转速闭环控制的直流电动机有静差调速系统仿真

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转速负反馈单闭环有差直流调速系统

转速负反馈单闭环有差直流调速系统

JIU JIANG UNIVERSITY电力电子技术课程设计题目转速负反馈单闭环有差直流调速系统院系电子工程学院专业自动化姓名王强年级电A113201(13)指导教师张波2014年 6 月电力电子技术课程设计摘要运动控制系统中应用最普遍的是自动调速系统。

自动调速系统主要包括直流调速系统和交流调速系统。

在高性能的拖动技术领域中,相当长时间内基本采用直流电力拖动系统。

直流调速是指人为地或自动地改变直流电动机的转速,已满足工作机械的要求。

从机械特性上看就是通过改变电动机的参数或外加电压等方法来改变电动机的机械特性,从而改变电动机机械特性和负载机械特性的的交点,使电动机的稳定运转速度发生变化。

本文以直流电动机为对象,对转速负反馈有差直流调速系统在单闭环控制下的情形,进行了深入的分析研究,并用计算机仿真工具MATLAB的Simulink工具箱对系统模型进行了仿真研究。

关键词:直流电机调速;单闭环;MATLAB仿真目录引言 (1)1 设计任务及要求 (2)1.1 设计任务 (2)1.2 设计要求 (2)2 设计方案论证 (3)3 设计电路的原理分析 (4)3.1 单闭环控制的直流调速系统的组成 (4)3.2 转速单闭环直流电机调速系统的静态分析 (5)3.3 反馈控制单闭环直流调速系统的动态分析 (7)3.4 转速负反馈单闭环有差直流调速系统原理 (8)4 转速负反馈单闭环有差直流调速系统的仿真模型 (9)4.1 转速负反馈单闭环有差直流调速系统的建模 (9)4.2 仿真模型使用模块提取的路径及其参数设置 (9)5 转速负反馈单闭环有差直流调速系统的仿真及分析 (11)5.1 转速负反馈单闭环有差直流调速系统的仿真 (11)5.2 转速负反馈单闭环有差直流调速系统的仿真结果分析 (11)结论 (12)参考文献 (13)转速负反馈单闭环有差直流调速系统引言三十多年来,直流电机调速控制经历了重大的变革。

首先实现了整流器的更新换代,以三相整流桥等整流装置取代了习用已久的直流发电机电动机组及水银整流装置使直流电气传动完成了一次大的跃进。

带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统建模与仿真

带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统建模与仿真

潇湘学院《课程设计报告》题目:带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统建模与仿真专业:电气工程及其自动化班级:姓名:学号:指导教师:陈敏初始条件:1.技术数据输出功率为:7.5Kw 电枢额定电压220V电枢额定电流 36A 额定励磁电流2A额定励磁电压110V 功率因数0.85电枢电阻0.2欧姆电枢回路电感100mH电机机电时间常数2S电枢允许过载系数1.5额定转速 1430rpm2.技术指标稳态指标:无静差(静差率s≤2%, 调速范围 D≥10 )动态指标:系统稳定要求完成的主要任务:1.技术要求:(1) 该调速系统能进行平滑的速度调节,负载电机不可逆运行,具有较宽的调速范围(D ≥10),系统在工作范围内能稳定工作(2) 根据指标要求进行动态校正,选择调节器的参数,并确定电流截止负反馈环节的相关参数,(3) 系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续2.设计内容:(1) 根据题目的技术要求,分析论证并确定主电路的结构型式和闭环调速系统的组成,画出系统组成的原理框图(2) 根据带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统原理图, 分析转速调节器和电流截止负反馈的作用,(3) 通过对调节器参数设计, 得到转速和电流的仿真波形,并由仿真波形通过MATLAB 来进行调节器的参数调节。

(4) 绘制带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统的电气原理总图(要求计算机绘图)(5) 整理设计数据资料,课程设计总结,撰写设计计算说明书目录摘要 (3)1.闭环调速控制系统构成 (5)1.1 主电路 (5)1.2 原理框图 (5)2带电流截止负反馈的转速负反馈的分析 (6)2.1电流截止负反馈的提出 (6)2.2 电流截止负反馈环节 (7)2.3 带电流截止负反馈调速系统结构框图和静特性 (8)3 参数设计 (10)3.1整体分析 (10)3.2稳定性参数计算和判断 (10)3.3 转速调节器校正 (11)3.3.1 PI调节器结构 (11)3.3.2 调节器的选择 (12)3.4 电流截止负反馈参数设计 (16)4. 电流MATLAB仿真 (17)4.1 将设计的参数进行仿真 (17)4.2 调节器参数调整 (18)5.电气总图 (19)6.结束语 (20)参考文献 (20)摘要为了提高直流调速系统的动态、静态性能,通常采用闭环控制系统(主要包括单闭环、双闭环)。

转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真-(终极版)

转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真-(终极版)

本科课程设计题目:转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真姓名王金良学院专业电气工程及其自动化年级学号指导教师2013 年1月11日转速、电流反馈控制直流调速系统仿真摘要转速、电流反馈控制的直流调速系统是静、动态性能优良、应用最广泛的直流调速系统,对于需要快速正、反转运行的调速系统,缩短起动、制动过程的时间成为提高生产效率的关键。

为了使转速和电流两种负反馈分别起作用,可在系统里设置两个调节器,组成串级控制。

本文介绍了双闭环调速系统的基本原理,而且用Simulink 对系统进行仿真。

关键词:双闭环调速、转速、电流、Simulink一、 设计的题目及任务〔一〕概述本次仿真设计需要用到的是Simulink 仿真方法,Simulink 是Matlab 最重要的组件之一,它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。

在该环境中,无需大量书写程序,而只需要通过简单直观的鼠标操作,就可构造出复杂的系统。

Simulink 具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点,并基于以上优点Simulink 已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。

〔二〕仿真题目某晶闸管供电的双闭环直流调速系统,整流装置采用三相桥式电路,基本数据如下:直流电机参数为:额定电压220V U =,额定电流136I A =; 额定转速n 1460rpm =,0.132min/e V r C =⋅, 允许过载倍数 1.5λ=; 晶闸管装置放大系数40s K =; 电枢回路总电阻0.5R =Ω; 时间常数0.03,0.18l m s s T T ==; 电流反馈系数0.05/V A β=; 转速反馈系数α=0.00666Vmin/r 。

〔三〕要完成的任务1〕用MATLAB建立电流环仿真模型;2〕分析电流环不同参数下的仿真曲线;3〕用MATLAB建立转速环仿真模型;4〕分析转速环空载起动、满载起动、抗扰波形图仿真曲线。

【设计】自动控制系统课程设计转速单闭环直流电机调速系统设计与仿真

【设计】自动控制系统课程设计转速单闭环直流电机调速系统设计与仿真

【关键字】设计东北大学秦皇岛分校控制工程学院《自动控制系统》课程设计设计题目:转速单闭环直流电机调速系统设计与仿真学生:张海松专业:自动化班级学号:指导教师:王立夫设计时间:2012年6月27日东北大学秦皇岛分校控制工程学院《自动控制系统》课程设计任务书专业:自动化班级:509 学生姓名:设计题目:转速单闭环直流电机调速系统设计与仿真一、设计实验条件实验设备:PC机二、设计任务直流电机额定电压,额定电枢电流,额定转速,电枢回路总电阻,电感,励磁电阻,励磁电感,互感,,允许过载倍数。

晶闸管装置放大系数:,时间常数:,设计要求:对转速环进行设计,并用Matlab仿真分析其设计结果。

目录绪论--------------------------------------------------------------------------------11.转速单闭环调速系统设计意义-----------------------------12.原系统的动态结构图及稳定性的分析-----------------------22.1 转速负反应单闭环控制系统组成-----------------------22.2 转速负反应单闭环控制系统的工作原理-----------------33.调节器的选择及设计-------------------------------------33.1调节器的选择- --------------------------------------33.2 PI调节器的设计--- ---------------------------------44.Mat lab仿真及结果分析----------------------------------74.1 simulink实现上述直流电机模型-----------------------74.2 参数设置并进行仿真---------------------------------74.3结果分析--------------------------------- ---------155.课设中遇到的问题--------------------------------------166.结束语- ---------------------------------------------17参考文献- ---------------------------------------------17转速单闭环直流电机调速系统设计与仿真绪论直流电动机由于调速性能好,启动、制动和过载转矩大,便于控制等特点,是许多高性能要求的生产机械的理想电动机。

0实验一:转速负反馈闭环调速系统仿真框图及参数

0实验一:转速负反馈闭环调速系统仿真框图及参数

0实验一:转速负反馈闭环调速系统仿真框图及参数实验一:转速负反馈闭环调速系统仿真框图及参数转速负反馈闭环调速系统系统仿真框图及参数(sI dL- * n(s) ) (s) U n+ + + + - + -,图一比例积分控制的直流调速系统的仿真框图图一中是转速负反馈闭环调速系统的仿真框图,由框图中可以看出:1、该系统是采用PI调节器进行调节的,PI调节器的传递函数如下式所示:其中,是比例系数,积分系数=。

2、该系统采用的是单闭环系统,通过把转速作为系统的被调节量,检测误差,纠正误差,有效地抑制直至消除扰动造成的影响。

各环节参数如下:直流电动机:额定电压U= 220V,额定电流,额定转速,N电动机电动势系数。

假定晶闸管整流装置输出电流可逆,装置的放大系数,滞后时间常数0.00167s。

电枢回路总电阻R = 1.0,,电枢回路电磁时间常数,电力拖动系统机电时间常数。

转速反馈系数, , ,,,,。

对应额定转速时的给定电压。

转速负反馈闭环调速系统的仿真1. 仿真模型的建立比例积分控制的无静差直流调速系统的仿真模型进入MATLAB,并打开SIMULINK模块浏览器窗口,建立一个新的模型,并复制入相应模块,修改模块的参数.当其中PI调节器的至暂定为,1/, = 11.43时,把从10.0修改为0.6后控制参数的仿真结果:图1 电枢电流随时间变化的规律图2电机转速随时间变化的规律由图1可知电流的最大值为230A左右,显然不满足实际要求,故后面需对此进行处理,采用带电流截止负反馈环节的直流调速系统。

其中,由图2 scope输出结果中可以得出该控制系统的最大超调量M、上升时间 ,调p整时间,取值分别为:M= 108r/min, = 0.12s, = 0.28s(估计值) p2. PI调节器参数的调整改变PI调节器的参数,并在启动仿真,分别从仿真曲线中得到的最大超调量及调整时间,相互间进行比较,如下表所示最大超调量比例系数积分系数调整时间(s) M(r/min) p0.25 3 0 >0.6 0.56 3 0 >0.6 0.56 11.43 108 0.28 0.8 11.43 63 0.28 0.8 15 152 0.23由表中可以看出,改变PI调节器的参数,可以得到转速响应的超调量不一样、调节时间不一样的响应曲线。

实验三 转速负反馈闭环调速系统的仿真

实验三   转速负反馈闭环调速系统的仿真

实验三转速负反馈闭环调速系统的仿真一.实验目的熟练使用MATLAB下的SIMULINK软件进行系统仿真。

学会用MATLAB下的SIMULINK软件建立比例积分控制的直流调速系统的仿真模型和进行仿真实验的方法。

二.实验器材PC机一台,MATLAB软件三.实验参数采用比例积分控制的转速负反馈直流调速系统,结构框图参考教材P51的图2-45,其各环节的参数如下:直流电动机:额定电压UN = 220 V,额定电流IdN = 55 A,额定转速nN = 1000 r/min,电动机电势系数Ce= 0.192 V·min/r。

假定晶闸管整流装置输出电流可逆,装置的放大系数Ks = 44,滞后时间常数Ts = 0.00167 s。

电枢回路总电阻R =1.0 Ω,电枢回路电磁时间常数Tl = 0.00167 s,电力拖动系统机电时间常数Tm = 0.075 s。

转速反馈系数α= 0.01V·min/r。

对应额定转速时的给定电压Un*=10V。

电流负反馈采样电阻Rs = 0.1 Ω,临界截止电流Idcr=1.3IdN,比较电压Ucom = Idcr Rs。

四.实验内容1、根据所提供的系统参数,参考教材P51中图2-45建立采用比例积分控制的转速闭环调速系统的仿真模型。

图1比例积分控制的直流调速系统仿真图2、在理想空载下,改变比例积分控制器的比例系数K p 和积分系数K i (如表1所示),观察调速系统输出转速n 的响应曲线,记录转速的超调量、响应时间、稳态值等参数,以及电枢电流I d 的响应曲线,记录相关数据,并分析原因。

表1 比例积分系数表1不同比例系数K p 和积分系数K i 时的转速数据对比t/sn (r /m i n )不同比例系数Kp 和积分系数Ki 的转速n 曲线t/sI d /A不同比例系数Kp 和积分系数Ki 的电枢电流Id 曲线表2不同比例系数K p和积分系数K i时的电枢电流数据对比通过表1、2可得,当K p0.25,K i=3时,在响应阶段中转速变化比较慢且无超调,其稳态值999.55r/min,并且电枢电流比较小,波动范围也比较窄;当K p=0.56,Ki=11.43时,在响应阶段中转速变化比较快,其稳态值达到1000r/min,并且电枢电流较大,波动范围稍大一点,响应时间较短,约为0.26s;当Kp=0.8,Ki=15时,响应阶段中转速变化快,其稳态值达到1000r/min,响应时间短,约为0.2s,电枢电流大,波动范围大。

转速电流双闭环直流调速系统仿真与设计

转速电流双闭环直流调速系统仿真与设计

运动控制系统课程设计题目:转速电流双闭环直流调速系统仿真与设计转速电流双闭环直流调速系统仿真与设计1. 设计题目转速电流双闭环直流调速系统仿真与设计2. 设计任务已知某晶闸管供电的双闭环直流调速系统,整流装置采用三相桥式电路,基本数据如下:1)直流电动机:160V、120A、1000r/min、C e=r,允许过载倍数λ=2)晶闸管装置放大系数:K s=303)电枢回路总电阻:R=Ω4)时间常数:T l=,T m=,转速滤波环节时间常数T on取5)电压调节器和电流调节器的给定电压均为10V试按工程设计方法设计双闭环系统的电流调节器和转速调节器,并用Simulink建立系统模型,给出仿真结果;系统要求:1)稳态指标:无静差2)动态指标:电流超调量σi ≤5%;空载起动到额定转速时超调量σn ≤10%3. 设计要求根据电力拖动自动控制理论,按工程设计方法设计双闭环调速系统的步骤如下:1)设计电流调节器的结构和参数,将电流环校正成典型I型系统;2)在简化电流环的条件下,设计速度调节器的结构和参数,将速度环校正成典型II型系统;3)进行Simulink仿真,验证设计的有效性;4.设计内容1 设计思路:带转速负反馈的单闭环系统,由于它能够随着负载的变化而相应的改变电枢电压,以补偿电枢回路电阻压降的变化,所以相对开环系统它能够有效的减少稳态速降;当反馈控制闭环调速系统使用带比例放大器时,它依靠被调量的偏差进行控制的,因此是有静差率的调速系统,而比例积分控制器可使系统在无静差的情况下保持恒速,实现无静差调速;对电机启动的冲击电流以及电机堵转时的堵转电流,可以用附带电流截止负反馈作限流保护,但这并不能控制电流的动态波形;按反馈的控制规律,采用某个物理量的负反馈就可以保持该基本量基本不变,采用电流负反馈就应该能够得到近似的恒流过程;另外,在单闭环调速系统中,用一个调节器综合多种信号,各参数间相互影响,难于进行调节器的参数调速;例如,在带电流截止负反馈的转速负反馈的单闭环系统中,同一调节器担负着正常负载时的速度调节和过载时的电流调节,调节器的动态参数无法保证两种调节过程均具有良好的动态品质;按照电机理想运行特性,应该在启动过程中只有电流负反馈,达到稳态转速后,又希望只有转速反馈,双闭环调速系统的静特性就在于当负载电流小于最大电流时,转速负反馈起主要作用,当电流达到最大值时,电流负反馈起主要作用,得到电流的自动保护;2双闭环调速系统的组成:a.系统电路原理图图2-1为转速、电流双闭环调速系统的原理图;图中两个调节器ASR和ACR 分别为转速调节器和电流调节器,二者串级连接,即把转速调节器的输出作为电流调节器的输入,再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置;电流环在内,称之为内环;转速环在外,称之为外环;两个调节器输出都带有限幅,ASR的输出限幅什U im决定了电流调节器ACR 的给定电压最大值U im,对就电机的最大电流;电流调节器ACR输出限幅电压U cm 限制了整流器输出最大电压值,限最小触发角α;图2-1 双闭环调速系统电路原理图b.系统动态结构图图2-2为双闭环调速系统的动态结构框图,由于电流检测信号中常含有交流分量,须加低通滤波,其滤波时间常数T oi按需要选定;滤波环节可以抑制反馈信号中的交流分量,但同时也给反馈信号带来了延滞;为了平衡这一延滞作用,在给定信号通道中加入一个相同时间常数的惯性环节,称作给定滤波环节;其作用是:让给定信号和反馈信号经过同样的延滞,使二者在时间上得到恰当的配合,从而带来设计上的方便;由测速发电机得到的转速反馈电压含有电机的换向纹波,因此也需要滤波,滤波时间常数用T on表示;根据和电流环一样的道理,在转速给定通道中也配上时间常数为T on的给定滤波环节;T oi—电流反馈滤波时间常数T on—转速反馈滤波时间常数图2-2双闭环调速系统的动态结构图3)按工程设计方法设计双闭环系统的ACR:设计多环控制系统的一般原则是:从内环开始,一环一环地逐步向外扩展;在这里是:先从电流环入手,首先设计好电流调节器,然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节,再设计转速调节器;a.确定时间常数整流滤波时间常数T s,三相桥式电路的平均失控时间T s=;电流滤波时间常数T oi,三相桥式电路每个波头的时间是,为了基本虑平波头,应有1~2Toi=,因此取Toi=2ms=;电流环小时间常数T∑i,按小时间常数近似处理,取T∑i=T s+T oi=;b.选择电流调节器结构由设计要求:σi%≤5%,并保证系统稳态电流无误差,因此可按典型I型系统设计,电流调节器选用PI 型,其传递函数为: W ACR s =isis Ki ττ1+ c.校验近似条件电流环截止频率11.135-==s KI ci ω; 晶闸管装置传递函数近似条件为:13ci sw T ≤=,满足近似条件; 忽略反电动势对电流环影响的条件为:ci w ≥满足近似条件; 小时间常数近似条件处理条件为:ci w ≤=, 满足近似条件;d.计算调节器电阻和电容电流调节器原理如图3-1所示,按所用运算放大器取R 0=40kΩ,各电阻和电容值计算如下:,取30k; ,取;-图3-1含给定滤波与反馈滤波的PI 型电流调节器按照上述参数,电流环可以达到的动态指标为:σi %=%<5%,满足设计4按工程设计方法设计双闭环系统的ASR :a.确定时间常数电流环等效时间常数为20.0074i T s ∑=;转速滤波时间常数Ton ,根据所用测速发电机波纹情况,取Ton=; 转速环小时间常数n T ∑ 按小时间常数近似处理,取n T ∑=20.0174i T Ton s ∑+=;b .选择转速调节器结构由于设计要求无静差,转速调节器必须含有积分环节;又根据动态要求,应按典型Ⅱ型系统设计速度环,故ASR 选用PI 调节器,其传递函数为:1()n ASR nn s W s K sττ+= c.计算速度调节器参数按跟随和抗干扰性能较好的原则,取h=5,则ASR 的超前时间常数为:50.01740.087n n hT s τ∑==⨯=,转速环开环增益: 2224.39621-∑=+=s T h h K nN 于是,ASR 的比例系数: =d.校验近似条件由转速截止频率:15.341-===s n KN KNcn τωω; 电流环传递函数简化条件: ,满足简化条件; 转速环小时间常数近似条件为: ,满足近似条件;e.计算调节器电阻和电容转速调节原理图如图3-2所示,取040R k =Ω,则,取550k; ,取;图3-2含给定滤波与反馈滤波的PI 型转速调节器-按照上述参数,电流环可以达到的动态指标为:当h=5时,查表得%,虽然不满足设计要求,而实际上,突加阶跃给定时,ASR 饱和,应按退饱和的情况重新计算超调量,实际%,满足设计要求;5内、外开环对数幅频特性的比较图4-1把电流环和转速环的开环对数幅频特性画在一张图上,其中各转折频率和截止频率依次为:13.2700037.011-==∑s i T ,151.570174.011-==∑s n T , 151.34-=s cn ω,15.11087.011-=s n τ; 以上频率一个比一个小,从计算过程可以看出,这是必然的规律;因此,这样设计的双闭环系统,外环一定比内环慢;一般来说,1150~100-=s ci ω,150~20-=s cn ω;从外环的响应速度受到限制,这是按上述方法设计多环控制系统时的缺点;然而,这样一来,每个环本身都是稳定的,对系统的组成和调试工作非常有利;总之,多环系统的设计思想是:以稳为主,稳中求快;L/dBO1/-s ωiT ∑1ciωnT ∑1cn ωnτ1InI-电流内环 n-转速外环图4-1又闭环系统内环和外环的开环对数幅频特性-20-40-20-406 晶闸管的电压、电流定额计算a.晶闸管额定电压U N晶闸管额定电压必须大于元件在电路中实际承受的最大电压Um ,考虑到电网电压的波动和操作过电压等因素,还要放宽2~3倍的安全系数,即按下式选取U N =2~3Um ,式中系数2~3的取值应视运行条件,元件质量和对可靠性的要求程度而定;b.晶闸管额定电流I N为使晶闸管元件不因过热而损坏,需要按电流的有效值来计算其电流额定值;即必须使元件的额定电流有效值大于流过元件实际电流的最大有效值;可按下式计算:I N =~2K fb I MAX ;式中计算系数K fb =Kf/由整流电路型式而定,Kf 为波形系数,Kb 为共阴极或共阳极电路的支路数;当α=0时,三相全控桥电路K fb =,故计算的晶闸管额定电流为I N =~2K fb I MAX =~2 ××220×=~,取200A;7平波电抗器计算由于电动机电枢和变压器存在漏感,因而计算直流回路附加电抗器的电感量时,要从根据等效电路折算后求得的所需电感量中,扣除上述两种电感量;a.电枢电感量L M 按下式计算)(2103mH I Pn U K L NN N D M ⨯=P —电动机磁极对数,K D —计算系数,对一般无补偿电机:K D =8~12; b.整流变压器漏电感折算到次级绕组每相的漏电感L B 按下式计算)(100%2mH I U U K L dK BB •= U 2—变压器次级相电压有效值,I d —晶闸管装置直流侧的额定负载电流,K B —与整流主电路形式有关的系数;c.变流器在最小输出电流I dmin 时仍能维持电流连续时电抗器电感量L 按下式计算min2d I U K L •=, K 是与整流主电路形式有关的系数,三相全控桥K 取则L =mH.6)进行Simulink 仿真,验证设计的有效性a. 电流闭环的仿真如下图:为了研究系统的参数对动态性能的影响,分别取K I T ∑i =、、、,此时K I 的值也会随之变化,运行仿真,即可得不同K I 值的阶跃响应曲线:图6-1 KT=的阶跃响应曲线图6-2KT=的阶跃响应曲线图6-3 KT=的阶跃响应曲线图6-4 KT=的阶跃响应曲线由曲线可以看出如果要求动态响应快,可取KT=;如果要求系统超调小,则应把KT 的值取小些,可取KT<;无特殊要求,取折中值KT=,,称为最佳二阶系统;图6-1~图6-4反映了PI 调节器的参数对系统品质的影响趋势,在工程设计中,可以根据工艺的要求,直接修改PI 调节器的参数,找到一个在超调量和动态响应快慢上都较满意的电流环调节器;b. 转速环的仿真设计在增加转速环调节后,转速环开环传递函数如下: )1()1()(n 2n N n ++=∑s T s s K s W τ 校正后的调速系统动态结构框图如下所示:其中me n n N T C R K K βτα=;在matlab中搭建好系统的模型,如下图:转速环的仿真设计为满足系统在不同需求下的跟随性与抗扰行能要求,取h的之分别为:3、5、7、9. 用matlab仿真结果如下:图7-1h=3时的阶跃响应曲线图7-2h=5时的阶跃响应曲线图7-3h=7时的阶跃响应曲线图7-4h=9时的阶跃响应曲线由图可以看出:h值越小,动态降落也越小,恢复时间、调节时间也短,抗扰性能也越好,但是,从h<5以后,由于震荡剧烈h越小,恢复时间反而延长,综合起来看,h=5是最佳选择,也即最佳三阶系统;对电流环与转速环都是根据实际需要调节参数的,对比Ⅰ型、Ⅱ型系统可以发现:Ⅰ型系统可以在跟随性上做到超调小,但抗扰性能差;而Ⅱ型系统超调却相对较大,抗扰性能较好;5.设计心得a.通过该次设计,更加熟悉掌握了电流转速双闭环直流调速系统的结构组成以及它的工作原理,加深了对开环、闭环有静差、无静差调速的理解---闭环结构保证系统的稳定性与抗干扰能力;无静差调速则保证系统有较低的稳态误差;b.由此也初步掌握双闭环调节器的整个设计过程,其基本思想是先内环再外环;在结构框图的处理过程中有多处近似处理,简化了传递函数,从而使问题得到简化,因此称为被称为“工程设计方法”,这意味着在实际的应用中,在可以大大简化分析过程却很小影响分析结果的方法是很有价值的;从开环到闭环、从闭环无静差到有静差、从单环到双环着一些列的变化显示人们人知的渐进性;仿真是自己临时捡起matlab课本重新回顾才完成的,仿真的直观的证明了最佳二阶、三阶系统的参数,并再一次体现了matlab在控制中的重要作用,的确是一个很强大的仿真工具;整个仿真过程也加深了自己对电力拖动控制相关知识理解程度,相当于也许经过证明的才是最可靠的;d.由于水平有限,设计中肯定有许多错误和不足的地方,敬请老师指正;6.参考文献【1】陈伯时,电力拖动自动控制系统;机械工业出版社;【2】李荣生,电气传动控制设计指导;;。

转速反馈单闭环直流调速系统仿真

转速反馈单闭环直流调速系统仿真

转速反馈单闭环直流调速系统仿真题目:转速反馈单闭环直流调速系统仿真直流电机模型框图如下图所示,仿真参数为R =0.4,T l =0.00833,T m =0.045,Ce=0.25。

本次仿真采用算法为ode45,仿真时间3s 。

图1 直流电机模型1、开环仿真:用Simulink 实现上述直流电机模型,直流电压U d0取500V ,0~1.5s ,电机空载,即I d =0;1.5s~3s ,电机满载,即I d =100A 。

画出转速n 的波形,根据仿真结果求出空载和负载时的转速n 以及静差率s 。

改变仿真算法,观察效果(运算时间、精度等)。

cde45 cde23空载转速n=2000r/min 负载转速n=1840r/min静差率s=(2000-1840)/2000=0.08使用各种算法对于本例来说差别不大,各算法所用时间如下所示。

ode45 3.011s ode 23 2.493s ode 113 2.406s由此可见,ode45算法运算时间较长,ode23与ode113的时间较短,查阅资料发现ode45仿真精度最高,ode23与ode113cde113 精度较低。

2、闭环仿真:在上述仿真基础上,添加转速闭环控制器,转速指令为2000rpm,0~1.5s,电机空载,即I d=0;1.5s~3s,电机满载,即I d=100A。

(1)控制器为比例环节:试取不同k p值,画出转速波形,求稳态时n和s并进行比较。

Kp=1 Kp=2Kp=4 Kp=8稳态时的转速n由图中表格可以读出,分别是1568r/min、1760 r/min、1874 r/min、1932 r/min。

静差率分别为0.01854、0.1001、0.00435、0.00408。

(2)控制器为比例积分环节,设计恰当的k p和k I值,画出转速波形、电机端电压波形和电枢绕组电流波形,求出静差率、超调量、响应时间和抗扰性。

结合《自动控制原理》相关知识,对结果进行分析。

直流调速系统的matlab仿真

直流调速系统的matlab仿真

一,转速反馈控制直流调速系统的matlab仿真1,基本原理:根据自动控制原理,将系统的被调节量作为反馈量引入系统,与给定量进行比较,用比较后的偏差值对系统进行控制,可以有效地抑制甚至消除扰动的影响,而维持被调节量很少变化或不变,这就是反馈控制的基本作用。

在负反馈基础上的“检查误差,用以纠正误差”这一原理组成的系统,其输出量反馈的传递途径构成一个闭环回路,因此被称作闭环控制系统。

在直流系统中,被调节量是转速,所构成的是转速反馈控制的直流调速系统。

2,下图是转速负反馈闭环调速系统动态结构框图各个环节的参数如下:直流电动机:额定电压U N=220V,额定电流I dN=55A,额定转速n N=1000r/min,电机电动势常数C e=0.192V·min/r。

假定晶闸管整流装置输出电流可逆,装置的放大系数Ks=44,滞后时间常数Ts=0.00167。

电枢回路总电阻R=1Ω,电枢回路电磁时间常数Tl=0.00167s,电力拖动系统机电时间常数Tm=0.075s。

转速反馈系数α=0.01 V·min/r。

对应的额定电压U n*=10V。

在matlab的simulink里面的仿真框图如下其中PI调节器的值暂定为Kp=0.56,1/τ=11.43。

3,仿真模型的建立:进入matlab,单击命令窗口工具栏的simulink图标,打开simulink模块浏览器窗口,如下图所示:打开模型编辑器窗口,双击所需子模块库的图标,则可以打开它,用鼠标左键选中所需的子模块,拖入模型编辑窗口。

要改变模块的参数双击模块图案即可(各模块的参数图案)。

加法器模块对话框Gain模块对话框把各个模块连接起来并按照上面给定的电机参数修改各个模块相应的参数,可以得到如下的比例积分的无静差直流调速系统的仿真框图:4,仿真后的结果及其分析:其中输出scope1中可以看出超调和上升时间等。

改变PI调节器的参数,并在仿真的曲线中得到最大的超调级调整时间,相互间进行比较,如下表所示:参照以上表格中的数据分析可知,改变PI调节器的参数,可以得到快速响应的超调量不一样,调节时间不一样的响应曲线。

单闭环直流调速系统的仿真研究【基于MATLAB软件的仿真】《论文》

单闭环直流调速系统的仿真研究【基于MATLAB软件的仿真】《论文》

单闭环直流调速系统的仿真研究【基于MATLAB软件的仿真】《论文》1引言调速方法通常有机械的、电气的、液压的、气动的几种,仅就机械与电气调速方法而言,也可采用电气与机械配合的方法来实现速度的调节。

电气调速有许多优点,如可简化机械变速机构,提高传动效率,操作简单,易于获得无极调速,便于实现远距离控制和自动控制,因此,在生产机械中广泛采用电气方法调速。

1.1直流调速系统的概述由于直流电动机具有极好的运动性能和控制特性,尽管它不如交流电动机那样结构简单、价格便宜、制造方便、维护容易,但是长期以来,直流调速系统一直占据垄断地位。

就目前来看,直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式。

在我国许多工业部门,如海洋钻探、纺织、轧钢、矿山、采掘、金属加工、造纸以及高层建筑等需要高性能可控电力拖动的场合,仍然广泛采用直流调速系统。

而且,直流调速系统在理论上和实践上都比较成熟,从控制技术的角度来看,它又是交流调速系统的基础。

随着GTO晶闸管、GTR、P-MOSFET、IGBT和MCT等全控型功率器件的问世,这些有自断能力的器件逐步取代了原来普通晶闸管系统所必须的换向电路,简化了电路的结构,提高了效率和工作频率,降低了噪声,缩小了电力电子装置的体积和重量。

谐波成分大、功率因素差的相控变流器逐步被斩波器或脉冲宽度调制器所代替,明显的扩大了电动机控制的调速范围,提高了调速精度,改善了快速性、效率和功率因素。

PWM电源终将取代晶闸管相控式可控功率电源,成为电源的主流。

随着信息、控制与系统学科以及电力电子的发展,电力拖动系统获得了迅猛发展,从旋转交流机组到水银整流器静止交流装置、晶闸管整流装置,再到众多集成电力模块。

目前完全数字化的控制装置已成功应用于生产,以微机作为控制系统的核心部件,并具有控制、检测、监视、故障诊断及故障处理等多功能电气传动系统正处在形成和不断完善之中。

1.2本章小结本章介绍了直流调速系统的研究前景及其优点。

双闭环直流电动机调速系统设计及MATLAB仿真

双闭环直流电动机调速系统设计及MATLAB仿真

双闭环直流电动机调速系统设计及M A T L A B仿真(共21页)-本页仅作为预览文档封面,使用时请删除本页-目录1、引言..................................................错误!未定义书签。

二、初始条件:...........................................错误!未定义书签。

三、设计要求:...........................................错误!未定义书签。

四、设计基本思路.........................................错误!未定义书签。

五、系统原理框图.........................................错误!未定义书签。

六、双闭环调速系统的动态结构图...........................错误!未定义书签。

七、参数计算.............................................错误!未定义书签。

1. 有关参数的计算 ...................................错误!未定义书签。

2. 电流环的设计 .....................................错误!未定义书签。

3. 转速环的设计 .....................................错误!未定义书签。

七、双闭环直流不可逆调速系统线路图.......................错误!未定义书签。

1.系统主电路图 ......................................错误!未定义书签。

2.触发电路 ..........................................错误!未定义书签。

3.控制电路 ..........................................错误!未定义书签。

直流调速系统仿真

直流调速系统仿真
1. 系统的建模和模型参数设置 系统的建模包括主电路和控制电路的建模两部分。 (1)主电路的建模和参数设置 开环直流调速系统的主电路由三相对称交流电压源、晶闸管整流桥、平波电抗器、直 流电动机等部分组成。在仿真中,整流器和触发同步使用同一交流电源,直流电动机励磁 由直流电源直接供电。由于同步脉冲触发器与晶闸管整流桥是不可分割的两个环节,通常 作为一个组合体来讨论,所以将触发器归到主电路进行建模。 ① 三相对称交流电压源的建模与参数设置。首先从图 5-18 的电源(Electrical sources) 模块组中选取 1 个带内阻的三相对称交流电压源模块,再对其进行参数设置: 双击三相交流电压源图标,打开电压源模块参数设置对话框,如图 6-3 所示。为了减 小整流器谐波对同步信号的影响,宜设三相交流电源电感 Ls = 0 ,其余参数设置参考表 6-1。 ② 脉冲触发器的建模和参数设置。脉冲触发器(6-Pulse)可从图 5-25 的 Control Blocks
电枢电感由下式估算:
= La
1= 9.1 CU N 2 pnN IN
19.1 0= .4 × 220 2 × 3×1000 × 55
0.0051H
电枢绕组和励磁绕组之间互感 Laf
因为 = Ce
U N −= Ra IN nN
220 − 0.5= 1× 55 1000
0.192V ⋅ min/ r
KE
图 6-14 转速电流双闭环直流调速系统的动态结构图
线性 PI 调节器的传递函数为
WPI
(s)
=K p
+
1 Ki s
=K p
1+τs τs
式中, K p 为比例系数, Ki 为积分系数,τ = K p Ki 。

控制系统课程设计--转速反馈控制直流调速系统的仿真

控制系统课程设计--转速反馈控制直流调速系统的仿真

控制系统课程设计--转速反馈控制直流调速系统的仿真控制系统课程设计设计内容:转速反馈控制直流调速系统的仿真院系: 信息科学与技术部专业: 电气工程及其自动化班级 : 11Q电气7 班目录一.仿真软件的选用 ..................................................................... .. (1)1.1 MATLAB简介 ..................................................................... . (1)1.2 对SIMULINK的简介 ..................................................................... ................................. 1 二.仿真框图及说明 ..................................................................... .. (2)2.1比例积分控制的直流调速系统的仿真框图 .....................................................................22.2仿真参数要求 ..................................................................... ................................................ 2 三.仿真模型图及参数设置 ..................................................................... ......................................... 2 四.仿真结果 ..................................................................... .. (4)4.1 仿真过程 ..................................................................... . (4)4.2调节器参数的调整 ..................................................................... ........................................ 6 五. 总结...................................................................... . (8)六.参考文献 ..................................................................... ................................................................. 9 七.致谢...................................................................... ........................................................................9一.仿真软件的选用1.1 MATLAB简介MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。

直流调速系统及其仿真.ppt

直流调速系统及其仿真.ppt
T
二、调压调速的关键装置--可控直流电源
常用的可控直流电源有以下三种:
1、旋转变流机组
2、静止可 控整流器
3、直流斩波 器和脉宽调制
变换器
1、旋转变流机组----用交流电动机拖动直流发电 机,以获得可调的直流电压(G-M系统)。
+ 励 磁 电 源
+
-
~
GE
~M n +(-) n

大 装
If
G
U
M
晶闸管整流器的内阻 要求D=20,s≤5%
Rrec=0.13Ω
问题
问若采用开环V-M系统能否满足要求? 若采用α=0.015V·min/r转速负反馈闭环系统,问放大 器的放大系数为多大时才能满足要求?
解(1)设系统满足D=20,检验系统是否满足s≤5%?
nmin
nn D
1000 20
50(r / min)
n-
+
+
RP2
U tg
IG
-
-
V-M闭环系统原理框图
(a)给定环节——产生控制信号:由高精度直流 稳压电源和用于改变控制信号的电位器组成。
(b)比较与放大环节——信号的比较与放大;由P、I、 PI运放器组成
(c)触发器和整流装置环节(组合体)--功率放大 GT:单结晶体管、锯齿波、正弦波触发器; 整流装置:单相、三相、半控、全控.
U
* n
, 则n
改变
(2)对负载波动等扰动信号的调节——稳速过程:
n基本不受负载波动等扰动输入的影响
例如:
TL
n
Un
U n
(U
* n
Un )
Uct Ud 0 ( Id Te ) n

转速电流双闭环直流调速系统仿真设计

转速电流双闭环直流调速系统仿真设计

转速电流双闭环直流调速系统仿真摘要:本设计主要研究了直流调速转速电流双闭环控制系统以及对MATLAB 软件的使用。

系统模型由晶闸管- 直流电动机组成的主电路和转速电流调节器组成的控制电路两部分组成。

主电路采用三相可控晶闸管整流电路整流,用PI 调节器控制,通过改变直流电动机的电枢电压从而进行调压调速。

控制电路设置两个PI 调节器,分别调节转速和电流,即分别引入转速负反馈和电流负反馈。

二者实行嵌套连接,把转速调节器的输出当作电流调节器的输入,再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器形成转速电流UPE,双闭环直流调速系统。

在Simulink 中建立仿真模型,设置各个模块的参数,仿真算法和仿真时间,运行得出仿真模型的波形图。

通过对波形图的分析,说明直流调速转速电流双闭环控制系统具有良好的静态和动态特性。

关键词:双闭环直流调速系统,MATLAB/SIMULINK 仿真,ASR,ACR 。

课程概述:直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。

随着交流调速的迅速发展,交流调速技术越趋成熟,以及交流电动机的经济性和易维护性,使交流调速广泛受到用户的欢迎。

但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场,并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。

采用转速负反馈和PI 调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。

但如果对系统的动态性能要求较高,如要求快速起制动、突加负载动态速降时,单闭环系统就难以满足。

这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程中的电流或转矩。

在单闭环系统中,只有电流截至负反馈环节是专门用来控制电流的,但它只是在超过临界电流值以后,靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击,并不能很理想的控制电流的动态波形。

实际工作中,在电机最大电流受限的条件下,充分利用电机的允许过载能力,最好是在过渡过程中始终保持电流转矩为允许最大值,使电力拖动系统尽可能用最大的加速度启动,到达稳定转速后,又让电流立即降下来,使转矩马上与负载相平衡,从而转入稳态运行。

《MATLAB工程应用》转速单闭环直流调速系统仿真

《MATLAB工程应用》转速单闭环直流调速系统仿真

《MATLAB工程应用》转速单闭环直流调速系统仿真一、选题背景晶闸管开环直流调速系统启动电流大,转速随负载变化而变化,负载越大,转速降落越大,因此,无法在负载变动时保持转速的稳定,影响生产。

为了提高直流调速系统的动静态性能指标,通常采用闭环控制系统(单闭环或双闭环)。

对调速指标要求不高的场合,采用单闭环系统;对调速指标要求高的场合,采用双闭环系统。

按反馈的方式不同,可分为转速反馈、电流反馈、电压反馈。

在单闭环系统中,般采用转速反馈。

二、原理分析转速单闭环直流调速系统原理如图 1 转速单闭环直流调速系统原理图所示。

图 1 转速单闭环直流调速系统原理图中将反映转速变化的电压信号作为反馈信号,经过速度变换后接到电流调节器的输入端,与给定的电压U;相比较经放大后,得到移相控制电压信号Uc,用作控制整流桥的触发电路,触发脉冲经功放后加到晶闸管的门极和阴极之间,以改变整流桥的输出电压,这就构成了速度负反馈闭环系统。

图 1 转速单闭环直流调速系统原理图该系统在电机负载增加时,转速n将下降,转速反馈U n减小,导致转速的偏差ΔU n。

将增大(ΔU n=U n∗−U n),U C增加,并经移相触发器使整流器输出电压U增加,电枢电流1。

也就增加了,从而使电动机电磁转矩增加,转速n也随之升高,补偿了负载增加造成的转速降。

在MATLAB仿真中,通常省略AD采样中的变换环节,直接用测量模块得到实际物理量。

三、过程论述利用Simulink建立有静差的转速单闭环直流调速系统仿真模型。

该系统由给定信号、速度调节器、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机、速度反馈等部分组成。

与开环直流调速系统相比,二者的主电路就基本相同,系统的差别主要在控制电路上。

图 2 有静差的转速单闭环直流调速系统仿真模型图 2 有静差的转速单闭环直流调速系统仿真模型中的二极管桥模块参数设置如图 3 二极管参数设置。

在整流桥后面并一个二极管桥,主要是为了加快电动机的减速过程,同时避免在整流桥输出端出现负电压而使波形畸变。

转速、电流双闭环控制直流调速系统带仿真结果

转速、电流双闭环控制直流调速系统带仿真结果

摘要转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能很好,应用最广的直流调速系统,是目前直流调速系统中的主流设备。

具有调速范围宽、平稳性好、稳速精度高等优点。

在理论和实践方面都是比较成熟的系统,在电力拖动领域中发挥着及其重要的作用。

本人此次设计的步骤主要是:查阅相关的资料、书籍,确定整个设计的方案和框图。

然后确定主电路的结构形式和各元部件的设计,同时对其参数的计算,包括整流变压器、晶闸管、电抗器和保护电路的参数计算。

接着驱动电路的设计包括触发电路和脉冲变压器的设计。

转速和电流调节器的计算和设计给予详细介绍。

每一步设计都会给出相应的原理图,并进行分析。

最后用学过的MATLAB/SIMULINK进行仿真,给出模块搭建及仿真图形的结果。

目录第1章系统总体设计 (1)1.1设计任务 (1)1.2设计要求 (1)1.3设计的基本思路 (1)第2章整体电路分析 (4)2.1电流调节器的设计 (4)2.2转速调节器的设计 (7)第3章硬件电路图及保护电路的设计 (10)3.1系统主电路图绘制 (10)3.2晶闸管的保护与选择 (10)3.3 整流变压器的选择 (13)3.4触发电路的设计 (14)3.5.电动机的励磁回路 (15)第4章MATLAB仿真 (16)结论 (19)参考资料 (20)第1章 系统总体设计1.1 设计任务设计一个V-M 转速、电流双闭环直流调速系统,相关数据:电动机参数:N P =40kw 、N U =300v 、N I =148A 、N n =910rpm 、f U =220v 、dm I =296A 、 2GD =1.00kg ⋅2m 、a R =0.08Ω、a L =2.05mH ;其它参数:整流侧内阻n R =0.092Ω、整流变压器漏感T L =7.5mH ,电抗器直流电阻H R =0.15Ω、电抗器电感H L =4.0mH 、负载2GD 折算值=9 kg ⋅2m ;电流、转速滤波时间常数参考教材例题数据。

转速反馈控制直流调速系统的仿真

转速反馈控制直流调速系统的仿真
SIMULINK环境中的菜单直接启动系统的仿真过程,同时将结果在示 波器上显示出来,
2
2.6.1 转速负反馈闭环调速系统仿真 框图及参数
• 直流电动机:额定电压 U N 220V ,
额定电流 I dN 55 A ,额定转速 nN 1000 r/ m,in
电动机电势系数 Ce 0.192V min/ r

对应额定转速时的给定电压
U
* n
10V

3
图2-45 比例积分控制的直流调速系统的仿真框图
4
2.6.2 仿真模型 的建立
• 进入MATLAB,单击 MATLAB命令窗口工 具栏中的SIMULINK 图标,
• 或直接键入 SIMULINK命令,打 开SIMULINK模块浏 览器窗口,
图2-46 SIMULINK模块浏览器窗 口
6
图2-47 模型编辑窗口
7
• (3)修改模块参数: 双击模块图案,则出现关于该图案的对话框, 通过修改对话框内容来设定模块的参数。
8
描述加法器三路 输入的符号,|表 示该路没有信号, 用|+-取代原来的 符号。得到减法 器。
图2-48 加法器模块对话框
9
分子多项式 系数
分母多项式 系数
例如,0.002s+1是用向量 [0.002 1]来表示的。
5
• (1)打开模型编辑窗口:通过单击SIMULINK工具栏 中新模型的图标或选择File→New→Model菜单项实 现。
• (2)复制相关模块:双击所需子模块库图标,则可打 开它,以鼠标左键选中所需的子模块,拖入模型编 辑窗口。
• 在本例中拖入模型编辑窗口的为:Source组中的 Step模块;Math Operations组中的Sum模块和Gain 模块;Continuous组中的Transfer Fcn模块和 Integrator模块;Sinks组中的Scope模块;

实验四 转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真

实验四  转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真

实验四转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真一、实验目的熟练使用MATLAB下的SIMULINK软件进行系统仿真。

学会用MATLAB下的SIMULINK软件建立转速、电流反馈控制的直流调速系统的仿真模型和进行仿真实验的方法。

二、实验器材PC机一台,MATLAB软件三、实验参数采用转速、电流反馈控制的直流调速系统,按照要求分别进行仿真实验,输出直流电动机的电枢电流I d和转速n的响应数据,绘制出它们的响应曲线,并对实验数据进行分析,给出相应的结论。

转速、电流反馈控制的直流调速系统中各环节的参数如下:直流电动机:额定电压U N = 220 V,额定电流I dN =136 A,额定转速n N = 1460r/min,电动机电势系数C e= 0.132 V·min/r,允许过载倍数λ=1.5。

晶闸管整流装置的放大系数K s = 40。

电枢回路总电阻R =0.5Ω,电枢回路电磁时间常数T l = 0.03s,电力拖动系统机电时间常数T m = 0.18 s,整流装置滞后时间常数T s=0.0017s,电流滤波时间常数T oi=0.002s。

电流反馈系数β=0.05V/A(≈10V/1.5I N)。

四、实验内容1、电流环的仿真。

参考教材P90中相关内容建立采用比例积分控制的带限幅的电流环仿真模型,设置好各环节的参数。

图1电流环的仿真模型2、按照表1中的数据分别改变电流环中比例积分控制器的比例系数K p 和积分系数K i ,观察电流环输出电枢电流I d 的响应曲线,记录电枢电流I d 的超调量、响应时间、稳态值等参数,是否存在静差?分析原因。

表1 比例积分系数t/sI d /A不同比例系数Kp 和积分系数Ki 时的电枢电流曲线表1不同比例系数K p 和积分系数K i 的电枢电流数据对比分析:由表1可知,不同的比例系数K p 和积分系数K i 会影响系统的电枢电流且系统存在静差,原因是电流调节系统受到电动机反电动势的扰动,电动机反电动势是一个线性渐增的扰动量,所以系统做不到无静差。

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目录
一 绪论 1
二 系统的结构与原理 1
2.1 系统结构及电流 1
2.2 系统静特性 2
三 电流截至负反馈环节的设计 2
3.1 电流截止负反馈环节结构设计 2
3.2 电流截止负反馈环节参数设计 3
四 利用matlab/simulink绘制系统的仿真 3
4.1 仿真原理图 3
五 总结 5
参考文献 5
一 绪论
对于单闭环转速调节系统而言存在以下问题:
1. 起动的冲击电流——直流电动机全电压起动时,如果没有限流措
施,会产生很大的冲击电流,这不仅对电机换向不利,对过载能力低的电力电子器件来说,更是不能允许的。

2. 闭环调速系统突加给定起动的冲击电流——采用转速负反馈的闭环
调速系统突然加上给定电压时,由于惯性,转速不可能立即建立起来,反馈电压仍为零,相当于偏差电压,差不多是其稳态工作值的1+K 倍。

这时,由于放大器和变换器的惯性都很小,电枢电压一下子就达到它的最高值,对电动机来说,相当于全压起动,当然是不允许的。

3. 堵转电流——有些生产机械的电动机可能会遇到堵转的情况。


如,由于故障,机械轴被卡住,或挖土机运行时碰到坚硬的石块等等。

由于闭环系统的静特性很硬,若无限流环节,硬干下去,电流将远远超过允许值。

如果只依靠过流继电器或熔断器保护,一过载就跳闸,也会给正常工作带来不便。

为解决问题可以电枢串电阻起动;引入电流截止负反馈;加积分给定环节。

本设计主要讨论如何采用电流截止负反馈来限制起动电流。

二 系统的结构与原理
2.1 系统结构及电流
考虑到,限流作用只需在起动和堵转时起作用,正常运行时应让电流自由地随着负载增减。

如果采用某种方法,当电流大到一定程度时才接入电流负反馈以限制电流,而电流正常时仅有转速负反馈起作用控制转速。

这种方法叫做电流截止负反馈,简称截流反馈。

电流截止负反馈环节的I/O特性如图1-2所示。

它表明当输入信号俄日正值时,输出输入相等;当为负值时,输出为零。

这是一个两段线性环节。

图1-1电流截止负反馈环节的I/O特性
带电流截止负反馈的闭环直流调速稳态结构图如图1-3。

图1-2 带电流截止负反馈的闭环直流调速稳态结构图
由图1-3可写出该系统两段静特性的方程式。

当 Id ≤ Idcr 时,电流负反馈被截止,静特性和只有转速负反馈调速系统的静特性式相同,。

当 Id > Idcr时,引入了电流负反馈,静特性变成
2.2 系统静特性
带电流截止负反馈闭环调速系统的静特性如图1-4。

图1-3 带电流截止负反馈闭环调速系统的静特性
静特性的两个特点:
(1)电流负反馈的作用相当于在主电路中串入一个大电阻 Kp Ks Rs ,因而稳态速降极大,特性急剧下垂。

(2)比较电压与给定电压的作用一致,好象把理想空载转速提高到
三 电流截至负反馈环节的设计
3.1 电流截止负反馈环节结构设计
直流调速系统中的电流截止负反馈环节如图2-1,电流反馈信号取自串入电动机电枢回路中的小阻值电阻Rs,IdRs正比于电流。

设Idcr为临界的截至电流,当电流大于截至电流时,将电流负反馈信号加到放大器的输入端;当电流小于截至电流时,将电流反馈切断。

为实现这一作用,需引入比较电压Ucom。

图2-1a中用独立的直流电压源作为比较电压,其大小可用电位器调节,相当于调节截至电流。

在IdRs与Ucom之间串联一个二极管VD,当IdRs>Ucom时,二极管导通,电流负反馈信号Ui 即可加到放大器上;反之二极管截止,Ui消失。

显然这一线路中,截止电流。

图2-1b中利用稳压管VS的击穿电压Ubr作为比较电压,线路要简单得多,但不能平滑调节截止电流值。

a) a 利用独立直流电源作比较电压 b 利用稳压管产生比较电压
图2-1 电流截止负反馈环节
3.2 电流截止负反馈环节参数设计
Idbl应小于电机允许的最大电流,一般取
从调速系统的稳态性能上看,希望稳态运行范围足够大,截止电流应大于电机的额定电流,一般取 。

3.3 反馈系数的设计
四 利用matlab/simulink绘制系统的仿真
4.1 仿真原理图
带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统仿真模型如图4-1所示。

图4-1 带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统仿真模型
设定仿真时间1s,在0.5s时突加负载,转速、电枢电流和转矩的变化情况如图4-2,4-3。

图4-2 转速n仿真图像
图4-3 电枢电流Id.转矩T仿真图像
通过以上仿真结果可以发现,电机大概在0.3s时稳定,电枢电流为零,此时电机的转速为其空载转速。

0.5s突加负载后,电枢电流上升,并在0.65s时稳定在固定值,电机转速随着突加负载有下降现象,在0.6s时达到稳定,稳定值在1000n/min左右,但没有回升到空载转速,此为静差转速调节的特性。

五 总结
这次课设让我了解并熟悉了MATLAB软件的仿真使用,对单闭环直流调速系统与带电流截至负反馈的单闭环直流调速系统的区别有了更深一步的认识。

对电流截至负反馈的原理结构更加熟悉。

通过仿真形象的将带电流截至负反馈的单闭环直流调速系统启动,空载,突加负载,调速的书本知识原理与仿真图像相结合。

参考文献
1.王兆安,等.电.力电子技术[M〕.北京:机械工业出版社,2000.
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