【文章內容簡介】 。反接制動，即是通過反接電樞(圖43)或反接勵磁線圈的方式，是電機產生一個與電機轉速方向相反的制動轉矩，以達到快速制動的目的。反接制動的特點是制動速度快，缺點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。回饋制動是指將電機轉動產生的電能回鎖給電源，即對電源進行充電?；仞佒苿涌赡艹霈F(xiàn)于下列兩種情況一：1).位能負載拖動電動機，當轉速高于理想空載轉速時。電原理圖如下所示。圖44 位能負載拖動電機圖中電機處于反向電動狀態(tài)下，電流方向如實線箭頭所示，(電流、反電勢的正方向均取上正下負，因為所以UaE。)；當負載拖動電機轉動式的電機的轉速高于理想同步轉速時，EaU，則變?yōu)檎?，電流反向，如圖中虛線所示，此時電流由電機流向電源，即電機向電源回鎖電能，電機處于發(fā)電狀態(tài)。電流反向造成了電機的電磁轉矩與電機的轉速方向相反，使電機制動。在降低電壓的降速過程中，當突然降低電樞電壓，感應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，電機向電源回饋電流并進行制動。本課題中，結合換向的考慮，采用了如下的正反轉及回饋制動電路如圖45所示：其原理解釋如下:正常運轉時，回饋制動開關打在右邊，使電動機處于正常的正反轉狀態(tài)，通過切換正反轉接觸器，可以使電機運行在正轉或反轉狀態(tài)，功率MOSFET管用來實現(xiàn)PWM調速。圖45 串勵電機正反轉及回饋制動原理圖進行回饋制動時，把回饋制動開關打在左邊，電機的電源被反接(即原來接電池正端的接在電池負端)，同時關斷功率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)。假設原來電動機處于正轉狀態(tài)，產生的感應電動勢的極性如圖中所示(等效電路圖如圖46所示)。進行回饋制動時，回饋切換開關打在回饋檔，反向接觸器閉合，同時關斷功率MOSFET管。此時，由于電機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下正的感生電動勢)。注意到電機轉速方向未變，所以電機兩端感應電動勢的方向不變。反向接觸器閉合后，B點的電位將為正，A點的電位為負，電樞上的電流反向。此時，出現(xiàn)了電機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，所以電流經二極管D2流向電池正端，即向電池回饋電能。因為磁場方向不變，電樞上的電流反向，所以電磁轉矩反向，即電機進入制動狀態(tài)。等效電路圖如圖47所示。 本章小結本章中首先介紹了電機的正反轉實現(xiàn)方法，并給出了相關的原理圖，隨后詳細介紹了電機的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正反轉以及回饋制動的原理圖。第5章 MATLAB 雙閉環(huán)直流脈寬調速系統(tǒng)的仿真 第5章MATLAB雙閉環(huán)直流脈寬調速系統(tǒng)的仿真直流電動機參數(shù)計算[10]已知某直流電動機調速系統(tǒng)控制系統(tǒng)主回路與直流電動機的主要參數(shù)如下：電動機： 主回路： 轉動慣量： 計算得到此直流電動機的相關參數(shù)： 反電動勢系數(shù)：轉矩常數(shù)：電磁時間常數(shù)：直流電動機數(shù)學模型的傳遞函數(shù)[11] 由前文的式(325)可知基于電氣原理圖的直流電動機數(shù)學模型實現(xiàn)電動機模型位于SimPowerSystems工具箱下machines庫中的DC machines 和DiscreteDC machines分別是直流電動機和離散直流電動機模型F＋和F:此端子為直流電動機勵磁電路控制端子，分別連接勵磁電源的正極與負極[12]A＋和A: 電動機電樞回路控制端；TL：電動機的負載轉矩信號輸入端；m: 電動機信號的測試端，包括轉速w(rad/s),電樞電流Ia(A)，勵磁電流If(A)，電磁轉矩Te()。直流電動機的參數(shù)設置 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) ：電機轉動慣量(^2)；Viscous friction coefficient Bm ()：粘滯摩擦系數(shù)()；Coulomb friction torque Tf ()： 靜摩擦轉矩()；Initial speed (rad/s)：初始速度。通過選擇Look under the mask可以查看電機的模型基于數(shù)學模型的開環(huán)直流調速系統(tǒng)仿真得到系統(tǒng)開環(huán)控制的動態(tài)結構圖建立串勵電機的Matlab仿真模型是在做畢業(yè)設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仿真時串勵電機仿真模型的負載與轉速是成一定的比例關系，如圖51所示。從電動機模型的測量端口m可以測出電機的轉速，電樞電流，勵磁電流和轉矩。圖51 基于電氣原理圖的系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真結果 a)轉速波形b)電流波形c)轉矩波形a)轉速仿真波形 b)電流仿真波形 c)轉矩仿真波形圖52 系統(tǒng)仿真結果從轉速，電流和轉矩波形可以看出來在與轉速成一定比例的負載下，轉速在1s內迅速上升最后穩(wěn)定在67rad/s電流穩(wěn)定在130A這與任務要求的額定電流130A相符。圖53 電流轉速雙閉環(huán)框圖雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)參數(shù)設計：已知直流調速系統(tǒng)I，實際生產工藝要求如下：系統(tǒng)無靜差；電流超調量為：；在額定負載下，啟動至額定轉速的超調量：系統(tǒng)參數(shù)計算[12]預置參數(shù)：選取轉速輸出限幅值：，可以計算得到；啟動電流：選取轉速調節(jié)器輸出限幅值：，可以得到電流反饋系數(shù)： 取轉速最大給定值： 得到轉速反饋系數(shù)： 將計算所得數(shù)據(jù)加入框圖中則可得則轉速電流雙閉環(huán)框圖如下圖圖54 轉速電流雙閉環(huán)框圖系統(tǒng)設計(1)電流調節(jié)器設計電流調節(jié)器采用PI調節(jié)器 (51)根據(jù)典型I系統(tǒng)設計可以得到(2)轉速調節(jié)器設計轉速的超調與動態(tài)速降均可由抗擾指標衡量，而抗擾指標以典型II系統(tǒng)為佳，因此轉速調節(jié)器采用PI調節(jié)器，按典型II系統(tǒng)設計，取h＝5設，轉速調節(jié)器為： (52)根據(jù)典型II系統(tǒng)設計可以得到基于電氣原理圖的雙閉環(huán)直流調速控制系統(tǒng)仿真，仿真圖如圖55。在圖中主電路為串勵電動機典型連接，其負載與轉速成五倍的關系，調速系統(tǒng)用一個IGBT來實現(xiàn)直流斬波調節(jié)電動機電樞兩端電壓，進而實現(xiàn)調速?？刂齐娐肥菑碾妱訖C測量端m檢測轉速，通過一定的比例與給定進行比較，然后經過一個比例環(huán)節(jié)和一個積分環(huán)節(jié)(PI調節(jié)器),即轉速調節(jié)器ASR，與從電動機m端檢測出的一定比例的電樞電流進行比較后的信號再與一個頻率為1000Hz的三角波進行比較，從而實現(xiàn)PWM波的產生，產生的PWM波控制IGBT的關斷實現(xiàn)斬波調速[14]。仿真參數(shù)選擇，仿真時間Start time設為0，Stop time設為10，其他設置可以參考開環(huán)系統(tǒng)仿真設置。圖55雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)原理圖圖56 雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真結果 圖56中第一幅為轉速仿真波形，橫向第二幅為電流仿真波形，第三幅為轉矩仿真波形?？刂齐娐凡捎玫湫偷霓D速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，轉速調 節(jié)器 ASR 設置輸出限幅，以限制最大起動電流。根據(jù)系統(tǒng)運行的需要，當給定電壓Un* 后，ASR輸出飽和，電機以最大的允許電流起動，使得電機轉速很快上升，而達到給定的速度后轉速超調，ASR退飽和，電機電樞電流下降，經過兩個調節(jié)器的調節(jié)作用，使系統(tǒng)很快達到穩(wěn)態(tài)。 從仿真結果可以看出， 若給定信號為10V，電動機起動時，在電流調節(jié)器作用下電機電樞電流接近最大值，使得電機以最優(yōu)時間準則開始上升，最高轉速為90rad/s，超調量為35%。穩(wěn)態(tài)時轉速為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)可以實現(xiàn)無靜差，所以這次雙閉環(huán)的設計是成功的。圖58 系統(tǒng)抗干擾仿真結果本章主要闡述了雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)模型構建及轉速調節(jié)器、電流調節(jié)器、電機本體模塊等參數(shù)的設置。 從仿真結果可以看出模型及參數(shù)設置的正確性。結論 結論本文主要闡述了直流電動機的分類，詳細說明了串勵電動機的運動特性，并詳細給出了串勵電動機數(shù)學模型的具體推導過程，完成了串勵電動機的數(shù)學建模。介紹了直流調速系統(tǒng)的轉速環(huán)，電流環(huán)以及轉速電流雙閉環(huán)的實現(xiàn)，說明了開環(huán)調速系統(tǒng)的缺點，轉速電流雙閉環(huán)在調速方面的優(yōu)勢，并對雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的起動進行了詳細分析。說明了電機的正反轉實現(xiàn)方法，并給出了相關的原理圖，隨后詳細介紹了電機的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正反轉以及回饋制動的原理圖。闡述了雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)模型構建及轉速調節(jié)器、電流調節(jié)器、電動機本體模塊等參數(shù)的設置。在深入研究了直流電機數(shù)學模型的基礎上，利用Matlab/simulink的強大建模功能，設計了串勵直流電機控制系統(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，從所得出的仿真結果驗證出了仿真模型及參數(shù)設置的正確性。參考文獻 參考文獻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,單相串勵電動機閉環(huán)調速控制器的設計與實現(xiàn),南京工程學院，江蘇南京2100135 孫建華 基于CAN總線的電動叉車牽引控制器設計,控制理論與控制工程， 2002，碩士6 王兆安等．電力電子技術[M]．北京：北京：機械工業(yè)出版社，2010．1501697 徐科軍．一種基于SG3525的可逆直流脈寬調速[J]．通訊電源技術8 朱立圣,直流電機閉環(huán)控制技術研究 ,南京理工大學碩士學位論文9 Patel .,Hoft Techniques of Harmonic Elimination 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電動車是以電池為動力的車輛。近幾年來，由于能源危機和環(huán)境污染兩大問題的日益嚴重，加之科學技術的飛速發(fā)展電動車自身難點的不斷解決，使電動車具有更多突出的優(yōu)點。隨著我國人民生活水平的不斷提高，以及國家推動消費的各項政策出臺，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——直流電機的調速系統(tǒng)的開發(fā)與研究具有較大的可行性及較高的經濟價值而對于可調速的傳動系統(tǒng)，可以分為直流調速和交流調速。近幾年，雖然交流調速飛速發(fā)展，逐漸有趕超并代替直流調速的趨勢。但是直流調速理論基礎是經典控制理論，而交流調速主要依靠現(xiàn)代控制理論。經典控制理論是現(xiàn)代控制理論的基石，直流調速的研究同樣也是交流調速研究的前奏。首先應該更好地掌握直流拖動控制系統(tǒng)。直流電動機的調速的方法有：調節(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無級平滑調速的系統(tǒng)來說，以調節(jié)