(最新整理)轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真與設(shè)計

1、(完整)轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真與設(shè)計(完整)轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真與設(shè)計 編輯整理：尊敬的讀者朋友們：這里是精品文檔編輯中心，本文檔內(nèi)容是由我和我的同事精心編輯整理后發(fā)布的，發(fā)布之前我們對文中內(nèi)容進行仔細校對，但是難免會有疏漏的地方，但是任然希望（(完整)轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真與設(shè)計）的內(nèi)容能夠給您的工作和學習帶來便利。同時也真誠的希望收到您的建議和反饋，這將是我們進步的源泉，前進的動力。本文可編輯可修改，如果覺得對您有幫助請收藏以便隨時查閱，最后祝您生活愉快 業(yè)績進步，以下為(完整)轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真與設(shè)計的全部內(nèi)容。17 運動控制系統(tǒng)課程設(shè)計 題目:轉(zhuǎn)速

2、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真與設(shè)計 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真與設(shè)計1. 設(shè)計題目轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真與設(shè)計2。 設(shè)計任務(wù)已知某晶閘管供電的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng),整流裝置采用三相橋式電路，基本數(shù)據(jù)如下：1） 直流電動機:160v、120a、1000r/min、ce=0.136vmin/r，允許過載倍數(shù)=1.42） 晶閘管裝置放大系數(shù):ks=303） 電樞回路總電阻：r=0.44） 時間常數(shù):tl=0.023s，tm=0。2s，轉(zhuǎn)速濾波環(huán)節(jié)時間常數(shù)ton取0。01s5） 電壓調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的給定電壓均為10v試按工程設(shè)計方法設(shè)計雙閉環(huán)系統(tǒng)的電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，并用simulin

3、k建立系統(tǒng)模型，給出仿真結(jié)果.系統(tǒng)要求:1） 穩(wěn)態(tài)指標:無靜差2） 動態(tài)指標：電流超調(diào)量i 5；空載起動到額定轉(zhuǎn)速時超調(diào)量n 103. 設(shè)計要求根據(jù)電力拖動自動控制理論，按工程設(shè)計方法設(shè)計雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的步驟如下：1） 設(shè)計電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，將電流環(huán)校正成典型i型系統(tǒng)；2） 在簡化電流環(huán)的條件下，設(shè)計速度調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，將速度環(huán)校正成典型ii型系統(tǒng)；3） 進行simulink仿真，驗證設(shè)計的有效性。4.設(shè)計內(nèi)容1) 設(shè)計思路：帶轉(zhuǎn)速負反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)，由于它能夠隨著負載的變化而相應(yīng)的改變電樞電壓,以補償電樞回路電阻壓降的變化，所以相對開環(huán)系統(tǒng)它能夠有效的減少穩(wěn)態(tài)速降。當反饋控制閉環(huán)調(diào)

4、速系統(tǒng)使用帶比例放大器時，它依靠被調(diào)量的偏差進行控制的，因此是有靜差率的調(diào)速系統(tǒng)，而比例積分控制器可使系統(tǒng)在無靜差的情況下保持恒速，實現(xiàn)無靜差調(diào)速。對電機啟動的沖擊電流以及電機堵轉(zhuǎn)時的堵轉(zhuǎn)電流，可以用附帶電流截止負反饋作限流保護，但這并不能控制電流的動態(tài)波形.按反饋的控制規(guī)律，采用某個物理量的負反饋就可以保持該基本量基本不變，采用電流負反饋就應(yīng)該能夠得到近似的恒流過程。另外，在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，用一個調(diào)節(jié)器綜合多種信號,各參數(shù)間相互影響,難于進行調(diào)節(jié)器的參數(shù)調(diào)速。例如，在帶電流截止負反饋的轉(zhuǎn)速負反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)中，同一調(diào)節(jié)器擔負著正常負載時的速度調(diào)節(jié)和過載時的電流調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)器的動態(tài)參數(shù)無法保證

5、兩種調(diào)節(jié)過程均具有良好的動態(tài)品質(zhì).按照電機理想運行特性，應(yīng)該在啟動過程中只有電流負反饋，達到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后,又希望只有轉(zhuǎn)速反饋，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性就在于當負載電流小于最大電流時，轉(zhuǎn)速負反饋起主要作用，當電流達到最大值時，電流負反饋起主要作用，得到電流的自動保護。2）雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成：a。 系統(tǒng)電路原理圖圖2-1為轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理圖.圖中兩個調(diào)節(jié)器asr和acr分別為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器,二者串級連接，即把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。電流環(huán)在內(nèi)，稱之為內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外，稱之為外環(huán)。兩個調(diào)節(jié)器輸出都帶有限幅，asr的輸

6、出限幅什uim決定了電流調(diào)節(jié)器acr的給定電壓最大值uim,對就電機的最大電流；電流調(diào)節(jié)器acr輸出限幅電壓ucm限制了整流器輸出最大電壓值，限最小觸發(fā)角。b。 系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖22為雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，由于電流檢測信號中常含有交流分量,須加低通濾波,其濾波時間常數(shù)toi按需要選定。濾波環(huán)節(jié)可以抑制反饋信號中的交流分量，但同時也給反饋信號帶來了延滯.為了平衡這一延滯作用，在給定信號通道中加入一個相同時間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié)，稱作給定濾波環(huán)節(jié).其作用是：讓給定信號和反饋信號經(jīng)過同樣的延滯，使二者在時間上得到恰當?shù)呐浜?，從而帶來設(shè)計上的方便。由測速發(fā)電機得到的轉(zhuǎn)速反饋電壓含有電機的換向紋波，因

7、此也需要濾波，濾波時間常數(shù)用ton表示.根據(jù)和電流環(huán)一樣的道理,在轉(zhuǎn)速給定通道中也配上時間常數(shù)為ton的給定濾波環(huán)節(jié)。3） 按工程設(shè)計方法設(shè)計雙閉環(huán)系統(tǒng)的acr：設(shè)計多環(huán)控制系統(tǒng)的一般原則是：從內(nèi)環(huán)開始，一環(huán)一環(huán)地逐步向外擴展.在這里是：先從電流環(huán)入手，首先設(shè)計好電流調(diào)節(jié)器，然后把整個電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)，再設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。a.確定時間常數(shù)整流濾波時間常數(shù)ts,三相橋式電路的平均失控時間ts=0。0017s；電流濾波時間常數(shù)toi，三相橋式電路每個波頭的時間是0。0033s,為了基本慮平波頭，應(yīng)有（12)toi=0.0033s，因此取toi=2ms=0。002s;電流環(huán)小時間常

8、數(shù)ti，按小時間常數(shù)近似處理，取ti=ts+toi=0。0037s。b.選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)由設(shè)計要求：i%5，并保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)電流無誤差，因此可按典型i型系統(tǒng)設(shè)計,電流調(diào)節(jié)器選用pi型，其傳遞函數(shù)為： wacr（s） =c.校驗近似條件電流環(huán)截止頻率；晶閘管裝置傳遞函數(shù)近似條件為： =196。1,滿足近似條件;忽略反電動勢對電流環(huán)影響的條件為： =44。2，滿足近似條件；小時間常數(shù)近似條件處理條件為： =180.8, 滿足近似條件。d。計算調(diào)節(jié)器電阻和電容電流調(diào)節(jié)器原理如圖31所示,按所用運算放大器取r0=40k,各電阻和電容值計算如下： ,取30k。 ，取0.75。按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達到

9、的動態(tài)指標為：i=4。55，滿足設(shè)計4）按工程設(shè)計方法設(shè)計雙閉環(huán)系統(tǒng)的asr:a。確定時間常數(shù)電流環(huán)等效時間常數(shù)為；轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)ton ，根據(jù)所用測速發(fā)電機波紋情況，取ton=0.01s；轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù) 按小時間常數(shù)近似處理,取=。b選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)由于設(shè)計要求無靜差，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)要求，應(yīng)按典型型系統(tǒng)設(shè)計速度環(huán)，故asr選用pi調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為:c。計算速度調(diào)節(jié)器參數(shù)按跟隨和抗干擾性能較好的原則,取h=5，則asr的超前時間常數(shù)為：，轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益： 于是，asr的比例系數(shù): =12.9d。校驗近似條件由轉(zhuǎn)速截止頻率:;電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件： ,滿足簡化

10、條件;轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似條件為： ，滿足近似條件。e。計算調(diào)節(jié)器電阻和電容轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)原理圖如圖32所示，取,則，取550k。，取0。150。按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達到的動態(tài)指標為：當h=5時，查表得%，雖然不滿足設(shè)計要求,而實際上，突加階躍給定時，asr飽和，應(yīng)按退飽和的情況重新計算超調(diào)量，實際,滿足設(shè)計要求.5）內(nèi)、外開環(huán)對數(shù)幅頻特性的比較圖41把電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性畫在一張圖上，其中各轉(zhuǎn)折頻率和截止頻率依次為： ， ， , 。以上頻率一個比一個小，從計算過程可以看出，這是必然的規(guī)律。因此，這樣設(shè)計的雙閉環(huán)系統(tǒng)，外環(huán)一定比內(nèi)環(huán)慢.一般來說，.從外環(huán)的響應(yīng)速度受到限制，這是按上述

11、方法設(shè)計多環(huán)控制系統(tǒng)時的缺點。然而，這樣一來，每個環(huán)本身都是穩(wěn)定的，對系統(tǒng)的組成和調(diào)試工作非常有利?？傊?，多環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計思想是:以穩(wěn)為主，穩(wěn)中求快。6） 晶閘管的電壓、電流定額計算a.晶閘管額定電壓un 晶閘管額定電壓必須大于元件在電路中實際承受的最大電壓um，考慮到電網(wǎng)電壓的波動和操作過電壓等因素，還要放寬23倍的安全系數(shù)，即按下式選取un（23）um,式中系數(shù)23的取值應(yīng)視運行條件，元件質(zhì)量和對可靠性的要求程度而定。b.晶閘管額定電流in 為使晶閘管元件不因過熱而損壞，需要按電流的有效值來計算其電流額定值。即必須使元件的額定電流有效值大于流過元件實際電流的最大有效值.可按下式計算：in=（

12、1.52)kfbimax.式中計算系數(shù)kfb=kf/1。57kb由整流電路型式而定，kf為波形系數(shù)，kb為共陰極或共陽極電路的支路數(shù).當=0時，三相全控橋電路kfb=0.368，故計算的晶閘管額定電流為in=(1。52）kfbimax =(1。52） 0。368(2201.5)=182.16242.88a,取200a.7)平波電抗器計算由于電動機電樞和變壓器存在漏感，因而計算直流回路附加電抗器的電感量時，要從根據(jù)等效電路折算后求得的所需電感量中，扣除上述兩種電感量。a.電樞電感量lm按下式計算p電動機磁極對數(shù)，kd計算系數(shù)，對一般無補償電機：kd=812.b。整流變壓器漏電感折算到次級繞組每相

13、的漏電感l(wèi)b按下式計算u2-變壓器次級相電壓有效值，id晶閘管裝置直流側(cè)的額定負載電流，kb與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)。c。變流器在最小輸出電流idmin時仍能維持電流連續(xù)時電抗器電感量l按下式計算，k是與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)，三相全控橋k取0.693則l17。01(mh)。6） 進行simulink仿真，驗證設(shè)計的有效性a. 電流閉環(huán)的仿真如下圖:為了研究系統(tǒng)的參數(shù)對動態(tài)性能的影響，分別取ki tsi =0.39、0。50、0。69、1。00，此時ki的值也會隨之變化，運行仿真，即可得不同ki值的階躍響應(yīng)曲線： 圖61 kt=0.39的階躍響應(yīng)曲線圖6-2kt=0。50的階躍響應(yīng)曲線圖6

14、3 kt=0.69的階躍響應(yīng)曲線圖6-4 kt=1。00的階躍響應(yīng)曲線由曲線可以看出如果要求動態(tài)響應(yīng)快，可取kt=0.69-1。0;如果要求系統(tǒng)超調(diào)小,則應(yīng)把kt的值取小些，可取kt0.39;無特殊要求，取折中值kt=0。5，稱為最佳二階系統(tǒng)。圖61圖64反映了pi調(diào)節(jié)器的參數(shù)對系統(tǒng)品質(zhì)的影響趨勢，在工程設(shè)計中，可以根據(jù)工藝的要求,直接修改pi調(diào)節(jié)器的參數(shù),找到一個在超調(diào)量和動態(tài)響應(yīng)快慢上都較滿意的電流環(huán)調(diào)節(jié)器。b. 轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真設(shè)計在增加轉(zhuǎn)速環(huán)調(diào)節(jié)后,轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)如下:校正后的調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如下所示：其中。在matlab中搭建好系統(tǒng)的模型,如下圖： 轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真設(shè)計為滿足系統(tǒng)在不

15、同需求下的跟隨性與抗擾行能要求，取h的之分別為：3、5、7、9。用matlab仿真結(jié)果如下：圖71h=3時的階躍響應(yīng)曲線圖7-2h=5時的階躍響應(yīng)曲線圖7-3h=7時的階躍響應(yīng)曲線圖74h=9時的階躍響應(yīng)曲線由圖可以看出:h值越小,動態(tài)降落也越小，恢復(fù)時間、調(diào)節(jié)時間也短，抗擾性能也越好，但是，從h5以后,由于震蕩劇烈h越小，恢復(fù)時間反而延長，綜合起來看，h=5是最佳選擇，也即最佳三階系統(tǒng)。 對電流環(huán)與轉(zhuǎn)速環(huán)都是根據(jù)實際需要調(diào)節(jié)參數(shù)的，對比型、型系統(tǒng)可以發(fā)現(xiàn)：型系統(tǒng)可以在跟隨性上做到超調(diào)小，但抗擾性能差;而型系統(tǒng)超調(diào)卻相對較大，抗擾性能較好。5.設(shè)計心得a.通過該次設(shè)計,更加熟悉掌握了電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成以及它的工作原理，加深了對開環(huán)、閉環(huán)有靜差、無靜差調(diào)速的理解-閉環(huán)結(jié)構(gòu)保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性與抗干擾能力；無靜差調(diào)速則保證系統(tǒng)有較低的穩(wěn)態(tài)誤差。b。由此也初步掌握雙閉環(huán)調(diào)節(jié)器的整個設(shè)計過程，其基本思想是先內(nèi)環(huán)再外環(huán).在結(jié)構(gòu)框圖的處理過程中有多處近似處理，簡化了傳遞函數(shù)，從而使問題得到簡化，因此稱為被稱為“工程設(shè)計方法”,這意味著在實際的應(yīng)用中,在可以大大簡化分析過程卻很小影響分析結(jié)果的方法是很有價值的。從開環(huán)到閉環(huán)、從閉環(huán)無靜差到有靜差、從單環(huán)到雙環(huán)著一些列的變化顯示人們?nèi)酥?/p>