晶閘管直流電動機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真

1、課程設(shè)計題 目 晶閘管-直流電動機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真院 系專 業(yè)小組姓名指導(dǎo)教師直流電動機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真【摘要】本文分析了直流電動機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的控制器與被控對象的控制現(xiàn)象，以及開環(huán)控 制系統(tǒng)對被控對象的控制的問題。同時給出解決減小擾動的控制方案。本文針對開環(huán)控制直流 調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用，給出了實驗結(jié)果，并和閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行比較，使學(xué)生認(rèn)識到采 用開環(huán)控制方案對最基本的控制方案有一定的了解，并對閉環(huán)控制的優(yōu)點有一定的認(rèn)識?！娟P(guān)鍵詞 】 直流電動機(jī)開環(huán)調(diào)速；調(diào)速； Matlab 仿真1 引言 直流電動機(jī)具有良好的起、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)

2、域中得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，高性能交流調(diào)速技術(shù)發(fā)展很快，交流調(diào) 速系統(tǒng)有逐步取代直流調(diào)速系統(tǒng)的趨勢。然而，直流拖動控制系統(tǒng)畢竟在理論上和實踐上都比 較成熟，而且從控制的角度來看，它又是交流拖動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。因此，應(yīng)該首先很好地掌 握直流拖動控制系統(tǒng)。從生產(chǎn)機(jī)械要求控制的物理量來看，電力拖動自動控制系統(tǒng)有調(diào)速系統(tǒng)、位置隨動系統(tǒng)（ 伺服系統(tǒng)）、張力控制系統(tǒng)、多電機(jī)同步控制系統(tǒng)等多種類型，各種系統(tǒng)往往都是通過控制轉(zhuǎn)速來 實現(xiàn)的，因此調(diào)速系統(tǒng)是最基本的電力拖動控制系統(tǒng)。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，許多電機(jī)要求在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行速度的平滑調(diào)節(jié)，并且要求有良好 的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)性能。而直流電動機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有良好

3、的啟動，制動性能，適宜在大范圍內(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)域中得到廣泛的應(yīng)用。 從控制角度來看， 直流調(diào)速還是交流拖動的基礎(chǔ)。早期直流電動機(jī)的控制均以模擬電路為基礎(chǔ)，采用運(yùn)算放大器、非線性集成電路以及少量 的數(shù)字電路組成，控制系統(tǒng)的硬件非常復(fù)雜，功能單一，而且系統(tǒng)非常不靈活、調(diào)試?yán)щy，阻 礙的電動機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用范圍的推廣。隨著模擬技術(shù)的逐漸成熟使得許多控制功能及 算法可以采用軟件技術(shù)來完成， 為直流電動機(jī)的控制提供了更大的靈活性， 并使系統(tǒng)能夠 達(dá)到 更高的性能，還能節(jié)省人力資源和降低系統(tǒng)成本，從而有效提高工作效率。事實上由于電機(jī)的容量較大，又要求電流的脈動較小

4、，故采用三相全控橋式整流電路供電 方案。為保證供電質(zhì)量，應(yīng)采用三相降壓變壓器將電源電壓降低，為避免三次諧波電動勢的不 良影響，應(yīng)采用厶/Y接法。2 直流電動機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理2.1原理直流開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理如圖 1 所示。直流電動機(jī)電樞由三相晶閘管整流電路經(jīng)平波 電抗器 L 供電，并通過改變觸發(fā)器移相控制信號 Uc 調(diào)節(jié)晶閘管的控制角，從而改變整流器的 輸出電壓實現(xiàn)直流電動機(jī)的調(diào)速。該系統(tǒng)的仿真模型如圖 2 所示。在仿真中為了簡化模型，省略了整流變壓器和同步變壓器，整流器和觸發(fā)同步使用同一交 流電源，直流電動機(jī)勵磁由直流電源直接供電。融地器I圖1直流開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電氣原理3仿真過程3.1仿真

5、原理圖圖2直流電動機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型根據(jù)實驗原理圖在Matlab軟件環(huán)境下查找器件、連線，接成入上圖所示的線路圖 1、具體步驟untitleda、點擊 仝圖標(biāo)，打開Matlab軟件，點擊-lle里的newmodel,創(chuàng)建一個文件頭為 的新文件。如果不知在哪里找到元器件，可以在里輸入元器件的名稱，鍵入 ENTER卩可查找2、所用元器件及其參數(shù)設(shè)置三相交流電源A、B C 首先從Simpowersystes 中的Electricalsources 電源模塊組中選取一個交流電壓源模塊AC Voltage Source，再用復(fù)制的方法得到三相電源的另兩個電壓源模塊 用 Format(格式設(shè)定)菜單

6、中Rotate block(Ctrl+R)將模塊水平放置，并點擊模塊標(biāo)題名稱，將模塊標(biāo)簽分別改為“ Uh'、“Ub”、Uc”，然后從連接器模塊Co nn ectors 中選取“Ground (output )元件，按下圖進(jìn)行連接。UaubUc(1) UaBlock Parameters: UaAC VoHage Source (iwask) (link)Ideal sirBQsOrdal AC 廿oliza耳0 Source.PauanketersPeak ajnplitud& (V):220Phase (deg):I, 0Frequency (Hz);50Sample tim

7、e:0Measarement NoneUbAC Volt age Source (mssk) (link)Ideal sintisoLdal AC Volt age source.Faiamet eraFek amplitude (¥):220(de筆)；-120Frequency (Hz):JrtBsurenents Nene呷OK | CanceLHelpJ-.pplyUc辛 Block Parameters: UcAC Volt age Source (iriask) (link)Ideal sinusoidal AC Voltage sourcePir Mnet ersPei

8、k amp lit tide (V):220Phase (deg)!-20Ft e querucy (Hi):00ample time:0Me asur ement s N one|L OK 1CancelHelp觀期-240。設(shè)置三相電壓都為220V,兩兩之間相位差為120,分別為0、-120、a)6-Pulse Gen erator同步脈沖觸發(fā)器包括同步電源和6脈沖觸發(fā)器兩部分。6脈沖觸發(fā)器從Simpowersystes中選取ExtraLibray 中的Contral Blocks中取獲得。6脈沖觸發(fā)器需用三相線電壓同步，所以同步電源的任務(wù)是將三相交流電源的相電壓轉(zhuǎn)換成線電壓。c) Uni

9、versal Bridge三相整流橋起改變輸出直流電壓的作用d）DC Machine （直流電動機(jī)） 直流電動機(jī)的勵磁繞組“ F+F- ”接直流恒定勵磁電源，勵磁電源可從電源模塊組中選取直流 電壓源模塊，并將電壓參數(shù)設(shè)置為 220V,點數(shù)繞組“ A+A-”經(jīng)平波電抗器接晶閘管整流橋的 輸出，電動機(jī)經(jīng)TL端口接恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，直流電動機(jī)的輸出參數(shù)有轉(zhuǎn)速、點數(shù)電流、勵磁電流、電磁轉(zhuǎn)矩，通過“示波器”模塊觀察仿真輸出圖形。修改參數(shù)電樞電阻和電(Armature resista nee and in ducta nee )為0.210.0021，勵磁電阻和電感(Field resista nee and

10、in ducta nee )為146.70，勵磁和電樞互(Field-armature mutual inductanee )為 0.84，轉(zhuǎn)動慣量(Total inertia )為 0.57，粘滯 摩擦系數(shù)(Viseous frietioneoeffieient)為0.5，庫侖摩擦轉(zhuǎn)矩(Coulomb frietiontorque )為 0，初始角速度(initialspeed)為 0。呂 Block Pdrnnet-er5； DC MachineDC Machine (nawb】 (linh)Impl已meirtE a (wound.-leld or peritsneii't ma

11、gnet) DC Jitachine. Fox the vrouTLd-fiEld. I)C machinej access is provided "to the： field 匚onnections so that the mchirie can be used, as aseparately ezcitud, shuntconnected ur a series-connected DC machine.Conf iguxat ion Parameters AdvancBd.Arnatu.re recistance and inductancts Ra (ohns) La (H

12、)0.21 0* 0021Field resistance and indnelance Rf (ohms) Lf (HO 146. 7 fField-arnature mutual inductsnee Laf (H):0.34Total inertia J (IsgjiT2)0.E7is cons rictian coeff0th (fl. n, s)7.ECoulomb iriction. lorque Tf (H,th)0Initial .speed (rad/s> :pii IfnApplye) 直流電源f）放大器，設(shè)置放大系數(shù)g）階躍信號系統(tǒng)在階躍函數(shù)輸入作用下的工作條件是比

13、較嚴(yán)峻的，同時比較具有代表性。如果系統(tǒng)在階躍 函數(shù)作用下的性能夠滿足要求，則在其他形式作用下也能滿足要求。Step提供在指定時間處在兩個可定義的水平間的階躍，當(dāng)仿真時間小于Step time則輸出Initial value當(dāng)仿真時間大于或等于Step time不能為0。4.仿真結(jié)果當(dāng)建模和參數(shù)設(shè)置完成后，即可開始進(jìn)行仿真，在MATLAB模型窗口單擊工具欄的按鈕或打開“ Simulati on ”菜單命令后，單擊“start ”，系統(tǒng)開始仿真，仿真結(jié)束后可輸出仿真結(jié)果。單 擊“示波器”觀察仿真輸出圖形。觀察仿真時間 1s時得到的電動機(jī)轉(zhuǎn)速、電動機(jī)電樞電流及電 磁轉(zhuǎn)矩曲線。由于直流電機(jī)的調(diào)速基于整

14、流電路的輸出電壓，因此改變con sta nt值即可對電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)控制電壓為30，仿真時間為1s時的仿真波形為：A、電機(jī)轉(zhuǎn)速nB電樞電流la(2)當(dāng)控制電壓為60,仿真時間為1s時的仿真波形為：A電機(jī)轉(zhuǎn)速nB電樞電流la7旺3JC(3)當(dāng)控制電壓為50，仿真時間為1s時的仿真波形為:A電機(jī)轉(zhuǎn)速nB電樞電流la5總結(jié)一開始拿到題目的時候自己就完全不知道如何下手， 看到要求用matlab這個軟件進(jìn)行仿真分 析，一下子就蒙了，似乎熟悉，似乎有模糊，熟悉是因為上學(xué)期，學(xué)習(xí)電力電子的時候用過， 模糊的是現(xiàn)在大多數(shù)已經(jīng)忘記怎么用了。不過，經(jīng)過一輪摸索過后找到了以前的感覺，因此畫 起來就輕松多了。圖是畫起了，但是運(yùn)行起來后，輸出的波形總是不對。因為要對元件進(jìn)行準(zhǔn)確的參數(shù)設(shè)置， 才能輸出需要的的波形效果。而這也是我們感到最不容易的，必須要一一進(jìn)行分析計算，最后 再將得到的參數(shù)填寫在相應(yīng)的元件中去。通過本次的課程設(shè)計，不僅讓