直流電動機(jī)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計

黑龍江科技大學(xué)直流電動機(jī)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計班級：電氣10-12學(xué)號：26姓名：趙軼博指導(dǎo)教師：呂雄飛摘

要直流電動機(jī)具有良好的起動、制動性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。從控制的角度來看，直流調(diào)速還是交流拖動系統(tǒng)的基礎(chǔ)。該系統(tǒng)中設(shè)置了電流檢測環(huán)節(jié)、電流調(diào)節(jié)器以及轉(zhuǎn)速檢測環(huán)節(jié)、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，構(gòu)成了電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)，前者通過電流元件的反饋?zhàn)饔梅€(wěn)定電流，后者通過轉(zhuǎn)速檢測元件的反饋?zhàn)饔帽３洲D(zhuǎn)速穩(wěn)定，最終消除轉(zhuǎn)速偏差，從而使系統(tǒng)達(dá)到調(diào)節(jié)電流和轉(zhuǎn)速的目的。該系統(tǒng)起動時，轉(zhuǎn)速外環(huán)飽和不起作用，電流內(nèi)環(huán)起主要作用，調(diào)節(jié)起動電流保持最大值，使轉(zhuǎn)速線性變化，迅速達(dá)到給定值；穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋外環(huán)起主要作用，使轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)速給定電壓的變化而變化，電流內(nèi)環(huán)跟隨轉(zhuǎn)速外環(huán)調(diào)節(jié)電機(jī)的電樞電流以平衡負(fù)載電流。并通過仿真進(jìn)行系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模和系統(tǒng)仿真，分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的特性。關(guān)鍵詞：雙閉環(huán)，晶閘管，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，電流調(diào)節(jié)器

AbstractDCmotor

hasagood

starting,

brakingperformance,

andissuitableforsmoothing

overawiderangeof

speedregulation,

widelyusedinalotof

needforspeed

orfast

forwardandreverse

draginthefieldofelectricity.

Fromthecontrolpointofview,

basedon

DC

orAC

drivesystem.

Thesystemsetsupthecurrentdetection,

currentregulator

andspeed

detection,

speedregulator,

acurrentloopandspeedloop,

theformer

through

feedback

stable

currentcomponents,

which

keepthespeedstable

throughthefeedbackofspeeddetectingdevice,

theultimateeliminationof

speederror,

sothatthesystemcanadjustthe

currentandspeed

thepurposeof.

Thesystem

starting,

speedouterloop

saturation

doesnotwork,

playamajorrolein

regulating

the.innercurrent.loop,

starting

current.to.maintain.maximum

speed,

the

linear.change,reaches.a.given.value

quickly;

steady.state.operation,

speed.negativefeedbackouterring

playstheleadingrole,

the

speedvaryingwiththe

speedforagiven

voltage

changes,

current.speed.with.the.inner

the.outer.ring.of

the.motor

armature.current

adjusted

to.balance.the.load.current.

And.the.simulation.of

mathematicalmodelingand

system

simulation,

analysisthecharacteristicsofdouble

closedloopDCspeedregulating

system.Keywords:doubleloop,

thyristor,

speedregulator,

currentregulator目錄TOC\t"標(biāo)題1,2,標(biāo)題2,3,標(biāo)題3,4,標(biāo)題,1"第一章緒論 ③轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)按小時間常數(shù)近似處理，取。（2）確定將轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計成何種典型系統(tǒng)。由于設(shè)計要求轉(zhuǎn)速環(huán)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)動態(tài)設(shè)計要求，應(yīng)按典型Ⅱ型系統(tǒng)設(shè)計轉(zhuǎn)速環(huán)。（3）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)選擇。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器選用PI型，其傳遞函數(shù)為（4）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)。按跟隨和抗干擾性能都能較好的原則取h=5，則ASR超前時間常數(shù)轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為于是，ASR的比例系數(shù)為（5）計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的電路參數(shù)。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖4.10所示，按所用運(yùn)算放大器，取R0=40KΩ，各電阻和電容值計算如下：圖4.10轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖（6）校驗(yàn)近似條件。轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率1）校驗(yàn)電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件是否滿足：現(xiàn)在>,滿足簡化條件。2）校驗(yàn)小時間常數(shù)近似處理是否滿足，現(xiàn)在>,滿足近似條件。3）校驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量。當(dāng)h=5時，而，因此，能滿足設(shè)計要求。設(shè)計完成的控制系統(tǒng)如圖4.11所示。圖4.11設(shè)計完成的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)

第五章觸發(fā)電路選擇與校驗(yàn)5.1觸發(fā)電路的選擇與校驗(yàn)選用集成六脈沖觸發(fā)器電路模塊，其電路如電氣原理總圖所示。從產(chǎn)品目錄中查得晶閘管的觸發(fā)電流為＜250mA,觸發(fā)電壓。由已知條件可以計算出，，。因?yàn)椋?，所以觸發(fā)變壓器的匝數(shù)比為，取3:1。設(shè)觸發(fā)電路的觸發(fā)電流為250mA，則脈沖變壓器的一次側(cè)電流只需大于250/3=83.3mA即可。這里選用3DG12B作為脈沖功率放大管，其極限參數(shù).觸發(fā)電路需要三個互差120°，且與主電路三個電壓U、V、W同相的同步電壓，故要設(shè)計一個三相同步變壓器。這里用三個單相變壓器接成三相變壓器組來代替，并聯(lián)成DY型。同步電壓二次側(cè)取30V，一次側(cè)直接與電網(wǎng)連接，電壓為380V,變壓比為380/30=12.7。第六章系統(tǒng)調(diào)試本次系統(tǒng)仿真采用目前比較流行的控制系統(tǒng)仿真軟件MATLAB，使用MATLAB對控制系統(tǒng)進(jìn)行計算機(jī)仿真的主要方法有兩種，一是以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，使用MATLAB的Simulink工具箱對其進(jìn)行計算機(jī)仿真研究。另外一種是面向控制系統(tǒng)電氣原理結(jié)構(gòu)圖，使用PowerSystem工具箱進(jìn)行調(diào)速系統(tǒng)仿真的新方法。6.1系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路模型主要由交流電源、同步脈沖觸發(fā)器、晶閘管直流橋、平波電抗器、直流電動機(jī)等部分組成。采用面向電氣原理結(jié)構(gòu)圖方法構(gòu)成的雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真模型如圖6-1所示。圖6-1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)的控制電路包括：給定環(huán)節(jié)、ASR、ACR、限幅器、偏置電路、反相器、電流反饋環(huán)、速度反饋環(huán)等，因?yàn)樵诒敬卧O(shè)計中單片機(jī)代替了控制電路絕大多數(shù)的器件，所以在此直接給出各部分的參數(shù)，各部分參數(shù)設(shè)置參考前幾章各部分的參數(shù)。本系統(tǒng)選擇的仿真算法為ode23tb，仿真Starttime設(shè)為0，Stoptime設(shè)為2.5。6.2系統(tǒng)仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析當(dāng)建模和參數(shù)設(shè)置完成后，即可開始進(jìn)行仿真。圖4-2是雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電流和轉(zhuǎn)速曲線。從仿真結(jié)果可以看出，它非常接近于理論分析的波形。下面分析一下仿真的結(jié)果。圖6-2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電流和轉(zhuǎn)速曲線啟動過程的第一階段是電流上升階段，突加給定電壓，ASR的輸入很大，其輸出很快達(dá)到限幅值，電流也很快上升，接近其最大值。第二階段，ASR飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流給定作用下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，電流基本上保持不變，拖動系統(tǒng)恒加速，轉(zhuǎn)速線形增長。第三階段，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到給定值后。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的給定與反饋電壓平衡，輸入偏差為零，但是由于積分作用，其輸出還很大，所以出現(xiàn)超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR輸入端出現(xiàn)負(fù)偏差電壓，使它退出飽和狀態(tài)，進(jìn)入線性調(diào)節(jié)階段，使轉(zhuǎn)速保持恒定，實(shí)際仿真結(jié)果基本上反映了這一點(diǎn)。由于在本系統(tǒng)中，單片機(jī)系統(tǒng)代替了控制電路的絕大多數(shù)控制器件，所以各項(xiàng)數(shù)據(jù)處理和調(diào)整都是在單片機(jī)內(nèi)完成的，控制效果要好于本次的仿真結(jié)果。結(jié)論雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓由靜止?fàn)顟B(tài)啟動時，轉(zhuǎn)速和電流的動態(tài)過程如仿真圖5-2所示。由于在啟動過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三個階段，即電流上升階段、恒流升速階段和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。從啟動時間上看，第二階段恒流升速是主要的階段，因此雙閉環(huán)系統(tǒng)基本上實(shí)現(xiàn)了電流受限制下的快速啟動，利用了飽和非線性控制方法，達(dá)到“準(zhǔn)時間最優(yōu)控制”。帶PI調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)還有一個特點(diǎn)，就是轉(zhuǎn)速必超調(diào)。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，ASR的作用是對轉(zhuǎn)速的抗擾調(diào)節(jié)并使之在穩(wěn)態(tài)是無靜差，其輸出限幅決定允許的最大電流。ACR的作用是電流跟隨，過流自動保護(hù)和及時抑制電壓的波動。通過仿真可知：啟動時，讓轉(zhuǎn)速外環(huán)飽和不起作用，電流內(nèi)環(huán)起主要作用，調(diào)節(jié)啟動電流保持最大，使轉(zhuǎn)速線性變化，迅速達(dá)到給定值；穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋外環(huán)起主要作用，使轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)速給定電壓的變化而變化，電流內(nèi)環(huán)跟隨電流外環(huán)調(diào)節(jié)電機(jī)的電樞電流以平衡負(fù)載電流?？偨Y(jié)與體會經(jīng)過幾周的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)設(shè)計終于完成了。在沒有做畢業(yè)設(shè)計以前覺得畢業(yè)設(shè)計只是對這幾年來所學(xué)知識的單純總結(jié)，但是通過這次做畢業(yè)設(shè)計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面。畢業(yè)設(shè)計不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗(yàn)，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設(shè)計使我明確了自己原來知識還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點(diǎn)眼高手低。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我才明確學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。

在這次畢業(yè)設(shè)計中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了，同學(xué)之間互相幫忙，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的了解知識，所以在這里非常感謝幫忙我的同學(xué)。這次畢業(yè)設(shè)計要求設(shè)計一個雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，自行設(shè)計這對我將來踏上工作崗位是非常有幫助的。所以我非常希望通過自己的努力完成設(shè)計并希望有所突破。這也是我對自己的考驗(yàn)。于是本次設(shè)計過程中我完全按照軟件設(shè)計步驟的要求來進(jìn)行，從設(shè)計分析開始，再進(jìn)行總體設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計,最后到系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。每一步都讓我將理論學(xué)習(xí)的知識應(yīng)用到實(shí)踐中去。也使我掌握了一整套規(guī)范的設(shè)計操作流程。下面我對整個畢業(yè)設(shè)計的過程做一下簡單的總結(jié)。第一，接到任務(wù)以后進(jìn)行選題。選題是畢業(yè)設(shè)計的開端，選擇恰當(dāng)?shù)?、感興趣的題目.第二，題目確定后就是找資料了。查資料是做畢業(yè)設(shè)計的前期準(zhǔn)備工作，到圖書館、書店、資料室去雖說是比較原始的方式，但也有可取之處的?？傊?，不管通過哪種方式查的資料都是有利用價值的，要一一記錄下來以備后用。第三，通過上面的過程，已經(jīng)積累了不少資料，對所選的題目也大概有了一些了解，這一步就是在這樣一個基礎(chǔ)上，綜合已有的資料來更透徹的分析題目。第四，有了研究方向，就要動手實(shí)現(xiàn)。要有計劃的分布做好畢業(yè)設(shè)計的每一個步驟，這樣一步步地做下去之后，你會發(fā)現(xiàn)要做出來并不難，只不過每每做一會兒會發(fā)現(xiàn)一處錯誤要修改，就這樣在不斷的修改調(diào)試，再修改再調(diào)試。第五,寫論文能提升以下幾個方面的能力:1、文字表述:論文里的語言非常講究，這方面需要繼續(xù)加強(qiáng)。2、交流、討論:文章的大致內(nèi)容寫完后，一定要和老師、其他同學(xué)多交流，讓他們多提點(diǎn)建議。一些計量軟件使用方法，可以向?qū)W長們請教。3、細(xì)心:模型公式編輯、標(biāo)點(diǎn)符號、文章各段格式等，都需要細(xì)心。4、搜索:需要搜索很多資料，如何在短時間找到你想要得資料，得在搜索關(guān)鍵詞上有所設(shè)置才行。一些好的統(tǒng)計數(shù)據(jù)網(wǎng)站，需要隨時記錄下來，以便日后繼續(xù)使用。我的心得也就這么多了，總之，這次畢業(yè)設(shè)計讓我學(xué)習(xí)到很多。雖然結(jié)束了，但這只能是一個開始。今后作為技術(shù)員，要學(xué)習(xí)的規(guī)范，如何的不斷提高自己的綜合能力與專業(yè)水平是我未來很多年的職業(yè)生涯里都要認(rèn)真考慮與學(xué)習(xí)的一個重要問題，在此也要感謝我的指導(dǎo)老師呂雄飛老師對我悉心的指導(dǎo)，感謝老師給我的幫助。在設(shè)計過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請教等方式，使自己學(xué)到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設(shè)計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設(shè)計做的也不太好，但是在設(shè)計過程中所學(xué)到的東西是這次畢業(yè)設(shè)計的最大收獲和財富，使我終身受益。

致謝這篇的畢業(yè)設(shè)計論文一直是在我的指導(dǎo)教師呂雄飛老師的悉心指導(dǎo)下進(jìn)行的。呂雄飛老師治學(xué)態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識淵博，為人和藹可親。并且在整個畢業(yè)設(shè)計過程中不斷對我得到的結(jié)論進(jìn)行總結(jié)，并提出新的問題，使得我的畢業(yè)設(shè)計設(shè)計能夠深入地進(jìn)行下去，也使我接觸到了許多理論和實(shí)際上的新問題，使我做了許多有益的思考。在此表示誠摯的感謝和由衷的敬意。呂雄飛老師在專業(yè)教學(xué)方面具有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對我的實(shí)驗(yàn)工作給予了很多的指導(dǎo)和幫助，使我能夠?qū)⒗碚撝械慕Y(jié)果與實(shí)際相結(jié)合。另外，他對待問題的嚴(yán)謹(jǐn)作風(fēng)也給我