實(shí)驗(yàn)4--直流調(diào)速系統(tǒng)仿真與設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上實(shí)驗(yàn)4 直流調(diào)速系統(tǒng)仿真與設(shè)計(jì) 專(zhuān)業(yè)年級(jí) 機(jī)電112 姓名 王瑛 學(xué)號(hào) 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、掌握連續(xù)部分的程序?qū)崿F(xiàn)方法；2、熟悉仿真程序的編寫(xiě)方法。二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 一轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制的H型雙極式PWM直流調(diào)速系統(tǒng)，已知電動(dòng)機(jī)參數(shù)為：=200W，=48V，=3.7A，電樞電阻Ra=6.5歐，電樞回路總電阻R=8歐，允許電流過(guò)載倍數(shù)，電勢(shì)系數(shù)，電磁時(shí)間常數(shù)，機(jī)電時(shí)間常數(shù)，電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)，轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)。設(shè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓，調(diào)節(jié)器輸入電阻。已計(jì)算出電力晶體管D202的開(kāi)關(guān)頻率，PWM環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)。試對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)參數(shù)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差，電流超調(diào)量

2、；空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量；過(guò)渡過(guò)程時(shí)間。建立系統(tǒng)的仿真模型，并進(jìn)行仿真驗(yàn)證。三、實(shí)驗(yàn)要求 1. 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖雙極式PWM直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖1 雙極式PWM直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖中 (s)對(duì)應(yīng)于給定轉(zhuǎn)速的控制電壓信號(hào)；Un(s)對(duì)應(yīng)于實(shí)際轉(zhuǎn)速的反饋電壓信號(hào)；Un (s)對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)速偏差的電壓信號(hào)；Ui(s）對(duì)應(yīng)于控制電流的電壓信號(hào)；Uct(s)對(duì)應(yīng)于脈寬調(diào)制器的輸入控制電壓信號(hào)；Ud0(s)PWM驅(qū)動(dòng)電路輸出的空載電壓；E (s)電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)；Id(s)電動(dòng)機(jī)的電樞電流；Idl(s)對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的負(fù)載電流；n (s)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速；Ton轉(zhuǎn)速反

3、饋環(huán)節(jié)濾波時(shí)間常數(shù)；Toi電流反饋環(huán)節(jié)濾波時(shí)間常數(shù)；KPWM, TPWM脈寬調(diào)制器和PWM變換器放大倍數(shù)與其近似慣性環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)；R電動(dòng)機(jī)電樞回路總電阻；反饋環(huán)節(jié)電流調(diào)節(jié)器交流裝置調(diào)節(jié)對(duì)象反饋環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸入信號(hào)輸出Tl電動(dòng)機(jī)電磁回路時(shí)間常數(shù)；Tm包括電動(dòng)機(jī)在內(nèi)的系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)；Ce電動(dòng)機(jī)在額定磁通下的電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)速比；ASR系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)器；ACR系統(tǒng)的電流調(diào)節(jié)器；速度反饋系數(shù)；電流反饋系數(shù)。2設(shè)計(jì)方框圖3各部分電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算3.1 設(shè)計(jì)方法的基本思路預(yù)期典型系統(tǒng)選擇調(diào)節(jié)器計(jì)算參數(shù)一般直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)參數(shù)的工程設(shè)計(jì)，包括確定預(yù)期典型系統(tǒng)，選擇調(diào)節(jié)器形式，計(jì)算調(diào)節(jié)器參數(shù)。如下圖2所示：圖2

4、 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程最終結(jié)果應(yīng)滿(mǎn)足生產(chǎn)機(jī)械工藝要求提出的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。在實(shí)際應(yīng)用中雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是應(yīng)用得比較廣泛的，而且也是比較典型的一種，也還是構(gòu)成各種可逆調(diào)速系統(tǒng)的核心。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)由轉(zhuǎn)速反饋和電流反饋組成，屬于多環(huán)控制系統(tǒng)，其動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)如下圖a：圖a 雙極式PWM直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖其結(jié)構(gòu)由內(nèi)到外，一環(huán)包圍一環(huán)，每一閉環(huán)都設(shè)有本環(huán)的調(diào)節(jié)器，構(gòu)成一個(gè)完整的閉環(huán)系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，而電流調(diào)節(jié)器的輸出則去晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱(chēng)為內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外面，稱(chēng)外環(huán)。為了使轉(zhuǎn)速，電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有良好的靜、動(dòng)態(tài)性能。電流、轉(zhuǎn)速

5、兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般采用輸出帶限幅的PI調(diào)節(jié)器。3.2 典型系統(tǒng)及其參數(shù)與性能指標(biāo)的關(guān)系(1) 典型系統(tǒng)典型系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)才傳遞函數(shù)為：由上式的結(jié)構(gòu)可以看出典型系統(tǒng)由一個(gè)積分環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)相乘得來(lái)，其方框圖如圖圖3 典型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖由上圖可以看出來(lái)典型型系統(tǒng)是一個(gè)由積分環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)組成的閉環(huán)反饋系統(tǒng)。（2）典型系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)跟隨性能由控制理論誤差分析可知，典型系統(tǒng)對(duì)階躍給定信號(hào)的穩(wěn)態(tài)誤差為零；對(duì)單位斜坡輸入信號(hào)的穩(wěn)態(tài)誤差不為零，即有跟蹤誤差。由上式可知，當(dāng)開(kāi)環(huán)增益K增大時(shí)，跟蹤誤差將減少。(2) 典型系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：在式中自然振蕩頻率，=；阻尼比，=。此系統(tǒng)在零初始條件下的階躍響應(yīng)動(dòng)態(tài)

6、性能指標(biāo)計(jì)算公式為：超調(diào)量：調(diào)節(jié)時(shí)間： 截止頻率：相角裕量：在對(duì)典型系統(tǒng)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，通常選用K=1/(2T)或=0.707為典型函數(shù)，稱(chēng)為“典型系統(tǒng)工程最佳參數(shù)”。當(dāng)取這兩個(gè)參數(shù)時(shí)，其性能指標(biāo)為：實(shí)踐表明，上述典型參數(shù)對(duì)應(yīng)的性能指標(biāo)適合于響應(yīng)快而又不允許過(guò)大超調(diào)量的系統(tǒng)，一般情況下都能滿(mǎn)足工程設(shè)計(jì)要求。(3) 典型系統(tǒng)的頻率特性典型型系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性如下圖所示。當(dāng)時(shí)，對(duì)數(shù)幅頻特性以20dB/dec的斜率通過(guò)零分貝線(xiàn)，其截止頻率=K，其相角裕量為L(zhǎng)/dBO-20ww圖3 型系統(tǒng)的頻率特性從上述分析可知，與系統(tǒng)快速性相關(guān)的截止頻率取決于開(kāi)環(huán)增益K，增益K值可提高系統(tǒng)的快速性，但另一方面又會(huì)使相角裕量減少，超調(diào)量增大，所以不能隨意增大。如果既要提高快速性，又要保持相角裕量不變，就應(yīng)在增加的同時(shí)減少時(shí)間