V-M雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真(共21頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)摘 要 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)是性能很好、應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)。在設(shè)計中調(diào)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(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)為對象來設(shè)計直流電動機調(diào)速控制器。為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負反饋和電流負反饋，二者之間實行嵌套聯(lián)接。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)在外邊，稱做外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。先確定其結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計各元部件，并對其參數(shù)計算。最后采用MATLAB/SIMULINK 對整個調(diào)速系統(tǒng)進行了仿真分析

2、。 關(guān)鍵詞： 雙閉環(huán)； 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器；電流調(diào)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(zhì)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(zhì)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(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)12 12 1313131313131414精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成和工作原理1.1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成1.1.1 雙閉環(huán)直流調(diào)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖單閉環(huán)系統(tǒng)不能控制電流和轉(zhuǎn)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(guān)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(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)么，采用電流負反饋應(yīng)該能夠得到近似的恒流過

7、程?，F(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(zhuǎn)速負反饋。穩(wěn)態(tài)時，只有轉(zhuǎn)速負反饋，沒有電流負反饋。怎樣才能做到這種既存在轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)系統(tǒng)就是在系統(tǒng)里設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器，分別引入轉(zhuǎn)速負反饋和電流負反饋來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實行嵌套（或稱串級）連接（如上圖） ，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(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，稱作外環(huán)。這樣就形成了雙閉環(huán)調(diào)節(jié)。為了獲得良好的靜，動態(tài)性能，兩個調(diào)節(jié)器一般采用 PI 調(diào)

8、節(jié)器由于積分飽和的特性還要對兩個調(diào)節(jié)器進行限幅，限幅的作用：轉(zhuǎn)速調(diào)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(diào)節(jié)器 ACR 的輸出限精選優(yōu)質(zhì)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(diào)速系統(tǒng)的電流調(diào)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(diào)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(diào)節(jié)過程。 113 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)環(huán) 以 ASR 為核心的轉(zhuǎn)速環(huán)作用是穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，穩(wěn)態(tài)時， Un = U*n-Ufn=0，其中 Ufn=n 即 n= U*n /。其中 為轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。 當 U*n 一定時，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。直到 Id = IdL 時，轉(zhuǎn)矩 Te= TL ，則 dn/dt = 0，轉(zhuǎn)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(nèi)（ t3 t4 ） ， Id IdL ，直到穩(wěn)定 Id = IdL ， n =n* 。如果調(diào)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(diào)節(jié)作用；ACR 起跟隨作用；轉(zhuǎn)速有超調(diào)。起動過程的三個特點：（1）飽和非線性控制；（2）轉(zhuǎn)速超調(diào)；（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(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) 23 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)抗擾性能23. 1 雙閉環(huán)直流調(diào)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(diào)節(jié)器：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR，對 ASR 的設(shè)計要求：應(yīng)要求有較好的抗擾性

11、能指標。23. 2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的抗電網(wǎng)電壓擾動 擾動作用位置：電流環(huán)內(nèi)的前向通道，抗擾作用的調(diào)節(jié)器：電流調(diào)節(jié)器 ACR，雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，電壓波動可以通過電流反饋得到比較及時的調(diào)節(jié)，不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才能反饋回來，抗擾性能大有改善。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)3 雙閉環(huán)調(diào)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(diào)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(zhuǎn)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(zhì)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(nèi)阻Rrec=1.3，電抗器：Lp=200mH312 設(shè)計指標：動態(tài)指標：1.電流超調(diào)量：%5% i 2.空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)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(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù) Ton=0.01s；取轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的飽和值為12V，輸出限幅值為 10V，額定轉(zhuǎn)速時轉(zhuǎn)速給定 Un*=10V。321 參數(shù)設(shè)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(shè)置：勵磁電阻為：Rf=Uf/If=220/1.5=146.7,(說精選優(yōu)質(zhì)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(zhuǎn)矩為：Tl=9.55Ce/Inom =9.55*0.132*17.5 =22N*m 322 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計電流反饋系數(shù)：=Uim/*Inom =10/1.5*136 =0.05電動機轉(zhuǎn)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(zhì)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(diào)量 i5的要求，電流環(huán)按典

15、型型系統(tǒng)設(shè)計，點樓調(diào)節(jié)器選用PI 調(diào)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(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：=Unom/Nnom =10/1500 =0.00667V*min/r為加快轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)速度，轉(zhuǎn)速環(huán)按典型型系統(tǒng)設(shè)計，并選中頻帶寬度 h=5，轉(zhuǎn)速調(diào)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(zhì)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(diào)速系統(tǒng)的仿真41 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖和動態(tài)數(shù)學(xué)模型4.1.1 靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖4.1.2 動態(tài)數(shù)學(xué)模型精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)42 基于 MATLAB/SIMULINK 的調(diào)速系統(tǒng)的仿真4.2.1 基于直流雙閉環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖的仿真模型4.2.1.1 帶飽和輸出限幅的 Pi 調(diào)節(jié)器及分支模塊精選優(yōu)質(zhì)文

17、檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)4.3 仿真結(jié)果：4.3.1 電機啟動時轉(zhuǎn)速的響應(yīng)曲線：4.3.2 電機啟動時電機電流的響應(yīng)曲線：精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)4.4 仿真結(jié)果與原理圖的比較仿真結(jié)果與理論上電機啟動的結(jié)果比較：轉(zhuǎn)速沒有超調(diào)量，不過符合第二和第三階段，電流響應(yīng)，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(zhuǎn)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(yīng)有關(guān)。小結(jié)小結(jié)本文是對雙閉環(huán)直流電機調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)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(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式、工作原理及各個器件的作

18、用和設(shè)計。通過做畢業(yè)設(shè)計，也有了不少的收獲進精選優(yōu)質(zhì)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(diào)速系統(tǒng)及其控制電路的一些特性，比較全面的將所學(xué)的電力電子和電力拖動方面的知識運用于設(shè)計當中，對設(shè)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(diào)速電路分階段地完成，從電力電子方面的設(shè)計到電力拖動方面的設(shè)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(shè)計結(jié)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(nèi)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(shè)計在有限的條件下和本人有限的學(xué)識，做出的設(shè)計還是存在著一些不足。本設(shè)計采用 PI調(diào)節(jié)器，輸出的轉(zhuǎn)速存在這超調(diào)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(diào)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(diào)試要復(fù)雜，做的工做比現(xiàn)在就更多。設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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