直流電動機閉環(huán)調速系統(tǒng)的設計

黑龍江科技大學直流電動機閉環(huán)調速系統(tǒng)設計班級：電氣10-12學號：26姓名：趙軼博指導教師：呂雄飛摘

要直流電動機具有良好的起動、制動性能，宜于在大范圍內平滑調速，在許多需要調速或快速正反向的電力拖動領域中得到了廣泛的應用。從控制的角度來看，直流調速還是交流拖動系統(tǒng)的基礎。該系統(tǒng)中設置了電流檢測環(huán)節(jié)、電流調節(jié)器以及轉速檢測環(huán)節(jié)、轉速調節(jié)器，構成了電流環(huán)和轉速環(huán)，前者通過電流元件的反饋作用穩(wěn)定電流，后者通過轉速檢測元件的反饋作用保持轉速穩(wěn)定，最終消除轉速偏差，從而使系統(tǒng)達到調節(jié)電流和轉速的目的。該系統(tǒng)起動時，轉速外環(huán)飽和不起作用，電流內環(huán)起主要作用，調節(jié)起動電流保持最大值，使轉速線性變化，迅速達到給定值；穩(wěn)態(tài)運行時，轉速負反饋外環(huán)起主要作用，使轉速隨轉速給定電壓的變化而變化，電流內環(huán)跟隨轉速外環(huán)調節(jié)電機的電樞電流以平衡負載電流。并通過仿真進行系統(tǒng)的數(shù)學建模和系統(tǒng)仿真，分析雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的特性。關鍵詞：雙閉環(huán)，晶閘管，轉速調節(jié)器，電流調節(jié)器

AbstractDCmotor

hasagood

starting,

brakingperformance,

andissuitableforsmoothing

overawiderangeof

speedregulation,

widelyusedinalotof

needforspeed

orfast

forwardandreverse

draginthefieldofelectricity.

Fromthecontrolpointofview,

basedon

DC

orAC

drivesystem.

Thesystemsetsupthecurrentdetection,

currentregulator

andspeed

detection,

speedregulator,

acurrentloopandspeedloop,

theformer

through

feedback

stable

currentcomponents,

which

keepthespeedstable

throughthefeedbackofspeeddetectingdevice,

theultimateeliminationof

speederror,

sothatthesystemcanadjustthe

currentandspeed

thepurposeof.

Thesystem

starting,

speedouterloop

saturation

doesnotwork,

playamajorrolein

regulating

the.innercurrent.loop,

starting

current.to.maintain.maximum

speed,

the

linear.change,reaches.a.given.value

quickly;

steady.state.operation,

speed.negativefeedbackouterring

playstheleadingrole,

the

speedvaryingwiththe

speedforagiven

voltage

changes,

current.speed.with.the.inner

the.outer.ring.of

the.motor

armature.current

adjusted

to.balance.the.load.current.

And.the.simulation.of

mathematicalmodelingand

system

simulation,

analysisthecharacteristicsofdouble

closedloopDCspeedregulating

system.Keywords:doubleloop,

thyristor,

speedregulator,

currentregulator目錄TOC\t"標題1,2,標題2,3,標題3,4,標題,1"第一章緒論 ③轉速環(huán)小時間常數(shù)按小時間常數(shù)近似處理，取。（2）確定將轉速環(huán)設計成何種典型系統(tǒng)。由于設計要求轉速環(huán)無靜差，轉速調節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)；又根據(jù)動態(tài)設計要求，應按典型Ⅱ型系統(tǒng)設計轉速環(huán)。（3）轉速調節(jié)器的結構選擇。轉速調節(jié)器選用PI型，其傳遞函數(shù)為（4）選擇轉速調節(jié)器參數(shù)。按跟隨和抗干擾性能都能較好的原則取h=5，則ASR超前時間常數(shù)轉速環(huán)開環(huán)增益為于是，ASR的比例系數(shù)為（5）計算轉速調節(jié)器的電路參數(shù)。轉速調節(jié)器原理圖如圖4.10所示，按所用運算放大器，取R0=40KΩ，各電阻和電容值計算如下：圖4.10轉速調節(jié)器原理圖（6）校驗近似條件。轉速環(huán)截止頻率1）校驗電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件是否滿足：現(xiàn)在>,滿足簡化條件。2）校驗小時間常數(shù)近似處理是否滿足，現(xiàn)在>,滿足近似條件。3）校驗轉速超調量。當h=5時，而，因此，能滿足設計要求。設計完成的控制系統(tǒng)如圖4.11所示。圖4.11設計完成的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)

第五章觸發(fā)電路選擇與校驗5.1觸發(fā)電路的選擇與校驗選用集成六脈沖觸發(fā)器電路模塊，其電路如電氣原理總圖所示。從產(chǎn)品目錄中查得晶閘管的觸發(fā)電流為＜250mA,觸發(fā)電壓。由已知條件可以計算出，，。因為，，所以觸發(fā)變壓器的匝數(shù)比為，取3:1。設觸發(fā)電路的觸發(fā)電流為250mA，則脈沖變壓器的一次側電流只需大于250/3=83.3mA即可。這里選用3DG12B作為脈沖功率放大管，其極限參數(shù).觸發(fā)電路需要三個互差120°，且與主電路三個電壓U、V、W同相的同步電壓，故要設計一個三相同步變壓器。這里用三個單相變壓器接成三相變壓器組來代替，并聯(lián)成DY型。同步電壓二次側取30V，一次側直接與電網(wǎng)連接，電壓為380V,變壓比為380/30=12.7。第六章系統(tǒng)調試本次系統(tǒng)仿真采用目前比較流行的控制系統(tǒng)仿真軟件MATLAB，使用MATLAB對控制系統(tǒng)進行計算機仿真的主要方法有兩種，一是以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為基礎，使用MATLAB的Simulink工具箱對其進行計算機仿真研究。另外一種是面向控制系統(tǒng)電氣原理結構圖，使用PowerSystem工具箱進行調速系統(tǒng)仿真的新方法。6.1系統(tǒng)的建模與參數(shù)設置轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的主電路模型主要由交流電源、同步脈沖觸發(fā)器、晶閘管直流橋、平波電抗器、直流電動機等部分組成。采用面向電氣原理結構圖方法構成的雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真模型如圖6-1所示。圖6-1轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的仿真模型轉速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)的控制電路包括：給定環(huán)節(jié)、ASR、ACR、限幅器、偏置電路、反相器、電流反饋環(huán)、速度反饋環(huán)等，因為在本次設計中單片機代替了控制電路絕大多數(shù)的器件，所以在此直接給出各部分的參數(shù)，各部分參數(shù)設置參考前幾章各部分的參數(shù)。本系統(tǒng)選擇的仿真算法為ode23tb，仿真Starttime設為0，Stoptime設為2.5。6.2系統(tǒng)仿真結果的輸出及結果分析當建模和參數(shù)設置完成后，即可開始進行仿真。圖4-2是雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的電流和轉速曲線。從仿真結果可以看出，它非常接近于理論分析的波形。下面分析一下仿真的結果。圖6-2雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的電流和轉速曲線啟動過程的第一階段是電流上升階段，突加給定電壓，ASR的輸入很大，其輸出很快達到限幅值，電流也很快上升，接近其最大值。第二階段，ASR飽和，轉速環(huán)相當于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流給定作用下的電流調節(jié)系統(tǒng)，電流基本上保持不變，拖動系統(tǒng)恒加速，轉速線形增長。第三階段，當轉速達到給定值后。轉速調節(jié)器的給定與反饋電壓平衡，輸入偏差為零，但是由于積分作用，其輸出還很大，所以出現(xiàn)超調。轉速超調后，ASR輸入端出現(xiàn)負偏差電壓，使它退出飽和狀態(tài)，進入線性調節(jié)階段，使轉速保持恒定，實際仿真結果基本上反映了這一點。由于在本系統(tǒng)中，單片機系統(tǒng)代替了控制電路的絕大多數(shù)控制器件，所以各項數(shù)據(jù)處理和調整都是在單片機內完成的，控制效果要好于本次的仿真結果。結論雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)突加給定電壓由靜止狀態(tài)啟動時，轉速和電流的動態(tài)過程如仿真圖5-2所示。由于在啟動過程中轉速調節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三個階段，即電流上升階段、恒流升速階段和轉速調節(jié)階段。從啟動時間上看，第二階段恒流升速是主要的階段，因此雙閉環(huán)系統(tǒng)基本上實現(xiàn)了電流受限制下的快速啟動，利用了飽和非線性控制方法，達到“準時間最優(yōu)控制”。帶PI調節(jié)器的雙閉環(huán)調速系統(tǒng)還有一個特點，就是轉速必超調。在雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，ASR的作用是對轉速的抗擾調節(jié)并使之在穩(wěn)態(tài)是無靜差，其輸出限幅決定允許的最大電流。ACR的作用是電流跟隨，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，讓轉速外環(huán)飽和不起作用，電流內環(huán)起主要作用，調節(jié)啟動電流保持最大，使轉速線性變化，迅速達到給定值；穩(wěn)態(tài)運行時，轉速負反饋外環(huán)起主要作用，使轉速隨轉速給定電壓的變化而變化，電流內環(huán)跟隨電流外環(huán)調節(jié)電機的電樞電流以平衡負載電流?？偨Y與體會經(jīng)過幾周的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)設計終于完成了。在沒有做畢業(yè)設計以前覺得畢業(yè)設計只是對這幾年來所學知識的單純總結，但是通過這次做畢業(yè)設計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面。畢業(yè)設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設計使我明確了自己原來知識還比較欠缺。自己要學習的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次畢業(yè)設計，我才明確學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質。

在這次畢業(yè)設計中也使我們的同學關系更進一步了，同學之間互相幫忙，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的了解知識，所以在這里非常感謝幫忙我的同學。這次畢業(yè)設計要求設計一個雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)，自行設計這對我將來踏上工作崗位是非常有幫助的。所以我非常希望通過自己的努力完成設計并希望有所突破。這也是我對自己的考驗。于是本次設計過程中我完全按照軟件設計步驟的要求來進行，從設計分析開始，再進行總體設計、詳細設計,最后到系統(tǒng)實現(xiàn)。每一步都讓我將理論學習的知識應用到實踐中去。也使我掌握了一整套規(guī)范的設計操作流程。下面我對整個畢業(yè)設計的過程做一下簡單的總結。第一，接到任務以后進行選題。選題是畢業(yè)設計的開端，選擇恰當?shù)?、感興趣的題目.第二，題目確定后就是找資料了。查資料是做畢業(yè)設計的前期準備工作，到圖書館、書店、資料室去雖說是比較原始的方式，但也有可取之處的?？傊还芡ㄟ^哪種方式查的資料都是有利用價值的，要一一記錄下來以備后用。第三，通過上面的過程，已經(jīng)積累了不少資料，對所選的題目也大概有了一些了解，這一步就是在這樣一個基礎上，綜合已有的資料來更透徹的分析題目。第四，有了研究方向，就要動手實現(xiàn)。要有計劃的分布做好畢業(yè)設計的每一個步驟，這樣一步步地做下去之后，你會發(fā)現(xiàn)要做出來并不難，只不過每每做一會兒會發(fā)現(xiàn)一處錯誤要修改，就這樣在不斷的修改調試，再修改再調試。第五,寫論文能提升以下幾個方面的能力:1、文字表述:論文里的語言非常講究，這方面需要繼續(xù)加強。2、交流、討論:文章的大致內容寫完后，一定要和老師、其他同學多交流，讓他們多提點建議。一些計量軟件使用方法，可以向學長們請教。3、細心:模型公式編輯、標點符號、文章各段格式等，都需要細心。4、搜索:需要搜索很多資料，如何在短時間找到你想要得資料，得在搜索關鍵詞上有所設置才行。一些好的統(tǒng)計數(shù)據(jù)網(wǎng)站，需要隨時記錄下來，以便日后繼續(xù)使用。我的心得也就這么多了，總之，這次畢業(yè)設計讓我學習到很多。雖然結束了，但這只能是一個開始。今后作為技術員，要學習的規(guī)范，如何的不斷提高自己的綜合能力與專業(yè)水平是我未來很多年的職業(yè)生涯里都要認真考慮與學習的一個重要問題，在此也要感謝我的指導老師呂雄飛老師對我悉心的指導，感謝老師給我的幫助。在設計過程中，我通過查閱大量有關資料，與同學交流經(jīng)驗和自學，并向老師請教等方式，使自己學到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設計做的也不太好，但是在設計過程中所學到的東西是這次畢業(yè)設計的最大收獲和財富，使我終身受益。

致謝這篇的畢業(yè)設計論文一直是在我的指導教師呂雄飛老師的悉心指導下進行的。呂雄飛老師治學態(tài)度嚴謹，學識淵博，為人和藹可親。并且在整個畢業(yè)設計過程中不斷對我得到的結論進行總結，并提出新的問題，使得我的畢業(yè)設計設計能夠深入地進行下去，也使我接觸到了許多理論和實際上的新問題，使我做了許多有益的思考。在此表示誠摯的感謝和由衷的敬意。呂雄飛老師在專業(yè)教學方面具有豐富的實踐經(jīng)驗，對我的實驗工作給予了很多的指導和幫助，使我能夠將理論中的結果與實際相結合。另外，他對待問題的嚴謹作風也給我