雙閉環直流電機調速的matlab仿真.doc

雙閉環直流電機調速系統的設計與MATLAB仿真1.1 雙閉環調速系統的工作原理1.1.1 轉速控制的要求和調速指標生產工藝對控制系統性能的要求經量化和折算后可以表達為穩態和動態性能指標。設計任務書中給出了本系統調速指標的要求。深刻理解這些指標的含義是必要的，也有助于我們構想后面的設計思路。在以下四項中，前兩項屬于穩態性能指標，后兩項屬于動態性能指標1.1.1.1 調速范圍D 生產機械要求電動機提供的最高轉速和最低轉速之比叫做調速范圍，即 (1-1)1.1.1.2 靜差率s 當系統在某一轉速下運行時，負載由理想空載增加到額定值所對應的轉速降落，與理想空載轉速之比，稱作靜差率，即 (1-2)靜差率是用來衡量調速系統在負載變化下轉速的穩定度的。1.1.1.3 跟隨性能指標 在給定信號R(t)的作用下，系統輸出量Ct的變化情況可用跟隨性能指標來描述。具體的跟隨性能指標有下列各項上升時間，超調量，調節時間.1.1.1.4 抗擾性能指標 此項指標表明控制系統抵抗擾動的能力，它由以下兩項組成動態降落，恢復時間.1.1.2 調速系統的兩個基本方面在理解了本設計需滿足的各項指標之后，我們會發現在權衡這些基本指標，即1 動態穩定性與靜態準確性對系統放大倍數的要求；2 起動快速性與防止電流的沖擊對電機電流的要求。采用轉速負反饋和PI調節器的單閉環調速系統,在保證系統穩定的條件下,實現轉速無靜差，解決了第一個問題。但是，如果對系統的動態性能要求較高，例如要求快速啟制動，突加負載動態速降小等等，則單閉環系統就難以滿足要求。這主要是因為在單閉環系統中不能完全按照需要來控制動態過程中的電流和轉矩。在電機最大電流受限的條件下，希望充分利用電機的允許過載能力，最好是在過渡過程中始終保持電流為允許的最大值，使電力拖動系統盡可能用最大的加速度起動，到達穩態后，又讓電流立即降低下來，使轉速馬上與負載相平衡，從而轉入穩態運行。在單閉環調速系統中，只有電流截止負反饋環節是專門用來控制電流的，但它只是在超過臨界電流Idcr值以后，靠強烈的負反饋作用限制電流的沖擊，并不能很理想的控制電流的動態波形。帶電流截止負反饋的單閉環調速系統起動時的電流和轉速波形如圖1-1a所示。t0nIdnnIdnIdlt0Idla b圖1-1 調速系統啟動過程的電流和轉速波形a 帶電流截止負反饋的單閉環調速系統的啟動過程 b 理想快速啟動過程當電流從最大值降低下來以后，電機轉矩也隨之減小，因而加速過程必然拖長。對于經常正反轉運行的調速系統，盡量縮短起制動過程的時間是提高生產率的重要因素。為此，在電機最大電流轉矩受限的條件下,希望充分地利用電機的過載能力,最好是在過渡過程中始終保持電流轉矩為允許的最大值,使電力拖動系統盡可能用最大的加速度起動,到達穩定轉速后,又讓電流立即降低下來,使轉矩馬上與負載平衡,從而轉入穩態運行.這樣的理想起動過程波形如圖1-1b所示,起動電流呈方形波,而轉速是線性增長的。這是在最大電流轉矩受限的條件下，調速系統所能得到的最快的啟動過程。實際上，由于主電路電感的作用，電流不能突變，圖1-1b所示的理想波形只能得到近似的逼近，不能完全的實現。問題是希望在啟動過程中只有電流負反饋，而不能讓它和轉速負反饋同時加到一個調節器的輸入端，到達穩態轉速后,希望只有轉速反饋,不再靠電流負反饋發揮主要作用,而雙閉環系統就是在這樣的基礎上產生的。1.1.3 調速系統的雙閉環調節原理見圖1-2圖1-2 雙閉環調速系統的原理框圖2.1設計雙閉環調速系統的電流調節器和轉速調節器2.1.1 基本數據1、 直流電動機參數計算 已知某直流電動機調速系統，控制系統主回路與直流電動機的主要參數如下電動機Pnom150 kw Unom220 v Inom700 A Ld2mH Nnom1000 rpm Rd0.08 Ra0.05 GD2125Kgm2 1.5 m6 計算得到此直流電動機的相關參數電勢常數轉矩常數電磁時間常數機電時間常數晶閘管整流裝置滯后時間常數選取轉速輸出限幅值，可以計算得到晶閘管裝置放大系數啟動電流選取電流調節器輸出限幅值，可以得到電流反饋系數選取電流反饋濾波時間常數選取轉速最大給定值得到轉速反饋系數取轉速反饋濾波時間常數電流調節器采用PI調節器 ，轉速調節器采用PI調節器 ， 2.雙閉環直流調速控制系統仿真2.1、基于數學模型的雙閉環直流調速控制系統仿真 圖2-1 雙閉環調速系統動態結構圖 圖2-2 雙閉環直流調速系統的電流和轉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，轉速環相當于開環狀態，系統表現為恒值電流給定作用下的電流調節系統，電流基本上保持不變，拖動系統恒加速，轉速線形增長。第三階段，當轉速達到給定值后。轉速調節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，所以出現超調。轉速超調后，ASR輸入端出現負偏差電壓，使它退出飽和狀態，進入線性調節階段，使轉速保持恒定，實際仿真結果基本上反映了這一點。總結 這次仿真設計讓我學習到很多。雖然結束了，但這只能是一個開始。今后作為技術人員，要學習的規范，如何的不斷提高自己的綜合能力與專業水平是我未來很多年的職業生涯里都要認真考慮與學習的一個重要問題，在設計仿真過程中，我通過查閱大量有關資料，與同學交流經驗和自學，使自己學到了不少知識，也經歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設計中我懂得了許多東西，也培養了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習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工作過程中探索的艱難和成功時的喜悅。由于自己水平有限，本次課題中有不少不足之處，懇請老師批評指正

總結

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