【文章內(nèi)容簡介】 7810111214kc424C144C1315V4W1+15v4R254R204D14C174C18T24R274R284R294R304R314R31K27K17K37K57K47K6774 32T474 42T676 52T373 24T171 21T575 274R54W5B74C24R64W5A74C34R7I 14 4 雙閉環(huán)的動態(tài)設(shè)計和校驗 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計和校驗 （ 1）確定時 間常數(shù) 已知 ?sT s， ?oiT s，所以電流環(huán)小時間常數(shù) oisi TTT ??? =+=。 （ 2）選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu) 因為電流超調(diào)量 %5?i? ，并保證穩(wěn)態(tài)電流無靜差，可按典型系統(tǒng)設(shè)計電流調(diào)節(jié)器電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，故可用 PI 型電流調(diào)節(jié)器? ? ? ?sKsW iiiA C R ?? 1?? 。 （ 3）電流調(diào)節(jié)器參數(shù)計算： 電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù) iT =lT =，又因為設(shè)計要求電流超調(diào)量%5?i? ，查得有 iI TK ?? =，所以 IK =iT? = 500 ?? s，所以 ACR 的比例系數(shù)??? ??? s iIi K RKK= ?? ?? 。 （ 4）校驗近似條件 電流環(huán)截止頻率 ciW = IK = 1?s 。 晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件： 13 1 ???? sTs ciW ，滿足條件。 忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響條件： cilm WsTT ?????? ? 1313，滿足條件。 電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件： ???is TT131ciWS ??? ? 131 ，滿足條件。 （ 5） 計算調(diào)節(jié)器的電阻和電容 取運算放大器的 0R =40?k ，有 0RKR ii ?? =? 40=?k ，取 45?k ， 15 FkRC iii ?? ???? ，取 F? ， FkRTC oioi ? 0 ????? ， 取 F? 。故 ? ? ? ?sKsW iiiACR ?? 1??= ? ?s ??，其結(jié)構(gòu)圖如下所示： 圖 4 電流調(diào)節(jié)器 （ 5）計算調(diào)節(jié)器電阻和電容： 取 0R =40?k ，則 ?????? kRKR nn 6 1 9404 8 ，取 3700?k 。 FkRC nnn ?? ???? ，取 F? FkC on ?140 ????? ，取 1 F? 。 故 ? ? ? ? ? ?s sssKsW n nnA SR ???? ?? ??。其結(jié)構(gòu)圖如下： 圖 5 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 16 1. 給定環(huán)節(jié)的選擇 已知觸發(fā)器的移相控制電壓 cU 為正值，給定電壓經(jīng)過兩個放大器它的輸入輸出電壓極性不變，也應(yīng)是正值。為此給定電壓與觸發(fā)器共用一個 15V 的直流電源， 用一個 ?K 、 1W 的電位器引出給定電壓。 2 .控制電路的直流電源 這里選用 CM7815 和 CM7915 三端集成穩(wěn)壓器作為控制電路電源，如下圖所示 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 2 4 D e c 20 0 8 S he e t o f F i l e : D : \學(xué)習(xí)文件 \ p r ot e l \ M yD e s i gn 1 .d db D r a w n B y :7 91 5 7 90 8 8 V 1 5V 圖 6 直流穩(wěn)壓電源原理圖 3. 反饋電路參數(shù)的選擇與計算 本設(shè)計中的反饋電路有轉(zhuǎn)速反饋和電流截止負(fù)反饋兩個環(huán)節(jié)，電路圖見主電路。 測速發(fā)電機的選擇 因為 VnU nm a x* ???? ? ，故這里可選用 ZYS14A 型 永磁直流測速發(fā)電機。它的主要參數(shù)見下表。 表 51 ZYS14A 型永磁直流測速發(fā)電機 型號 最大功率 w 最高電壓 V 最大工作電流 A 最高轉(zhuǎn)速 r/min ZYS14A 12 120 100 3000 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 2 4 D e c 20 0 8 S he e t o f F i l e : D : \學(xué)習(xí)文件 \ p r ot e l \ M yD e s i gn 1 .d db D r a w n B y :K O 11 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 2 4 D e c 20 0 8 S he e t o f F i l e : D : \學(xué)習(xí)文件 \ p r ot e l \ M yD e s i gn 1 .d db D r a w n B y :7 81 5 + 15 V 17 取負(fù)載電阻 GR =2 ?K ,P=2W 的電位器，測速發(fā)電機與主電動機同軸連接。 電流截止反饋環(huán)節(jié)的選擇 選用 LEM 模塊 LA100S 電流傳感器作為檢測元件，其參數(shù)為：額定電流 100A，匝數(shù)比 1： 1000，額定輸出 電流為 。選測量電阻 MR =47? ,， P=1W 的繞線電位器。 負(fù)載電流為 NI 時。讓電流截止環(huán)節(jié)起作用，此時 LA100S 的輸出電流為 NI /1000= ，輸出電壓為 47 =，再考慮一定的余量，可選用 1N4240A 型的穩(wěn)壓管作為比較電壓，其額定值為 10V。 6 系統(tǒng) MATLAB仿真 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(chǔ)，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(jié)構(gòu)圖，使用 Power System 工具箱進行調(diào)速系統(tǒng)仿真的新方法。本次系統(tǒng)仿真采用后一種方法。 系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)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(jié)構(gòu)圖方法構(gòu)成的雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真模型如圖 7 所示 。 轉(zhuǎn)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 。 圖 7 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型 18 仿真參數(shù)計算： 電流反饋系數(shù)： * ?? Idmimu? 電抗電磁轉(zhuǎn)矩時間常數(shù)： 8s375Te2m ?? ?CRDG 電機電磁轉(zhuǎn)矩時間常數(shù)： l ?? ?? 三相晶閘管平均失控事件： S s ? 電流環(huán)時間常數(shù)： 0 0 3 7 0 0 1 i ?????? OiS TT 又 %5%i ?? 按典 I系統(tǒng) 電流環(huán)參數(shù)計算： ssKsKK iiiipi ??? 11(s )w A C R ???? i? =T1= RI ?? ? ? sK ii ?? 40m a xm a xS ??cudmK 轉(zhuǎn)速環(huán)參數(shù)計算： rinVuuomno m /* ???? ssKsKK nnnnpn ?? 11(s ) 2A S Rw ???? ??nT )2(n ???? ?? onin TThhT? 其中 h 取 5。 Ce=,Tm=. 19 )1(n?????? men TChK 系統(tǒng)仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析面分析一下仿真的結(jié)果。 當(dāng)建模和參數(shù)設(shè)置完成后，即可開始進行仿真。圖 82是雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電流和轉(zhuǎn)速曲線。從仿真結(jié)果可以看出，它非常接近于理論分析的波形。 圖 8 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電流和轉(zhuǎn)速曲線 20 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(dá)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(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)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(diào)節(jié)系統(tǒng)，電流基本上保持不變，拖動系統(tǒng)恒加速，轉(zhuǎn)速線形增長。第三階段，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到給定值后。轉(zhuǎn)速調(diào)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(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后， ASR 輸入端出現(xiàn)負(fù)偏差電壓，使它退出飽和狀態(tài)，進入線性調(diào)節(jié)階段，使轉(zhuǎn)速保持恒定，實際仿真結(jié)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(diào)整都是在單片機內(nèi)完成的，控制效果要好于本次的仿真結(jié)果。 本設(shè)計用一臺單片機及外部擴展設(shè)備代替原模擬系統(tǒng)中速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、觸發(fā)器、邏輯切換單元、鎖零單元和電流自適應(yīng)調(diào)節(jié)器等，從而使直流調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)字化。用軟件編程完成電流、轉(zhuǎn)速等各項參數(shù)的計算，實現(xiàn)最優(yōu)化調(diào)節(jié)。 本設(shè)計采用采用了 MCS51系列中的 8031 單片機，在此單片機控制的直流調(diào)速系統(tǒng)中，速度給定、速度反饋和電流反饋信號是通過模擬光電隔離器、 A/D轉(zhuǎn)換器送入計算機，計算機按照已定的控制算法計算產(chǎn)生脈沖，經(jīng)并 行口、數(shù)字光電隔離器、功率放大器送到晶閘管的控制級，以控制晶閘管輸出整流電壓的大小，平穩(wěn)的調(diào)節(jié)電動機的速度。在以往的數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速常用測速發(fā)電機來檢測，這種模擬測速方法的精度不夠高，在低速時更為嚴(yán)重，很難保障生產(chǎn)的高效、安全運行，所以在本次設(shè)計中測速采用了目前較先進的旋轉(zhuǎn)編碼器測速，即數(shù)字測速。數(shù)字測速不僅精度高，而且安全穩(wěn)定、維護方便，同時采用 M/T數(shù)字測速方法，兼?zhèn)淞?M法和 T 法測速的優(yōu)點，有效地擴大了調(diào)速范圍。本設(shè)計最后通過 MATLAB 系統(tǒng)仿真取得了良好的結(jié)果，各項性能指標(biāo)都能夠滿足實際生產(chǎn)的 要求。 21 第二部分 直接轉(zhuǎn)矩控制的建模與仿真 摘 要 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真對于研究直接轉(zhuǎn)矩控制是非常重要的 .本文首先介紹了直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理和工作過程 .然后在靜止??參考坐標(biāo)系下 ,推導(dǎo)出了基于 Simulink/ S 函數(shù)的感應(yīng)電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真模型 ,用 MATLAB/SIMULINK 建立了異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制動態(tài)仿真模型 ,同時對直接轉(zhuǎn)拒控制系統(tǒng)六邊形磁鏈和圓形磁樁軌跡運行了仿真研究。該模型是深入研究直接轉(zhuǎn)矩控制 系統(tǒng)的有效工具。 關(guān)鍵詞 直接轉(zhuǎn) 矩 控制 。MATLAB/SIMULINK。 仿真模型 ABSTRACT In this paper ,the basic principle of Direct T orque Control is introduced. Then the simulation model of