晶閘管直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真

1、課程設(shè)計(jì)題目晶閘管-直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真IVUXjs專業(yè)小組XX指導(dǎo)教師直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真【摘要】本文分析了直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的控制器與被控對(duì)象的控制現(xiàn)象，以及開環(huán)控 制系統(tǒng)對(duì)被控對(duì)象的控制的問題。同時(shí)給出解決減小擾動(dòng)的控制方案。本文針對(duì)開環(huán)控制直流 調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用，給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并和閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行比較，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到采 用開環(huán)控制方案對(duì)最基本的控制方案有一定的了解，并對(duì)閉環(huán)控制的優(yōu)點(diǎn)有一定的認(rèn)識(shí)?！娟P(guān)刪】直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)調(diào)速；調(diào)速；仿真1引言直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在大X圍內(nèi)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。近年

2、來，高性能交流調(diào)速技術(shù)發(fā)展很快，交流調(diào)速系 統(tǒng)有逐步取代直流調(diào)速系統(tǒng)的趨勢(shì)。然而，直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)畢竟在理論上和實(shí)踐上都比較成 熟，而且從控制的角度來看，它又是交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。因此，應(yīng)該首先很好地掌握直 流拖動(dòng)控制系統(tǒng)。從生產(chǎn)機(jī)械要求控制的物理量來看，電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)有調(diào)速系統(tǒng)、位置隨動(dòng)系統(tǒng)（伺 服系統(tǒng)）、X力控制系統(tǒng)、多電機(jī)同步控制系統(tǒng)等多種類型，各種系統(tǒng)往往都是通過控制轉(zhuǎn)速來 實(shí)現(xiàn)的，因此調(diào)速系統(tǒng)是最基本的電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，許多電機(jī)要求在一定的X圍內(nèi)進(jìn)行速度的平滑調(diào)節(jié)，并且要求有良好 的穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)性能C而直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有良好的啟動(dòng)，制動(dòng)性能，適宜在大

3、X圍內(nèi) 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)域中得到廣泛的應(yīng)用。從控制角度來看, 直流調(diào)速還是交流拖動(dòng)的基礎(chǔ)。早期直流電動(dòng)機(jī)的控制均以模擬電路為基礎(chǔ)，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 礙的電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用X圍的推廣。隨著模擬技術(shù)的逐漸成熟使得許多控制功能及 算法可以采用軟件技術(shù)來完成，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)能夠達(dá)到 更高的性能，還能節(jié)省人力資源和降低系統(tǒng)成本，從而有效提高工作效率C事實(shí)上由于電機(jī)的容量較大，又要求電流的脈動(dòng)較小，故采用三相全控橋式整流電路供電方

4、案。為保證供電質(zhì)量，應(yīng)采用三相降壓變壓器將電源電壓降低，為避免三次諧波電動(dòng)勢(shì)的不 良影響，應(yīng)采用A/Y接法。2直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理2.1原理直流開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理如圖1所示。直流電動(dòng)機(jī)電樞由三相晶閘管整流電路經(jīng)平波 電抗器L供電，并通過改變觸發(fā)器移相控制信號(hào)氏調(diào)節(jié)晶閘管的控制角，從而改變整流器的 輸出電壓實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。該系統(tǒng)的仿真模型如圖2所示。在仿真中為了簡(jiǎn)化模型，省略了整流變壓器和同步變壓器，整流器和觸發(fā)同步使用同一交 流電源，直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁由直流電源直接供電。整流變壓器同步變壓器觸發(fā)器6路觸發(fā)脈沖 KKVT14VI圖1直流開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電氣原理3仿真過程3.1仿真原理圖3

5、?nchroni:ed6-Poke Generic-L圖2直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理圖在MQtbb軟件環(huán)境下查找器件.連線，接成入上圖所示的線路圖。1、具體步驟處 點(diǎn)擊圖標(biāo)，打開MatSb軟件，點(diǎn)擊里的nexvmodel,創(chuàng)建一個(gè)文件頭為的新文件。b、點(diǎn)擊工具欄的，打開元器件庫(kù)査找新的元器件。Simulink|-Co mmonfy Used Blocks ContinuousF" DiscontinuitiesDiscreteh*Logic and Brt Operations Lookup Tables h Math Operationsih-Mod el Ver

6、ificationH-ModekWide Utilities 事 Ports & Subsystems h* Sign al Attributes h* Sign al Routing h* Sinks-Sourcesr-Us-er-Defined Functions Additional Math & Discrete + ” Aerospace Blockset it亙 di呂Communications Sys-tem. Computer Vision System. Control System Toolbox DSP System Toolbox Data Acqui

7、sition Toolbox EDA Simulator LinkH Commonly Used BlocksDiscontinuitiesSinksModel-WideUtilitiesLogics nd Bit OperationsMath OpGrstionsSignal AttributesLFser-Defined FunctionsDiscreteLookup TablesSignal RoutingSourcesPorts &Subs*ys-temsModel Ver if i cationAdditional Tdsth& Dis.cretGContinuous

8、File Edit View HelpD 色 » Enter search term 刑| 圏 Simulink Library BrowserLibrariesLibrary: SimulinkSearch Results.： (none)Most Frequently Used BlocksEmbedded CoderShowing: Simulink如果不知在哪里找到元器件，可以在里輸入元器件的名稱，鍵入ENTER即可査找。2、所用元器件及其參數(shù)設(shè)置三相交流電源A、E、C首先從Simpowersystes中的Electrical sources電源模塊組中選取一個(gè)交流電壓 源模

9、塊AC Voltage Source,再用復(fù)制的方法得到三相電源的另兩個(gè)電壓源模塊用FomiQt(格 式設(shè)定)菜單中Rotate block(Ctrl +R)將模塊水平放置，并點(diǎn)擊模塊標(biāo)題名稱，將模塊標(biāo)簽分 別改為“Uq”、“ Ub”、Uc” ,然后從連接器模塊Connectors中選取“Ground (output) 元件，按下圖進(jìn)行連接。(1) Uau Block Parameters: UaAC VoHage Source (mask) (link)Ideal sinusoidal AC VoIt age sourceParanLetersPeak ajnplitude (V):220P

10、hase (deg):Measur ement s NoneCancelHelpApply3 Block Para*eters: Universal BridgeUnivGTsal Bridge >nask) (link)This block dzipiement a bridge of selected po-wer electxoaics devices. Series RC snubber circuits are connected in paxallei with each, switch device. Press Kelp for suggested snubbGr val

11、ues wiien the zaodel. is disciGtized. F-ot nost applications the internal inductance Lon of diodes and thyristors should te set toFaraaet&rsNinnbGr of bridg-G arms:7Weasurenents NoneSnufcber resistance Rs (Otas)OKCancelApplyUbg Block Parameters! UbAC Volt age Source (mask) (lirJk)Ideal sinusoida

12、l AC Voltage sourceParametersPeak airiplitude (V):220Phase (deg):-120Frequency (Hz):60Cancel HelpSample t ime:OKApplyUcBlock Parameters: UcAC Voltage Source (mask) (link) Ideal sinusoidal AC Voltage source.ParametersPeai amp lit ud.e (V):220Phase (deg);-240Frequency (Hz):60Sajnple time:0Me asurement

13、 sOK I Cancel Help | | Apply 設(shè)置三相電壓都為220V,兩兩之間相位差為120,分別為5 -120.-240。a)6-Pulse Generator同步脈沖觸發(fā)器包括同步電源和6脈沖觸發(fā)器兩部分。6脈沖觸發(fā)器從Simpowersystes中選取ExtraLibray中的Contral Blocks中取獲得。6脈沖觸發(fā)器需用三相線電壓同步，所以同步電源的任務(wù)是將三相交流電源的相電壓轉(zhuǎn)換成線電壓°"ft Function Block Parameters: Synchronized A Pulse Generator 、Synchrorii zed

14、6-pulse genert or (a22»Use this block to fire the 6 thyristors of 3 S-pulse converter The output is a vector of 6 pulses (0-1) individually synchronized on tho 6 confutation volt aces Pulses arc generated alpha decrees after the metreasine z er er crossings of -the cofruiutation voliaces Paraji

15、etersFrequency of synchronisation voltages (Kz):6DPulse width (degcees):10Double pulsins1 加 | Cancel. | Help Applyc) Universal Bridge三相整流橋起改變輸出直流電壓的作用。* Block Paramsters: Universal BridesUniversal Bridge (mask) (link)This block inplenent a bridge of selected pover eleclronics devices. Series RC snxi

16、bber circuits are connected in parallel uith each switch device. Ptess Help for sxigested snubber valxies vhan the model is discrelized. For most applications the internal inductance Lon of diodes and thyristots should be sei 1o zeroParairiotersNumber of bridze ams:Snubber resist mcc Rs (Obins)le5Sn

17、ubber capacitance Cs (F)i.n£Power Electronicdevice iThyriytorsRon (Ohns)le-3Lon (H)0Forvard voltage vf (V)0OK Cancel | Help Appl：rd) DC Machine (直流電動(dòng)機(jī))直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組“F+接直流恒定勵(lì)磁電源，勵(lì)磁電源可從電源模塊組中選取直流 電壓源模塊，并將電壓參數(shù)設(shè)置為220V,點(diǎn)數(shù)繞組“A+A-”經(jīng)平波電抗器接晶閘管整流橋 的輸出，電動(dòng)機(jī)經(jīng)TL端口接恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，直流電動(dòng)機(jī)的輸出參數(shù)有轉(zhuǎn)速、點(diǎn)數(shù)電流、勵(lì)磁電 流、電磁轉(zhuǎn)矩，通過“示波器”模塊觀察

18、仿真輸出圖形。修改參數(shù)電樞電阻和電(Armature resistance and inductance)為0.21 0.0021,勵(lì)磁電阻和電感(Field resistance and inductance)為14G.7 0,勵(lì)磁和電樞互(Field-armature mutual inductance)為0.84,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(Total inertia)為 0.57,粘滯 摩擦系數(shù)(Viscous friction coefficient)為 0.5,庫(kù)侖摩擦轉(zhuǎn)矩(Coulomb friction torque) 為0,初始角速度(initial speed)為0。DC machine (

19、mask) (Link)Innplejnents a (wound-field or perinanent magne七) DC inachine. For the wound-field. DCaccess is provided to the：field connections so that the jnachine can be used, as a separately excited, shunt-conneeled or a series-connected DC machine.Conf i gurat ionParaniet ersAdvancedArmature resis

20、tance and inductance Ra (ohiis) La (H)0. 21 0. 0021Field resistance and inductarice Rf (otuns) Lf (H) 146. 7 0Field-armature mutual inductance Laf (H):0.84Total inertia J (hg.JnA2)0.57Viscous friction, coefficient Bm (M m $)0.5Coulomb friction, torque Tf (N.m)0Initial speed (rad/s);n< IilltHelp |

21、 Applye）直流電源H Block Parameters: DC Voltage SourceDC Voltage Source (mask) (link)Ideal DC voltage source.ParametersAmp lit ude (V):220Measurements NoneOKCancelHelpApplyf）放大器，設(shè)放大系數(shù)g）階躍倍號(hào)系統(tǒng)在階躍函數(shù)輸入作用下的工作條件是比較嚴(yán)峻的，同時(shí)比較具有代表性。如果系統(tǒng)在階躍 函數(shù)作用下的性能夠滿足要求，則在其他形式作用下也能滿足要求。Step提供在指定時(shí)間處在 兩個(gè)可定義的水平間的階躍，當(dāng)仿真時(shí)間小于Steptime則輸出Initialvalue當(dāng)仿真時(shí)間大于 或等于Step time不能為0。4 仿真結(jié)果當(dāng)建模和參數(shù)設(shè)置完成后，即可開始進(jìn)行仿真，在MATLAE模型窗口單擊工具欄的按鈕或打 開“Simubtion”菜單命令后，單擊“start”，系統(tǒng)開始仿真，仿真結(jié)束后可輸出仿真結(jié)果。 單擊“示波器”觀察仿真輸出圖形。觀察仿真時(shí)間I