實驗二 單閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實驗

單閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實驗一、實驗?zāi)康模?）了解單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理、組成及各主要單元部件的原理。（2）掌握晶甲管直流調(diào)速系統(tǒng)的一般調(diào)試過程。（3）認(rèn)識閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)的基本特性。二、實驗原理為了提高直流調(diào)速系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能指標(biāo)，通常采用閉環(huán)控制系統(tǒng)（包掛單閉環(huán)系統(tǒng)和多閉環(huán)系統(tǒng)）。對調(diào)速指標(biāo)要求不高的場合，采用直流調(diào)速系統(tǒng)，而對調(diào)速指標(biāo)要求較高的則采用多閉環(huán)系統(tǒng)。按反饋的方式不同可分為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋、電流反饋、電壓反饋等。在單閉環(huán)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)使用較多。轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)系統(tǒng)原理如圖5.11所示。圖中將反映轉(zhuǎn)速變化的電壓信號作為反饋信號，經(jīng)“速度反饋”后接到“電流調(diào)節(jié)器”的輸入端，與“給定”的電壓相比較經(jīng)放大后，得到移相控制電壓Ua，用作控制整流橋的“觸發(fā)電路”。觸發(fā)脈沖經(jīng)功放后加到晶甲管的門極的陰極之間，以改變“三相全控整流”的輸出電壓，這就構(gòu)成了速度負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)。電動機的轉(zhuǎn)速隨給定電壓的變化，電動機最高轉(zhuǎn)速由電流調(diào)節(jié)器的輸出限幅所決定。若電流調(diào)節(jié)器采用比列（p）調(diào)節(jié)，對階躍輸入由穩(wěn)態(tài)誤差，則需將調(diào)解器換成比列積分（pi）調(diào)節(jié)。這時若“給定”電壓恒定，閉環(huán)系統(tǒng)對速度變化起到了讓制作用，當(dāng)電動機負(fù)責(zé)或電源電壓波動時，電動機的轉(zhuǎn)速能穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)變化。電流反饋單閉環(huán)系統(tǒng)原理圖如圖5.12所示，圖中反映電流變化的電流互感器輸出電壓信號作為反饋信號加到“電流調(diào)節(jié)器”的輸入端，與“給定”電壓比較，經(jīng)放大后，得到移相控制電壓Uct，控制整流電橋的“觸發(fā)電路”，關(guān)改變“三相全控整流”的電壓輸出，從各構(gòu)成了電壓反饋閉環(huán)系統(tǒng)。電動機的最高轉(zhuǎn)速也有電流調(diào)節(jié)器的輸出限幅所決定。同樣，若電流調(diào)節(jié)器采用比例（P）調(diào)節(jié)，則對階躍輸入由穩(wěn)態(tài)誤差，要消除該誤差可將調(diào)節(jié)器換成比例積分(PI)調(diào)節(jié)。當(dāng)”給定”電壓恒定時，閉環(huán)系統(tǒng)對電樞電壓電流變化起到了抑制作用，當(dāng)電動機負(fù)載或電源電壓波動時，電動機的電樞電流能穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)變化。三、實驗內(nèi)容（1）學(xué)習(xí)“電源控制屏”的使用方法。（2）基本單元電路的調(diào)試。（3）Uct不變時直流電動機開環(huán)機械特性的測定。（4）Ud不變時直流電動機開環(huán)機械特性的測定。（5）轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)只留調(diào)速系統(tǒng)。（6）電流反饋單閉環(huán)只留調(diào)速系統(tǒng)四、實驗仿真轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)系統(tǒng)的原理如圖5.11所示。該系統(tǒng)由給定信號、調(diào)速調(diào)節(jié)器、同步脈沖觸發(fā)器、晶閘管整流橋、平波電抗器、直流電動機、速度反饋等部分組成。圖5.13所示是采用單向電器原理結(jié)構(gòu)圖方法構(gòu)建的單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型。圖5.13轉(zhuǎn)速負(fù)反饋點閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型與圖5.2所示的開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)相比較，兩者的主電路是基本相同的，系統(tǒng)的差別主要在控制電路上。為此，在后面介紹電路的建模與參數(shù)設(shè)置時，主要介紹其不同之處。1.系統(tǒng)的建模和建模參數(shù)設(shè)置1）主電路的建模和參數(shù)設(shè)置由圖5.13所示的仿真模型可知，主電路大部分與開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)相同（見圖5.2），為了避免重復(fù)，此處介紹不同部分的建模與參數(shù)設(shè)置。注意在圖5.13所示仿真模型的整流橋后面并聯(lián)了一個二極管橋，它的作用是加快電動機的減速工程，同事避免在整流橋輸出端出現(xiàn)負(fù)電壓使波形畸變。后面其他的單環(huán)系統(tǒng)也使用了這樣的二極管，作用也是一樣的，以后就不在贅述。（1）二極管橋模塊與晶閘管整流橋模塊的參數(shù)設(shè)置方法、參數(shù)設(shè)置原則都是一致的，只要將圖5.14所示對話框中的“Numberofbridgearms”設(shè)為“1”，將“PowerElectricdevice”設(shè)置為“Diodes”即可，其他參數(shù)的設(shè)置如圖5.14所示。（2）平波電抗器的電感值設(shè)為5(5×)H。2）控制電路的建模和參數(shù)設(shè)置轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的控制電路由給定信號、速度調(diào)節(jié)器、速度反饋等組成。仿真模型中根據(jù)需要，可另設(shè)限幅器、偏置、反相器等模塊。（1）“給定信號“模塊的建模和參數(shù)設(shè)置方法與開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)相同，此處參數(shù)設(shè)置為100rad/s.有靜差調(diào)速系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)器采用比例調(diào)節(jié)器，系數(shù)選擇為10，它通過仿真優(yōu)化得到的。（2）通過Uct參數(shù)變化范圍住址試驗的探索可知，當(dāng)在Uct在50°~180°范圍內(nèi)變化時，同步脈沖觸發(fā)器能夠正常工作；當(dāng)Uct為50°時，對應(yīng)的整流橋輸出電壓最大，而180°對應(yīng)的輸出電壓反而最小。他們是單調(diào)下降的函數(shù)關(guān)系。因此將限幅器的上、下幅值設(shè)置為[130,0],用加法器加上偏置“-180”后調(diào)整[-50，-180]，再經(jīng)過反相器[50,180]。這樣，在單閉環(huán)有靜模塊的應(yīng)用，就可將速度調(diào)節(jié)器的輸出限制在使同步脈沖觸發(fā)器能夠正常的工作范圍內(nèi)了。（3）速度調(diào)節(jié)器、限幅器、偏置、反相器等模塊的建模和參數(shù)設(shè)置比較簡單，只要分別在SIMULIMK的“Math”、“Nonlinear”、Sources,模塊庫中找到相應(yīng)的模塊，并按要求設(shè)置好參數(shù)即可。限幅器的參數(shù)設(shè)置見圖5.15所示。將主電路和控制電路的仿真模型按照轉(zhuǎn)述負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電氣原理圖的連接關(guān)系進(jìn)行模型連接，即可得到圖5.16所示的系統(tǒng)仿真圖。圖5.15限幅器參數(shù)設(shè)置2、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置方法與開環(huán)系統(tǒng)相同。仿真中所選擇的算法為odc23s，仿真“Starttime”設(shè)為0；“Stoptime”設(shè)為2，其他與開環(huán)系統(tǒng)相同。3、