單閉環(huán)無(wú)靜差轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)的建模與仿真

1、單閉環(huán)無(wú)靜差轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng) 電氣與控制工程學(xué)院 自動(dòng)化1005班 楊濤 1006050523 單閉環(huán)無(wú)靜差轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真一、 設(shè)計(jì)指標(biāo)和要求控制對(duì)象電機(jī)參數(shù)為：調(diào)速系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)如下:晶閘管三相橋式全控整流電路供電的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng),直流電動(dòng)機(jī):220V,136A,1460r/min,電樞電阻Ra=0.2,允許過載倍數(shù)= 1.5;電樞回路總電阻:R= 0.5,電樞回路總電感:L= 15mH,電動(dòng)機(jī)軸上的總飛輪力矩:GD2= 22.5N·m2,晶閘管裝置:放大系數(shù)Ks=40 ,轉(zhuǎn)速反饋系數(shù):=0.007Vmin/r ,Ton=0.01s設(shè)計(jì)要求:(1)穩(wěn)態(tài)指標(biāo)

2、:轉(zhuǎn)速無(wú)靜差;(2)動(dòng)態(tài)指標(biāo):空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n10%。二、 設(shè)計(jì)思路根據(jù)設(shè)計(jì)要求，單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)，采用PI控制器，可以保證統(tǒng)穩(wěn)態(tài)速度無(wú)靜差。比例控制的直流調(diào)速系統(tǒng)可以獲得比開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)硬得多的穩(wěn)態(tài)特性，從而在保證一定靜差率的要求下，能夠提高調(diào)速范圍；積分控制可以使系統(tǒng)在無(wú)靜差的情況下保持恒速運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差調(diào)速。PI控制綜合了比例控制和積分控制的優(yōu)點(diǎn)：比例部分能迅速響應(yīng)控制作用，積分部分則最終消除穩(wěn)態(tài)誤差。在設(shè)計(jì)PI調(diào)節(jié)器時(shí)，如何選擇參數(shù)和，關(guān)鍵在于及要求PI控制調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性好，又要求系統(tǒng)的快速性好，同時(shí)還要求穩(wěn)態(tài)精度高和抗干擾性能好。三、 主電路比例積分控制的直

3、流調(diào)速系統(tǒng)的仿真框圖四、 數(shù)據(jù)參數(shù)：1.轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)。2.選擇ASR結(jié)構(gòu)。按照設(shè)計(jì)要求，選用PI調(diào)節(jié)器。其傳遞函數(shù)為。3.計(jì)算ASR參數(shù)超前時(shí)間常數(shù)：。因?yàn)椋?電動(dòng)機(jī)額定勵(lì)磁下的轉(zhuǎn)矩系數(shù)：按跟隨性和抗擾性都較好的原則，令 。4， 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量設(shè)理想空載起動(dòng)時(shí)z=0。已知:當(dāng)即，時(shí) 因此，滿足設(shè)計(jì)要求。五、 系統(tǒng)仿真與分析 在控制系統(tǒng)中設(shè)置調(diào)節(jié)器是為了改善系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能。在采用了PI調(diào)節(jié)器以后，構(gòu)成的是無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)。利用如圖的仿真模型，改變比例系數(shù)和積分系統(tǒng)，可以輕而易舉地得到振蕩、有靜差、無(wú)靜差、超調(diào)大或啟動(dòng)快等不同的轉(zhuǎn)速曲線。下圖的仿真曲線中反映了對(duì)給定輸入信號(hào)的跟隨性能

4、指標(biāo)。 如果把積分部分取消，改變比例系數(shù)，可以得到不同警察率的響應(yīng)曲線直至振蕩曲線；如果改變PI調(diào)節(jié)其參數(shù)，可以得到轉(zhuǎn)速響應(yīng)的超調(diào)量不一樣，調(diào)節(jié)時(shí)間也不一樣的響應(yīng)曲線。經(jīng)過比較可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和快速性是一矛盾，必須根據(jù)工程的要求，選擇一個(gè)合適的PI參數(shù)。當(dāng),系統(tǒng)轉(zhuǎn)速性和超調(diào)量都滿足設(shè)計(jì)要求，當(dāng)，時(shí)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的響應(yīng)無(wú)超調(diào)量，當(dāng),時(shí)，系統(tǒng)響應(yīng)的超調(diào)量較大，當(dāng)快速性較好。l 當(dāng) 得以下仿真波形圖：Scope:Scope1:l 當(dāng)令時(shí)，系統(tǒng)轉(zhuǎn)速響應(yīng)無(wú)超調(diào)，六、 心得體會(huì) 通過這次單閉環(huán)無(wú)靜差轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真，我學(xué)會(huì)了利用MATLAB及其中的仿真工具Simulink，對(duì)所設(shè)計(jì)的單閉環(huán)無(wú)靜差轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)的階躍信號(hào)進(jìn)行了仿真，并繪制出各單位擾動(dòng)曲線。由仿真結(jié)果表明：利用MATLAB的simulink對(duì)各調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，可以迅速直觀地分析出系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，從而使對(duì)系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)變得更方便，很大程度上挺高了系統(tǒng)設(shè)計(jì)效率。并通過這次的實(shí)習(xí)對(duì)單閉環(huán)系統(tǒng)的專業(yè)知識(shí)有了更進(jìn)一步的了解，例如在設(shè)計(jì)PI調(diào)節(jié)器時(shí)，選擇比例積分參數(shù)，既要求PI控制調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性好，又要求系統(tǒng)的快速性好，同時(shí)還要求穩(wěn)態(tài)精度高和抗干擾性能好。但是這些指標(biāo)都是互相矛盾的，設(shè)