電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)(DOC)

1、 HENAN INSTITUTE OF ENGINEERING 實(shí)訓(xùn)報(bào)告 題 目 十機(jī)架連軋機(jī)分部傳動(dòng)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 李 東 盼 專業(yè)班級(jí) 電氣工程1222 學(xué) 號(hào) 2 系 部 電氣信息工程學(xué)院 指導(dǎo)教師 程 輝 完成時(shí)間 2021年 1 月 3 日 實(shí)訓(xùn)報(bào)告評(píng)語(yǔ)一、實(shí)訓(xùn)期間個(gè)人表現(xiàn) 1.尊敬師長(zhǎng)，團(tuán)結(jié)他人，能吃苦耐勞。 2.在現(xiàn)場(chǎng)能堅(jiān)持不遲到，不早退，勤奮學(xué)習(xí)。 3.出現(xiàn)少于3次遲到和早退現(xiàn)象，表現(xiàn)一般。 4.能主動(dòng)向指導(dǎo)教師提問(wèn)，能積極做好各項(xiàng)設(shè)計(jì)任務(wù)。 5.在實(shí)訓(xùn)中能靈活運(yùn)用相關(guān)專業(yè)知識(shí)，有較強(qiáng)的創(chuàng)新意識(shí)。二、實(shí)訓(xùn)報(bào)告內(nèi)容完成質(zhì)量 1.能按時(shí)完成報(bào)告內(nèi)容等實(shí)訓(xùn)成果資料，無(wú)任

2、務(wù)遺漏。 2.能按時(shí)完成報(bào)告內(nèi)容等實(shí)訓(xùn)成果資料，有少許任務(wù)遺漏。 3.不能按時(shí)完成報(bào)告內(nèi)容等實(shí)訓(xùn)成果資料，有多處任務(wù)遺漏。 4.條理清晰，書(shū)寫(xiě)標(biāo)準(zhǔn)工整，圖文并茂，報(bào)告內(nèi)容全面，主要內(nèi)容闡述詳細(xì)，能表達(dá)實(shí)訓(xùn)過(guò)程中做了大量工作，與專業(yè)相關(guān)知識(shí)能嚴(yán)密聯(lián)系，認(rèn)識(shí)體會(huì)深刻，起到了實(shí)訓(xùn)的作用。 5.條理清晰，書(shū)寫(xiě)標(biāo)準(zhǔn)工整，圖文并茂，報(bào)告內(nèi)容全面，主要內(nèi)容闡述詳細(xì)，能表達(dá)實(shí)訓(xùn)過(guò)程中做了大量工作，與專業(yè)相關(guān)知識(shí)能較嚴(yán)密聯(lián)系，認(rèn)識(shí)體會(huì)較深刻，起到了實(shí)訓(xùn)的作用。 6.條理清晰，書(shū)寫(xiě)較標(biāo)準(zhǔn)工整，報(bào)告內(nèi)容全面，主要內(nèi)容闡述較詳細(xì)，能表達(dá)實(shí)訓(xùn)工作過(guò)程，能與專業(yè)相關(guān)知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，認(rèn)識(shí)體會(huì)較深刻，起到了實(shí)訓(xùn)的作用。 7.條

3、理較清晰，書(shū)寫(xiě)較標(biāo)準(zhǔn)工整，報(bào)告內(nèi)容較全面，主要內(nèi)容闡述較詳細(xì)，能表達(dá)實(shí)訓(xùn)過(guò)程中的相關(guān)工作，與專業(yè)相關(guān)知識(shí)不能嚴(yán)密聯(lián)系，認(rèn)識(shí)體會(huì)不太深刻，根本起到了實(shí)訓(xùn)的作用。 8.內(nèi)容有雷同現(xiàn)象。三、成績(jī)不合格原因 1.實(shí)訓(xùn)期間曠課超過(guò)3次。 2.報(bào)告有嚴(yán)重抄襲現(xiàn)象。 3.未同時(shí)上交實(shí)訓(xùn)報(bào)告。 四、需要改良之處 1.進(jìn)一步端正實(shí)訓(xùn)態(tài)度。 2.加強(qiáng)報(bào)告書(shū)寫(xiě)的標(biāo)準(zhǔn)化訓(xùn)練，對(duì)主要內(nèi)容要加強(qiáng)理解。 3.加強(qiáng)相關(guān)專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，深刻理解各設(shè)計(jì)步驟具體的要求。 五、其他說(shuō)明等 級(jí)： 評(píng)閱人： 職稱： 講師 年 月 日交直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要 直流調(diào)速系統(tǒng)具有調(diào)速范圍廣精度高動(dòng)態(tài)性能好和易于控制等優(yōu)點(diǎn)，因此本設(shè)計(jì)運(yùn)用?電力

4、拖動(dòng)控制系統(tǒng)?的理論知識(shí)設(shè)計(jì)出可行的直流調(diào)速系統(tǒng)，并詳細(xì)分析系統(tǒng)的原理及其靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，且利用SIMULINK對(duì)系統(tǒng)進(jìn)展各種參數(shù)的給定下的仿真。通過(guò)建模、仿真驗(yàn)證理論分析的正確性。也可以制作硬件電路。同時(shí)通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)能夠加強(qiáng)我們對(duì)一些常用單元電路的設(shè)計(jì)、常用集成芯片的使用以及對(duì)電阻、電容等元件的選擇等的工程訓(xùn)練。到達(dá)綜合提高我們的工程設(shè)計(jì)與動(dòng)手能力的目的。各個(gè)仿真結(jié)果都根本上符合設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：直流電機(jī)、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)、MATLAB/SIMULINK仿真目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc376461368 交直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) PAGEREF _To

5、c376461368 h 3 HYPERLINK l _Toc376461369 摘要 PAGEREF _Toc376461369 h 3 HYPERLINK l _Toc376461370 緒論 PAGEREF _Toc376461370 h 5 HYPERLINK l _Toc376461371 1 方案選擇局部 PAGEREF _Toc376461371 h 6 HYPERLINK l _Toc376461372 設(shè)計(jì)要求 PAGEREF _Toc376461372 h 6 HYPERLINK l _Toc376461373 調(diào)速的方案選擇 PAGEREF _Toc376461373 h

6、 6 HYPERLINK l _Toc376461374 直流電動(dòng)機(jī)的選擇 PAGEREF _Toc376461374 h 7 HYPERLINK l _Toc376461375 動(dòng)機(jī)供電方案的選擇 PAGEREF _Toc376461375 h 7 HYPERLINK l _Toc376461376 系統(tǒng)的構(gòu)造選擇 PAGEREF _Toc376461376 h 7 HYPERLINK l _Toc376461377 直流調(diào)速系統(tǒng)的總體構(gòu)造框圖 PAGEREF _Toc376461377 h 7 HYPERLINK l _Toc376461378 主電路的計(jì)算 PAGEREF _Toc376

7、461378 h 8 HYPERLINK l _Toc376461379 整流變壓器的計(jì)算 PAGEREF _Toc376461379 h 8 HYPERLINK l _Toc376461380 晶閘管元件的選擇 PAGEREF _Toc376461380 h 9 HYPERLINK l _Toc376461381 晶閘管保護(hù)環(huán)節(jié)的計(jì)算 PAGEREF _Toc376461381 h 9 HYPERLINK l _Toc376461382 平波電抗器的計(jì)算 PAGEREF _Toc376461382 h 11 HYPERLINK l _Toc376461383 觸發(fā)電路的選擇與校驗(yàn) PAGER

8、EF _Toc376461383 h 12 HYPERLINK l _Toc376461384 控制電路的計(jì)算 PAGEREF _Toc376461384 h 12 HYPERLINK l _Toc376461385 給定電源和給定環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc376461385 h 12 HYPERLINK l _Toc376461386 轉(zhuǎn)速檢測(cè)環(huán)節(jié)和電流檢測(cè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)與計(jì)算、調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)參數(shù)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc376461386 h 13 HYPERLINK l _Toc376461387 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc376461387 h 1

9、3 HYPERLINK l _Toc376461388 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc376461388 h 13 HYPERLINK l _Toc376461389 1.6.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc376461389 h 14 HYPERLINK l _Toc376461390 2 MATLAB仿真 PAGEREF _Toc376461390 h 16 HYPERLINK l _Toc376461391 2.1 系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置 PAGEREF _Toc376461391 h 16 HYPERLINK l _Toc376461392 2.1.1 開(kāi)環(huán)物理

10、模型的構(gòu)建 PAGEREF _Toc376461392 h 16 HYPERLINK l _Toc376461393 2.1.2 單閉環(huán)物理模型的構(gòu)建 PAGEREF _Toc376461393 h 17 HYPERLINK l _Toc376461394 2.1.3 雙閉環(huán)物理模型的構(gòu)建 PAGEREF _Toc376461394 h 18 HYPERLINK l _Toc376461395 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析 PAGEREF _Toc376461395 h 18 HYPERLINK l _Toc376461396 2.2.1 開(kāi)環(huán)數(shù)學(xué)模型 PAGEREF _Toc376461

11、396 h 18 HYPERLINK l _Toc376461397 2.2.2 單閉環(huán)數(shù)學(xué)模型及其仿真結(jié)果 PAGEREF _Toc376461397 h 19 HYPERLINK l _Toc376461398 2.2.3 雙閉環(huán)數(shù)學(xué)模型及其仿真結(jié)果 PAGEREF _Toc376461398 h 20 HYPERLINK l _Toc376461399 系統(tǒng)仿真結(jié)果總體分析 PAGEREF _Toc376461399 h 20 HYPERLINK l _Toc376461400 2.3.1.電機(jī)轉(zhuǎn)速曲線 PAGEREF _Toc376461400 h 20 HYPERLINK l _To

12、c376461401 2.3.2.電機(jī)電流曲線 PAGEREF _Toc376461401 h 21 HYPERLINK l _Toc376461402 3.心得及總結(jié) PAGEREF _Toc376461402 h 22 HYPERLINK l _Toc376461403 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc376461403 h 23緒論在電氣時(shí)代的今天，電動(dòng)機(jī)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人們?nèi)粘Ｉ钪衅鹬种匾淖饔?。直流電機(jī)是最常見(jiàn)的一種電機(jī)，在各領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。研究直流電機(jī)的控制和測(cè)量方法，對(duì)提高控制精度和響應(yīng)速度、節(jié)約能源等都具有重要意義。電機(jī)調(diào)速問(wèn)題一直是自動(dòng)化領(lǐng)域比擬重要的問(wèn)題之一。不同

13、領(lǐng)域?qū)τ陔姍C(jī)的調(diào)速性能有著不同的要求，因此，不同的調(diào)速方法有著不同的應(yīng)用場(chǎng)合。雙閉環(huán)轉(zhuǎn)速環(huán)、電流環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是一種當(dāng)前應(yīng)用廣泛，經(jīng)濟(jì)，適用的電力傳動(dòng)系統(tǒng)。它具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。我們知道反應(yīng)閉環(huán)控制系統(tǒng)具有良好的抗擾性能，它對(duì)于被反應(yīng)環(huán)的前向通道上的一切擾動(dòng)作用都能有效的加以抑制。采用轉(zhuǎn)速負(fù)反應(yīng)和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差。但如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如要求起制動(dòng)、突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。這主要是因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來(lái)控制動(dòng)態(tài)過(guò)程的電流或轉(zhuǎn)矩。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)

14、平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。從控制的角度來(lái)看，直流調(diào)速還是交流拖動(dòng)系統(tǒng)的根底。早期直流電動(dòng)機(jī)的控制均以模擬電路為根底，采用運(yùn)算放大器、非線性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成，控制系統(tǒng)的硬件局部非常復(fù)雜，功能單一，而且系統(tǒng)非常不靈活、調(diào)試?yán)щy，阻礙了直流電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的開(kāi)展和應(yīng)用范圍的推廣。隨著單片機(jī)技術(shù)的日新月異，使得許多控制功能及算法可以采用軟件技術(shù)來(lái)完成，為直流電動(dòng)機(jī)的控制提供了更大的靈活性，并使系統(tǒng)能到達(dá)更高的性能。采用單片機(jī)構(gòu)成控制系統(tǒng)，可以節(jié)約人力資源和降低系統(tǒng)本錢(qián)，從而有效的提高工作效率。1 方案選擇局部設(shè)計(jì)要求M2，極對(duì)數(shù)P=1?！肮こ淘O(shè)計(jì)

15、方法在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用的有關(guān)數(shù)據(jù)。3要求：調(diào)速范圍D=10,靜差率S=5%,穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差，電流超調(diào)量I%=5%,電流脈動(dòng)系數(shù)SI=10%;啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速退飽和超調(diào)量N=6Iem2式中S變壓器容量KVA； U2變壓器二次相電壓有效值V；Iem變壓器勵(lì)磁電流百分?jǐn)?shù)，對(duì)于10100KVA的變壓器，一般為10%4%；電阻值 RC=5U21/I21非線性電阻保護(hù)方式主要硒堆和壓敏電阻的過(guò)電壓保護(hù)。壓敏電阻的標(biāo)稱電壓U1MaU=1.3*式中 U壓敏電阻兩端正常工作電壓有效值V。C.直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù) 直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)可以用阻容或壓敏電阻保護(hù)，但采用阻容保護(hù)容易影響系統(tǒng)的快速性，并造成di/d

16、t加大，一般只用壓敏電阻作過(guò)壓保護(hù)。壓敏電阻的標(biāo)稱電壓U1Ma=221.3.3.2晶閘管及整流二極管兩端的過(guò)電壓保護(hù) 為了抑制晶閘管的關(guān)斷過(guò)電壓，通常采用在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護(hù)電路的方法，阻容保護(hù)元件參數(shù)可以根據(jù)查經(jīng)歷數(shù)據(jù)表得到。晶閘管額定電流1500100電容uf11電阻12表1.1 阻容保護(hù)的原件參數(shù)1.3.3.3過(guò)電流保護(hù) 快速熔斷器是最簡(jiǎn)單有效的過(guò)電流保護(hù)器件，與普通熔斷器相比，具有快速熔斷的特性，在發(fā)生短路后，熔斷時(shí)間小于20毫秒，能保證在晶閘管損壞之前自身熔斷，防止過(guò)電流損壞晶閘管，圖1.3接法對(duì)過(guò)電流保護(hù)最有效。 圖1.3 快速熔斷器的安裝方法 不同規(guī)格的晶閘管對(duì)最大的電壓上升

17、率及電流上升率有相應(yīng)的規(guī)定，當(dāng)超過(guò)其規(guī)定的值時(shí)，會(huì)使晶閘管誤導(dǎo)通。限制電壓及電流變化率的方法有 A交流進(jìn)線電抗器限制措施，交流進(jìn)線電抗器LB的計(jì)算公式為 LB=式中 交流器輸出額定電流IdN，電源頻率f,變壓器二次相電壓U2B在橋臂上串聯(lián)空心電感，電感值取2030H為宜。C在功率較大或頻率較高的逆變電路中，接入橋臂電感后，會(huì)使換流時(shí)間增長(zhǎng)，影響正常工作，而經(jīng)常采用將幾只鐵氧磁環(huán)套在橋臂導(dǎo)線上，使橋臂電感在小電流時(shí)磁環(huán)不飽和，電感量大，到達(dá)限制電壓上升率和電流上升率的目的，還可以縮短晶閘管的關(guān)斷時(shí)間。平波電抗器的計(jì)算晶閘管整流器的輸出直流電壓是脈動(dòng)的，為了限制整流電流的脈動(dòng)、保持電流連續(xù)，常在整

18、流器的直流輸出側(cè)接入帶有氣隙的電抗器，稱作平波電抗器。對(duì)于快速無(wú)補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)取8，磁極對(duì)數(shù)p=2。為式中=0.05。維持電流連續(xù)時(shí)的為=0.693*120/(0.05*209)-(2*0.12+3.04) =4.68(mH)式中，。限制電流的脈動(dòng)系數(shù)=5%時(shí)，值為=1.045*120/(0.05*209)-3.14=3.14=8.72mHmH時(shí)，電流連續(xù)和脈動(dòng)要求能同時(shí)滿足。觸發(fā)電路的選擇與校驗(yàn)觸發(fā)電路可選擇鋸齒波同步觸發(fā)電路，也可選擇KC系列集成觸發(fā)電路。此系統(tǒng)選擇集成觸發(fā)電路，其優(yōu)點(diǎn)是體積小，功耗低，調(diào)試方便，性能穩(wěn)定可靠。其缺點(diǎn)是移相范圍小于180，為保證觸發(fā)脈沖對(duì)稱度，要求交流電網(wǎng)波形畸

19、變率小于5%。適用范圍：廣泛應(yīng)用于各種晶閘管裝置中。 選用集成電路MC787組成的三相觸發(fā)電路，如圖2-5所示。該集成塊由同步過(guò)零、鋸齒波形成電路、比擬電路、抗干擾鎖定電路、調(diào)制脈沖發(fā)生器、脈沖形成電路、脈沖分配及驅(qū)動(dòng)電路組成。 圖1.4 MC787組成的三相觸發(fā)電路原理接線圖圖1.4的三相觸發(fā)電路原理接線圖，可作為觸發(fā)三相全控橋或三相交流調(diào)壓晶閘管電路。其中三相電壓的零線和電源共地，同步電壓經(jīng)RC組成的T形網(wǎng)絡(luò)濾波分壓，并產(chǎn)生30相移，經(jīng)電容耦合電路取得同步信號(hào)，電路輸出端采用等值電阻進(jìn)展1/2分壓，以保證對(duì)稱。輸出端由大功率管驅(qū)動(dòng)，可配接脈沖變壓器觸發(fā)晶閘管?？刂齐娐返挠?jì)算給定電源和給定環(huán)

20、節(jié)的設(shè)計(jì)根據(jù)電路要求，選用穩(wěn)壓管、晶閘管、集成穩(wěn)壓管等組成，本設(shè)計(jì)采用集成穩(wěn)壓管的可調(diào)輸出電路。由于放大器輸出電壓和輸出電壓極性相反，而觸發(fā)器的移相控制電壓VC又為正電壓，故給定電壓UG,1W電位器引出給定電壓。轉(zhuǎn)速檢測(cè)環(huán)節(jié)和電流檢測(cè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)與計(jì)算、調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)參數(shù)設(shè)計(jì) 有電機(jī)參數(shù)可知選用的直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的參數(shù)有:額定電壓ETG=40V,nTG=2000r/min 負(fù)載電阻RTG=2K的電位器。由于主電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為1450r/min ,因此，測(cè)速發(fā)電機(jī)發(fā)出最高電壓為29V，給定電源10V,只要適當(dāng)取反應(yīng)系數(shù)，即可滿足系統(tǒng)要求。 設(shè)轉(zhuǎn)速反應(yīng)濾波時(shí)間常數(shù)：Ton=0.01s,那么轉(zhuǎn)速反應(yīng)系

21、數(shù)=Un*/nNmin/r電流負(fù)反應(yīng)環(huán)節(jié) 設(shè)電流反應(yīng)濾波時(shí)間常數(shù)：Toi=0.02s,那么電流反應(yīng)系數(shù) 1.5.2.4調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)參數(shù) 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)常數(shù) ： Ce=按要求調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)速降：nN=雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)1.6.1.1確定時(shí)間常數(shù) 在三相橋式全控電路有：，所以電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)=0.0017+0.002=0.0037S。因?yàn)殡娏鞒{(diào)量，并保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)靜差，可按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性型的，故可用PI型電流調(diào)節(jié)器 。 電流調(diào)機(jī)器的比例系數(shù) 電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間系數(shù) 1.6.1.3電流調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算： 電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)=0.03s，又因?yàn)樵O(shè)計(jì)要求電

22、流超調(diào)量，查得有=0.5，所以=，電樞回路總電阻R=2，所以ACR的比例系數(shù) =電流環(huán)截止頻率=。晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件： ，滿足條件。忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響條件： ，滿足條件。電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：，滿足條件。1.6.1.5 計(jì)算調(diào)節(jié)器的電阻和電容取運(yùn)算放大器的=40，有,取180，取0.,2，。故=，其構(gòu)造圖如下所示： 圖1.5 電流調(diào)節(jié)器 1.6.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 1.6.2.1 確定時(shí)間常數(shù)：有那么，轉(zhuǎn)速環(huán)濾波時(shí)間常數(shù)=0.01s，故轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)。：按設(shè)計(jì)要求，選用PI調(diào)節(jié)器 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)：按跟隨和抗干擾性能較好原那么

23、，取h=5,那么ASR的超前時(shí)間常數(shù)為：，轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益 。ASR的比例系數(shù)為：。轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為。電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為，滿足條件。轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為：，滿足近似條件。1.6.2.5計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容：取=40，那么，取3000。，取1。故。其構(gòu)造圖如下： 圖1.6 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量：由h=5，查得，不滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)使ASR 退飽和，重計(jì)算。設(shè)理想空載z=0，h=5時(shí)，查得=77.5%，所以 =0.264% 10%滿足設(shè)計(jì)要求.2 MATLAB仿真本次系統(tǒng)仿真采用目前比擬流行的控制系統(tǒng)仿真軟件MATLAB，使用MATLAB對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)展計(jì)算機(jī)仿真的主要方法有兩種，一

24、是以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為根底，使用MATLAB的SIMULINK工具箱對(duì)其進(jìn)展計(jì)算機(jī)仿真研究。另外一種是面向控制系統(tǒng)電氣原理構(gòu)造圖，使用Power System工具箱進(jìn)展調(diào)速系統(tǒng)仿真的新方法。本次系統(tǒng)仿真采用后一種方法。2.1 系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置2.1.1 開(kāi)環(huán)物理模型的構(gòu)建表2-1 Z2-91型電動(dòng)機(jī)具體參數(shù)電動(dòng)機(jī)型號(hào)PN(KW)UN(V)IN(A)NN(r/min)Ra()GDa2Nm2P極對(duì)數(shù)Z2-914823020914501根據(jù)Z2-91型電動(dòng)機(jī)具體參數(shù)電動(dòng)機(jī)的額定電流為209A，仿真結(jié)果根本符合要求。給定10V仿真結(jié)果也符合要求。此為開(kāi)環(huán)物理模型。圖2-1開(kāi)環(huán)物理模型2.1.2

25、單閉環(huán)物理模型的構(gòu)建 圖2-2為轉(zhuǎn)速單閉環(huán)物理模型及其仿真結(jié)果。給定105，限幅值80，0，采用PI控制器的單閉環(huán)系統(tǒng)，雖然實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)速的無(wú)靜差調(diào)速，但因其構(gòu)造中含有電流截止負(fù)反應(yīng)環(huán)節(jié)，限制了起制動(dòng)的最大電流。加上電機(jī)反電勢(shì)隨著轉(zhuǎn)速的上升而增加，使電流到達(dá)最大值之后迅速降下來(lái)。這樣，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也減小下來(lái)，使起動(dòng)過(guò)程變慢，起動(dòng)時(shí)間增長(zhǎng)。圖2-2單閉環(huán)物理模型2.1.3 雙閉環(huán)物理模型的構(gòu)建為了提高生產(chǎn)率和加工質(zhì)量，要求盡量縮短過(guò)渡過(guò)程時(shí)間。我們希望使電流在起動(dòng)時(shí)始終保持在最大允許值上，電動(dòng)機(jī)輸出最大轉(zhuǎn)矩，從而可使轉(zhuǎn)速直線上升過(guò)渡過(guò)程時(shí)間大大縮短。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反應(yīng)分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)

26、置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反應(yīng)和電流負(fù)反應(yīng)。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路模型主要由交流電源、同步脈沖觸發(fā)器、晶閘管直流橋、平波電抗器、直流電動(dòng)機(jī)等局部組成。采用面向電氣原理構(gòu)造圖方法構(gòu)成的雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真模型如圖4-3所示。給定為105，ASR、ACR的限幅值分別為12，-25和80,0，啟動(dòng)時(shí)間0.4s,仿真結(jié)果符合要求。 圖2-3 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型2.2.1 開(kāi)環(huán)數(shù)學(xué)模型圖2-4開(kāi)環(huán)數(shù)學(xué)模型2.2.2 單閉環(huán)數(shù)學(xué)模型及其仿真結(jié)果圖2-5轉(zhuǎn)速單閉環(huán)數(shù)學(xué)模型 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，但是由于積分作用，

27、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)，使轉(zhuǎn)速保持恒定即額定轉(zhuǎn)1450。單閉環(huán)ASR Kp=53.6 Ki=616.1 限幅值【0 1】【-20 20】。2.2.3 雙閉環(huán)數(shù)學(xué)模型及其仿真結(jié)果 圖2-6雙閉環(huán)數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)的控制電路包括：給定環(huán)節(jié)、ASR、ACR、限幅器、偏置電路、反相器、電流反應(yīng)環(huán)、速度反應(yīng)環(huán)等，給定10V，ASR的限幅值為15，-10，ACR的限幅值為20，-10。因?yàn)樵诒敬卧O(shè)計(jì)中單片機(jī)代替了控制電路絕大多數(shù)的器件，所以在此直接給出各局部的參數(shù)，各局部參數(shù)設(shè)置參考前幾章各局部的參數(shù)。本系統(tǒng)選擇的仿真算

28、法為ode23tb，仿真Start time設(shè)為0，Stop time設(shè)為10。啟動(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。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)，使轉(zhuǎn)速保持恒定即額定轉(zhuǎn)1450 NN(r/min)，實(shí)際仿真結(jié)果根本上反映了這一點(diǎn)。.電機(jī)轉(zhuǎn)速曲線在電流上升階段，由于電動(dòng)機(jī)機(jī)械慣性較大，不能立即啟動(dòng)。此時(shí)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR飽和，電流調(diào)節(jié)器ACR起主要作用。轉(zhuǎn)速一直上升。當(dāng)?shù)竭_(dá)恒流升速階段時(shí)，ASR一直處于飽和狀態(tài)，轉(zhuǎn)速負(fù)反應(yīng)不起調(diào)節(jié)作用，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開(kāi)環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)為恒值電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，因此，系統(tǒng)的加速度為恒值，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速呈線性增長(zhǎng)直至給定轉(zhuǎn)速。使系統(tǒng)在最短時(shí)間內(nèi)完成啟動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到額定