實驗4--直流調速系統(tǒng)仿真與設計

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上實驗4 直流調速系統(tǒng)仿真與設計 專業(yè)年級 機電112 姓名 王瑛 學號 一、 實驗目的 1、掌握連續(xù)部分的程序實現方法；2、熟悉仿真程序的編寫方法。二、 實驗內容 一轉速電流雙閉環(huán)控制的H型雙極式PWM直流調速系統(tǒng)，已知電動機參數為：=200W，=48V，=3.7A，電樞電阻Ra=6.5歐，電樞回路總電阻R=8歐，允許電流過載倍數，電勢系數，電磁時間常數，機電時間常數，電流反饋濾波時間常數，轉速反饋濾波時間常數。設調節(jié)器輸入輸出電壓，調節(jié)器輸入電阻。已計算出電力晶體管D202的開關頻率，PWM環(huán)節(jié)的放大倍數。試對該系統(tǒng)進行動態(tài)參數設計，設計指標：穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調量

2、；空載起動到額定轉速時的轉速超調量；過渡過程時間。建立系統(tǒng)的仿真模型，并進行仿真驗證。三、實驗要求 1. 動態(tài)結構圖雙極式PWM直流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)動態(tài)數學模型的動態(tài)結構圖圖1 雙極式PWM直流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)動態(tài)結構圖圖中 (s)對應于給定轉速的控制電壓信號；Un(s)對應于實際轉速的反饋電壓信號；Un (s)對應于轉速偏差的電壓信號；Ui(s）對應于控制電流的電壓信號；Uct(s)對應于脈寬調制器的輸入控制電壓信號；Ud0(s)PWM驅動電路輸出的空載電壓；E (s)電動機的反電動勢；Id(s)電動機的電樞電流；Idl(s)對應于電動機負載轉矩的負載電流；n (s)電動機轉軸轉速；Ton轉速反

3、饋環(huán)節(jié)濾波時間常數；Toi電流反饋環(huán)節(jié)濾波時間常數；KPWM, TPWM脈寬調制器和PWM變換器放大倍數與其近似慣性環(huán)節(jié)時間常數；R電動機電樞回路總電阻；反饋環(huán)節(jié)電流調節(jié)器交流裝置調節(jié)對象反饋環(huán)節(jié)轉速調節(jié)器輸入信號輸出Tl電動機電磁回路時間常數；Tm包括電動機在內的系統(tǒng)機電時間常數；Ce電動機在額定磁通下的電動勢轉速比；ASR系統(tǒng)的速度調節(jié)器；ACR系統(tǒng)的電流調節(jié)器；速度反饋系數；電流反饋系數。2設計方框圖3各部分電路設計及參數計算3.1 設計方法的基本思路預期典型系統(tǒng)選擇調節(jié)器計算參數一般直流調速系統(tǒng)動態(tài)參數的工程設計，包括確定預期典型系統(tǒng)，選擇調節(jié)器形式，計算調節(jié)器參數。如下圖2所示：圖2

4、 調速系統(tǒng)的設計過程最終結果應滿足生產機械工藝要求提出的靜態(tài)與動態(tài)性能指標。在實際應用中雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)是應用得比較廣泛的，而且也是比較典型的一種，也還是構成各種可逆調速系統(tǒng)的核心。雙閉環(huán)調速系統(tǒng)由轉速反饋和電流反饋組成，屬于多環(huán)控制系統(tǒng)，其動態(tài)結構如下圖a：圖a 雙極式PWM直流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)動態(tài)結構圖其結構由內到外，一環(huán)包圍一環(huán)，每一閉環(huán)都設有本環(huán)的調節(jié)器，構成一個完整的閉環(huán)系統(tǒng)。轉速調節(jié)器的輸出作為電流調節(jié)器的輸入，而電流調節(jié)器的輸出則去晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。從系統(tǒng)結構上看，電流環(huán)在里面，稱為內環(huán)；轉速環(huán)在外面，稱外環(huán)。為了使轉速，電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)具有良好的靜、動態(tài)性能。電流、轉速

5、兩個調節(jié)器一般采用輸出帶限幅的PI調節(jié)器。3.2 典型系統(tǒng)及其參數與性能指標的關系(1) 典型系統(tǒng)典型系統(tǒng)的開環(huán)才傳遞函數為：由上式的結構可以看出典型系統(tǒng)由一個積分環(huán)節(jié)和一個慣性環(huán)節(jié)相乘得來，其方框圖如圖圖3 典型系統(tǒng)動態(tài)結構圖由上圖可以看出來典型型系統(tǒng)是一個由積分環(huán)節(jié)和一個慣性環(huán)節(jié)串聯組成的閉環(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)對階躍給定信號的穩(wěn)態(tài)誤差為零；對單位斜坡輸入信號的穩(wěn)態(tài)誤差不為零，即有跟蹤誤差。由上式可知，當開環(huán)增益K增大時，跟蹤誤差將減少。(2) 典型系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數為：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動態(tài)

6、性能指標計算公式為：超調量：調節(jié)時間： 截止頻率：相角裕量：在對典型系統(tǒng)進行工程設計時，通常選用K=1/(2T)或=0.707為典型函數，稱為“典型系統(tǒng)工程最佳參數”。當取這兩個參數時，其性能指標為：實踐表明，上述典型參數對應的性能指標適合于響應快而又不允許過大超調量的系統(tǒng)，一般情況下都能滿足工程設計要求。(3) 典型系統(tǒng)的頻率特性典型型系統(tǒng)的開環(huán)對數頻率特性如下圖所示。當時，對數幅頻特性以20dB/dec的斜率通過零分貝線，其截止頻率=K，其相角裕量為L/dBO-20ww圖3 型系統(tǒng)的頻率特性從上述分析可知，與系統(tǒng)快速性相關的截止頻率取決于開環(huán)增益K，增益K值可提高系統(tǒng)的快速性，但另一方面又會使相角裕量減少，超調量增大，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，就應在增加的同時減少時間