雙閉環(huán)直流可逆調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真

雙閉環(huán)直流可逆調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真雙閉環(huán)直流可逆調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真22/22雙閉環(huán)直流可逆調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真精選文檔V-M雙閉環(huán)直流可逆調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真設(shè)計任務(wù)與分析有很多生產(chǎn)機械要求電動機既能正轉(zhuǎn)，又能反轉(zhuǎn)，并且常常還需要快速地起動和制動，這就需要電力拖動系統(tǒng)擁有四象限運轉(zhuǎn)的特色，也就是說，需要可逆的調(diào)速系統(tǒng)。本設(shè)計是V-M雙閉環(huán)直流可逆調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真，主要包含可逆部分和雙閉環(huán)直流調(diào)速部分?？赡娌糠帜軌蛴蓛山M晶閘管可控整流裝置反并聯(lián)實現(xiàn)，經(jīng)過控制電路和觸發(fā)電路來實現(xiàn)整流與逆變的變換。而設(shè)計要求調(diào)速系統(tǒng)能進(jìn)行圓滑的速度調(diào)理，擁有較寬的調(diào)速范圍（D≥10），系統(tǒng)在工作范圍內(nèi)能堅固工作，系統(tǒng)靜特色優(yōu)秀，動向性能指標(biāo)要求轉(zhuǎn)速超調(diào)量δn＜10%，電流超調(diào)量δi＜5%，動向速降n≤10%，調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程時間（調(diào)理時間）ts≤1s，系統(tǒng)在5%負(fù)載以上變化的運轉(zhuǎn)范圍內(nèi)電流連續(xù)，這些能夠按雙閉環(huán)直流調(diào)速部分的知識設(shè)計電流調(diào)理器和轉(zhuǎn)速調(diào)理器來實現(xiàn)。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)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)，采納轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可獲取優(yōu)秀的靜、動向調(diào)速特色。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的控制規(guī)律、性能特色和設(shè)計方法是各樣交、直流電力拖動自動控制系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)，所以掌握直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)關(guān)于電力拖動控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)有很重要的作用。針對本設(shè)計的仿真，應(yīng)用軟件MATLAB的Simulink軟件包，Simulink是實現(xiàn)動向系統(tǒng)建模，仿真的一個集成環(huán)境。它使MATLAB的功能獲取進(jìn)一步擴(kuò)展。它供給的豐富功能塊，能夠快速的創(chuàng)立動向系統(tǒng)模型；實現(xiàn)了但是換建模，用戶能夠經(jīng)過簡單的鼠標(biāo)操作成立直觀模型進(jìn)行仿真；實現(xiàn)了多工作環(huán)境間文件互用和數(shù)據(jù)互換。使用MATLAB中的Simulink任務(wù)，依據(jù)各個環(huán)節(jié)的函數(shù)模型，成立數(shù)學(xué)仿真模型，進(jìn)行系統(tǒng)仿真。本課程設(shè)計就要求聯(lián)合給定的初始條件來達(dá)成直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計，此中包含繪制該調(diào)速系統(tǒng)的原理圖，對換節(jié)器進(jìn)行工程設(shè)計，選擇調(diào)理器的參數(shù)等。要實現(xiàn)直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計需先對控制系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理有必然深入的理解，弄清楚調(diào)速系統(tǒng)每個構(gòu)成部分的作用，弄清楚轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)的工作原理，合理選擇調(diào)理器的參數(shù)以便進(jìn)行合理的工程設(shè)計并進(jìn)行仿真。。1精選文檔系統(tǒng)原理本設(shè)計是V-M雙閉環(huán)直流可逆調(diào)速系統(tǒng)，主要包含可逆部分和雙閉環(huán)直流調(diào)速部分?？赡娌糠帜軌?qū)崿F(xiàn)電動機既能正轉(zhuǎn)，又能反轉(zhuǎn)，這就需要電力拖動系統(tǒng)擁有四象限運轉(zhuǎn)的特色，直流調(diào)速部分能夠?qū)崿F(xiàn)快速地起動和制動以及知足其余性能指標(biāo)等。2.1可逆系統(tǒng)原理2.1.1可逆原理改變電樞電壓的極性，或許改變勵磁磁通的方向，都能夠改變直流電機的旋轉(zhuǎn)方向，這原來是很簡單的事。但是當(dāng)電機采納電力電子裝置供電時，因為電力電子器件的單導(dǎo)游電性，問題就變得復(fù)雜起來了，需要專用的可逆電力電子裝置和自動控制系統(tǒng)。中、小功率的可逆直流調(diào)速系統(tǒng)多采納由電力電子功率開關(guān)器件構(gòu)成的橋式可逆PWM變換器。較大功率的可逆直流直流調(diào)速系統(tǒng)多采納晶閘管——電動機系統(tǒng)。因為晶閘管的單導(dǎo)游電性，需要可逆運轉(zhuǎn)時常常采納兩組晶閘管可控直流裝置反并聯(lián)的可逆線路，如圖2-1所示。圖2-1兩組晶閘管可控整流裝置反并聯(lián)可逆線路電動機正轉(zhuǎn)時，由正組晶閘管裝置VF供電；反轉(zhuǎn)時，由反組晶閘管裝置VR供電。兩組晶閘管分別由兩套觸發(fā)裝置控制，都能靈巧地控制電動機的起、制動和升、降速。但是，不一樣樣意讓兩組晶閘管同時處于整流狀態(tài)，不然將造成電源短路，所以對控制電路提出了嚴(yán)格的要求。。2精選文檔2.1.2V-M系統(tǒng)的回饋制動在兩組晶閘管反并聯(lián)線路的V-M系統(tǒng)中，晶閘管裝置能夠工作在整流或有源逆變狀態(tài)。當(dāng)控制角為900，晶閘管裝置處于整流狀態(tài)；當(dāng)控制角為900，晶閘管裝置處于逆變狀態(tài)。在電流連續(xù)的條件下，晶閘管裝置的均勻理想空載輸出電壓為Ud0mUmsinπcosUd0maxcosπm所以在整流狀態(tài)中，Ud0為正當(dāng)；在逆變狀態(tài)中，Ud0為負(fù)值。為了方便起見，定義逆變角180，則逆變電壓公式可改寫為Udo－Ud0maxcos現(xiàn)以正組晶閘管裝置整流和反組晶閘管裝置逆變成例，說明兩組晶閘管裝置反并聯(lián)可逆線路的工作原理。2.1.3兩組SCR反并聯(lián)的整流和逆變正組晶閘管裝置VF整流VF處于整流狀態(tài)：此時，f900，Ud0fE，n0，電機從電路輸入能量作電動運轉(zhuǎn)，如圖2-2所示。圖2-2兩組晶閘管反并聯(lián)可逆V-M系統(tǒng)的正組整流和反組逆變狀態(tài)反組晶閘管裝置VR逆變當(dāng)電動機需要回饋制動時，因為電機反電動勢的極性未變，要回饋電能必然產(chǎn)生反向電流，而反向電流是不可以能經(jīng)過VF流通的。這時，能夠利用控制電路切換到反組晶閘管裝置VR，并使它工作在逆變狀態(tài)。VR處于逆變狀態(tài)：此時，r900，EUdr0，n0，電機輸出電能實現(xiàn)回饋制動。。3精選文檔圖2-3兩組晶閘管反并聯(lián)可逆V-M系統(tǒng)的反組逆變狀態(tài)整流狀態(tài)：V-M系統(tǒng)工作在第一象限，逆變狀態(tài)：V-M系統(tǒng)工作在第二象限。2.1.4V-M系統(tǒng)的四象限運轉(zhuǎn)在可逆調(diào)速系統(tǒng)中，正轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)時可利用反組晶閘管實現(xiàn)回饋制動，反轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)時相同可以利用正組晶閘管實現(xiàn)回饋制動。這樣，采納兩組晶閘管裝置的反并聯(lián)，即可實現(xiàn)電動機的四象限運轉(zhuǎn)。概括起來，可將可逆線路正反轉(zhuǎn)時晶閘管裝置和電機的工作狀態(tài)列于表2-1中.表2-1V-M系統(tǒng)反并聯(lián)可逆線路的工作狀態(tài)=配合控制電路采納兩組晶閘管反并聯(lián)的可逆V-M系統(tǒng)，假如兩組裝置的整流電壓同時出現(xiàn)，便會產(chǎn)生不流過負(fù)載而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流，稱作環(huán)流。一般地說，這樣的環(huán)流對負(fù)載無益，驀地加重晶閘管和變壓器的負(fù)擔(dān)，耗費功率，環(huán)流太大時會致使晶閘管損。4精選文檔壞，所以應(yīng)當(dāng)予以控制或除去。在兩組晶閘管反并聯(lián)的可逆V-M系統(tǒng)中，假如讓正組VF和反組VR都處于整流狀態(tài)，兩組的直流均勻電壓正負(fù)相連，必然產(chǎn)生較大的直流均勻環(huán)流。為了防備直流均勻環(huán)流的產(chǎn)生，需要采納必需的舉措，比方：采納封閉觸發(fā)脈沖的方法，在任何時候，只贊成一組晶閘管裝置工作；采納配合控制的策略，使一組晶閘管裝置工作在整流狀態(tài)，另一組則工作在逆變狀態(tài)。為了防備產(chǎn)生直流均勻環(huán)流，應(yīng)應(yīng)當(dāng)正組處于整流狀態(tài)時，逼迫讓反組處于逆變狀態(tài)，且控制其幅值與之相等，用逆變電壓把整流電壓頂住，則直流均勻環(huán)流為零。于是Ud0r－Ud0f因為，Ud0fUd0maxcosaf，Ud0rUd0maxcosar，此中f和r分別為VF和VR的控制角。因為兩組晶閘管裝置相同，兩組的最大輸出電壓Ud0max是相同的，所以，當(dāng)直流均勻環(huán)流為零時，應(yīng)有cosarcosaf或araf1800假如反組的控制用逆變角r表示，則fr所以可知，按上式來控制就能夠除去直流均勻環(huán)流，這稱作配合控制。為了更靠譜地除去直流均勻環(huán)流，可采納fr2.3調(diào)速系統(tǒng)原理2.3.1調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)置了兩個調(diào)理器,即轉(zhuǎn)速調(diào)理器(ASR)和電流調(diào)理器(ACR),分別調(diào)理轉(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)。轉(zhuǎn)速調(diào)理器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)理器，它使轉(zhuǎn)速n很快地跟從給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時可減小轉(zhuǎn)速偏差，假如采納PI調(diào)理器，則可實現(xiàn)無靜差；對負(fù)載變化起抗擾作用；其輸出限幅值決定電機贊成的最大電流。電流調(diào)理器作為內(nèi)環(huán)的調(diào)理器，在外環(huán)轉(zhuǎn)速的調(diào)理過程中，它的作用是使電流牢牢跟隨其給定電壓（即外環(huán)調(diào)理器的輸出量）變化；對電網(wǎng)電壓的顛簸起實時抗擾的作用；在轉(zhuǎn)速動向過程中，保證獲取電機贊成的最大電流，進(jìn)而加快動向過程；當(dāng)電機過載甚至堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護(hù)作用；一旦故障消逝，系統(tǒng)立刻自動恢。5精選文檔復(fù)正常；這個作用對系統(tǒng)的靠譜運轉(zhuǎn)來說是十分重要的。二者之間推行嵌套連結(jié)，且都帶有輸出限幅電路。轉(zhuǎn)速調(diào)理器ASR的輸出限幅電壓Uim*決定了電流給定電壓的最大值；電流調(diào)理器ACR的輸出限幅電壓Ucm限制了電力電子變換器的最大輸出電壓Udm。因為調(diào)速系統(tǒng)的主要被控量是轉(zhuǎn)速,故把轉(zhuǎn)速負(fù)反應(yīng)構(gòu)成的環(huán)作為外環(huán),以保證電動機的轉(zhuǎn)速正確跟從給定電壓,把由電流負(fù)反應(yīng)構(gòu)成的環(huán)作為內(nèi)環(huán),把轉(zhuǎn)速調(diào)理器的輸出看作電流調(diào)理器的輸入，再用電流調(diào)理器的輸出去控制電力電子變換器UPE，這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。如圖2-4所示：電流檢測UiUUn*+n給定電壓-Un

速度調(diào)理器

Ui*-+

電流Uc三相集成三相Ud調(diào)理器觸發(fā)器全控橋轉(zhuǎn)速檢測

直流電動機

n圖2-4直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)為了獲取優(yōu)秀的靜、動向性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)理器一般都采納PI調(diào)理器。這樣構(gòu)成的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)由給定電壓、轉(zhuǎn)速調(diào)理器、電流調(diào)理器、三相集成觸發(fā)器、三相全控橋、直流電動機及轉(zhuǎn)速、電流檢測裝置構(gòu)成，此中主電路中串入平波電抗器，以控制電流脈動，除去因脈動電流惹起的電機發(fā)熱以及產(chǎn)生的脈動轉(zhuǎn)矩對生產(chǎn)機械的不利影響啟動環(huán)節(jié)原理分析由前面分析可知，設(shè)置轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的重要目的是實現(xiàn)快速的起動過程。在當(dāng)系統(tǒng)土家給定電壓Un*由靜止?fàn)顟B(tài)起動過程中，轉(zhuǎn)速調(diào)理器ASR經(jīng)歷了不飽和，飽和，退飽和三種狀況，把起動過程分為三個階段，如圖2-5所示。6精選文檔圖2-5雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動時的轉(zhuǎn)速和電流波形（1）第I階段電流上漲的階段（0—t1）當(dāng)突加給定電壓Un*后，Id上漲，調(diào)理器的跟從作用使各參數(shù)上漲，當(dāng)Id小于負(fù)載電流Idl時，電機還不可以夠轉(zhuǎn)動。當(dāng)IdIdl后，電機開始起動，因為機電慣性作用，轉(zhuǎn)速不會很快增添，所以轉(zhuǎn)速調(diào)理器ASR的輸入偏差電壓的數(shù)值仍較大，其輸出電壓保持限幅值Uim*，逼迫電流Id快速上漲。直到Id=Idm，Ui=Uim*電流調(diào)理器很快就壓制Id的增添。在此過程中ASR很快進(jìn)入并保持飽和狀態(tài)，ACR一般不飽和。（）第II階段恒流升速階段（t1—t2）2在這個階段中，ASR素來是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)，系統(tǒng)成為在恒值電流Uim*給定下的電流調(diào)理系統(tǒng)，基本上保持電流Id恒定，所以系統(tǒng)的加快度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長。同時，電機的反電動勢E也按線性增添，對電流調(diào)理系統(tǒng)產(chǎn)生一個線性漸增的擾動量，為了戰(zhàn)勝它的擾動，Ud0和Uc也須按線性增添，才能保持Id恒定。ACR采納PI調(diào)理器，要使其輸出量按線性增添，其輸入偏差電壓必然保持必然的恒值，即Id應(yīng)略低于Idm。（）第階段轉(zhuǎn)速調(diào)理階段（t2今后）3III當(dāng)轉(zhuǎn)速上漲到給定值時，轉(zhuǎn)速調(diào)理器ASR的輸入偏差減少到零，但其輸出卻因為積分作用還保持在限幅值Uim*，所以電機仍在加快，使轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR輸入偏差電壓變負(fù)，使它開始退出飽和狀態(tài)，Ui*和Id很快降落。只需Id仍大于負(fù)載電流IdL，轉(zhuǎn)速就連續(xù)上漲。直到Id=Idl時，轉(zhuǎn)速n才抵達(dá)峰值。今后，電動機開始在負(fù)載的阻力下。7精選文檔減速，Id<Idl，直到堅固。在最后的轉(zhuǎn)速調(diào)理階段內(nèi)，ASR和ACR都不飽和，ASR起主導(dǎo)的轉(zhuǎn)速調(diào)理作用，ACR則力爭使Id趕快地跟從其給定值Ui*，電流內(nèi)環(huán)是一個電流隨動子系統(tǒng)。綜上所述，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動過程有以下三個特色：飽和非線性控制；轉(zhuǎn)速超調(diào)；準(zhǔn)時間最優(yōu)控制。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特色在負(fù)載電流小于Idm時表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，轉(zhuǎn)速負(fù)反應(yīng)起主要調(diào)理作用。當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到Idm后，轉(zhuǎn)速調(diào)理器飽和，電流調(diào)理器起主要調(diào)理作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差，獲取過電流的自動保護(hù)。2.4系統(tǒng)原理框圖為了實現(xiàn)配合控制，可將兩組晶閘管裝置的觸發(fā)脈沖零位都定在90°，即當(dāng)控制電壓Uc0時，使fr90，此時Ud0fUd0r0，電機處于停止?fàn)顟B(tài)。增大控制電壓Uc移相時，只需使兩組觸發(fā)裝置的控制電壓大小相等符號相反就能夠了。這樣的觸發(fā)控制電路圖如圖2-6。圖2-6=配合控制可逆V-M系統(tǒng)原理框圖主電路采納兩組三相橋式晶閘管裝置反并聯(lián)的可逆線路，此中：正組晶閘管VF，由GTF控制觸發(fā)，正轉(zhuǎn)時，VF整流；反轉(zhuǎn)時，VF逆變。反組晶閘管VR，由GTR控制觸發(fā)，反轉(zhuǎn)時，VR整流；正轉(zhuǎn)時，VR逆變?？刂齐娐凡杉{典型的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，此中：轉(zhuǎn)速調(diào)理器ASR控制轉(zhuǎn)速，設(shè)置雙向輸出限幅電路，以限制最大起制動電流；電流調(diào)理器ACR控制電流，設(shè)置雙向輸出限幅電路，以限制最小控制角min與最小逆變角min。。8精選文檔直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電路設(shè)計轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動向構(gòu)造圖如圖3-1所示：圖3-1直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動向構(gòu)造圖因為電流檢測信號中常含有溝通重量，為了不使它影響到調(diào)理器的輸入，需加低通濾波。這樣的濾波傳達(dá)函數(shù)可用一階慣性環(huán)節(jié)來表示，其濾波時間常數(shù)Toi按需要選定，以濾平電流檢測信號為準(zhǔn)。但是，在控制溝通重量的同時，濾波環(huán)節(jié)也延緩了反應(yīng)信號的作用，為了均衡這個延緩作用，在給定信號通道上加入一個等時間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié)，稱作給定濾波環(huán)節(jié)。由測速發(fā)電機獲取的轉(zhuǎn)速反應(yīng)電壓含有換向紋波，所以也需要濾波，濾波時間常數(shù)用Ton表示，依據(jù)和電流環(huán)相同的道理，在轉(zhuǎn)速給定通道上也加入時間常數(shù)為Ton的給定濾波環(huán)節(jié)。系統(tǒng)設(shè)計的一般原則是：先內(nèi)環(huán)后外環(huán)。在這里，第一設(shè)計電流調(diào)理器，此后把整個電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)理系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)，再設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)理器。3.1V-M主電路的設(shè)計3.1.1主電路設(shè)計晶閘管-電動機調(diào)速系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)）主電路原理圖如圖3-2所示。圖中由晶閘管組成三相全控橋式整流電路，同時設(shè)有過電壓和過電流保護(hù)電路。經(jīng)過調(diào)理觸發(fā)裝置的控制電壓Uc來挪動脈沖的相位，即可改變均勻整流電壓Ud，進(jìn)而實現(xiàn)圓滑調(diào)速。。9精選文檔圖3-2V-M雙閉環(huán)直流可逆調(diào)速系統(tǒng)主電路原理圖3.1.2主電路參數(shù)計算Ud2.34U2cosUdUN220V，取0oU2Ud(1~1.2)2202.34cos0o此中系數(shù)0.9為電網(wǎng)顛簸系數(shù)，系數(shù)為考慮各樣要素的安全系數(shù)，這里取1.1。電動勢系數(shù)CeUNINRa2202870.1275Vmin/rnN1500平波電抗器LU25.5488mH，取。Idmin0.05287此中Idmin(5%~10%)IN，這里取5%，Unm*80.00533V?min/rnmax1500Uim*Uim*80.0186V/AIdbl1.5IN287。10精選文檔3.2電流調(diào)理器3.2.1電流調(diào)理器設(shè)計含給定濾波與反應(yīng)濾波的PI型電流調(diào)理器如圖3-3所示：圖3-3含給定濾波與反應(yīng)濾波的PI型電流調(diào)理器此中Ui*為電流給定電壓，Id為電流負(fù)反應(yīng)電壓，Uc為電力電子變換器的控制電壓。3.2.2電流調(diào)理器參數(shù)選擇確準(zhǔn)時間常數(shù)1）三相橋式電路的均勻失控時間為Ts0.0017s。2）電流濾波時間常數(shù)本設(shè)計初始條件已給出，即Toi0.002s。3）電流環(huán)小時間常數(shù)之和TiTsToi0.0037s。選擇電流調(diào)理器構(gòu)造依據(jù)設(shè)計要求：穩(wěn)態(tài)無靜差,超調(diào)量i5%，可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計電路調(diào)理器。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，所以可用PI型電流調(diào)理器其傳達(dá)函數(shù)為：Ki(is1)WACR(s)siL0.037s。電磁時間常數(shù)TlR檢核對電源電壓的抗擾性能：Tl0.037s，參照典型I型系統(tǒng)動向抗擾性能指Ti100.0037s標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系表格，可知各項指標(biāo)都是能夠接受的。。11精選文檔計算電流調(diào)理器參數(shù)電流調(diào)理器超前時間常數(shù)：iTl0.037s。電流環(huán)開環(huán)增益：要求i5%時，應(yīng)取KITi0.5，所以KI135.1s1Ti0.0037sACR的比率系數(shù)為KIiRKi40Ks4.查驗近似條件電流環(huán)截止頻次：ciKI135.1s1機電時間常數(shù)初始條件已給出Tm0.12s。1）晶閘管整流裝置傳達(dá)函數(shù)的近似條件11196.1s1ci3Ts30.0017s知足近似條件。2）忽視反電動勢變化對電流環(huán)動向影響的條件313145s1ciTmTl知足近似條件。3）電流環(huán)小時間常數(shù)近似辦理條件1111180.8s1ci3TsToi3知足近似條件。5.計算調(diào)理器電阻和電容由圖3-4，按所用運算放大器取R040k，各電阻和電容值為RiKiR040k，取54kCii3F0.925uF，取Ri4010Coi4Toi4，取R040103依據(jù)上述參數(shù)，電流環(huán)能夠達(dá)到的動向跟從性能指標(biāo)為i4.3%5%，知足設(shè)計要求。。12精選文檔3.3轉(zhuǎn)速調(diào)理器3.3.1轉(zhuǎn)速調(diào)理器設(shè)計含給定濾波與反應(yīng)濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)理器如圖3-4所示：圖3-4含給定濾波與反應(yīng)濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)理器此中Un*為轉(zhuǎn)速給定電壓，n為轉(zhuǎn)速負(fù)反應(yīng)電壓，Ui*：調(diào)理器的輸出是電流調(diào)理器的給定電壓。3.3.2轉(zhuǎn)速調(diào)理器參數(shù)選擇1.確準(zhǔn)時間常數(shù)1）電流環(huán)等效時間常數(shù)120.0037s0.0074s2TiKI2）轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)本設(shè)計初始條件已給，即Ton3）轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)Tn10.0074s0.012s0.0194sTonKI2.選擇轉(zhuǎn)速調(diào)理器構(gòu)造依據(jù)設(shè)計要求，采納PI調(diào)理器，其傳達(dá)函數(shù)為RKn(ns1)KnR(ns1)Wn(s)nsCeTms(Tns1)nCeTms2(Tns1)。13精選文檔計算轉(zhuǎn)速調(diào)理器參數(shù)按跟平和抗擾性能都較好的原則，取h5，則ASR的超前時間常數(shù)為nhTn5轉(zhuǎn)速開環(huán)增益KNh1251s2318.8s22h2T2n520.01942(h1)CeTm(51)ASR的比率系數(shù)為Kn2112hRTn4.查驗近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻次cnKNKNn0.097s130.9s111）電流環(huán)傳達(dá)函數(shù)簡化條件為1KI1135.1s163.7s1cn3Ti3知足簡化條件。2）轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似辦理條件為1KI1s135.37s1cn3Ton3知足簡化條件。5.計算調(diào)理器電阻和電容取R040k，則RnKnR01140k440k，取33kCnn3F0.206uF，取Rn47010Con4Ton43F1.2uF，取R04010校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量當(dāng)h5時，n37.6%，不可以夠知足設(shè)計要求。應(yīng)按ASR退飽和的狀況從頭計算超調(diào)量。按ASR退飽和從頭計算超調(diào)量。14精選文檔過載倍數(shù)IdmIdblIdNIdNCmaxnNTnn2()(z)281.2%21.16%8%Cbn*Tm1500能知足設(shè)計要求。3.4轉(zhuǎn)速檢測電路設(shè)計轉(zhuǎn)速的檢測可把Un接到一個測速發(fā)電機上即可檢測轉(zhuǎn)速，如圖3-5所示：RP4UnTGU2.圖3-5轉(zhuǎn)速檢測電路3.5電流檢測電路設(shè)計使用霍爾電流傳感器能夠檢測電流，把Ui接到霍爾傳感器上。霍爾效應(yīng)傳感器，能夠丈量隨意波形的電流和電壓。輸出端能真切地反應(yīng)輸入端電流或電壓的波形參數(shù)。如圖3-6所示：圖3-6電流檢測電路。15精選文檔系統(tǒng)建模與仿真?zhèn)鬟_(dá)函數(shù)依據(jù)以上的計算能夠?qū)懗龈鱾€部分的傳達(dá)函數(shù)，傳達(dá)函數(shù)以下：轉(zhuǎn)速調(diào)理器：11(0.097s1)11sWASR(s)轉(zhuǎn)速濾波：

s11WTon(s)0.012s1Tons1電流調(diào)理器：WACR(s)電流濾波：

s11WToi(s)0.002s1Tois1電力變換裝置：Ks40WS(s)0.0017s1Tss1電壓與電流間的傳達(dá)函數(shù)：WS21/R(s)0.03s10.03s1Tls1電流與電動勢之間的傳達(dá)函數(shù)：RWS1(s)Tms0.12s轉(zhuǎn)速反應(yīng)傳達(dá)函數(shù)：aWnf(s)Ton1電流反應(yīng)傳達(dá)函數(shù)：Wif(s)Toi1。16精選文檔4.2雙閉環(huán)建模依據(jù)計算出來的傳達(dá)函數(shù)和圖3-1的系統(tǒng)動向原理框圖，能夠在Simulink中成立數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行仿真，詳盡的正啟動數(shù)學(xué)仿真模型如圖4-1所示。反啟動的數(shù)學(xué)模型和正啟動的差異不大，只需要改正它們的仿真輸入信號和限幅環(huán)節(jié)就能夠了。圖4-1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)仿真模型有關(guān)于圖3-1的系統(tǒng)動向原理框圖而言，加上了一個限幅環(huán)節(jié)，在仿真中電流調(diào)理器和轉(zhuǎn)速調(diào)理器的輸出都需要設(shè)置限幅環(huán)節(jié)，僅選擇限幅元件是不夠的，對轉(zhuǎn)速調(diào)理器進(jìn)行特別辦理。模型如圖4-2。圖4-2限幅環(huán)節(jié)原由是為了湊近實質(zhì)的物理系統(tǒng)，實質(zhì)的限幅環(huán)節(jié)起作用后，PI調(diào)理器的輸出端的值也就固定為限幅值，不會在由積分效應(yīng)不停增添。對轉(zhuǎn)速PI調(diào)理器引入負(fù)反應(yīng)，作用是在限幅元件起作用時使限幅元件輸入輸出相等，輸出不飽和限幅元件不起作用時，限幅元件輸出隨輸入積分增添，實現(xiàn)限幅過程。。17精選文檔4.3雙閉環(huán)仿真針對本設(shè)計的仿真，應(yīng)用軟件MATLAB的Simulink軟件包，Simulink是實現(xiàn)動向系統(tǒng)建模，仿真的一個集成環(huán)境。它使MATLAB的功能獲取進(jìn)一步擴(kuò)展。它供給的豐富功能塊，能夠快速的創(chuàng)立動向系統(tǒng)模型；實現(xiàn)了但是換建模，用戶能夠經(jīng)過簡單的鼠標(biāo)操作成立直觀模型進(jìn)行仿真；實現(xiàn)了多工作環(huán)境間文件互用和數(shù)據(jù)互換。使用MATLAB中的Simulink任務(wù)，依據(jù)各個環(huán)節(jié)的函數(shù)模型，和圖3-3的動向框圖以及圖4-2的數(shù)學(xué)仿真模型，進(jìn)行系統(tǒng)仿真。仿真結(jié)果如圖4-3。圖4-3正啟動轉(zhuǎn)速、電流仿真圖圖4-4反啟動轉(zhuǎn)速、電流仿真圖。18精選文檔4.4仿真波形分析比較圖2-6和仿真圖4-4能夠知道仿真結(jié)果和預(yù)期結(jié)果相同。在電動機正啟動時，系統(tǒng)突加給定電壓Un*后，ASR的輸入偏差數(shù)值很大，輸出電壓保持在限幅值，逼迫電樞電流快速上漲，所以能夠看到圖4-3中電流波形快速上漲，但是當(dāng)電流小于負(fù)載電流從前，電動機不可以夠啟動，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速的波形幾乎沒有變化；當(dāng)電流上漲到大概Idm時，電流調(diào)理器控制電流的快速增添，能夠看到圖中電流降落，ASR進(jìn)入并保持飽和狀態(tài)。在恒值電流給定下的電流調(diào)理系統(tǒng)使得電流保持在最大電流值，使得轉(zhuǎn)速快速上升，如圖中所示電流波形直線上漲。當(dāng)轉(zhuǎn)速上漲到給定值后，轉(zhuǎn)速因為慣性連續(xù)上漲，如圖中電壓波形所示，使得反應(yīng)電壓為負(fù)值，ASR開始退出飽和，轉(zhuǎn)速獲取控制，出現(xiàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量。相應(yīng)的電流也跟著快速降落到額定電流，對應(yīng)于圖中的轉(zhuǎn)速上漲到額定值1500r/min后，電流快速降落到額定電流287A，今后進(jìn)入堅固運轉(zhuǎn)。反啟動亦是這樣，在此不再一一贅述。4.5綜合動向性能分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動向性能包含動向跟從性能和動向抗擾性能。雙閉環(huán)系統(tǒng)的動向性能比轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)有了提高。動向跟從性能，電流負(fù)反應(yīng)能夠?qū)Q內(nèi)的傳達(dá)函數(shù)加以改造，使等效時間常數(shù)減小，經(jīng)過電流環(huán)改造后的等效環(huán)節(jié)作為轉(zhuǎn)速調(diào)理器的被控對象，使得轉(zhuǎn)速環(huán)的動向跟從性能得到顯然改良。動向抗繞性能。抗負(fù)載擾動性能：從雙閉環(huán)系統(tǒng)的動向構(gòu)造圖中能夠看出，負(fù)載擾動作用在電流環(huán)今后，和單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)相同，只好靠轉(zhuǎn)速調(diào)理器來控制。但是因為電流環(huán)改變了環(huán)內(nèi)的傳達(dá)函數(shù)，使得它更有益于轉(zhuǎn)速外環(huán)的控制，所以提高了系統(tǒng)對負(fù)載擾動的抗擾性能?？闺娋W(wǎng)電壓擾動：電網(wǎng)電壓擾動和負(fù)載擾動作用點在系統(tǒng)動向構(gòu)造圖中的地點不一樣樣，系統(tǒng)相應(yīng)的動向抗擾性能也不一樣樣。在雙閉環(huán)中電網(wǎng)電壓擾動被包圍在電流環(huán)內(nèi)，當(dāng)電網(wǎng)的電壓顛簸時，能夠經(jīng)過電流反應(yīng)實時獲取控制，當(dāng)電網(wǎng)電壓擾動上漲，Ud0上漲，Id上漲，Ui上漲，UiUi*Ui上漲，Uct降落，Udo降落。所以能有效的提系統(tǒng)對電網(wǎng)電壓擾動的抗擾功能。綜上所述，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電流內(nèi)環(huán)能夠改造環(huán)內(nèi)的傳達(dá)函數(shù)，使得她更有益于轉(zhuǎn)速外環(huán)的控制，提高了動向跟從性能和對負(fù)載擾動的抗擾性能。內(nèi)環(huán)還能夠夠?qū)崟r控制環(huán)內(nèi)電網(wǎng)電壓顛簸。。19精選文檔總結(jié)5.1設(shè)計總結(jié)本設(shè)計對V-M雙閉環(huán)直流可逆調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真進(jìn)行了深入研究，此V-M雙閉環(huán)直流可逆調(diào)速系統(tǒng)主要由可逆部分和直流雙閉環(huán)調(diào)速構(gòu)成。本設(shè)計的可逆部分采納兩組晶閘管可控直流裝置反并聯(lián)的可逆線路；直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計主要包含雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的基本構(gòu)成以及其靜態(tài)、動向特色；ASR、ACR（速度、電流調(diào)理器）為了知足系統(tǒng)的動向、靜態(tài)指標(biāo)在構(gòu)造上的采納，包含其參數(shù)的計算；直流電動機數(shù)學(xué)模型的成立，參數(shù)的計算等。第一是整體方案設(shè)計，依據(jù)題目要求確立可逆部分和直流調(diào)速部分的基本電路，其次是針對題目中的已知條件選擇計算建模中需要的各樣參數(shù)。參數(shù)不只需知足題目要求還要有可行性，所以在此次設(shè)計中關(guān)于本題就計算了好幾次，在電流調(diào)理器和轉(zhuǎn)速調(diào)理器的設(shè)計和參數(shù)選擇時，每次計算完參數(shù)都要進(jìn)行查驗近似條件和校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量等，每次計算查驗知足條件今后都要進(jìn)行建模擬真，察看結(jié)果能否知足可行，假如見效不好就連續(xù)改參數(shù)，剛開始仿真的有余差、轉(zhuǎn)速為負(fù)、和不退飽和現(xiàn)象，今后經(jīng)過多次改正，獲取了理想的仿真結(jié)果。再次是對其余電路的詳盡設(shè)計，主要包含觸發(fā)電路，保護(hù)電路和控制電路，經(jīng)過詳盡的設(shè)計，最后得出了總的電路圖，總電路圖見附錄。心得意會經(jīng)過課程設(shè)計，我對運動控制系統(tǒng)的有關(guān)知識有了更深入的理解。第一對可逆直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有了更深的認(rèn)識，加深了理解，對講堂所學(xué)知識的一次很好的應(yīng)用。學(xué)會了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計，并能嫻熟地掌握轉(zhuǎn)速和電流調(diào)理器參數(shù)的選擇和計算，在設(shè)計的基礎(chǔ)上更為認(rèn)識到直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用之寬泛。同時也對MATLAB有了更