轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真

1、綜合訓(xùn)練項(xiàng)目一目：轉(zhuǎn)速一、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的5k,真學(xué) 期:專 業(yè)班 級(jí):姓 名:學(xué) 號(hào): 指導(dǎo)教師:遼寧工程技術(shù)大學(xué)成績評(píng)定表評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定合格不合格調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)方案正確性仿真模型搭建參數(shù)選擇仿真結(jié)果設(shè)計(jì)報(bào)告答辯內(nèi)容充實(shí)圖表清晰答辯效果總成績?nèi)掌谀?月日題目：轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真目的： 通過仿真，學(xué)生可以對(duì)各模塊性能、電路連接情況有所了解并直觀地看到仿真結(jié)果；通過對(duì)仿真參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，可以使學(xué)生了解參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)性能的影響。要求： 針對(duì)知識(shí)單元二的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器工程設(shè)計(jì)方法，利用 MATLAB/simulink 中的電力系統(tǒng)工具箱搭建系統(tǒng)仿

2、真模型，驗(yàn)證調(diào)節(jié)器工程設(shè)計(jì)方法得到的參數(shù)并合理調(diào)節(jié)參數(shù)，利用該模型學(xué)生可以分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的啟動(dòng)性能、系統(tǒng)突加減變負(fù)載運(yùn)行工況下的速度、電流及轉(zhuǎn)矩變化情況以及系統(tǒng)抗電網(wǎng)電壓等各種擾動(dòng)下的速度響應(yīng)。任務(wù):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：直流電動(dòng)機(jī)：220V , 136A , 1460r/min , Ce=0.132V min/r,允許過 載倍 數(shù) 1.5；晶閘管裝置放大系數(shù)ks 40 ；電樞回路總電阻R 0.5 ， Ts 0.0017s， 電磁時(shí)間常數(shù)Tl 0.03s， 機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm 0.18s，電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)Toi 0.002s ,電流

3、反饋系數(shù)0.05V/A,轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)0.05V?min/ r， 要求轉(zhuǎn)速無靜差，空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n 10% 。1 、采用工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器,建立各自的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型；2、用MATLAB/Simulink 仿真軟件建立電流環(huán)仿真模型；3、分析電流環(huán)不同參數(shù)下的仿真曲線；4、用MATLAB 建立轉(zhuǎn)速環(huán)仿真模型；5、分析轉(zhuǎn)速環(huán)空載啟動(dòng)、滿載啟動(dòng)、抗擾波形圖仿真曲線；6、針對(duì)仿真模型進(jìn)行演示答辯，考查其掌握程度工程設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器。按照設(shè)計(jì)多環(huán)控制系統(tǒng)先內(nèi)環(huán)后外環(huán)的一般原則， 從內(nèi)環(huán)開始，逐步向外擴(kuò)展，在雙閉環(huán)系 統(tǒng)中應(yīng)該先設(shè)計(jì)電流調(diào)

4、節(jié)器，然后再把整個(gè)電流環(huán)看做是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器中的一個(gè)環(huán) 節(jié)，在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示：電流調(diào)節(jié)器（內(nèi)環(huán)）把電流環(huán)等效成轉(zhuǎn)速環(huán)（外環(huán)）增加了濾波環(huán)節(jié)：電流濾波、轉(zhuǎn)速濾波和兩個(gè)給定信號(hào)的濾波環(huán)節(jié)， 由于電 流檢測信號(hào)中常含有交流分量，為了不使它影響到調(diào)節(jié)器的輸入，需加低通濾波。 這樣的濾波環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)可用一階慣性來表示其濾波時(shí)間常數(shù)Toi按需要選定，以濾平電流檢測信號(hào)為準(zhǔn)，然而在抑制交流分量的同時(shí)濾波環(huán)節(jié)也延遲了反饋信 號(hào)的作用，為了平衡這個(gè)延遲作用，在給定信號(hào)通道上加入一個(gè)同等時(shí)間常數(shù)的 慣性環(huán)節(jié)，其意義是讓給定信號(hào)和反饋信號(hào)經(jīng)過相同的延時(shí)，使二者在時(shí)間上得到恰當(dāng)?shù)呐浜?，?/p>

5、而帶來設(shè)計(jì)上的方便。ASR一、電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì):Ks/Rs(T1S 1)(Ts 1)電流環(huán)化簡后的結(jié)構(gòu)框圖其中Ti Ts Toi （近似處理） 式（1-1）1、電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇首先考慮把電流環(huán)校正成哪一類典型系統(tǒng)。 從穩(wěn)態(tài)要求上看，希望電流無靜 差，以得到理想的堵轉(zhuǎn)特性，由上圖可以看出采用典型 I型就夠了。再從動(dòng)態(tài)要 求上看，實(shí)際系統(tǒng)不允許電樞電流突加控制時(shí)有太大的超調(diào)， 以保證電流在動(dòng)態(tài) 過程中不超過允許值，而對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)的及時(shí)抗擾作用只是次要的因素。 為此, 電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主，即應(yīng)選用典型 I系統(tǒng)。電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性型的，要校正成典型I系統(tǒng)，顯然應(yīng)采用PI型的電流調(diào)節(jié)器，其

6、傳遞函數(shù)可以寫成：Wacr（s） Ki（ is 1） 式（1-2）is式中Ki-電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)i-電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。為了讓調(diào)節(jié)器零點(diǎn)與控制對(duì)象的大時(shí)間常數(shù)極點(diǎn)對(duì)消，選擇i = T （電磁時(shí)間常數(shù)） 式（1-3）所以i=0.03另：KiKiKsiR式（1-4 ）有題意可知：Ks=40 ;=0.05 ; R=0.5 ; i =0.03 ;K, ： R,所以 KiKJ_±R 0.0075Ki 式（1-5）Ks1）、當(dāng)超調(diào)量0% 時(shí)：KiT i 0.25 式（1-6）由式（1-1）得：Ti Ts L =0.0017+0.002=0.0037由式（1-5 ）和（1-6 ）得：Ki

7、0.25*0.0075Ti0.507=0.03Wacr（S）0.015s 0.5070.03s仿真模型為:toaJ仿真波形為:2501current電流曲線200150100500.020.060.04 t/(s)0.08可見圖像是沒有超調(diào)的;2）、當(dāng)超調(diào)量1.5% 時(shí):KiTi0.39 式(1-7)由式(1-1 )得：T i Ts Toi =0.0017+0.002=0.0037由式（1-5 ）和（1-7 ）得：Ki0.39*0.0075Ti0.791=0.03Wacr ( s)0.024s 0.7910.03s仿真模型為:仿真波形為:可見是有一點(diǎn)超調(diào)的；3）、當(dāng)超調(diào)量4.3% 時(shí)：KiTi

8、 0.50 式（1-8 ）由式(1-1)得：Ti Ts % =0.0017+0.002=0.0037由式（1-5 ）和（1-8 ）得：Ki0.50*0.0075Ti1.014=0.03Wacr ( S)0.03s 1.0140.03s仿真模型為:仿真波形為:currentJT! i /250200A 150 e u 10050 000.020.040.060.08t/（s）電流曲線可見超調(diào)變大；4）、當(dāng)超調(diào)量 9.5% 時(shí)：KiTi 0.69 式（1-9 ）由式（1-1）得：Ti Ts % =0.0017+0.002=0.0037由式（1-5 ）和（1-9 ）得：Ki0.69*0.0075Ti

9、1.399=0.03WACR （ S）0.042s 1.3990.03s仿真模型為:仿真波形為:可見超調(diào)變大;5）、當(dāng)超調(diào)量 16.3%時(shí)：KiTi 1.0 式（1-9）由式(1-1)得：Ti Ts % =0.0017+0.002=0.0037由式（1-5 ）和（1-9 ）得：Ki1.0*0.0075Ti2.027=0.03Wacr ( S)0.061s 2.0270.03s仿真模型為:3d11仿真波形為:可見超調(diào)變大；二、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)電流環(huán)等效閉環(huán)傳遞函數(shù)WcliId(s)*Ui(s)/Is 1Ki因此電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)接入轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，電流環(huán)等效環(huán)節(jié)的輸入量應(yīng)為 5(s),中應(yīng)等效為：Id(s

10、)Wcli(s)*Ui(s)1，、 一 .取 9.5% 時(shí)：KIT i 0.69 ; 一 0.00536 式(2-1 ) Ki轉(zhuǎn)速環(huán)化簡后的框圖為:轉(zhuǎn)速環(huán)化簡后結(jié)構(gòu)圖1其中T nTon （小慣性環(huán)節(jié)近似計(jì)算）式（2-2 ） Ki為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，在負(fù)載擾動(dòng)作用點(diǎn)前必須有一個(gè)積分環(huán)節(jié)， 它應(yīng)該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR中，現(xiàn)在擾動(dòng)作用點(diǎn)后面已經(jīng)有了一個(gè)積分環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個(gè)積分環(huán)節(jié),所以應(yīng)該設(shè)計(jì)成典型II型系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時(shí)也能滿足動(dòng)態(tài)抗擾性能好的要求。因此ASR也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為:Wasr(S)Kn( ns ”式(2-3)ns式中Kn-轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù);

11、n-轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)則調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為Kn( ns 1) Wn(s)ns*CeTms(T ns 1)Kn R( ns 1) c r- 2,r- n CeTms (T ns 1)令轉(zhuǎn)速開環(huán)增益KnKn R 式(2-4 )n CeTmn hTn1由式（2-2 ）知T n Ton題中沒有給出Ton ，我們不妨取0.002 Ki因此Tn 0.00536 0.002 0.00736;式（2-5）所以：n 0.00736h 式（2-6）因?yàn)镵nh 1由式 2-4）知 Kn 2hTnnCeTm因?yàn)閚 hTn所以Kn（h 1） CeTm2hRTn由題意可知：0.05; Ce 0.132; Tm 0.18;0.05; R=0.5 ;再由式（2-5 ）知Tn 0.00736 ；.1,、所以 Kn 3.23（1 h）式（2-7）一般h=5時(shí)：由式（2-6）和式（2-7 ）得n 0.0368 ;Kn 3.876 ;Wasr（S）0.1426s 3.8760.0368s仿真模型為:空載仿真設(shè)計(jì)：設(shè)置load階躍信號(hào)Initial value 的值為0; Final value的值為0;進(jìn)行仿真空載仿真圖:滿載仿真設(shè)計(jì)：設(shè)置load階躍信號(hào)的Step time為0,; Initial value 的值為0;Final value的值為136 ;