雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? ?熟悉晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及其根本原理.2 ?掌握晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)及反應(yīng)環(huán)節(jié)測定方法.3 ?掌握調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)及仿真方法.2、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 ?調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)2 ?仿真模型建立3 ?系統(tǒng)仿真分析3、實(shí)驗(yàn)要求用電機(jī)參數(shù)建立相應(yīng)仿真模型進(jìn)行仿真4、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)組成及工作原理晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)由三相調(diào)壓器,晶閘管整流調(diào)速裝置,平波電抗器,電動機(jī)一發(fā)電機(jī)組等組成.本實(shí)驗(yàn)中,整流裝置的主電路為三相橋式電路,限制回路可直接由給定電壓Uct作為觸發(fā)器的移相限制電壓,改變Uct的大小即可改變限制角,從而獲得可調(diào)的直流電壓和轉(zhuǎn)速,以滿足實(shí)驗(yàn)要求.為了

2、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)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),二者之間實(shí)行嵌套聯(lián)接,如圖4.1.把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入,再用電流的輸出去限制電力電子變換器UPE.在結(jié)構(gòu)上,電流環(huán)作為內(nèi)環(huán),轉(zhuǎn)速環(huán)作為外環(huán),形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng).為了獲得5、電機(jī)參數(shù)及設(shè)計(jì)要求5.1 電機(jī)參數(shù)直流電動機(jī)：220V,136A,1460r/min,=0.192V?min/r,允許過載倍數(shù)=1.5,晶閘管裝置放大系數(shù)：.=40電樞回路總電阻：R=0.5-'-時(shí)間常數(shù)：=0.00167s,=0.075s電流反應(yīng)系數(shù)：=0.05V/A轉(zhuǎn)速

3、反應(yīng)系數(shù)：=0.007V?min/r5.2 設(shè)計(jì)要求要求電流超調(diào)量5%,轉(zhuǎn)速無靜差,空載起動到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量工.：選10%.6調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)6.1 電流調(diào)節(jié)器ACR勺設(shè)計(jì)(1)確定電流環(huán)時(shí)間常數(shù)1)裝置滯后時(shí)間常數(shù))=0.0017s;2)電流濾波時(shí)間常數(shù)=0.002s;3)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和薩+=0.0037s;(2)選擇電流調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)要求.5%,并且保證穩(wěn)態(tài)電流無差,電流環(huán)的限制對象是雙慣性型的,且埼豳？ii=0.03/0.0037=8.11<10,故校正成典型I型系統(tǒng),顯然應(yīng)采用PI型的電流調(diào)節(jié)器,其傳遞函數(shù)可以寫成式中.一電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；忌一電流調(diào)節(jié)器的超前

4、時(shí)間常數(shù).(3)計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：=；*:=0.03s.電流環(huán)開環(huán)增益：要求陌空5%時(shí),取一.一_=0.5,因此0.SL+口日=亍弱13S.1S-1于是,ACR勺比例系數(shù)為(4)校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率、.-=野能135.1L-1)校驗(yàn)晶閘管裝置傳遞函數(shù)的近似條件是否滿足：由于足近似條件；196.1,所以滿2)校驗(yàn)忽略反電動勢對電流環(huán)影響的近似條件是否滿足：所以滿足近似條件；3)校驗(yàn)小時(shí)間常數(shù)近似處理是否滿足條件：近似？押浪快梆和180.8一、一：；,所以滿足條件.根據(jù)上述參數(shù),電流環(huán)滿足動態(tài)設(shè)計(jì)指標(biāo)要求和近似條件.同理,當(dāng)KT=0.25時(shí),可得隔=0.5067-=1

5、6.89;當(dāng)KT=1.0時(shí),可得=2.027=67.5676.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR勺設(shè)計(jì)(1)確定轉(zhuǎn)速環(huán)時(shí)間常數(shù)1)電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)為總篇20.0074s;2)電流濾波時(shí)間常數(shù)根據(jù)所用測速發(fā)電機(jī)紋波情況,取.=0.01s;3)轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)一一(2)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)選擇由于設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)速無靜差,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)；又根據(jù)動態(tài)設(shè)計(jì)要求,應(yīng)按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán),轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器選用比例積分調(diào)節(jié)器(PI),其傳遞函數(shù)為式中.一電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；;*電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù).(3)選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)根據(jù)跟隨和抗擾性能都較好的原那么取h=5,那么轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)為轉(zhuǎn)速開環(huán)增益為He39

6、6,4s-所以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)為廠,(Ji+1)阿血n1l7n1L.72/iofi7yn(4)校驗(yàn)近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率-34.5L-1)校驗(yàn)電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件是否滿足：由于I.-63.7一一.,所以滿足簡化條件；2)校驗(yàn)轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理是否滿足條件：由于S朋余田涯農(nóng)總38?7-一；.,所以滿足近似條件.3)核算轉(zhuǎn)速超調(diào)量當(dāng)h=5時(shí),_；.；,.：一=81.2%,而.：.=；：;_=515.2rpm,因此=8.31%V10%能滿足設(shè)計(jì)要求.7、仿真模型的建立利用MATLAB上的SIMULINK仿真平臺,建立仿真模型.如圖7.1為電流環(huán)的仿真模型,圖7.2為加了轉(zhuǎn)速環(huán)之后的雙閉環(huán)

7、限制系統(tǒng)的仿真模型.圖7.2轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真模型8仿真結(jié)果分析當(dāng)=2.027,-=67,567時(shí),電流環(huán)階躍響應(yīng)超調(diào)大,但上升時(shí)間短圖8.3超調(diào)量較大的仿真結(jié)果當(dāng)立二11.7,-.=134.48時(shí),圖7.2中Stepl中“steptime值為0,"finalvalue值為10,代表空載狀態(tài),此時(shí)系統(tǒng)起動速度快,退飽和超調(diào)量較大.圖8.4轉(zhuǎn)速環(huán)空載高速起動波形圖當(dāng)遲,=11,7,-.=134.48時(shí),圖7.2中Step1中“steptime值為0,"finalvalue值為136,代表滿載狀態(tài),此時(shí)系統(tǒng)起動時(shí)間延長,退飽和超調(diào)量減小.圖8.5轉(zhuǎn)速環(huán)滿載高速起動波形圖當(dāng)=11.7,

8、-.=134.48時(shí),圖7.2中Stepl"中"steptime值為1,"finalvalue值為10,參加擾動瞬間系統(tǒng)曲線有波動,但迅速恢復(fù)穩(wěn)定圖8.6轉(zhuǎn)速環(huán)的抗擾波形圖通過以上仿真分析,與理想的電動機(jī)起動特性相比,仿真的結(jié)果與理論設(shè)計(jì)具有差距.為什么會出現(xiàn)上述情況,從理論的設(shè)計(jì)過程中不難看出,由于在“典型系統(tǒng)的最正確設(shè)計(jì)法時(shí),將一些非線性環(huán)節(jié)簡化為線性環(huán)節(jié)來處理,如滯后環(huán)節(jié)近似為一階慣性,調(diào)節(jié)器的限幅輸出特性近似為線性環(huán)節(jié)等.經(jīng)過大量仿真調(diào)試,改變電流和轉(zhuǎn)速環(huán)調(diào)節(jié)器的參數(shù),兼顧電流、轉(zhuǎn)速超調(diào)量和起動時(shí)間性能指標(biāo).9、心得體會利用MATLAB上的SIMULINK仿真平臺對直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行理論設(shè)計(jì)與調(diào)