB軟件對(duì)系統(tǒng)模型進(jìn)行了仿真研究。關(guān)鍵詞：直流電機(jī)調(diào)速；晶閘管；單閉環(huán)；雙閉環(huán)；MATLAB仿真The design and analysis of Thyristor DC motor speed co

5、ntrol systemABSTRACTApplication in motion control system is the most common form of automatic speed control system. Automatic speed control system includes AC variable speed DC drive system and the system. Drag in the high-performance technology, the relatively long period of time almost all the DC

6、electric drive system. In addition, based on feedback control theory based on the principle of DC Speed Control Speed Control is the basis of the exchange. DC converter is artificially or automatically change the speed of DC motor has to satisfy the requirements of mechanical work. Judging from the

7、mechanical characteristics of the motor is by changing the applied voltage and other parameters or methods to change the motors mechanical properties, thereby changing the motor characteristic and load mechanical characteristics of the intersection, the stable operation of the motor speed change. Th

8、is paper focuses on the SCR motor speed control system of open-loop mechanical properties of the work, single loop with static error and poor working system with no static static properties, mechanical properties and the double closed-loop system closed-loop control characteristics were tested. And

9、apply the MATLAB software system model was simulated. Keywords: DC motor speed; thyristor；open loop; double loop; MATLAB simulation目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc357944850 摘 要 PAGEREF _Toc357944850 h I HYPERLINK l _Toc357944851 ABSTRACT PAGEREF _Toc357944851 h II HYPERLINK l _Toc357944852 目錄 PAG

10、EREF _Toc357944852 h III HYPERLINK l _Toc357944853 第1章 緒 論 PAGEREF _Toc357944853 h 1 HYPERLINK l _Toc357944854 直流調(diào)速系統(tǒng)的概述 PAGEREF _Toc357944854 h 1 HYPERLINK l _Toc357944855 1.2 課題的提出及研究意義 PAGEREF _Toc357944855 h 1 HYPERLINK l _Toc357944856 1.3 課題分析與論文主要內(nèi)容 PAGEREF _Toc357944856 h 2 HYPERLINK l _Toc35

11、7944857 第2章 晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng) PAGEREF _Toc357944857 h 3 HYPERLINK l _Toc357944858 晶閘管整流技術(shù) PAGEREF _Toc357944858 h 3 HYPERLINK l _Toc357944859 直流晶閘管調(diào)速系統(tǒng) PAGEREF _Toc357944859 h 4 HYPERLINK l _Toc357944860 2.3.直流調(diào)速系統(tǒng)的控制要求和調(diào)速指標(biāo) PAGEREF _Toc357944860 h 4 HYPERLINK l _Toc357944861 第3章 轉(zhuǎn)速負(fù)反應(yīng)單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的分析 PAGEREF _

12、Toc357944861 h 6 HYPERLINK l _Toc357944862 單閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)的組成 PAGEREF _Toc357944862 h 6 HYPERLINK l _Toc357944863 3.2 轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性 PAGEREF _Toc357944863 h 7 HYPERLINK l _Toc357944864 3.3 反應(yīng)控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析 PAGEREF _Toc357944864 h 8 HYPERLINK l _Toc357944865 3.4 單閉環(huán)無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng) PAGEREF _Toc357944865 h

13、9 HYPERLINK l _Toc357944866 3.4.1 PI調(diào)節(jié)器 PAGEREF _Toc357944866 h 10 HYPERLINK l _Toc357944867 第4章 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及特性和設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc357944867 h 11 HYPERLINK l _Toc357944868 4.1 雙閉環(huán)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的問(wèn)題的提出 PAGEREF _Toc357944868 h 11 HYPERLINK l _Toc357944869 4.2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成與工作原理 PAGEREF _Toc357944869 h 12 HYPERLI

14、NK l _Toc357944870 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性 PAGEREF _Toc357944870 h 14 HYPERLINK l _Toc357944871 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型與動(dòng)態(tài)分析 PAGEREF _Toc357944871 h 15 HYPERLINK l _Toc357944872 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程分析 PAGEREF _Toc357944872 h 17 HYPERLINK l _Toc357944873 直流調(diào)速系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc357944873 h 19 HYPERLINK l _Toc357944874

15、4.6.1 直流調(diào)速系統(tǒng)組成及要求 PAGEREF _Toc357944874 h 19 HYPERLINK l _Toc357944875 4.6.2 電流環(huán)的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc357944875 h 19 HYPERLINK l _Toc357944876 4.6.3 速度環(huán)的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc357944876 h 21 HYPERLINK l _Toc357944877 第五章 基于Matlab/Simulink直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc357944877 h 22 HYPERLINK l _Toc357944878 5.1 Matlab/

16、Simulink簡(jiǎn)單介紹 PAGEREF _Toc357944878 h 22 HYPERLINK l _Toc357944879 5.2 雙閉環(huán)系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置 PAGEREF _Toc357944879 h 23 HYPERLINK l _Toc357944880 系統(tǒng)仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析 PAGEREF _Toc357944880 h 25 HYPERLINK l _Toc357944881 結(jié) 論 PAGEREF _Toc357944881 h 27 HYPERLINK l _Toc357944882 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc357944882 h 28 HYPERL

17、INK l _Toc357944883 致 謝 PAGEREF _Toc357944883 h 29第1章 緒 論直流調(diào)速系統(tǒng)的概述三十多年來(lái)，直流電機(jī)調(diào)速控制經(jīng)歷了重大的變革。首先實(shí)現(xiàn)了整流器的更新?lián)Q代，以晶閘管整流裝置取代了習(xí)用已久的直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)組及水銀整流裝置使直流電氣傳動(dòng)完成了一次大的躍進(jìn)。同時(shí)，控制電路已經(jīng)實(shí)現(xiàn)高集成化、小型化、高可靠性及低本錢(qián)。以上技術(shù)的應(yīng)用，使直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)大幅提高，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。直流調(diào)速技術(shù)不斷開(kāi)展，走向成熟化、完善化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，在可逆脈寬調(diào)速、高精度的電氣傳動(dòng)領(lǐng)域中仍然難以替代。直流調(diào)速是指人為地或自動(dòng)地改變直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,以滿足工作機(jī)

18、械的要求。從機(jī)械特性上看,就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的參數(shù)或外加工電壓等方法來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,從而改變電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性和工作特性機(jī)械特性的交點(diǎn),使電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在軋鋼機(jī)、礦井卷?yè)P(yáng)機(jī)、挖掘機(jī)、海洋鉆機(jī)、金屬切削機(jī)床、造紙機(jī)、高層電梯等需要高性能可控電力拖動(dòng)的領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，交流調(diào)速系統(tǒng)開(kāi)展很快，然而直流拖動(dòng)系統(tǒng)無(wú)論在理論上和實(shí)踐上都比擬成熟，并且從反應(yīng)閉環(huán)控制的角度來(lái)看，它又是交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的根底，所以直流調(diào)速系統(tǒng)在生產(chǎn)生活中有著舉足輕重的作用。1.2 課題的提出及研究意義電機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械，鋼

19、鐵，礦山，冶金，化工，石油，紡織，等行業(yè)。這些行業(yè)中絕大局部生產(chǎn)機(jī)械都采用電動(dòng)機(jī)做原動(dòng)機(jī)。有效地控制電機(jī)，提高其運(yùn)行性能，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。按照傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)的類型來(lái)分，電氣傳動(dòng)油直流傳動(dòng)和交流傳動(dòng)兩大類。盡管目前各種交流調(diào)速系統(tǒng)得到了普遍的重視和較快的開(kāi)展，但因?yàn)橹绷麟姍C(jī)具有較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，良好的啟動(dòng)、制動(dòng)性能，以及易于在寬范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，所以直流調(diào)速系統(tǒng)至今仍然是自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的一種主要形式。對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。改變電阻只能有級(jí)調(diào)速；減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速(即電機(jī)額定轉(zhuǎn)速)

20、以上作小范圍的弱磁升速。因此，自動(dòng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主。在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的作用點(diǎn)離被調(diào)量較遠(yuǎn)，調(diào)節(jié)作用受到多個(gè)環(huán)節(jié)的延滯，因此單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)抵抗電壓擾動(dòng)的性能要差一些。雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，電壓波動(dòng)可以通過(guò)電流反應(yīng)得到比擬及時(shí)的調(diào)節(jié)，不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才能反應(yīng)回來(lái)，抗擾性能大有改善因此，在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起的轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)變化會(huì)比單閉環(huán)系統(tǒng)小得多。用經(jīng)典的動(dòng)態(tài)校正方法設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器須同時(shí)解決穩(wěn)、準(zhǔn)、快、抗干擾等各方面相互有矛盾的靜、動(dòng)態(tài)性能要求，需要設(shè)計(jì)者有扎實(shí)的理論根底和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，而初學(xué)者那么不易掌握，于是有必要建立實(shí)用的設(shè)計(jì)方法。大

21、多數(shù)現(xiàn)代的電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)均可由低階系統(tǒng)近似。假設(shè)事先深入研究低階典型系統(tǒng)的特性并制成圖表，那么將實(shí)際系統(tǒng)校正或簡(jiǎn)化成典型系統(tǒng)的形式再與圖表對(duì)照，設(shè)計(jì)過(guò)程就簡(jiǎn)便多了。這樣，就有了建立工程設(shè)計(jì)方法的可能性。1.3 課題分析與論文主要內(nèi)容本課題以直流電動(dòng)機(jī)為對(duì)象，第一局部說(shuō)明晶閘管的整流技術(shù)，直流調(diào)速系統(tǒng)的主要問(wèn)題和V-M系統(tǒng)開(kāi)環(huán)特性。為后面研究直流調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)，雙閉環(huán)特性做根底。第二局部為單閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)局部，研究單閉環(huán)(轉(zhuǎn)速負(fù)反應(yīng))有靜差和無(wú)靜差工作的系統(tǒng)靜特性并進(jìn)行相關(guān)分析。第三局部為雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)局部，完成雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性和閉環(huán)控制特性研究，并進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)分析。

22、第四局部為軟件仿真局部，用MATLAB軟件對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行仿真研究，對(duì)仿真結(jié)果分析、研究，驗(yàn)證控制方案的合理性。第2章 晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)晶閘管整流技術(shù)晶閘管是PNPN四層三端器件,分別命名為p1、n1、p2、n2四個(gè)區(qū)，共有三個(gè)PN結(jié)。晶閘管外形、結(jié)構(gòu)及圖形符號(hào)如以下圖2-1所示。圖2-1 晶閘管外形、結(jié)構(gòu)及圖形符號(hào)當(dāng)在晶閘管的陽(yáng)極與陰極之間加反向電壓時(shí)，這時(shí)不管控制極的信號(hào)情況如何，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通。當(dāng)在晶閘管的陽(yáng)極與陰極之間加正向電壓時(shí)，假設(shè)在控制極與陰極之間沒(méi)有電壓或加反向電壓，晶閘管還是不會(huì)導(dǎo)通。只有當(dāng)在晶閘管的陽(yáng)極與陰極之間加正向電壓時(shí)，在控制極與陰極之間加正向電壓，晶閘管才會(huì)導(dǎo)通。

23、但晶閘管一旦導(dǎo)通，不管控制極有沒(méi)有電壓，只要陽(yáng)極與陰極之間維持正向電壓，那么晶閘管就維持導(dǎo)通。整流是電力電子電路中出現(xiàn)最早的一種，它的作用是將交流電能變?yōu)橹绷麟姽?yīng)直流用電設(shè)備。整流電路可以分為不可控、半控、全控三種。本論文主要以三相全控整流電路作為可控直流電源供應(yīng)直流電動(dòng)機(jī)。三相橋式全控整流電路相當(dāng)于一組共陰極的三相半波和一組共陽(yáng)極的三相半波可控整流電路串聯(lián)起來(lái)構(gòu)成的。習(xí)慣上將晶閘管按照其導(dǎo)通順序編號(hào)，共陰極的一組為VT1、VT3和VT5，共陽(yáng)極的一組為VT2、VT4和VT6。其電路如圖2-2所示 圖2-2三相橋式全控整流電路原理圖2.2直流晶閘管調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理及開(kāi)環(huán)特性晶閘管-電動(dòng)機(jī)調(diào)

24、速系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱V-M系統(tǒng)) 整流變壓器、晶閘管整流調(diào)速裝置、平波電抗器、電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組等組成，在圖2-3所示的V-M系統(tǒng)中，只通過(guò)改變觸發(fā)或驅(qū)動(dòng)電路的控制電壓來(lái)改變功率變換電路的輸出平均電壓，到達(dá)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，它們都屬于開(kāi)環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng)，稱為開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。圖中VT是相控整流器，通過(guò)觸發(fā)器裝置GT的控制電壓來(lái)移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，改變可控整流器平均輸出整流電壓，從而實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速。圖2-3直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(V-M系統(tǒng))的原理圖1，系統(tǒng)的組成及調(diào)節(jié)原理系統(tǒng)的組成圖如2.5，調(diào)節(jié)改變移相角改變Udn改變2，觸發(fā)脈沖的相位控制調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置 GT 輸出脈沖的相位，即可很方便地改變可控整

25、流器 VT 輸出瞬時(shí)電壓 ud 的波形，以及輸出平均電壓 Ud 的數(shù)值。如果把整流裝置內(nèi)阻移到裝置外邊，看成是其負(fù)載電路電阻的一局部，那么，整流電壓便可以用其理想空載瞬時(shí)值 ud0 和平均值 Ud0 來(lái)表示，瞬時(shí)電壓平衡方程： 2.2式中E為電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)；id為整流電流瞬時(shí)值；L為主電路總電感；R主電路等效電阻；對(duì)ud0進(jìn)行積分，即得理想空載整流電壓平均值Ud0 。用觸發(fā)脈沖的相位角 控制整流電壓的平均值Ud0是晶閘管整流器的特點(diǎn)。Ud0與觸發(fā)脈沖相位角 的關(guān)系因整流電路的形式而異，對(duì)于一般的全控整流電路，當(dāng)電流波形連續(xù)時(shí)，Ud0 = f () 可用下式表示： 2.3式中a為從自然換相點(diǎn)算起

26、的觸發(fā)脈沖控制角；Um為 = 0 時(shí)的整流電壓波形峰值；m為交流電源一周內(nèi)的整流電壓脈波數(shù)；對(duì)于三相全波整流電路，其中U2 是整流變壓器二次側(cè)額定相電壓的有效值，Um=，m=6，。當(dāng) 0 0 ，晶閘管裝置處于整流狀態(tài)，電功率從交流側(cè)輸送到直流側(cè)； 當(dāng) /2 max 時(shí)， Ud0 0，整理后得K ，所以滿足近似條件。 2校驗(yàn)忽略反電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流環(huán)影響的近似條件是否滿足：，現(xiàn)在，滿足近似條件。 3校驗(yàn)小時(shí)間常數(shù)的近似處理是否滿足條件：，現(xiàn)在,滿足近似條件。按照上述參數(shù)，電流環(huán)滿足動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)指標(biāo)要求和近似條件。4.6.3 速度環(huán)的設(shè)計(jì)1：確定時(shí)間常數(shù)。1電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)為；2電流濾波時(shí)間常數(shù)根據(jù)所用測(cè)

27、速發(fā)電機(jī)紋波情況，??；3轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取。2：確定將轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì)成何種典型系統(tǒng) 由于設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)；又根據(jù)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)要求，應(yīng)按典型II型系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)。3：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)選擇。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器選用比例積分調(diào)節(jié)器PI,其傳遞函數(shù)為：。4：選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù) 按照跟隨和抗擾性能都較好的原那么取h=5，那么轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)為，轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)增益為所以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)為 5：校驗(yàn)近似條件 轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率 1校驗(yàn)電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件是否滿足，由于，滿足簡(jiǎn)化條件； 2校驗(yàn)小時(shí)間常數(shù)近似處理是否滿足條件：，由于，滿足近似條件。第五章 基于Matlab

28、/Simulink直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)5.1 Matlab/Simulink簡(jiǎn)單介紹利用MATLAB下的SIMULINK軟件和電力系統(tǒng)模塊庫(kù)(SimPowerSystems)進(jìn)行系統(tǒng)仿真是十分簡(jiǎn)單和直觀的，用戶可以用圖形化的方法直接建立起仿真系統(tǒng)的模型，并通過(guò)SIMULINK環(huán)境中的菜單直接啟動(dòng)系統(tǒng)的仿真過(guò)程，同時(shí)將結(jié)果在示波器上顯示出來(lái)。掌握了強(qiáng)大的SIMULINK工具后，會(huì)大大增強(qiáng)用戶系統(tǒng)仿真的能力。利用SIMULINK軟件仿真對(duì)調(diào)節(jié)器的參數(shù)進(jìn)行更為方便的調(diào)整，可以更為直觀的得到系統(tǒng)的仿真結(jié)果，從而加深對(duì)工程設(shè)計(jì)方法的理解使用MATLAB對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真的主要方法有兩種，一是以控

29、制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為根底，使用MATLAB的Simulink工具箱對(duì)其進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真研究。另外一種是面向控制系統(tǒng)電氣原理結(jié)構(gòu)圖，使用Power System工具箱進(jìn)行調(diào)速系統(tǒng)仿真的新方法。下面就使用Power System工具箱進(jìn)行雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真5.2 雙閉環(huán)系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置采用Power System模型組裝成的轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型如圖5-1所示。模型有晶閘管-直流電動(dòng)機(jī)組成的主電路和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器組成的控制電路兩局部組成。其中主電路局部，主要由交流電源、同步脈沖觸發(fā)器、晶閘管直流橋、移相控制環(huán)節(jié)和直流電動(dòng)機(jī)等局部組成?？刂苹芈返闹黝}是轉(zhuǎn)速和回路兩個(gè)調(diào)節(jié)器，以及反應(yīng)濾波環(huán)節(jié)

30、，講兩局部拼接起來(lái)及組成轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型。參數(shù)設(shè)置；圖5-1 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制直流調(diào)控系統(tǒng)仿真模型當(dāng)建模和參數(shù)設(shè)置完成后，即可開(kāi)始進(jìn)行仿真。 a) b)圖5-2晶閘管-電機(jī)模型雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真結(jié)果a)轉(zhuǎn)速響應(yīng) b)電流響應(yīng)下面分析一下仿真結(jié)果：?jiǎn)?dòng)過(guò)程的第一階段是電流上升階段，突加給定電壓，ASR的輸入很大，其輸出很快到達(dá)限幅值，電流也很快上升，接近其最大值。第二階段，ASR飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開(kāi)環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流給定作用下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，電流根本上保持不變，拖動(dòng)系統(tǒng)恒加速，轉(zhuǎn)速線形增長(zhǎng)。第三階段，當(dāng)轉(zhuǎn)速到達(dá)給定值后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的給定與反應(yīng)電壓平衡，輸入偏差為零，但是

31、由于積分作用，其輸出還很大，所以出現(xiàn)超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR輸入端出現(xiàn)負(fù)偏差電壓，使它退出飽和狀態(tài)，進(jìn)入線性調(diào)節(jié)階段，使轉(zhuǎn)速保持恒定，實(shí)際仿真結(jié)果根本上反映了這一點(diǎn)。如圖5-2，在0.2s啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束，電樞電流下降到零，轉(zhuǎn)速上升到最高且已經(jīng)超調(diào)，電流給定“，本系統(tǒng)為不可逆系統(tǒng)，晶閘管整流裝置不能產(chǎn)生反向電流，這時(shí)電樞電流為零，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也為零，沒(méi)有反向制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，有因?yàn)槭抢硐肟蛰d啟動(dòng)狀態(tài)，所以電動(dòng)機(jī)保持在最高轉(zhuǎn)速狀態(tài)，0.5s后加上負(fù)載，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，ASR開(kāi)始推出飽和，電流環(huán)發(fā)揮作用，是電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定在給定轉(zhuǎn)速上。在0.6s是突然加1/2額定負(fù)載后電動(dòng)機(jī)電流上升轉(zhuǎn)速下降，經(jīng)過(guò)0.2s左右時(shí)

32、間的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速恢復(fù)到給定值。結(jié) 論通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我根本上掌握了直流晶閘管調(diào)控系統(tǒng)以及雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真分析。晶閘管-電動(dòng)機(jī)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)控制電壓就可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，但開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)不能滿足對(duì)穩(wěn)定性要求好。根據(jù)自動(dòng)控制原理，反應(yīng)控制的閉環(huán)系統(tǒng)是按被調(diào)量的偏差進(jìn)行控制的系統(tǒng)，只要被調(diào)量出現(xiàn)偏差，它就會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生糾正偏差的作用。系統(tǒng)中采用比例調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)時(shí)是有差系統(tǒng)，采用比例積分調(diào)節(jié)器時(shí)是無(wú)差系統(tǒng)。用轉(zhuǎn)速負(fù)反應(yīng)和PI調(diào)節(jié)的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的無(wú)靜差。為了解決單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)存在的問(wèn)題，就需采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，采用兩個(gè)調(diào)節(jié)器分別對(duì)轉(zhuǎn)速和電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。所以雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是當(dāng)前應(yīng)用廣泛，經(jīng)濟(jì)，適用的電力傳動(dòng)系統(tǒng)。本文對(duì)直流晶閘管調(diào)速系統(tǒng)在開(kāi)環(huán)控制和單閉環(huán)控制的分析，以及雙閉環(huán)控制，進(jìn)行了深入的分析研究，并用計(jì)算機(jī)仿真工具M(jìn)ATLAB的Simulink工具箱，建立了雙閉環(huán)系統(tǒng)的仿真模型。由仿真計(jì)算結(jié)果說(shuō)明，利用MATLAB的Simulink對(duì)直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真設(shè)計(jì),可以迅速直觀地分析出系統(tǒng)