雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設計及仿真驗證設計(共11頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設計及仿真驗證設計 2012年3月6日目錄1.背景前言直流調(diào)速系統(tǒng)是傳統(tǒng)的調(diào)速系統(tǒng)，自世紀年代起至世紀末以前，工業(yè)上傳動所用電動機一直以直流電動機為唯一方式。它具有穩(wěn)速精度高、調(diào)速比大、響應時間短等特點，宜于在廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速，故廣泛應用于軋鋼、機床、輕工、計算機、飛機傳動機構(gòu)等領域。近年來，交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，被科學技術(shù)水平較高的西方國家所廣泛采用，與直流調(diào)速相比，交流調(diào)速有本身固有的優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、經(jīng)濟可靠及小動態(tài)相應性能好等，還能實現(xiàn)高速拖動，而且電源廣泛。但由于直流拖動系統(tǒng)在理論上和時間上都比較成熟，具有良好的起、制動性能，從反

2、饋閉環(huán)控制的角度來看，直流拖動控制系統(tǒng)又是交流拖動控制系統(tǒng)的基礎，所以我們應該很好的掌握直流拖動控制系統(tǒng)。但是直流調(diào)速系統(tǒng)的設計是一個龐大的系統(tǒng)工程，。對于一個經(jīng)過大量分析、計算、設計、安裝等一系列工作的系統(tǒng)究竟能否一次性調(diào)試成功，這關系到已經(jīng)投入的大量人力、財力、物力是否會浪費的問題。因此，一個直流調(diào)速系統(tǒng)在正式投入運行前，往往要進行仿真調(diào)試。2.技術(shù)要求本設計給出一個小型直流調(diào)速系統(tǒng)，其指標及參數(shù)為2.1靜態(tài)精度(轉(zhuǎn)差率), 在電網(wǎng)電壓波動±10%，負載變化±20%，靜態(tài)精度 S5%，電流和轉(zhuǎn)速超調(diào)量,振蕩次數(shù)N<(23)，調(diào)速范圍D1015；2.2電動機數(shù)據(jù)額定

3、電流136A，額定電壓230V，功率30KW， 額定轉(zhuǎn)速1460轉(zhuǎn)/分，電勢轉(zhuǎn)速比 電樞電阻R=0.5,過載系數(shù)=1.5,可控硅整流裝置KS=40. ，。2.3測速發(fā)電機，永磁式，額定數(shù)據(jù)為電壓110V，電流0.045A，轉(zhuǎn)速1900r/min，3.設計步驟轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)設計，因為要求靜態(tài)精度很小，故兩個調(diào)節(jié)器均選為PI調(diào)節(jié)器，按照參數(shù)設計如下：3.1 靜態(tài)計算：根據(jù)調(diào)速范圍和靜差率的要求得到;取測速反饋輸出電壓為10V, 則轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：ASR飽和輸出取12V，系統(tǒng)輸出最大電流為，則電流反饋系數(shù)： ，取0.053.2動態(tài)計算：3.2.1電流調(diào)節(jié)器（內(nèi)環(huán)）三相橋式整流電路平均失控

4、時間：，電流濾波時間常數(shù)：。此環(huán)設計為典系統(tǒng)，因此系統(tǒng)滿足電流環(huán)要求超調(diào)量小的要求，其動態(tài)結(jié)構(gòu)如下：+-ACR 圖3 電流環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖其中電流環(huán)小時間常數(shù)：由其動態(tài)結(jié)構(gòu)圖知，電流環(huán)控制對象是雙慣性的，要求校正成典型系統(tǒng)，采用PI調(diào)節(jié)器。PI調(diào)節(jié)器傳函：，則電流環(huán)校正成圖4+-圖4 校正后的電流環(huán)ACR時間常數(shù)：又因，取ACR的比例系數(shù)為：因此根據(jù)以上數(shù)據(jù)選取參數(shù)，?。篟0=40K, 取40K 取 取則實際電路圖如圖4-8所示。其中：D1,D2,W1,W2構(gòu)成限幅電路。圖5 電路環(huán)原理圖3.2.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（外環(huán)）在設計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器時，可以把已設計好的電流環(huán)當作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)，求出其等

5、效傳遞函數(shù)，再用設計電流環(huán)相同的方法進行設計。簡化后的轉(zhuǎn)速環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下圖6 轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖3.3選擇ASR由于要求抗干擾能力強，應按照典型系統(tǒng)設計，又由于設計要求無靜差，ASR需含積分環(huán)節(jié)。ASR也采用PI調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)速校正成典系統(tǒng)后動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖7：+-圖7 校正后的轉(zhuǎn)速環(huán)3.4確定時間常數(shù)（1） 電流環(huán)等效時間常數(shù)為0.0074s（2） 轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)為取為0.01s（3） 轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)s3.5選擇調(diào)節(jié)器參數(shù)根據(jù)性能指標選取h=5ASR的超前時間常數(shù)轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益ASR的比例系數(shù)為：轉(zhuǎn)速截止頻率 3.6計算調(diào)節(jié)器電阻和電路取R0=20K =KnR0=11.7×40=4

6、68, 取70K, =n/=0.087/470=0.185F, 取0.2F,Con=4Ton/R0=4×0.01/40=1F. 取1F實際原理圖如圖8所示：圖8 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖通過計算，最后得出圖9所示動態(tài)框圖。圖9直流電動機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖以上要求說明：為什么兩個環(huán)分別為典和典型系統(tǒng)。4.仿真驗證打開matlab軟件，在軟件中構(gòu)建仿真框圖，如下圖所示：圖10仿真框圖調(diào)試完成后，打開SCOPE,可以輸出轉(zhuǎn)速曲線圖，如下圖所示：圖11轉(zhuǎn)速曲線圖分析上圖可以知道：轉(zhuǎn)速穩(wěn)定值在1470R/MIN附近區(qū)域。當電壓波動在±10%，負載變化±20%時，轉(zhuǎn)速有相應的變化，變化的差在25R/MIN左右，超調(diào)量小于10%，設計成功。5.問題說明5.1要求說明為什么設計為雙閉環(huán)，雙閉環(huán)有什么好處。因為單閉環(huán)系統(tǒng)不能動態(tài)地控制電流。所以使用雙閉環(huán)。而雙閉環(huán)能夠較好抵抗電流的沖擊，保持較好的轉(zhuǎn)速。串聯(lián)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器可以較好獲得所需轉(zhuǎn)速。5.2圖2中各框分別表示什么環(huán)節(jié)。ASR為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器環(huán)節(jié)；ACR為電流調(diào)節(jié)器環(huán)節(jié)；為電力電子變換裝置所表示的慣性環(huán)節(jié)；，為直流電機環(huán)節(jié)；為轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)；為電流反饋系數(shù)