單閉環(huán)電壓負(fù)反饋

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)仿真課程設(shè)計(jì) 單閉環(huán)電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)建模與仿真 指導(dǎo)教師：楊戰(zhàn)社 張玉峰 電氣與控制工程學(xué)院 自動(dòng)化1102 宋富鵬單閉環(huán)電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)建模與仿真課設(shè)背景 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋控制系統(tǒng)采用直流測(cè)速發(fā)電機(jī)檢測(cè)轉(zhuǎn)速，用速度的反饋量參與系統(tǒng)的控制。這樣，當(dāng)給定電壓不變時(shí)，系統(tǒng)在擾動(dòng)作用下都可維持電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速基本不變。測(cè)速發(fā)電機(jī)安裝時(shí)必須保證它的軸與主電動(dòng)機(jī)的軸嚴(yán)格同軸。如果不同軸，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)若系統(tǒng)產(chǎn)生機(jī)械振蕩，在電器上是無(wú)法克服的，因此安裝麻煩，維護(hù)起來(lái)也不方便

2、，況且反饋信號(hào)中的各種交流紋波也必須在調(diào)試與運(yùn)行時(shí)予以考慮及重視。某些主電動(dòng)機(jī)只有一端有伸出軸與變速箱和生產(chǎn)機(jī)械連接，而另一端無(wú)伸出軸或不易接測(cè)速發(fā)電機(jī)，這樣在一些調(diào)速指標(biāo)要求不高的場(chǎng)合，人們便采用更簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)的電壓負(fù)反饋以構(gòu)成電壓負(fù)反饋控制系統(tǒng)。 電壓負(fù)反饋控制系統(tǒng)與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋控制系統(tǒng)相比，調(diào)速指標(biāo)低，可采用電流補(bǔ)償（IR）的辦法解決，這樣可使系統(tǒng)簡(jiǎn)單，指標(biāo)也可達(dá)到滿意的程度。 二、課設(shè)原理 要構(gòu)成電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)，就必須設(shè)置電壓調(diào)節(jié)器，同時(shí)取電壓反饋量參與控制。這樣系統(tǒng)就可維持被檢測(cè)的電壓不變。與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)相比，電壓負(fù)反饋控制系統(tǒng)只是將轉(zhuǎn)速負(fù)反饋中的測(cè)速發(fā)電機(jī)換成具有分壓作用的電

3、位器。電壓檢測(cè)點(diǎn)接在電樞兩端，以電壓檢測(cè)點(diǎn)為界，將V-M回路總電阻等效為兩部分。檢測(cè)點(diǎn)右側(cè)為電動(dòng)機(jī)電樞電阻，左側(cè)電阻有平波電抗器電阻、變壓器等效電阻、晶閘管電路由于變壓器漏抗引起的等效電阻等（統(tǒng)稱為晶閘管整流裝置的內(nèi)阻）。 圖.電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng) 電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)只用一個(gè)電位器取代了轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的檢測(cè)元件測(cè)速發(fā)電機(jī)，使系統(tǒng)變得簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)。但其損失的是調(diào)速指標(biāo)，即電樞電阻壓降引起的轉(zhuǎn)速降不能彌補(bǔ)。因此，我們可以采用補(bǔ)償?shù)霓k法彌補(bǔ)電樞電阻上的壓降。將電樞電流取出來(lái)參與控制，此信號(hào)與給定信號(hào)極性相同，所以稱為電流正反饋，其實(shí)是一種電流補(bǔ)償而不是真正意義上的正反饋。 圖.帶電流補(bǔ)償?shù)碾妷贺?fù)反饋

4、調(diào)速系統(tǒng)課設(shè)目標(biāo) 某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)： （1）給定參數(shù) = 1 * GB3 電動(dòng)機(jī)參數(shù):， 允許過(guò)載倍數(shù); = 2 * GB3 * MERGEFORMAT 電樞回路總電阻:; = 3 * GB3 * MERGEFORMAT 電動(dòng)機(jī)軸上的總飛輪力矩：。 = 4 * GB3 * MERGEFORMAT 晶閘管裝置參數(shù)：放大系數(shù)，電流反饋系數(shù)， 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)，濾波時(shí)間常數(shù)， 。 （2）設(shè)計(jì)指標(biāo) = 1 * GB3 * MERGEFORMAT 系統(tǒng)無(wú)靜差； = 2 * GB3 * MERGEFORMAT 轉(zhuǎn)差率5%。課設(shè)方案（1）主電源采用380V電源供電，經(jīng)電力電子

5、變換后作為電動(dòng)機(jī)供電輸入。（2）AVR采用PI調(diào)節(jié)器，電壓反饋靠電位器分壓實(shí)現(xiàn)，電流補(bǔ)償檢測(cè)靠霍爾電流傳感器實(shí)現(xiàn)。 （3）采用晶閘管三相橋式全控電路作為整流電路。 （4）整流電路設(shè)置有過(guò)流保護(hù)。 （5）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 圖.電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 圖.電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 圖.帶電流補(bǔ)償?shù)碾妷贺?fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖主要器件選擇 （1）整流二極管的選擇 根據(jù)二極管的最大整流平均 和最高反向工作電壓 分別應(yīng)滿足： 選用大功率硅整流二極管，型號(hào)和參數(shù)如下所示：型號(hào)正向平均整流電流（A)反向重復(fù)峰值電壓URM（V)瞬間平均正向壓降 （V)額定正向平均電流 （A)MR2504G254001.1

6、878.5 在設(shè)計(jì)主電路時(shí)，濾波電容是根據(jù)負(fù)載的情況來(lái)選擇電容C值，使RC（35）T/2，且有： （V) ，即C15000uF 因此，選用型號(hào)為CD15的鋁電解電容，其額定直流電壓為400V，標(biāo)稱容量為22000uF。 （2）晶閘管的選擇 最大工作電流Imax2Us/R=440/0.5=880(A) 集電極發(fā)射極反向擊穿電壓 (23)Us=440660vAVR調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì) 圖.含濾波電容的AVR電路原理圖為使系統(tǒng)無(wú)靜差，因此電壓調(diào)節(jié)器選用PI調(diào)節(jié)器。相關(guān)參數(shù)計(jì)算如下： ， ， ， ， （三相橋式電路平均失控時(shí)間為） 按典 = 2 * ROMAN * MERGEFORMAT II系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并取

7、h=5,則： 故調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)為: 七、調(diào)速系統(tǒng)靜特性 電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速靜特性方程為： ，（） 帶電流補(bǔ)償?shù)碾妷贺?fù)反饋靜特性為： ，（） 圖.轉(zhuǎn)速靜特性曲線系統(tǒng)仿真 單閉環(huán)電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的仿真是在MATLAB下的SIMULINK下進(jìn)行仿真，仿真過(guò)程如下：（1）仿真結(jié)構(gòu)圖 （2）參數(shù)設(shè)置 （3）仿真結(jié)果 以下為分別在空載及額定負(fù)載情況下進(jìn)行仿真的結(jié)果。仿真結(jié)果分析 由仿真結(jié)果可知，采用PI調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，但快速性較差，在起動(dòng)過(guò)程中且存在超調(diào)，這種超調(diào)是經(jīng)歷了飽和非線性區(qū)域之后的超調(diào)，可以稱作“退飽和超調(diào)”。參考文獻(xiàn)【1】 阮毅電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)北京：機(jī)械工業(yè)

8、出版社 2009.8 【2】 張榮巍，李漢強(qiáng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)武漢：武漢理工大學(xué)出版社 第1版 2006 【3】洪乃剛電力電子電機(jī)、控制系統(tǒng)仿真技術(shù)北京：機(jī)械工業(yè)出版社第1版2013【4】王兆安 劉進(jìn)軍.電力電子技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.附錄：原理圖 心得體會(huì) 歷經(jīng)一周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，這一周雖然過(guò)得很快，但收獲卻頗多，不但學(xué)會(huì)了直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，而且知道如何用MATLAB仿真。 我們?cè)O(shè)計(jì)的課題是單閉環(huán)電壓負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)，通過(guò)這次單閉環(huán)電壓負(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中的仿真工SIMULINK對(duì)所設(shè)計(jì)的單閉環(huán)電壓負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)的階躍信號(hào)進(jìn)行了仿真，得出了系統(tǒng)的特性曲線，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，在很大程度上挺高了系統(tǒng)設(shè)計(jì)效率。并通過(guò)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)計(jì)時(shí)往往