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3657

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)的組成及其基本原理。2．掌握晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)及反饋環(huán)節(jié)測(cè)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(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組等組成。U本實(shí)驗(yàn)中，整流裝置的主電路為三相橋式電路，控制回路可直接由給定電壓ct作為觸U發(fā)器的移相控制電壓，改變ct的大小即可改變控制角,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。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，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)反饋和電流負(fù)反饋,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，再用電流的輸出去控制電力電子變換器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)。為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)特性，轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器.TALIV+iUcU*dMMiUPnU++d--nnTGT圖4。1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)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(dòng)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電流反饋系數(shù)：=0。05V/A要求電流超調(diào)量5％，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5％時(shí),取=0。5，因此于是，ACR的比例系數(shù)為的近似條件是否滿足：因?yàn)?)校驗(yàn)小時(shí)間常數(shù)近似處理是否滿足條件：（1）確定轉(zhuǎn)速1）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)為=0。0074s；2）電流濾波時(shí)間常數(shù)根據(jù)所用測(cè)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)=+；（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(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)要求，應(yīng)按，所以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)為簡(jiǎn)化條件是否滿足：由于近似處理是否滿足條件：由于〉,而==515.2rpm，因此=8。31％〈10％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(tái)，建立仿真模型。如圖7.1為電流環(huán)的仿真?？叵抵平y(tǒng)的仿真模型.型，圖7。2為加了轉(zhuǎn)速環(huán)之后的雙閉環(huán)_當(dāng)階躍響應(yīng)無超調(diào)，但上升時(shí)間長(zhǎng)。圖8.2無超調(diào)的仿真結(jié)果當(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。當(dāng)=11。7,=134。48時(shí)，圖7.2中“step1”中“steptime”值為0，“finalvalue”值為圖8。4轉(zhuǎn)速環(huán)空載高速起動(dòng)波形圖當(dāng)=11。7,=134。48時(shí)，圖7。2中“step1”中“steptime"值為0，“finalvalue”值退飽和超調(diào)量減小.為136,代表滿載狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)圖8。5轉(zhuǎn)速環(huán)滿載高速起動(dòng)波形圖當(dāng)=11.7，=134。48時(shí)，圖7。2中“step1”中“steptime”值為1，“finalvalue”值為10，加入擾動(dòng)瞬間系統(tǒng)曲線有波動(dòng),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(dòng)機(jī)起動(dòng)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(huì)出現(xiàn)上述情況，從理論的設(shè)計(jì)過程中不難看出，因?yàn)樵凇暗湫拖到y(tǒng)的最佳設(shè)計(jì)法”時(shí)，將一些非線性環(huán)節(jié)簡(jiǎn)化為線性環(huán)節(jié)來處理，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(dòng)時(shí)間性能指標(biāo).利用MATLAB上的SIMULINK仿真平臺(tái)對(duì)直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行理論設(shè)計(jì)與調(diào)試，系統(tǒng)的性能分析過程簡(jiǎn)單且直觀。通過對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，可以準(zhǔn)確地了解