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直流電動(dòng)機(jī)智能調(diào)速仿真研究(參考版)

2025-06-25 07:36本頁(yè)面
  

【正文】 本章介紹了一種基于MATLAB與Simulink環(huán)境仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的方法,該方法利用MATLAB平臺(tái)完成數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和計(jì)算處理,根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以準(zhǔn)確直觀地分析轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程及動(dòng)態(tài)抗擾性能,可方便地設(shè)計(jì)各種不同的調(diào)節(jié)器參數(shù)及控制策略并分析其對(duì)系統(tǒng)性能的影響,取得了很好的仿真效果。另外,雙閉環(huán)系統(tǒng)在整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程中,可充分利用電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力,將電樞電流保持在最大允許值上,電動(dòng)機(jī)輸出最大轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)速直線上升,使過(guò)渡過(guò)程時(shí)間大大縮短。當(dāng)兩調(diào)節(jié)器參數(shù)選取恰當(dāng)時(shí),雙閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性,即系統(tǒng)在啟動(dòng)和升速過(guò)程中能夠在電機(jī)過(guò)載能力約束條件下表現(xiàn)出很快的動(dòng)態(tài)跟隨性。第三階段,當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到給定值后,轉(zhuǎn)速節(jié)器的給定與反饋電壓平衡,輸入偏差為零,但是由于積分的作用,其輸出還是很大,所以出現(xiàn)超調(diào)。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。從仿真結(jié)果可以看出,它非常接近于理論分析的波形,具有比較好的效果和性能,能夠滿足實(shí)際的應(yīng)用要求和工程需要。3.3仿真結(jié)果輸出及分析當(dāng)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)建模和參數(shù)設(shè)置憲成后,即可開(kāi)始進(jìn)行MATLAB與Simulink環(huán)境的仿真與分析。圖3.7描述了ACR調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)置情況,ASR調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)置情況與此類似。如圖3.4所示,給定環(huán)節(jié)的參數(shù)設(shè)為210rad/s,電流反饋系數(shù)設(shè)為o.1;速度反饋系數(shù)設(shè)為l。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)將平波電抗器的參數(shù)設(shè)置為:電阻值(Resistance R)為0 Ohms;電感值(Inductance L)為9e.03 H;電容值(Capacitance C)為info SCR的參數(shù)設(shè)置為:橋臂數(shù)(Number ofbridge arms)取3;A、B、C三相交流電源接到整流橋的輸入端(Prot configuration);過(guò)渡電阻(Snubber resistance RS)為50000 Ohms;過(guò)渡電容(Snubber capacitance Cs)為infi電力電子元件(Power Electronic device)選擇晶閘管;導(dǎo)通電容(Lon)為O H,正向電壓(Forward voltage vf)為O V。圖中,主電路電源部分的接地方式除了通過(guò)“Bus bar模塊三相共同接地外,也可采用每相分別接地,如圖3.4所示。(2)在具體設(shè)計(jì)某個(gè)單閉環(huán)時(shí),可按照下列步驟進(jìn)行:①進(jìn)行必要的結(jié)構(gòu)圖變換和實(shí)際系統(tǒng)的近似處理;②確定將實(shí)際系統(tǒng)校正成一類典型系統(tǒng)及進(jìn)行調(diào)節(jié)器類型的選擇;③選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù);④計(jì)算調(diào)節(jié)器的電路參數(shù):⑤設(shè)計(jì)校驗(yàn)。(3)在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過(guò)程中,保證獲得電機(jī)允許的最大電流,從而加快動(dòng)態(tài)過(guò)程。2.電流調(diào)節(jié)器的作用(1)作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器,在外環(huán)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)過(guò)程中,它的作用是使電流緊緊跟隨其給定(即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量)變化。(2)對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用。圖中%R(s)和‰R(J)分別表示轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。同時(shí),我們可以建立圖3.2所示的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖,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)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示。雙閉環(huán)系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器,即轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器(ASR)和電流調(diào)節(jié)器(ACR)[28】,分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流,兩者實(shí)行串級(jí)連接,且都帶有輸出限幅電路。3.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)主電路模型由交流電源、同步脈沖觸發(fā)器、晶閘管整流橋、平波電抗器、直流電動(dòng)機(jī)等部分組成。開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)速度、電訊曲線 圖2.1l 采用開(kāi)環(huán)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、電流曲線第3章雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)(Double Loop DC Motor Control System,DLDCMCS)是最常用的直流調(diào)速系統(tǒng)之一,因其具有良好的動(dòng)靜態(tài)特性和抗擾性能以及廣范圍內(nèi)的平滑調(diào)速性能,特別適合應(yīng)用到龍門刨床、可逆軋鋼機(jī)、造紙、印染設(shè)備及其他直流調(diào)速等領(lǐng)域。圖2.12即為將勵(lì)磁電壓增大到220V時(shí)的轉(zhuǎn)速、電流曲線。轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)值較大。仿真中所選擇的計(jì)算方法為ode23s(2階Rosebrock算法)、由于實(shí)際系統(tǒng)的多樣性,不同的系統(tǒng)需要采用不同的仿真算法,到底采用哪一種算法,可通過(guò)仿真實(shí)踐進(jìn)行比較選擇;仿真Start time一般設(shè)為0;Stop time根據(jù)實(shí)際需要而定,一般只要能夠仿真出完整的波形就可以了。2.3系統(tǒng)的仿真參數(shù)設(shè)置通過(guò)設(shè)置在MATLAB模型窩園的“Simulation菜單參數(shù),完成對(duì)仿真參數(shù)的設(shè)置,具體操作如圖2.9所示。將主電路和控制電路的仿真模型按照開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電氣原理圖的連接關(guān)系進(jìn)行模型連接,邵可得到圖2.3所示的開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真模型。2.2.2控制電路的建模和參數(shù)設(shè)置開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的控制電路只有一個(gè)給定環(huán)節(jié),在輸入源模塊組中選取“Constant”模塊,并將模塊標(biāo)簽改為“給定信號(hào)”,將參數(shù)設(shè)囂為某個(gè)值,此處設(shè)為50。3所示。分別為a、b、c三相相電壓;In2為觸發(fā)信號(hào);AB為A、B兩相線電壓;BC為B、C兩相線電壓;CA為C、A兩相線電壓;Block為時(shí)鐘;Out為輸出脈沖信號(hào)。為觸發(fā)裝置控制電壓;U。同步電源與6脈沖觸發(fā)器及封裝后的子系統(tǒng)符號(hào)如圖2.8所示。6脈沖觸發(fā)器可從附加控制(Extras Control Blocks)子模塊組獲得。工程上通常將觸發(fā)器和晶閘管整流橋作為~個(gè)整體來(lái)研究,所以在此處討論同步脈沖觸發(fā)器。012]:勵(lì)磁線圈電阻和電感(Fieldresistance and inductance)為【240 120】;勵(lì)磁電樞互感系數(shù)(Field.a(chǎn)rmature mutualinductance Laf)為1.8 H;總慣量(Total inertia J)為l;粘滯摩擦系數(shù)(Viscous frictioncoefficient Sm)為0;庫(kù)倫摩擦轉(zhuǎn)矩(Coulomb friction torque TO為0;初始速度(Initialspeed)為l。直流電動(dòng)機(jī)參數(shù)設(shè)置如圖2.7所示。(4)直流電動(dòng)機(jī)的建模和參數(shù)設(shè)置。平波電抗器的各參數(shù)是通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)比較質(zhì)得到的優(yōu)化參數(shù)。(3)平波電抗器的建模和參數(shù)設(shè)置。首先在電力電子模塊組中選取“Universal Bridge”模塊,并將模塊標(biāo)簽改為“晶閘管整流橋”;然后對(duì)SCR整流橋進(jìn)行參數(shù)設(shè)置如圖2.5所示。由此可得到三相對(duì)稱交流電源。B、e相交流電源的參數(shù)設(shè)置,除了將初始相位設(shè)置值互差120。首先在電源模塊組中設(shè)置三個(gè)交流電壓源模塊,即A相、B相、C相;然后從連接器模塊組中選取“Ground”元件和“Bus Bar”元件并進(jìn)行連接,如圖2.3所示。所以將觸發(fā)器歸到主電路進(jìn)行建模。2.2.1主電路的建模和參數(shù)設(shè)置開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路由三相對(duì)稱交流電壓源、晶闌管整流橋、平波電抗器、直流電動(dòng)機(jī)等部分組成。(5)由于實(shí)際系統(tǒng)的多樣性,沒(méi)有一種仿真算法是萬(wàn)能的。具體方法是分別設(shè)置這些參數(shù)的?個(gè)較大和較小值進(jìn)行仿真,秀清它們對(duì)系統(tǒng)性能影響的趨勢(shì),據(jù)此逐步將參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。若仿真結(jié)果理想,可認(rèn)可這些設(shè)置的參數(shù);若仿真結(jié)果不理想,則通過(guò)這些仿真實(shí)驗(yàn),不斷進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化,最后確定其參數(shù)。建模與參數(shù)設(shè)置的基本原則和方法如下:(1)系統(tǒng)建模時(shí),將其分成主電路和控制電路兩部分分別進(jìn)行。圖2.1 開(kāi)環(huán)直
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