【文章內(nèi)容簡介】 。反接制動，即是通過反接電樞(圖43)或反接勵磁線圈的方式，是電機(jī)產(chǎn)生一個與電機(jī)轉(zhuǎn)速方向相反的制動轉(zhuǎn)矩，以達(dá)到快速制動的目的。反接制動的特點(diǎn)是制動速度快，缺點(diǎn)是制動停止時間不好控制，有可能發(fā)生制動過后又反向起動的現(xiàn)象?；仞佒苿邮侵笇㈦姍C(jī)轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的電能回鎖給電源，即對電源進(jìn)行充電?；仞佒苿涌赡艹霈F(xiàn)于下列兩種情況一：1).位能負(fù)載拖動電動機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)速高于理想空載轉(zhuǎn)速時。電原理圖如下所示。圖44 位能負(fù)載拖動電機(jī)圖中電機(jī)處于反向電動狀態(tài)下，電流方向如實(shí)線箭頭所示，(電流、反電勢的正方向均取上正下負(fù)，因?yàn)樗訳aE。)；當(dāng)負(fù)載拖動電機(jī)轉(zhuǎn)動式的電機(jī)的轉(zhuǎn)速高于理想同步轉(zhuǎn)速時，EaU，則變?yōu)檎?，電流反向，如圖中虛線所示，此時電流由電機(jī)流向電源，即電機(jī)向電源回鎖電能，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)。電流反向造成了電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與電機(jī)的轉(zhuǎn)速方向相反，使電機(jī)制動。在降低電壓的降速過程中，當(dāng)突然降低電樞電壓，感應(yīng)電勢還來不及變化時，就會發(fā)生情況。此時即電流反向。與1類似，電機(jī)向電源回饋電流并進(jìn)行制動。本課題中，結(jié)合換向的考慮，采用了如下的正反轉(zhuǎn)及回饋制動電路如圖45所示：其原理解釋如下:正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，回饋制動開關(guān)打在右邊，使電動機(jī)處于正常的正反轉(zhuǎn)狀態(tài)，通過切換正反轉(zhuǎn)接觸器，可以使電機(jī)運(yùn)行在正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)狀態(tài)，功率MOSFET管用來實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)速。圖45 串勵電機(jī)正反轉(zhuǎn)及回饋制動原理圖進(jìn)行回饋制動時，把回饋制動開關(guān)打在左邊，電機(jī)的電源被反接(即原來接電池正端的接在電池負(fù)端)，同時關(guān)斷功率MOSFET管，.并且換向接觸器打在與電動狀態(tài)相反的位置上(即原來閉合的接觸器斷開)。假設(shè)原來電動機(jī)處于正轉(zhuǎn)狀態(tài)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的極性如圖中所示(等效電路圖如圖46所示)。進(jìn)行回饋制動時，回饋切換開關(guān)打在回饋檔，反向接觸器閉合，同時關(guān)斷功率MOSFET管。此時，由于電機(jī)勵磁線圈大電感的作用，勵磁電流方向不變，因而磁場方向不變(勵磁線圈兩端感生出上負(fù)下正的感生電動勢)。注意到電機(jī)轉(zhuǎn)速方向未變，所以電機(jī)兩端感應(yīng)電動勢的方向不變。反向接觸器閉合后，B點(diǎn)的電位將為正，A點(diǎn)的電位為負(fù)，電樞上的電流反向。此時，出現(xiàn)了電機(jī)反電勢和勵磁線圈反電勢順向串連的情況。因二者疊加之和大于電池電，所以電流經(jīng)二極管D2流向電池正端，即向電池回饋電能。因?yàn)榇艌龇较虿蛔?，電樞上的電流反向，所以電磁轉(zhuǎn)矩反向，即電機(jī)進(jìn)入制動狀態(tài)。等效電路圖如圖47所示。 本章小結(jié)本章中首先介紹了電機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)方法，并給出了相關(guān)的原理圖，隨后詳細(xì)介紹了電機(jī)的3種制動方法，并比較了各種方法的利弊，最后給出了串勵電機(jī)正反轉(zhuǎn)以及回饋制動的原理圖。第5章 MATLAB 雙閉環(huán)直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的仿真 第5章MATLAB雙閉環(huán)直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的仿真直流電動機(jī)參數(shù)計算[10]已知某直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)控制系統(tǒng)主回路與直流電動機(jī)的主要參數(shù)如下：電動機(jī)： 主回路： 轉(zhuǎn)動慣量： 計算得到此直流電動機(jī)的相關(guān)參數(shù)： 反電動勢系數(shù)：轉(zhuǎn)矩常數(shù)：電磁時間常數(shù)：直流電動機(jī)數(shù)學(xué)模型的傳遞函數(shù)[11] 由前文的式(325)可知基于電氣原理圖的直流電動機(jī)數(shù)學(xué)模型實(shí)現(xiàn)電動機(jī)模型位于SimPowerSystems工具箱下machines庫中的DC machines 和DiscreteDC machines分別是直流電動機(jī)和離散直流電動機(jī)模型F＋和F:此端子為直流電動機(jī)勵磁電路控制端子，分別連接勵磁電源的正極與負(fù)極[12]A＋和A: 電動機(jī)電樞回路控制端；TL：電動機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩信號輸入端；m: 電動機(jī)信號的測試端，包括轉(zhuǎn)速w(rad/s),電樞電流Ia(A)，勵磁電流If(A)，電磁轉(zhuǎn)矩Te()。直流電動機(jī)的參數(shù)設(shè)置 Armature resistance and inductance Ra (ohms) 和La(H): 電樞電阻和電感Field resistance and inductance Rf (ohms) 和Lf(H): 勵磁回路電阻和電感Fieldarmature mutual inductance La (H)： 電樞與勵磁回路互感；Total inertia J (^2) ：電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量(^2)；Viscous friction coefficient Bm ()：粘滯摩擦系數(shù)()；Coulomb friction torque Tf ()： 靜摩擦轉(zhuǎn)矩()；Initial speed (rad/s)：初始速度。通過選擇Look under the mask可以查看電機(jī)的模型基于數(shù)學(xué)模型的開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真得到系統(tǒng)開環(huán)控制的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖建立串勵電機(jī)的Matlab仿真模型是在做畢業(yè)設(shè)計過程中遇到的最大的困難，在咨詢老師和閱讀了大量的資料后發(fā)現(xiàn)，在做Matlab仿真時串勵電機(jī)仿真模型的負(fù)載與轉(zhuǎn)速是成一定的比例關(guān)系，如圖51所示。從電動機(jī)模型的測量端口m可以測出電機(jī)的轉(zhuǎn)速，電樞電流，勵磁電流和轉(zhuǎn)矩。圖51 基于電氣原理圖的系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真結(jié)果 a)轉(zhuǎn)速波形b)電流波形c)轉(zhuǎn)矩波形a)轉(zhuǎn)速仿真波形 b)電流仿真波形 c)轉(zhuǎn)矩仿真波形圖52 系統(tǒng)仿真結(jié)果從轉(zhuǎn)速，電流和轉(zhuǎn)矩波形可以看出來在與轉(zhuǎn)速成一定比例的負(fù)載下，轉(zhuǎn)速在1s內(nèi)迅速上升最后穩(wěn)定在67rad/s電流穩(wěn)定在130A這與任務(wù)要求的額定電流130A相符。圖53 電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)框圖雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計：已知直流調(diào)速系統(tǒng)I，實(shí)際生產(chǎn)工藝要求如下：系統(tǒng)無靜差；電流超調(diào)量為：；在額定負(fù)載下，啟動至額定轉(zhuǎn)速的超調(diào)量：系統(tǒng)參數(shù)計算[12]預(yù)置參數(shù)：選取轉(zhuǎn)速輸出限幅值：，可以計算得到；啟動電流：選取轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出限幅值：，可以得到電流反饋系數(shù)： 取轉(zhuǎn)速最大給定值： 得到轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)： 將計算所得數(shù)據(jù)加入框圖中則可得則轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)框圖如下圖圖54 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)框圖系統(tǒng)設(shè)計(1)電流調(diào)節(jié)器設(shè)計電流調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器 (51)根據(jù)典型I系統(tǒng)設(shè)計可以得到(2)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計轉(zhuǎn)速的超調(diào)與動態(tài)速降均可由抗擾指標(biāo)衡量，而抗擾指標(biāo)以典型II系統(tǒng)為佳，因此轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器，按典型II系統(tǒng)設(shè)計，取h＝5設(shè)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器為： (52)根據(jù)典型II系統(tǒng)設(shè)計可以得到基于電氣原理圖的雙閉環(huán)直流調(diào)速控制系統(tǒng)仿真，仿真圖如圖55。在圖中主電路為串勵電動機(jī)典型連接，其負(fù)載與轉(zhuǎn)速成五倍的關(guān)系，調(diào)速系統(tǒng)用一個IGBT來實(shí)現(xiàn)直流斬波調(diào)節(jié)電動機(jī)電樞兩端電壓，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。控制電路是從電動機(jī)測量端m檢測轉(zhuǎn)速，通過一定的比例與給定進(jìn)行比較，然后經(jīng)過一個比例環(huán)節(jié)和一個積分環(huán)節(jié)(PI調(diào)節(jié)器),即轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR，與從電動機(jī)m端檢測出的一定比例的電樞電流進(jìn)行比較后的信號再與一個頻率為1000Hz的三角波進(jìn)行比較，從而實(shí)現(xiàn)PWM波的產(chǎn)生，產(chǎn)生的PWM波控制IGBT的關(guān)斷實(shí)現(xiàn)斬波調(diào)速[14]。仿真參數(shù)選擇，仿真時間Start time設(shè)為0，Stop time設(shè)為10，其他設(shè)置可以參考開環(huán)系統(tǒng)仿真設(shè)置。圖55雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖圖56 雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真結(jié)果 圖56中第一幅為轉(zhuǎn)速仿真波形，橫向第二幅為電流仿真波形，第三幅為轉(zhuǎn)矩仿真波形?？刂齐娐凡捎玫湫偷霓D(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速調(diào) 節(jié)器 ASR 設(shè)置輸出限幅，以限制最大起動電流。根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的需要，當(dāng)給定電壓Un* 后，ASR輸出飽和，電機(jī)以最大的允許電流起動，使得電機(jī)轉(zhuǎn)速很快上升，而達(dá)到給定的速度后轉(zhuǎn)速超調(diào)，ASR退飽和，電機(jī)電樞電流下降，經(jīng)過兩個調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用，使系統(tǒng)很快達(dá)到穩(wěn)態(tài)。 從仿真結(jié)果可以看出， 若給定信號為10V，電動機(jī)起動時，在電流調(diào)節(jié)器作用下電機(jī)電樞電流接近最大值，使得電機(jī)以最優(yōu)時間準(zhǔn)則開始上升，最高轉(zhuǎn)速為90rad/s，超調(diào)量為35%。穩(wěn)態(tài)時轉(zhuǎn)速為67rad/s。 加干擾時的動態(tài)原理圖如圖57：圖57 干擾時系統(tǒng)的動態(tài)原理圖在13s時外加一個階躍，仿真圖如圖58所示從圖中可以看出來，在外加干擾情況下，通過PWM的雙閉環(huán)控制[15]，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)無靜差，所以這次雙閉環(huán)的設(shè)計是成功的。圖58 系統(tǒng)抗干擾仿真結(jié)果本章主要闡述了雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)模型構(gòu)建及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、電機(jī)本體模塊等參數(shù)的設(shè)置。 從仿真結(jié)果可以看出模型及參數(shù)設(shè)置的正確性。結(jié)論 結(jié)論本文主要闡述了直流電動機(jī)的分類，詳細(xì)說明了串勵電動機(jī)的運(yùn)動特性，并詳細(xì)給出了串勵電動機(jī)數(shù)學(xué)模型的具體推導(dǎo)過程，完成了串勵電動機(jī)的數(shù)學(xué)建模。介紹了直流調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速環(huán)，電流環(huán)以及轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)的實(shí)現(xiàn)，說明了開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的缺點(diǎn)，轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)在調(diào)速方面的優(yōu)勢，并對雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動進(jìn)行了詳細(xì)分析。說明了電機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)方法，并給出了相關(guān)的原理圖，隨后詳細(xì)介紹了電機(jī)的3種制動方法，并比較了各種方法的利弊，最后給出了串勵電機(jī)正反轉(zhuǎn)以及回饋制動的原理圖。闡述了雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)模型構(gòu)建及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、電動機(jī)本體模塊等參數(shù)的設(shè)置。在深入研究了直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，利用Matlab/simulink的強(qiáng)大建模功能，設(shè)計了串勵直流電機(jī)控制系統(tǒng)的整體仿真模型，通過Matlab/simulink仿真，可以發(fā)現(xiàn)雙環(huán)控制的起動更快、更平穩(wěn)，加入擾動以后過渡過程更短，從所得出的仿真結(jié)果驗(yàn)證出了仿真模型及參數(shù)設(shè)置的正確性。參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn)1 黃建和 .DY系列電動游覽車的開發(fā) Idea and design2 陳伯時. 電力拖動制動控制系統(tǒng) [M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社2006． 1621,53603 鄧開連，吳慶彪，來磊，張名龍，直流串激調(diào)速的模糊控制仿真研究。工業(yè)儀表與自動化裝置2010,(2)：3436,674 劉漢忠，邵群濤,單相串勵電動機(jī)閉環(huán)調(diào)速控制器的設(shè)計與實(shí)現(xiàn),南京工程學(xué)院，江蘇南京2100135 孫建華 基于CAN總線的電動叉車牽引控制器設(shè)計,控制理論與控制工程， 2002，碩士6 王兆安等．電力電子技術(shù)[M]．北京：北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010．1501697 徐科軍．一種基于SG3525的可逆直流脈寬調(diào)速[J]．通訊電源技術(shù)8 朱立圣,直流電機(jī)閉環(huán)控制技術(shù)研究 ,南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文9 Patel .,Hoft Techniques of Harmonic Elimination and Voltage Control in Thyristor Inventers:Part 1Harmonic ,1997,9(3)10 劉海燕，基于Matlab的直流電動機(jī)斬波調(diào)速系統(tǒng)，煤礦機(jī)械11 Boumedi232。ne ALLAOUA Setting Up PID DC Motor Speed Control Alteration Parameters Using Particle Swarm Optimization Strategy Bechar University, Department of Electrical Engineering, BP 417 BECHAR (08000)Algeria12 卞金洪 基于 Matlab 雙閉環(huán)直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的仿真,鹽城工學(xué)院 信息工程學(xué)院， 江蘇 鹽城 22400113 ： 10310714 張麗華，電動叉車用直流斬波調(diào)速器，起重運(yùn)輸機(jī)械，1999，(3)：232515 Bord .,Novotny Control of VSIPWM Trans .IA,1985,21(2)致謝致謝本人在做畢業(yè)設(shè)計過程中，得到了導(dǎo)師顧和榮教授的精心指導(dǎo)和鼓勵。顧老師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識淵博，思想深邃，為我營造了良好的精神氛圍。置身其間，耳濡目染，使我不僅接受了全新的思想觀念，領(lǐng)會了基本的思考方式，掌握了通用的研究方法，而且還明白了許多的道理。通過設(shè)計受益非淺。進(jìn)入課題以來，顧老師給了我無私的關(guān)懷和幫助，在此，我衷心的感謝顧老師對我的關(guān)懷和愛護(hù)。在論文撰寫過程中閆朝陽副教授給我提出了較好的建議，在做畢設(shè)過程中，肖瑩老師也給了我很大的幫助。在此感謝他們的幫助和支持。最后，我要感謝吳偉學(xué)長給予我工作上的真誠援助和精神上的極大支持，謹(jǐn)在此向以上提到的各位和限于篇幅而未提及的每一位給與我支持和幫助的人表示誠摯的感謝。附錄附錄1 開題報告一、背景及意義 電動車是以電池為動力的車輛。近幾年來，由于能源危機(jī)和環(huán)境污染兩大問題的日益嚴(yán)重，加之科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展電動車自身難點(diǎn)的不斷解決，使電動車具有更多突出的優(yōu)點(diǎn)。隨著我國人民生活水平的不斷提高，以及國家推動消費(fèi)的各項(xiàng)政策出臺，旅游業(yè)不斷繁榮。電動游覽車作為旅游觀光用車，市場需求量不斷加大，因而對于電動游覽車核心部分——直流電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)的開發(fā)與研究具有較大的可行性及較高的經(jīng)濟(jì)價值而對于可調(diào)速的傳動系統(tǒng)，可以分為直流調(diào)速和交流調(diào)速。近幾年，雖然交流調(diào)速飛速發(fā)展，逐漸有趕超并代替直流調(diào)速的趨勢。但是直流調(diào)速理論基礎(chǔ)是經(jīng)典控制理論，而交流調(diào)速主要依靠現(xiàn)代控制理論。經(jīng)典控制理論是現(xiàn)代控制理論的基石，直流調(diào)速的研究同樣也是交流調(diào)速研究的前奏。首先應(yīng)該更好地掌握直流拖動控制系統(tǒng)。直流電動機(jī)的調(diào)速的方法有：調(diào)節(jié)電樞供電電壓 U 、減弱勵磁磁通 F 、改變電樞回路電阻 R 。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)