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基于matlab直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(專業(yè)版)

2025-01-05 03:34上一頁面

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【正文】 在此,我得感謝郝騫和楊風(fēng)老師,他們?yōu)槲姨峁┝艘粋€(gè)學(xué)習(xí)氣氛很濃厚的實(shí)驗(yàn)室,使我的畢設(shè)能迅速的完成。 s2=tf(k2,d2)。 畫出改動(dòng)后的伯德圖 程序如下: k1=。 g=na/da。 考慮到遲后網(wǎng)絡(luò)在新的截 止頻率處會(huì)產(chǎn)生一定的相角遲后 ( 39。 奈奎斯特圖 由奈奎斯特圖可知,開環(huán)頻率特性的軌跡在 ( ) ( )G jw H jw 平面內(nèi)包圍( 1, j0)的圈數(shù)為 2,而開環(huán)頻率特特征方程式在 s右半平面的根的個(gè)數(shù)為 3,根據(jù)奈奎斯特判據(jù)可知,系統(tǒng)不穩(wěn)定。這也是我們必須要解決的問題,因此,我們有必要對該系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。 ⑦ 模型分析和診斷工具來保證模型的一致性,確定模型中的錯(cuò)誤 。最常用的有電力系統(tǒng) (Powersys)模塊工具 箱,數(shù)字信號處理 (DSP Blocks)模塊工具箱,定點(diǎn)處理 (FixPointBlocks)模塊工具箱和通信系統(tǒng) (Comm)模塊工具箱。 SIMULINK是 MATLAB軟件的擴(kuò)展,它是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的一個(gè)軟件包,它與 MATLAB 語言的主要區(qū)別在于,其與用戶交互接口是基于 Windows 的模型化圖形輸入,其結(jié)果是使得用戶可以把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構(gòu)建,而非語言的編程上。 7) MATLAB 的缺點(diǎn)是,它 和其他高級程序相比,程序的執(zhí)行速度較慢。解線性方程的程序用FORTRAN 和 C 這樣的高級語言編寫,至少需要四百多行,調(diào)試這種幾百行的計(jì)算程序可以說中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 13 頁 共 36頁 很困難。可以說,無論你從事工程方面的哪個(gè)學(xué)科,都能在 MATLAB 里找到合適的功能。 0版, 1995年推出 4。 ②當(dāng)輸入不等于零時(shí),其輸出量將不斷增長,直到輸入為零,輸出恒定為止 —— 消除偏差。如圖 14所示。測速發(fā)電機(jī)TG 和電動(dòng)機(jī)同軸連接, TG 檢測到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,并變換成與之成正比的電壓,再經(jīng)電位器衰減為反饋電壓 Ufn,引至放大器的輸入端與轉(zhuǎn)速給定電壓 Usn比較,得到偏差電壓Δ U,經(jīng)過放大器放大后得到輸出電壓 Uk,用 Uk控制晶閘管觸發(fā)器的控制角,使晶閘管整流裝置變換出不同的直流電壓 Udo,用以控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 常見的直流調(diào)速系統(tǒng) ①開環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 圖 11為由晶閘管可控整流器向直流電動(dòng)機(jī)供電的開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖。 ( 3)改變勵(lì)磁磁通 —— 弱磁調(diào)速。 對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說,以調(diào)節(jié)電樞電壓方式為最好,調(diào)壓調(diào)速是調(diào)速系統(tǒng)采用的主要調(diào)速方式。 圖 11 開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 3 頁 共 36頁 1.系統(tǒng)的組成 1)直流電動(dòng)機(jī) 直流電動(dòng)機(jī)有兩個(gè)獨(dú)立的電路,一個(gè)是電樞回路,另一個(gè)是勵(lì)磁回路。因?yàn)橹挥修D(zhuǎn)速反饋環(huán),所以稱為單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)。 ③ 無靜差直流調(diào)速 系統(tǒng) 上面討論的是有靜差直流調(diào)速系統(tǒng),其自動(dòng)調(diào)節(jié)作用只能盡量減少系統(tǒng)的靜差(穩(wěn)態(tài)誤差),而不能完全消除靜差。 MATLAB 與 SIMULINK 介紹 MATLAB 介紹 ⑴ MATLAB 介紹 MATLAB 是矩陣實(shí)驗(yàn)室( Matrix Laboratory)之意。 2C版( for win3。 ⑶ MATLAB 的特點(diǎn) 一種語言之所以能如此迅速地普及,顯 示出如此旺盛的生命力,是由于它有著不同于其他語言的特點(diǎn),正如同 FORTRAN 和 C 等高級語言使人們擺脫了需要直接對計(jì)算機(jī)硬件資源進(jìn)行操作一樣,被稱作為第四代計(jì)算機(jī)語言的 MATLAB,利用其豐富的函數(shù)資源,使編程人員從繁瑣的程序代碼中解放出來。以下用 MATLAB 編寫以上兩個(gè)小程序的具體過程。由于 MATLAB 的程序不用編譯等預(yù)處理,也不生成可執(zhí)行文件,程序?yàn)榻忉寛?zhí)行,所以速度較慢。 Simulink 是 MATLAB 最重要的組件之一,它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。 電力系統(tǒng) (Powersys)模塊工具箱提供了電力傳輸和拖動(dòng)中用到的各種子系統(tǒng)模型,他包含電源、元件、電機(jī)、電力電子、測量、聯(lián)接及其他。 2 總體方案設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求,所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)應(yīng)為單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng),選定轉(zhuǎn)速為負(fù)反饋,采用變電壓調(diào)節(jié)方式,實(shí)現(xiàn)對直流頂尖級的無級平滑調(diào)速。 利用 MATLAB 輔助分析 ⑴ 利用根軌跡分析 原始閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)是: 5 5 . 5 8() ( 0 . 0 4 9 1 )( 0 . 0 2 6 1 )( 0 . 0 1 6 7 1 )Ws s s s? ? ? ? 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 22 頁 共 36頁 根據(jù)開環(huán)傳遞函數(shù)求其零極點(diǎn)并畫出其根軌跡圖: 求其零極點(diǎn): 程序如下: num=。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 25 頁 共 36頁 ⑷ 用 SIMULINK 仿真 給定其階躍信號后,得其仿 真圖形如下: Simulink仿真模型圖 輸出示波器圖形 從圖形可以看出,輸出的轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定,不能滿足要求 物理實(shí)體模型仿真: 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 26 頁 共 36頁 5 系統(tǒng)校正設(shè)計(jì) 相關(guān)知識: 在設(shè)計(jì)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)時(shí),常常會(huì)遇到動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性與穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)發(fā)生矛盾的情況,這時(shí),必須設(shè)計(jì)合適的動(dòng)態(tài)校正裝置,來改造系統(tǒng),是它滿足動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性與穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定性指標(biāo)兩方面的要求。)ccW? ,因此下式成立: 39。 g1=abs(g)。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 31 頁 共 36頁 d1=conv(conv([ 1],[ 1]),[ 1])。 sope=s1*s2。 我還得感謝給予我?guī)椭臒嵝牡耐瑢W(xué)以及朋友。 directional operation. Electrical Engineering, 2020:87~ 89. [16]羅飛 .運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) .北京: 化學(xué)工業(yè)出版社 2020. 3 37~ 43. 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 38 頁 共 36頁 [17] Kara T, Eker I . Idenificafion of nonlinear systems for feedback contr01. In: Proceeding of the 4th GAP Engineering Congress. Literamr Press, 2020(1): 520~ 526. [18]Paul melaby,Nicholas Weber,Alfred Hublcr. Robustness ofadaptation in controlled selfadjusting chaotic systems. 2020(4)I: 285~ 292. [19]陳州 .晶閘管變流技術(shù)北京:冶金工業(yè)出版社 1988, 56~ 58. [20]李仁定 .電機(jī)的微機(jī)控制北京:機(jī)械工業(yè)出版社, , 92~ 95. 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 39 頁 共 36頁 致 謝 在畢業(yè)設(shè)計(jì)即將完成之際 , 在此,向我 可敬的師長、 答辯組的各位老師、熱心的 同學(xué) 以及 朋友 致以最 誠摯的謝意! 本人由衷地向我的指 導(dǎo)老師王忠慶,我的師兄李石旦致謝,他們在我做畢設(shè)時(shí),提供了許多相關(guān)的資料,并且提出許多寶貴的意見,都對我提出的問題做細(xì)心的解答,使我在完成畢設(shè)的同時(shí),還學(xué)到了許多知識,受益匪淺。 d2=[ 0]。此時(shí)調(diào)節(jié)器的比例強(qiáng)度不變,微分作用減小。 da=polyval(d1,j*wc)。 ⑶ 根據(jù)相角裕度要求,選擇已校正系統(tǒng)的截止頻率。 nyquist(s1) 根軌跡圖 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 24 頁 共 36頁 伯德圖 由以上分析可知,從伯德圖可知相角裕度和增益裕度都是負(fù)值,所以原始閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。系統(tǒng)所面臨的第二個(gè)問題是:直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)或發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí),由于反饋電壓 Un=0,直流電動(dòng)機(jī)處于全壓起動(dòng)狀態(tài),會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)電流太大,電動(dòng)機(jī)不能 安全運(yùn)行。 ⑥ 圖形化的調(diào)試器和剖析器來檢查仿真結(jié)果,診斷設(shè)計(jì)的性能和異常行為 可訪問 MATLAB從而對結(jié)果進(jìn)行分析與可視化,定制建模環(huán)境, 定義信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù) 。 通常在通信系統(tǒng)仿真模型中使用的工具箱除了 Simulink 之外,還有一些以Simulink 為基礎(chǔ)的模塊工具箱。 Simulink工具箱的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是他不給出任何新的函數(shù)。 MATLAB 還具有較強(qiáng)的編輯圖形界面的能力。即使有部分源代碼,用戶也會(huì)感到麻煩,且不能保證運(yùn)算的穩(wěn)定性。在國內(nèi),特別是工程界, MATLAB 一定會(huì)盛行起來。 MathWorks公司 1993年推出了 MATLAB 4。 圖 17 積分調(diào)節(jié)器 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 10 頁 共 36頁 ( 2)特點(diǎn) ① 輸出量立即響應(yīng)輸入量的變化 —— 響應(yīng)快。閉環(huán)系統(tǒng)靜特性就是在每條開環(huán)機(jī)械特性上取得一個(gè)相應(yīng)的工作點(diǎn),再由這些點(diǎn)集合而成。它在開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)圖 11的基礎(chǔ)上增加了轉(zhuǎn)速檢測環(huán)節(jié)(測速發(fā)電機(jī) TG 和反饋電位器 RP2)和放大環(huán)節(jié)。不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機(jī)械則要求起、制動(dòng)盡可能 地平穩(wěn)。 ( 2)改變電樞回路電阻 —— 串電阻調(diào)速。 ⑵ 直流調(diào) 速系統(tǒng)的供電方式 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 2 頁 共 36頁 調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的電樞供電電壓需要有專門的可控直流電源。直流電動(dòng)機(jī)各物理量間的基本關(guān)系式如下: nKedtdnJTTiKTedtdiLRiueGLedTedaddd????????? 當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí), did/dt=0, dn/dt=0,上式可寫成 nKEdtdnJTTICTERIUeGLedaTeddd???????? 或 ?? e ddde K RIUKEn ??? 2)晶閘管整流電路 作用:把不變的交流電變換成可控的直流電。 圖 12 具有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 5 頁 共 36頁 系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)過程 當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 n 由于某種原因(例如機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL增加)而下降時(shí),轉(zhuǎn)速負(fù)反饋環(huán)節(jié)將進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié),其調(diào)節(jié)過程如下: TL↑→ n↓ → Ufn↓ →Δ U↑ =UsnUfn → Uk↑ →脈沖前移→ Ud↑ → n↑ 由此可見,轉(zhuǎn)速負(fù)反饋環(huán)節(jié)是通過轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓 Ufn的下降,使偏差電壓Δ U增加,經(jīng)過放大后,提高晶閘管的輸出電壓 Ud,使轉(zhuǎn)速 n 回升,從而減小穩(wěn)態(tài)速降。要實(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)速,則需要在控制電路中包含有積分環(huán)節(jié),在調(diào)速系統(tǒng)中,通常采用包含積分環(huán)節(jié)的比例 積分調(diào)節(jié)器。除具備卓越的數(shù)值計(jì)算能力外,它還提供了專業(yè)水平的符號計(jì)算,文字處理 ,可視化建模仿真和實(shí)時(shí)控制等功能。X) 1997 年推出 5。 MATLAB 最突出的特點(diǎn)就是簡潔。 MATLAB 求解下列方程,并求解矩陣 A的特征值。 8)功能強(qiáng)大的工具箱是 MATLAB 的另一特色。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(biāo)操作,就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。 數(shù)字信號處理 (DSP Blocks)模塊工具箱,包括信號源庫、信號漏 (終端庫 )、通用 DSP 庫、數(shù)學(xué)函數(shù)庫、濾波器庫、頻譜分析庫及演示庫。 所以,設(shè)計(jì)步驟流程圖如下: 計(jì)算所需參數(shù) 建立帶比例放大器的閉環(huán)系統(tǒng)對系統(tǒng)進(jìn)行仿真得出需改進(jìn)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器 驗(yàn)證校正后的系統(tǒng)是否滿足要求 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 17 頁 共 36頁 設(shè)計(jì)原理 帶比例放大的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理圖與穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 由圖可知:轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)關(guān)系如下: 電壓比較環(huán)節(jié): *n n nU U U? ? ? 放大器: c p nU K U?? 電力電子變換器: 0d s cU KU? 調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)機(jī)械特性: 0ddU I Rn Ce?? 測速反饋環(huán)節(jié): Un n?? 整理后可得系統(tǒng)的靜特性方程式: *(1 )P s n dK K U RIn Ce k Ce R??? () 其中 /p s eK K K C?? 如果斷開反饋回路,當(dāng)電流連續(xù)時(shí),系統(tǒng)的機(jī)械特性方程式為:
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