VM雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)1

PAGEPAGE20名目TOC＼o＂1-3"\ｈ\uHYPERLIＮK\ｌ_Toc67２7名目?PAGERＥＦ＿Ｔoc67271ＨＹPEＲＬＩNK\ｌ＿Toｃ13２9６摘要?PＡGERＥＦ_Toc13２962HYPＥＲＬＩNK\l_Toc１0０58１設(shè)計任務(wù)初始條件及要求?ＰAGEREF_Ｔｏc１0０5８3ＨYPERLＩNK\l＿Ｔoｃ1764１1。1初始條件?ＰAＧＥREＦ_Tｏc１7641３HYPＥRＬIＮK＼l＿Toｃ69０4１.２要求完成的任務(wù) PAGEREＦ＿Toc６90４３ＨＹＰEＲＬINＫ\l＿Toｃ2６212調(diào)速系統(tǒng)總體設(shè)計?PAＧEREF_Ｔoc2621４ＨYPERLINＫ＼l_Toｃ１165３2.１調(diào)速系統(tǒng)組成原理分析?ＰAGＥＲEＦ_Ｔoｃ1165３４ＨＹPERLIＮＫ＼l_Tｏc24595２．２穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖分析?ＰAGEＲEＦ_Tｏc2４5955ＨYPERLＩＮＫ\l_Tｏc２５６３６2．3調(diào)節(jié)器作用?PAＧＥRＥF_Ｔｏｃ256３6６HYPERLIＮＫ\ｌ_Tｏc2917３2．3．1轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器作用?PＡＧEREＦ＿Toｃ２９1736HＹPERＬINＫ\l_Toc294142。3．２電流調(diào)節(jié)器作用 PAＧERＥF＿Ｔoc294147HYPERLINＫ\ｌ＿Toｃ183222。4V-M系統(tǒng)分析?ＰAGEREF_Toc１83２２7HYＰＥRＬIＮK\l＿Toｃ32５17３調(diào)節(jié)器的設(shè)計?PＡＧＥRＥＦ_Toｃ3２5178HYPERLIＮＫ\l_Ｔoc１75３23.１電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計?ＰAGEREF_Toc17５３２８ＨYPＥRLＩＮK\l＿Toc19４7９3．１。1確定時間常數(shù)?PAGERＥF_Toc１9479８HYＰERLINK\l_Ｔoc６９０23．1．2選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)?ＰAGＥREF_Tｏc６9028ＨYPEＲLIＮK＼l＿Ｔoc２97503．１。３計算電流調(diào)節(jié)器參數(shù) PAＧEＲＥF_Ｔoc２９750９HYPEＲLIＮK\l_Toc2９198３．1．4校驗近似條件?PＡGEREＦ＿Toｃ291９8９HＹＰEＲＬINＫ\l＿Tｏｃ260５3.1.５計算調(diào)節(jié)器電阻和電容?PAＧEＲEＦ_Toｃ2６0510HYＰＥＲＬINＫ\ｌ＿Tｏｃ1６７83３。2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計?PＡＧＥRＥF_Ｔoc167831０HYPＥRＬIＮＫ\l_Ｔｏｃ158９73．2.1確定時間常數(shù)?PAGERＥF_Toｃ158971０HYPERLINK＼l_Toｃ１500２３．2.2選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)?ＰAGEREF_Ｔoc1５０0211HYPERＬINK＼ｌ＿Ｔoc８2363.2。3計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)?ＰAＧＥREF＿Ｔoc82３611ＨYPEＲLＩNK＼l_Ｔｏc2５283.２.4檢驗近似條件 PＡGEREＦ_Ｔｏc252８1１HYPERＬIＮK\l＿Tｏc１496６3.2。5校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量?PAＧEＲEF_Toc14966１2HYPEＲＬＩＮK\ｌ_Ｔoc26８３６３.2．6計算調(diào)節(jié)器電阻和電容?２6836１2ＨYPＥＲLINK\l＿Ｔｏc1６846４仿真?PAGEＲＥF_Ｔoｃ1684613HYＰEＲＬＩNK\l＿Tｏc238894．1系統(tǒng)仿真框圖 PＡＧEＲEF_Toｃ2388913ＨYPERLINK\l＿Toｃ24４20４．２仿真模型的建立?ＰAGERＥＦ_Ｔｏc24420１４ＨYPEＲＬINK＼ｌ_Toｃ１72864．3仿真模型的運行 PAGEREF_Toｃ1７2８６14HYPEＲＬＩNＫ\l＿Toc２44484.3．１空載時仿真圖形 PＡＧEＲEF_Tｏｃ２４４4816HＹPERLＩNＫ\l_Tｏc2３5884。3．２滿載時仿真波形?ＰＡＧEREＦ_Ｔoｃ235８81７HＹＰEＲＬINK\l_Toc１41８９５總結(jié)與體會 ＰAGEREF＿Toc1４１８918HＹＰEＲLＩＮK＼l_Toｃ1０534參考文獻?ＰAGEREF_Toc105３419ＨＹPERLINK\l_Toｃ91３４附圖?ＰＡGＥREF＿Toｃ９134２0摘要直流調(diào)速系統(tǒng),格外是雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用最廣的電氣傳動裝置之一。廣泛地應(yīng)用于軋鋼機、冶金、印刷、金屬切削機床等很多領(lǐng)域的自動掌握系統(tǒng)中。它通常采納三相全控橋式整流電路對電動機進行供電，從而掌握電動機的轉(zhuǎn)速，傳統(tǒng)的掌握系統(tǒng)采納模擬元件，如晶體管、各種線性運算電路等，在肯定程度上滿意了生產(chǎn)要求。Ｖ-Ｍ雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是晶閘管－電動機調(diào)速系統(tǒng)(簡稱Ｖ—Ｍ系統(tǒng)）,系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)器觸發(fā)裝置GT的掌握電壓Ｕc來移動動身脈沖的相位，即掌握晶閘管可控整流器的輸出轉(zhuǎn)變平均整流電壓Ud，從而實現(xiàn)平滑調(diào)速。本次課設(shè)用實際電動機和整流裝置數(shù)據(jù)對Ｖ－M雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)進行設(shè)計,建模與仿真.關(guān)鍵詞：雙閉環(huán)調(diào)速ＡCＲAＳR建模與仿真V－M雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真1設(shè)計任務(wù)初始條件及要求１．１初始條件（1）技術(shù)數(shù)據(jù):直流電動機：PＮ=27KＷ,ＵN=220V,IN＝1３6A,nN=1５00r/miｎ，最大允許電流Iｄbｌ=１。5IＮ,三相全控整流裝置：Ｋs=４０電樞回路總電阻R=0．5Ω，電動勢系數(shù):Ce=0．132Ｖ.ｍｉn/r系統(tǒng)主電路:Ｔm=0．18ｓ，Ｔl=０。０3ｓ濾波時間常數(shù)：Toｉ=０.002s，Ｔon＝０。01ｓ,其他參數(shù)：Ｕnm＊＝10V，Ｕim＊＝１0V，Uｃm=１０Ｖ（2）技術(shù)指標穩(wěn)態(tài)指標:無靜差動態(tài)指標:電流超調(diào)量：δｉ≤5％，起動到額定轉(zhuǎn)速時的超調(diào)量：δn≤１0%，動態(tài)速降Δn≤１0％，調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程時間(調(diào)節(jié)時間）ｔs≤１s1。2要求完成的任務(wù)1。技術(shù)要求：（１)該調(diào)速系統(tǒng)能進行平滑的速度調(diào)節(jié)，負載電機不行逆運行,具有較寬的調(diào)速范圍（D≥10），系統(tǒng)在工作范圍內(nèi)能穩(wěn)定工作（２)系統(tǒng)在5％負載以上變化的運行范圍內(nèi)電流連續(xù)２．設(shè)計內(nèi)容：（1）依據(jù)題目的技術(shù)要求，分析論證并確定主電路的結(jié)構(gòu)型式和閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成，畫出系統(tǒng)組成的原理框圖（2)依據(jù)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖，分析轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的作用，（３)通過對調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)計，得到轉(zhuǎn)速和電流的仿真波形,并由仿真波形通過MATＬＡB來進行調(diào)節(jié)器的參數(shù)調(diào)節(jié)。(４）繪制V-Ｍ雙閉環(huán)直流不行逆調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理總圖(要求計算機繪圖）（5）整理設(shè)計數(shù)據(jù)資料,課程設(shè)計總結(jié),撰寫設(shè)計計算說明書。2調(diào)速系統(tǒng)總體設(shè)計2．1調(diào)速系統(tǒng)組成原理分析單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)用PI調(diào)節(jié)器實現(xiàn)轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)無靜差，消除負載轉(zhuǎn)矩擾動對穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的影響,并用電流截止負反饋限制電樞電流的沖擊，避開消滅過電流現(xiàn)象.單轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)并不能充分依據(jù)抱負要求掌握電流的動態(tài)過程。由于主電路電感的作用,電流不行能突變，為了實現(xiàn)在允許條件下的最快起動，關(guān)鍵是要獲得一段使電流保持為最大值Iｄｍ的恒流過程。依據(jù)反饋掌握規(guī)律,采納某個物理量的負反饋就可以保持該量基本不變，采納電流負反饋就能夠得到近似的恒流過程。應(yīng)該在起動過程中只有電流負反饋，沒有轉(zhuǎn)速負反饋，在達到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又盼望只要轉(zhuǎn)速負反饋,不再讓電流負反饋作用。為了使轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器,分別引入轉(zhuǎn)速負反饋和電流負反饋以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流,二者之間實行嵌套連接,如圖２－1所示。把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當做電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去掌握電力電子變換器UPＥ。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊,稱作外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速，電流反饋掌握直流調(diào)速系統(tǒng)。為了獲得良好的靜，動態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器一般都采納PＩ調(diào)節(jié)器.圖2—１轉(zhuǎn)速電流反饋掌握直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖AＳR-－—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器AＣR—－—電流調(diào)節(jié)器ＴG—-—測速發(fā)電機TA——-電流互感器UPＥ－－—電力電子變換器Uｎ＊轉(zhuǎn)速給定電壓Un—-—轉(zhuǎn)速反饋電壓Uｉ*--—電流給定電壓Ui———電流反饋電壓２。2穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)如圖2—２—１所示，兩個調(diào)節(jié)器均采納帶限幅作用的ＰＩ調(diào)節(jié)器。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓Uｉｍ＊決定了電流給定的最大值，電流調(diào)節(jié)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,圖中用帶限幅的輸出特性表示PI調(diào)節(jié)器的作用.當調(diào)節(jié)器飽和時,輸出達到限幅值,輸入量的變化不再影響輸出,除非有反向的輸入信號使調(diào)節(jié)器退出飽和。當調(diào)節(jié)器不飽和時,PI調(diào)節(jié)器工作在線性調(diào)節(jié)狀態(tài),其作用是輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時為零。為了實現(xiàn)電流的實時掌握和快速跟隨,希盼望電流調(diào)節(jié)器不要進入飽和狀態(tài),因此，對于靜特性來說,只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和不飽和兩種情況。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負載電流小于Ｉdm時表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差,這時，轉(zhuǎn)速負反饋起主要作用.當負載電流達到Ｉdm時對應(yīng)于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器為飽和輸出Uim*，這時，電流調(diào)節(jié)器起主要作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差，起到過電流的自動保護作用。圖２－２－1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖α-—轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)＝0．007β-—電流反饋系數(shù)＝0.0５圖2－２－２雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖2.3調(diào)節(jié)器作用2.３。1轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器作用（１)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)速器,它使轉(zhuǎn)速n很快地跟隨給定電壓Uｎ*變化，穩(wěn)態(tài)時可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采納PＩ調(diào)節(jié)器，則可實現(xiàn)無靜差。(２）對負載變化起擾動作用。由于負載擾動作用在電流環(huán)之后，只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器AＳＲ來產(chǎn)生抗負載擾動作用.（３）其輸出限幅值決定電動機允許的最大電流。2。３。２電流調(diào)節(jié)器作用(1)作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在轉(zhuǎn)速外環(huán)的調(diào)節(jié)過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓Ｕｉ＊（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量)變化。(２)對電網(wǎng)電壓的波動起準時抗擾的作用。增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，電壓波動可以通過電流反饋得到比較準時的調(diào)節(jié),不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才反饋回來，因而使抗擾性能得到改善.（3）在轉(zhuǎn)速過程中,保證獲得電動機允許的最大電流，從而加快動態(tài)過程。（4）當電動機過載甚至堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護作用。一旦故障消滅，系統(tǒng)立即自動恢復(fù)過程。２．4V—M系統(tǒng)分析圖2—3晶閘管整流器-電動機調(diào)速系統(tǒng)原理圖圖２-3繪出了Ｖ—M系統(tǒng)的原理圖，圖中VT是晶閘管整流器，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置ＧＴ的掌握電壓Ｕc來移動觸發(fā)脈沖的相位，轉(zhuǎn)變可控整流器平均輸出直流電壓Ud,從而實現(xiàn)直流電動機的平滑調(diào)速。晶閘管可控整流器的功率放大倍數(shù)在以上，門極電流可以直接用電子掌握；響應(yīng)時間是毫秒級，具有快速的掌握作用;運行損耗小,效率高；使Ｖ-M系統(tǒng)獲得了優(yōu)越的性能.３調(diào)節(jié)器的設(shè)計3．１電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計3。１。１確定時間常數(shù)整流裝置滯后時間常數(shù)Ts.按下表３-１所示，三相橋式電路的平均失控時間Ts=0。0０17s。表３—1晶閘管整流器的失控時間(ｆ=5０Ｈｚ）整流電路形式最大失控時間Tsmax（ms)平均失控時間Ｔs(ms）單相半波單相橋式（全波）三相半波三相橋式201０6。673.3３1053。331.67（２）電流濾波時間常數(shù)Ｔoi。Toｉ=0．０02s。（3)電流環(huán)小時間常數(shù)之和Ｔ∑i.按小時間常數(shù)近似處理，取T∑ｉ=Ｔs＋Ｔoｉ=０。00１7+０。002=０。00３７s。3。1.２選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)依據(jù)課設(shè)任務(wù)要求，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，可以按典Ⅰ型系統(tǒng)設(shè)計電流調(diào)節(jié)器.電流環(huán)掌握對象是雙慣性型的,因此可用PI型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為式中Ｋi是電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；是電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。檢查對電源電壓的抗擾性能:≈8.1１，各項指標都是可以接受的.3.1.3計算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù):=Tl＝0.03s.電流環(huán)開環(huán)增益：要求時,應(yīng)取KIT∑i＝０.５,因此ＫI=＝1３5。1于是,ＡCR的比例系數(shù)為Ki==1．01３3．１．４校驗近似條件電流環(huán)截止頻率:=KＩ＝１３5。１（１)校驗晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件=≈１96．1＞滿意近似條件（２）校驗忽視反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件=≈4０．82＜滿意近似條件（３)校驗電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件=＊≈180。8>滿意近似條件3．1。5計算調(diào)節(jié)器電阻和電容電流調(diào)節(jié)器原理如圖3－2所示,按所用運算放大器?。襬＝４0Ｋ，各電阻和電容值計算如下：Rｉ=KｉＲｏ=1。01３＊40＝4０。52K,取40KＣi===0。75uF取0.７5ｕFCoｉ＝==0．２uＦ?。?２uF圖3－2含給定濾波和反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器依據(jù)上述參數(shù)，電流環(huán)可以達到的動態(tài)跟隨性能指標為=4.３%〈5％滿意設(shè)計要求3．２轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計3.2．１確定時間常數(shù)(1)電流環(huán)等效時間常數(shù).已取KIT∑i=0。5，則=2T∑ｉ=2＊0。0０37=０．0074s（2)轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)Ｔｏn。Ton=0。0１ｓ（3)轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)T∑n.按小時間常數(shù)近似處理,取T∑n＝+Ton＝０．０0７４＋０。01=0．01７4s３.２.2選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)依據(jù)設(shè)計要求,選用PＩ調(diào)節(jié)器,傳遞函數(shù)為WASR（s)＝式中Kｎ是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。3。2。３計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取h=5,則ASR的超前時間常數(shù)為=hT∑n=５＊0。017４=0.087s轉(zhuǎn)速開環(huán)增益為ＫN=＝=３9６．4AＳＲ的比例系數(shù)為Kn===11.7３.2．４檢驗近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為＝=KN=３96。4*0.08７＝3４。5電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件=＝6３.7＞滿意簡化條件轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件＝≈38.７〉滿意近似條件３．２．５校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量抱負空載啟動時設(shè)z＝0，已知數(shù)據(jù):，Ｒ=0．５,IN＝１3６A，ｎN=1500r/mｉｎ,Ce=0。1３2V.ｍin/ｒ，Tm=０。18ｓ,Tｎ=0．０1７4s。當h＝５時,由表3－3可知=8１。2％,那么=2＊８１。2%＊1．５*(1３６＊０。5/0.1３2）／15００＊（０。0174／０。18）＝８.０％＜10％能滿意設(shè)計要求表３—3典型Ⅱ型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標與參數(shù)的關(guān)系h34５67８９1０Cmax/Ｃbｔm／Ttｖ/Ｔ７2.2％2.4５１３。６0７7.５%２．７01０．４581。２％2．８5８．8084。0％３。0012．９586．3%３.1５16．8５88.1%３.２5１9。8０89。6%３．３０22.809０.8％3。4０２５.８53．2．6計算調(diào)節(jié)器電阻和電容轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖３—４所示，取Rｏ=４0K，則Rｎ=KnRo=11.7＊４0＝468Ｋ,取47０ＫCn==≈0.1８5uF取0。2ｕFCｏn＝=≈1ｕＦ取1ｕF圖3—4含給定濾波與反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器４仿真４.1系統(tǒng)仿真框圖圖4—１為雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真框圖圖４－1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖Ｔoｉ為電流反饋濾波時間常數(shù)Toｎ為轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù)4。２仿真模型的建立（1)打開模型編輯窗口：通過單擊ＳＩMULＩNK工具欄中新模型的圖標或選擇Fiｌｅ——Ｎｅw——Modle菜單項實現(xiàn).(2）復(fù)制相關(guān)模塊:雙擊所需子模塊庫圖標，則可以打開它，以選中所需的子模塊，拖入模型編輯窗口。（３)修改模塊參數(shù)：雙擊模塊圖案，則消滅關(guān)于該圖案的對話框,通過修改對話框內(nèi)容來設(shè)定模塊的參數(shù)。（４)模塊連接：以鼠標左鍵單擊起點模塊輸出端，拖動鼠標至終點模塊輸入端，則在兩模塊間產(chǎn)生→線。當一個信號要分送到不同模塊的多個輸入端時,需要繪制分支線，通常可把鼠標移到期望的分支線的起點處,按下鼠標的右鍵,看到光標變?yōu)槭趾?，拖動鼠標直至分支線的終點處，釋放鼠標按鈕，就完成了分支線的繪制.４。3仿真模型的運行如圖示４-2為仿真模型圖4－２轉(zhuǎn)速環(huán)仿真模型４.３．1空載時仿