雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真畢業(yè)設(shè)計(jì)論文(編輯修改稿)
2025-07-19 13:54 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ridge，并將模塊標(biāo)簽改為“三相整流橋”然后雙擊模塊圖標(biāo)打開整流橋參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，當(dāng)采用三相整流橋時(shí)，橋臂數(shù)取3，電力電子元件選擇晶閘管，其他參數(shù)設(shè)置原則：如果針對(duì)某個(gè)具體交流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真，對(duì)話框中應(yīng)該取該調(diào)速系統(tǒng)中晶閘管元件的實(shí)際值。如果不是針對(duì)某個(gè)具體調(diào)速系統(tǒng)的仿真，可以取默認(rèn)值進(jìn)行仿真，如果仿真結(jié)果不理想，就要適當(dāng)調(diào)整各模塊參數(shù)。平波電抗器的建模和參數(shù)設(shè)置。提取電抗器元件RLC Branch，路徑為SimPower/Elements/RLC Branch，由于無(wú)單個(gè)電感元件，通過(guò)參數(shù)設(shè)置改為純電感元件，其電抗為1e3。 三相整流橋參數(shù)設(shè)置對(duì)話框直流電動(dòng)機(jī)的建模和參數(shù)設(shè)置。提取直流電動(dòng)機(jī)模塊DC Machine的路徑為SimPower Systems/Machines/DC machine，將模塊標(biāo)簽改為直流電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組接直流電源DC Voltage Source，雙擊此圖標(biāo)。打開參數(shù)設(shè)置框，電壓參數(shù)設(shè)為220V。電樞繞組經(jīng)平波電抗器同三相整流橋連接。電動(dòng)機(jī)TL端口接負(fù)載轉(zhuǎn)矩。用變量Step表示，其提取路徑為Simulink/Sources/Step,，可以看出開始負(fù)載轉(zhuǎn)矩為50，在2s后負(fù)載轉(zhuǎn)矩變?yōu)?00，負(fù)載轉(zhuǎn)矩模塊標(biāo)簽改為“TL”。直流電動(dòng)機(jī)輸出m口有4個(gè)合成信號(hào)，用模塊Demux（路徑為Simulink/Signal Routing/Demux）把這4個(gè)信號(hào)分開。雙擊此模塊，把參數(shù)設(shè)置為4，表明有4個(gè)輸出，從上到下依次是電機(jī)的角速度，電樞電流、勵(lì)磁電流和電磁轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)值。仿真結(jié)果可以通過(guò)示波器顯示，也可以通過(guò)OUT端口顯示。 平波電抗器參數(shù)設(shè)置對(duì)話框 負(fù)載轉(zhuǎn)矩參數(shù)設(shè)置電動(dòng)機(jī)參數(shù)設(shè)置：雙擊電動(dòng)機(jī)圖標(biāo)，打開電動(dòng)機(jī)參數(shù)對(duì)話框，其參數(shù)設(shè)置原則與晶閘管整流橋相同。同步脈沖發(fā)生器的建模和參數(shù)設(shè)置。同步6脈沖Synchronized 6Pluse Generator提取路徑為SimPower Systems/Extra Library/Control Blocks/Synchronized 6Pluse Generator,標(biāo)簽改為“同步6脈沖觸發(fā)器”其有5個(gè)端口，同alpha—deg連接的端口為導(dǎo)通角，同Block連接的端口是觸發(fā)器開關(guān)信號(hào)，當(dāng)開關(guān)信號(hào)為“0”時(shí)，開放觸發(fā)器。當(dāng)開關(guān)信號(hào)為“1”時(shí)，封鎖觸發(fā)器，故取模塊Constant（提取路徑為Simulink/Source/Constant）同Block端口連接，把參數(shù)改為“0”，開放觸發(fā)器，把同步頻率改為50Hz。由于同步6脈沖發(fā)生器需要三相線電壓，故取電壓測(cè)量模塊Voltage Measurement。 直流電動(dòng)機(jī)參數(shù)設(shè)置對(duì)話框 同步6脈沖觸發(fā)器參數(shù)設(shè)置單閉環(huán)有靜差轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的控制電路由給定信號(hào)、速度調(diào)節(jié)器、速度反饋等環(huán)節(jié)組成。根據(jù)仿真需要，另加限幅器Saturation、比較環(huán)節(jié)模塊Sum等。給定信號(hào)模塊就是Constant模塊，參數(shù)設(shè)置為10，它的物理量是給定電壓信號(hào)，把此模塊標(biāo)簽為“給定電壓信號(hào)”。比較環(huán)節(jié)模塊Sum提取路徑為Simulink/Math Operations/Sum，將默認(rèn)參數(shù)“++”改為“+”。比例調(diào)節(jié)器模塊就是放大模塊Gain，把參數(shù)設(shè)為1，即放大系數(shù)為1.從上面分析可知，同步6脈沖觸發(fā)裝置的輸入信號(hào)是導(dǎo)通角，整流橋處于整流狀態(tài)時(shí)導(dǎo)通角范圍為0176。≤a≤90176。，由于速度調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)的數(shù)值可能大于90，故需加限幅器Saturation，提取路徑為Simulink/Discontinuities/Saturation,其參數(shù)設(shè)置上下限幅為10和10。Constant參數(shù)設(shè)置為90，Gain參數(shù)設(shè)置為9。轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)模塊就是Gain模塊。仿真中選擇的算法為ode23tb，Start設(shè)為0，Stop設(shè)為5s。當(dāng)建模和參數(shù)設(shè)定后，即可開始進(jìn)行仿真。從仿真結(jié)果可以輕易地看出來(lái)，在比例調(diào)節(jié)器的作用下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速很快達(dá)到穩(wěn)態(tài)值，在2s的時(shí)候，轉(zhuǎn)矩由50變?yōu)?00時(shí)，系統(tǒng)快速進(jìn)行調(diào)節(jié)，使轉(zhuǎn)速很快上升到另一個(gè)穩(wěn)態(tài)值。 單閉環(huán)無(wú)靜差轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真單閉環(huán)無(wú)靜差轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)由給定信號(hào)、速度調(diào)節(jié)器、同步脈沖觸發(fā)器、三相整流橋、平波電抗器、直流電動(dòng)機(jī)、速度反饋等環(huán)節(jié)組成。如圖310是單閉環(huán)無(wú)靜差轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型。，單閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速和單閉環(huán)有靜差調(diào)速建模大部分相同，只是把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器換成了PI調(diào)節(jié)器。由于PI調(diào)節(jié)器本身帶輸出限幅值，故不再需要限幅模塊。仿真中選擇的算法為ode23tb，Start設(shè)為0，Stop設(shè)為5s。 單閉環(huán)無(wú)靜差轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型 PI調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)置 單閉環(huán)無(wú)靜差轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的仿真曲線從仿真結(jié)果可以看出來(lái)，當(dāng)負(fù)載在2s后轉(zhuǎn)矩由50變?yōu)?00時(shí)，轉(zhuǎn)速下降，通過(guò)PI調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用，使得轉(zhuǎn)矩再次恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，和單閉環(huán)有靜差轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)的仿真結(jié)果比較，我們可以看出，其動(dòng)態(tài)響應(yīng)比比例調(diào)節(jié)器的要慢。但是，它實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)速無(wú)靜差。、速度調(diào)節(jié)器、同步6脈沖觸發(fā)器、三相整流橋、平波電抗器、直流電動(dòng)機(jī)、速度反饋等環(huán)節(jié)組成。 電壓比較模塊就是Sum模塊，電流比較模塊Switch提取路徑為Simulink/Signal Routing/Switch，雙擊這個(gè)模塊我們可以看到一個(gè)參數(shù)設(shè)置框。 帶電流截止負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)的仿真模型7仿真中選擇的算法為ode23tb，Start設(shè)為0，Stop設(shè)為5s。 帶電流截止負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)的仿真曲線，可以從圖總看出始終小于120A。由于限制了起動(dòng)電流，同單閉環(huán)有靜差轉(zhuǎn)速反反饋圖311相比較我們可以得出，該系統(tǒng)使得電動(dòng)機(jī)經(jīng)稍微長(zhǎng)一點(diǎn)的時(shí)間使得轉(zhuǎn)速才達(dá)到穩(wěn)態(tài)值。 簡(jiǎn)單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)比較通過(guò)以上三種簡(jiǎn)單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真分析，可以看出來(lái)在轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)中存在一個(gè)問(wèn)題，在起動(dòng)、制動(dòng)過(guò)程和堵轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，電樞電流會(huì)過(guò)大。為了解決反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)電流過(guò)大的問(wèn)題，系統(tǒng)中必須有自動(dòng)限制電樞電流的環(huán)節(jié)。根據(jù)反饋控制原理，要維持哪一個(gè)物理量基本不變，就應(yīng)該引入那個(gè)物理量的負(fù)反饋。那么，引入電流負(fù)反饋，應(yīng)該能夠保持電流基本不變，使它不超過(guò)允許值。通過(guò)對(duì)電流負(fù)反饋和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的分析?？紤]到，限流作用只需在起動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)起作用，正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)讓電流自由地隨著負(fù)載增減，采用電流截止負(fù)反饋的方法，則當(dāng)電流大到一定程度時(shí)才接入電流負(fù)反饋以限制電流，而電流正常時(shí)僅有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起作用控制轉(zhuǎn)速。如果從運(yùn)動(dòng)控制的角度來(lái)討論直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)前面設(shè)計(jì)的直流電動(dòng)機(jī)單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是不夠完美的。要實(shí)現(xiàn)精度高和動(dòng)態(tài)性能高的控制，不僅要求控制速度，同時(shí)還要控制速度的變化率也就是加速度。由直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程可知，加速度與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比，而轉(zhuǎn)矩又和電動(dòng)機(jī)的電流成正比。因此需要同時(shí)對(duì)電動(dòng)機(jī)的速度和電流進(jìn)行控制。為了實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)性性能的直流電動(dòng)機(jī)速度控制系統(tǒng)，必須研究轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)的直流電動(dòng)機(jī)速度控制系統(tǒng)。第四章 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用[18]，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，兩者之間實(shí)行串級(jí)聯(lián)接。這就是說(shuō)，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，叫做內(nèi)環(huán)。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)在外面，叫做外環(huán)。這樣就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)[19]。 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖轉(zhuǎn)速、。由模型看出，給定信號(hào)與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋信號(hào)比較后經(jīng)速度限幅后，作為電流環(huán)的給定信號(hào)控制電流環(huán)。速度限幅輸出后，再與電流負(fù)反饋信號(hào)比較后經(jīng)電流調(diào)節(jié)器與電流限幅后，經(jīng)偏
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