轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文院（系） 自動化學(xué)院 專業(yè)班級 姓 名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 摘要： 針對直流調(diào)速系統(tǒng)理論設(shè)計(jì)與實(shí)際要求相差較大的現(xiàn)象，利用matlab/simulink仿真平臺對直流調(diào)速系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行仿真；通過系統(tǒng)仿真以靈活調(diào)節(jié)各項(xiàng)參數(shù)，從而獲得理想的設(shè)計(jì)結(jié)果；實(shí)踐表明，利用仿真技術(shù)可以大大地減少直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試強(qiáng)度。關(guān)鍵詞：直流調(diào)速 理論設(shè)計(jì) 系統(tǒng)仿真一、直流調(diào)速系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì)1.1 系統(tǒng)組成及要求雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)采用晶閘管三相橋式整流裝置供電，基本參數(shù)如下：1、直流電動機(jī)：額定轉(zhuǎn)速nN = 1200 r/min，額定電壓UN = 220V，額定

2、電流IN = 180A，電動勢系數(shù)Ce = 0.196V·min/r，電流允許過載倍數(shù) =1.25；電動機(jī)電樞電阻Ra = 0.2，回路總電感L = 20 mH；2、晶閘管整流裝置放大倍數(shù)：Ks = 36；3、電樞回路總電阻：R = 0.6 ；4、機(jī)電時間常數(shù)：Tm = 0.22 s。設(shè)計(jì)要求：（1）穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：無靜差；（2）動態(tài)指標(biāo)：電流超調(diào)量5%，啟動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量10%；1.2、 電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)1、確定時間常數(shù)。（1）整流裝置滯后時間常數(shù) 三相橋式電路的平均失控時間；（2）電流濾波時間常數(shù) 三相橋式電路每個波頭的時間是3.33ms，為了基本濾平波頭，應(yīng)該有,因此?。唬?

3、）電流環(huán)小時間常數(shù) 按小時間常數(shù)近似處理，取。圖1直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 圖2轉(zhuǎn)速和電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖2、確定將電流環(huán)設(shè)計(jì)成何種典型系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求：，而且 ，因此設(shè)計(jì)成典型I型系統(tǒng)。3、電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)選擇 電流調(diào)節(jié)器選用比例積分調(diào)節(jié)器（PI）,其傳遞函數(shù)為。4、選擇電流調(diào)節(jié)器參數(shù) 電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)：； 電流開環(huán)增益：因要求，故取，因此，=0.04V/A，于是電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)為 Ki=1.25、校驗(yàn)近似條件 電流環(huán)截止頻率 （1）校驗(yàn)晶閘管裝置傳遞函數(shù)的近似條件是否滿足：，因?yàn)?，所以滿足近似條件。 （2）校驗(yàn)忽略反電動勢對電流環(huán)影響的近似條件是否滿足：，由于3=3&

4、#215;=36.92ci ，滿足近似條件。 （3）校驗(yàn)小時間常數(shù)近似處理是否滿足條件：，由于，滿足近似條件。計(jì)算調(diào)節(jié)器的電容和電阻Ri =Ki×R0 =1.2×40=48K 取47KCi =0.44×106 F=0.45F 取0.47FCoi =0.2×106 F=0.2F 取0.2F 圖3含給定濾波和反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器原理圖=4.35 。1.3 速度調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)1、 確定時間常數(shù)。（1）電流環(huán)等效時間常數(shù)為；（2）電流濾波時間常數(shù)根據(jù)所用測速發(fā)電機(jī)紋波情況，取；（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(jì)成何種典型系統(tǒng)

5、由于設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)速無靜差，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(jì)要求，應(yīng)按典型II型系統(tǒng)設(shè)計(jì)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)器選用比例積分調(diào)節(jié)器（PI）,其傳遞函數(shù)為。4、 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)（1）按照跟隨和抗擾性能都較好的原則取h=5，則轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)為 ，轉(zhuǎn)速開環(huán)增益為所以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)為 Kn=11.73 檢驗(yàn)近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為：cn=KNn=318.8×0.0875=27.895s-1電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件：=56.259s-1 cn 轉(zhuǎn)速環(huán)小時間函數(shù)近似處理?xiàng)l件： =34.22 s-1 cn 滿足近似條件。（5）計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻好電容 取R

6、0=40K Rn=KnR0=11.73×40=469.2K 取470K Cn=0.19F 取0.2F Con=1F 取1F圖4 含給定濾波和反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖（6） 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量當(dāng)h=5時，經(jīng)查表得，=37.6%，不能滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)際上，由于表3-4是按照線性系統(tǒng)計(jì)算的，而突加階躍給定時。ASR飽和，不符合線性系統(tǒng)的前提，應(yīng)該按照ASR退飽和的情況重新計(jì)算超調(diào)量。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退飽和時轉(zhuǎn)速超調(diào)量的計(jì)算=81.2%，空載起動z=0，Tn=0.0195s，Tm=0.22，Ce=0.196 =2（）（z）代入式子得；=8.22%10%滿足設(shè)計(jì)要求。 二、系統(tǒng)仿真1.1 理論計(jì)

7、算參數(shù)仿真分析根據(jù)理論設(shè)計(jì)結(jié)果，構(gòu)建直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型，如下圖所示。 電流環(huán)的仿真模型 轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真模型 在額定轉(zhuǎn)速和空載下，對系統(tǒng)進(jìn)行仿真得到電動機(jī)電樞電流和轉(zhuǎn)速的仿真輸出波形，如下圖。 電流環(huán)的仿真輸出波形 轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真輸出波形從電流環(huán)的仿真輸出波形圖中可知：1、轉(zhuǎn)速超調(diào)量電流環(huán)超調(diào)量 =( 228.5219.4)/219.4=4.2%<5% ，轉(zhuǎn)速超調(diào)量符合要求，系統(tǒng)相對穩(wěn)定性較強(qiáng)。2、整個起動過程只需0.06秒，系統(tǒng)的快速性較好。1.2 仿真調(diào)試分析通過以上仿真分析，與理想的電動機(jī)起動特性相比，仿真的結(jié)果與理論設(shè)計(jì)具有差距。為什么會出現(xiàn)上述情況，從理論的設(shè)計(jì)過程中不難看出，因?yàn)樵凇暗湫拖到y(tǒng)的最佳設(shè)計(jì)法”時，將一些非線性環(huán)節(jié)簡化為線性環(huán)節(jié)來處理，如滯后環(huán)節(jié)近似為一階慣性，調(diào)節(jié)器的限幅輸出特性近似為線性環(huán)節(jié)等。經(jīng)過大量仿真調(diào)試，改變電流和轉(zhuǎn)速環(huán)調(diào)節(jié)器的參數(shù)，兼顧電流、轉(zhuǎn)速超調(diào)量和起動時間性能指標(biāo)，找出最佳參數(shù)為：，；，。從轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真輸出波形圖中可知：1：轉(zhuǎn)速環(huán)超調(diào)量為 轉(zhuǎn)速環(huán)超調(diào)量=(1301.7-1200)/1200=8.5%<10%，超調(diào)量符合要求。2：整個起動過程約為 0.7 秒，系統(tǒng)的快速性仍較好。3結(jié)論以上分析表明，利用matlab仿真平臺對直流調(diào)速系統(tǒng)理論設(shè)計(jì)與調(diào)試使得系統(tǒng)的性能分析過程簡單。通過對系統(tǒng)進(jìn)行