雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)-資料下載頁(yè)
2025-11-14 16:10本頁(yè)面
【導(dǎo)讀】某晶閘管供電的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，整流裝置采用三相橋式電路，直流電動(dòng)機(jī)：Un=440V，In=365A，nN=950r/min，Ra=,電樞電路總電感L=,電流允許過載倍數(shù)λ=，折算到電動(dòng)機(jī)飛輪慣量GD2=20Nm2。=15V；調(diào)節(jié)器輸入電阻Ra=40kΩ。動(dòng)態(tài)指標(biāo):電流超調(diào)量σt≤5%；采用轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋使轉(zhuǎn)速超調(diào)量等于0。
【正文】 ci=KI=； 晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件： 131 ???? ssTs 滿足近似條件 忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件 ： 1313 ???lmTT 滿足近似條件 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件 ： 1131 ???oisTT 滿足近似條件 ?? ??? sTK iI 15 計(jì)算調(diào)節(jié)器的電阻和電容 圖 9 PI型電路 調(diào)節(jié)器的組成 按所用運(yùn)算放大器取 R0=40k? ，各電阻和電容值為 ： ??????? kkkRKR ii FFFRC iii ??? 3 ???? FFFRTC oioi ?? 30 取????? 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)框圖的化簡(jiǎn) 電流環(huán)經(jīng)簡(jiǎn)化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，接入轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，電流環(huán)等效環(huán) 16 節(jié)的輸入量應(yīng)為 Ui*(s),因此電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應(yīng)等效為 用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)后，整個(gè)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖便如圖10 所示 和電流環(huán)一樣，把轉(zhuǎn)速給定濾波和反饋濾波環(huán)節(jié)移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)將給定信號(hào)改成 U*n(s)/?， 再把時(shí)間常數(shù)為 1 / KI 和 T0n 的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并起來(lái)，近似成一個(gè)時(shí)間常數(shù)為的慣性環(huán)節(jié)，其中 圖 10 用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)的轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 最后轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖為圖 11 圖 11 等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)和小慣性的近似處理的轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)框圖 111)()()(Icli*id???sKsWsUsI ??n (s) + Un (s) ASR CeTms R U*n(s) Id (s) ? T0ns+1 1 T0ns+1 U*n(s) 111?sKI?+ IdL (s) onIn1 TKT ??? 17 確定時(shí)間常數(shù) 電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù) 1/KI。由電流環(huán)參數(shù)可知 KIT∑ i=，則 sTK iI ???? ? 轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù) Ton。根據(jù)已知條件可知 Ton= 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù) T∑ n。按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取 sTKT onIn 017 ?????? 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu) 為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，在負(fù)載擾動(dòng)作用點(diǎn)前面必須有一個(gè)積分環(huán)節(jié)，它應(yīng)該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 中，現(xiàn)在在擾動(dòng)作用點(diǎn)后面已經(jīng)有了一個(gè)積分環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng)該設(shè)計(jì)成典型 Ⅱ 型系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時(shí)也能滿足動(dòng)態(tài)抗擾性能好的要求。由此可見， ASR 也應(yīng)該采用 PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 式中 Kn — 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； ? n — 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。 計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù) 按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取 h=5，則 ASR 的超前時(shí)間常數(shù)為 ： ssKsW nnnA S R )1()( ?? ?? 18 shT nn 1 7 ???? ?? 轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為 ： 22222 62 1 ?? ?????? sThhKnN ASR 的比例系數(shù)為 ： )1( ????? ??????? nmen RTh TChK ? ? 檢驗(yàn)近似條件 轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為 11 ?????? sKK nNN ??? 1) 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為 ???? sTKiI 滿足近似條件 2) 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為 ??? sTK onI 滿足近似條件 19 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容 圖 12 PI型 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的組成 取 R0=40k? ，則 ； ??????? kkkRKR nn ； 3 FFFRC nnn ??? ???? FFFRTC onon ?? 1取11040 30 ????? 當(dāng) h=5 時(shí)，查詢典型Ⅱ型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)的表格可以看出%?n? ，不能滿足設(shè)計(jì)要求 ，需要添加微分負(fù)反饋： sThh ndn 06 254124 ??? ???????? FFFRC dndn ??? 30 ???? 20 ????? kFCTR dnondn ? 第三章 Simulink 仿真 電流 環(huán)的仿真 設(shè)計(jì) 校正后電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 經(jīng)過化簡(jiǎn)和相關(guān)計(jì)算， 在 matlab 中搭建好系統(tǒng)的模型，如下圖 ： 圖 13 電流環(huán)的仿真模型 圖 14 電流環(huán)的仿真結(jié)果 21 轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真設(shè)計(jì) 校正后電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖經(jīng)過化簡(jiǎn)和相關(guān)計(jì)算， 在 matlab 中搭建好系統(tǒng)的模型，如下圖 ： 圖 15 轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真模型 圖 16 轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真結(jié)果 22 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真 設(shè)計(jì) 23 圖 18 雙閉環(huán)的仿真結(jié)果 24 第四章 設(shè)計(jì)心得 通過這次設(shè)計(jì)，我基本上掌握了直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。具體的說(shuō)，第一，了解了調(diào)速的發(fā)展史的同時(shí)，進(jìn)一步了解了交流調(diào)速系統(tǒng)所蘊(yùn)涵的發(fā)展?jié)摿?，掌握了這一方面未來(lái)的發(fā)展動(dòng)態(tài)；第二，了解了雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的基本組成以及其靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性；第三，基本掌握了 ASR、 ACR（速度、電流調(diào)節(jié)器）為了滿足系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)指標(biāo)在結(jié)構(gòu)上的選取，包括其參數(shù)的計(jì)算；第四，運(yùn)用MATLAB 仿真系統(tǒng)對(duì)所建立的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行的仿真，與此同時(shí)，進(jìn)一步熟悉了 MATLAB 的相關(guān)功能，掌握了其使用方法。 本課程設(shè)計(jì)綜合運(yùn)用了自動(dòng)控制原理、 電力電子技術(shù)、電力拖動(dòng)與控制技術(shù)等的知識(shí)，為了更好的完成設(shè)計(jì)，我又重新復(fù)習(xí)了一遍原來(lái)所學(xué)的知識(shí)，加深了對(duì)知識(shí)的理解，提高了對(duì)知識(shí)的應(yīng)用能力，同時(shí)使我認(rèn)識(shí)到了各個(gè)課程之間是緊密聯(lián)系的。 總之，在設(shè)計(jì)過程中，我不僅學(xué)到了以前從未接觸過的新知識(shí)，而且學(xué)會(huì)了獨(dú)立的去發(fā)現(xiàn)，面對(duì)，分析，解決新問題的能力，不僅學(xué)到了知識(shí)，又鍛煉了自己的能力，使我受益非淺，同時(shí)感謝在設(shè)計(jì)中提供幫助的老師和同學(xué)們。 25 參考文獻(xiàn) 【 1】 陳伯時(shí) .電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) —— 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) .北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2020 【 2】 楊蔭福、段善 旭、朝澤云 .電力電子裝置及系統(tǒng) .北京：清華大學(xué)出版社，2020 【 3】 王兆安、黃俊 .電力電子技術(shù) .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020 【 4】 李發(fā)海、王巖 .電機(jī)拖動(dòng)基礎(chǔ) .第三版 .北京：清華大學(xué)出版社， 2020 【 5】 李友善 .自動(dòng)控制原理 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020
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