基于MATLAB的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(共10頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上課程設(shè)計說明書 NO.1基于MATLAB的雙閉環(huán)直流電機調(diào)速系統(tǒng)仿真 學院：信息工程學院 班級：11自動化二班 姓名：梁玉迪 學號：F 指導(dǎo)教師：李浚圣 沈 陽 大 學課程設(shè)計說明書 NO.2摘要：實際生產(chǎn)中，生產(chǎn)機械要求在一定的范圍內(nèi)進行速度的平滑調(diào)節(jié)，并且要有良好的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)性能，同時，我們希望在電機最大電流限制的條件下，充分利用電機的允許過載能力，使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度啟動，到達穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后，又讓電流立即降下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運行。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，具有直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速范圍廣、靜差率小、穩(wěn)定性好以及有良好的動態(tài)性能的優(yōu)點，又有動

2、態(tài)響應(yīng)快、抗干擾能力強等特點，可以很好的滿足實際需求。1 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作原理 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個調(diào)節(jié)器ASR（轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器）和ACR（電流調(diào)節(jié)器）一般都采用PI調(diào)節(jié)器。因為PI調(diào)節(jié)器置既可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，使系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運行時得到無靜差調(diào)速，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，兼顧快速響應(yīng)和消除靜差兩方面的要求。一般的調(diào)速系統(tǒng)要求以穩(wěn)和準為主，采用PI調(diào)節(jié)器便能保證系統(tǒng)獲得良好的靜態(tài)和動態(tài)性能。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用：是調(diào)速系統(tǒng)的主調(diào)節(jié)器，使轉(zhuǎn)速n很快的跟隨給定電壓變化，如果采用pi調(diào)節(jié)器，實可現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無靜差。保證了系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性。電流調(diào)節(jié)器的作用：作為內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器，在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中，它使得電流跟隨其給定電壓

3、變化；對電網(wǎng)電壓波動起及時抗擾作用；起動時保證獲得電機允許的最大電流，使系統(tǒng)獲得最大加速度起動；當電機過載甚至于堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最大值，起快速的自我保護作用。當故障消失時，系統(tǒng)能夠自動恢復(fù)正常。保證了系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性。 Ks a 1/CeU*nUctIdEnUd0Un+-ASR+U*i-IdR R b ACR-UiUPE圖1 雙閉環(huán)直流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 沈 陽 大 學課程設(shè)計說明書 NO.3U*na Uct-IdLnUd0Un+-b -UiWASR(s)WACR(s)Ks Tss+11/RTl s+1RTmsU*iId1/Ce+E圖2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學模型2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的主電路各器

4、件的選擇和計算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：直流電機: Un=220V， In=136A， Nn=1460r/min， Ce=0.132V*min/，允許過載倍數(shù): =1.5晶閘管裝置放大系數(shù) ks=40；電樞電阻： Ra=0.5 時間常數(shù)： Tl=0.03s，Tm=0.18s；勵磁電壓： Uf=220V勵磁電流： If=1.5A動態(tài)指標： 1.電流超調(diào)量%5%2.空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量：%10% 電流反饋系數(shù) =0.05 V*min/r轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)： = 0.00667V*min/r 沈 陽 大 學課程設(shè)計說明書 NO.4三相整

5、流橋平均失控時間 Ts=0.0017s電流反饋濾波時間常數(shù) Toi=0.002s；轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù) Ton=0.01s；參數(shù)設(shè)置電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計 Wacr（s）=Ki*(1+S)/S =1.013+33.8/s轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計Wasr（s）=Kn*(1+S)/S =11.7+134.48/s3 MATLAB仿真MATLAB是矩陣實驗室（Matrix Laboratory）的簡稱，是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。Simulink是MATLAB最重要的組

6、件之一，它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，并基于以上優(yōu)點Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計。同時有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于Simulink。Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具，是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。Simuli

7、nk可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI) ，這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。 沈 陽 大 學課程設(shè)計說明書 NO.5Simulink是用于動態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計工具。對各種時變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對其進行設(shè)計、仿真、執(zhí)行和測試

8、。圖3 電流調(diào)節(jié)器仿真 圖4 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器仿真圖5 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學模型仿真 沈 陽 大 學課程設(shè)計說明書 NO.6此環(huán)節(jié)將控制電壓限幅轉(zhuǎn)換成導(dǎo)通角來控制六脈沖觸發(fā)器，當調(diào)節(jié)器輸出最大限幅值10v時，導(dǎo)通角為0，對應(yīng)三相全波整流橋輸出最大電壓加到電動機電樞。 圖6 觸發(fā)器圖7雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)模型仿真結(jié)果4 仿真結(jié)果分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定由靜止啟動時，轉(zhuǎn)速和電流的仿真波形所示。啟動過程經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三個階段，即電流上升階段、恒流升速階段和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，ASR的作用是對轉(zhuǎn)速的抗擾調(diào)節(jié)并使之在穩(wěn)態(tài)是無靜差，ACR的作用是過流自動保護和及時抑制電壓的波動。通過仿真可知：啟動時，讓轉(zhuǎn)速外環(huán)飽和不起作用，電流環(huán)起主要作用，調(diào)節(jié)啟動電流保持最大，使轉(zhuǎn)速線性變化，迅速達到給定值；穩(wěn)態(tài)運行時，轉(zhuǎn)速負反饋外環(huán)起主要作用，使轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)速給定電壓的變化而變化，電流內(nèi)環(huán)跟隨電流外環(huán)調(diào)節(jié)電機的電樞電流以平衡負載電流。 沈 陽 大 學課程設(shè)計說明書 NO.7參 考 文 獻1浣喜明，等.電力電子技術(shù)M.北京：高等教育出版社，2010.2劉啟新，等.電機與拖動基礎(chǔ)M.北京：中國電力出版社，2002.3劉勤賢.自動控制原理M.杭州：浙江大學出版社，2009.4張平 等，MATLAB基礎(chǔ)與應(yīng)用M.北京：北京航空航天大學出版社.20