基于matlab的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真(參考版)
2025-06-30 18:13本頁面
【正文】 這也是我順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的一大動(dòng)力。我還要感謝同組的其他同學(xué)，跟他們一起討論相關(guān)的課題，極大地拓寬了我的思路，并且能發(fā)現(xiàn)自己在某些內(nèi)容上的欠缺。他一開始就為我們制定了周密的工作任務(wù)安排，每次都很認(rèn)真的查看我們的工作進(jìn)度，同時(shí)對(duì)于我提出的問題也給予了耐心的解答。附 錄致 謝首先要感謝我的指導(dǎo)老師—樊明老師。應(yīng)掌握轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的基本組成及其靜特性；從起動(dòng)和抗擾兩個(gè)方面分析其性能和轉(zhuǎn)速與電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用；應(yīng)用工程設(shè)計(jì)方法解決雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中兩個(gè)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)問題，等等。Step:求取系統(tǒng)單位階躍響應(yīng) Sum:對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行求和Gain:對(duì)輸入信號(hào)乘上一個(gè)常數(shù)增益 Scope: 在仿真過程中顯示信號(hào)Saturation: 對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行限幅 Mux:把幾個(gè)信號(hào)合并成向量形式Transfer F: 建立一個(gè)線性傳遞函數(shù) Integrator:對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行積分 第五章 總結(jié)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是性能很好，應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)， 采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可獲得優(yōu)良的靜、動(dòng)態(tài)調(diào)速特性。通過三個(gè)圖很好的說明了電機(jī)的運(yùn)行特性。由圖49可以看出：當(dāng)把負(fù)載電流設(shè)置為137時(shí)，電機(jī)滿載啟動(dòng)，此時(shí)啟動(dòng)時(shí)間較長，退飽和超調(diào)量減少?？蛰d運(yùn)行過程中受到了額定電流擾動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速與電流仿真結(jié)果圖下圖410所示。圖48轉(zhuǎn)速環(huán)空載高速起動(dòng)波形圖負(fù)載電流設(shè)置為137時(shí)仿真結(jié)果如下圖49所示。圖46轉(zhuǎn)速環(huán)仿真模型圖47 Integrator模塊參數(shù)設(shè)置Signal Routing組中選用Mux模塊來把幾個(gè)輸入聚合成一個(gè)向量輸出給Scope，如圖下47所示。比較三個(gè)圖可以發(fā)現(xiàn)，在直流電動(dòng)機(jī)的恒流升速階段，電流值低于=200A，其原因是電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)受到電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)的擾動(dòng)。由圖44可以看到，電流無超調(diào)量，上升時(shí)間較長。圖44無超調(diào)的仿真結(jié)果KT= PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為 電流環(huán)超調(diào)量較大的仿真結(jié)果如下圖45所示。圖41電流環(huán)仿真模型Saturation模塊飽和上限設(shè)置對(duì)話框如下圖42所示。不斷調(diào)整控制部分的參數(shù)，得到不同的仿真結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的仿真分為三個(gè)步驟，分別是：建模、設(shè)置參數(shù)、仿真及仿真結(jié)果分析。仿真是在理想的情況下進(jìn)行的，獲得結(jié)果對(duì)研究分析系統(tǒng)可以得到相當(dāng)好的幫助。（6）按ASR退飽和的情況計(jì)算超調(diào)量:由以下公式計(jì)算：σn=2()() (343)式中z為負(fù)載系數(shù)，z= (344)空載啟動(dòng)時(shí)z=0，通過計(jì)算得 (345)σn=%10%,滿足設(shè)計(jì)要求。3）選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)按照隨和抗擾性能都好的原則，取h=5（見附錄表34） (338) 轉(zhuǎn)速開環(huán)增益： (339) ASR的比例系數(shù)： = (340)（4）近似校驗(yàn)轉(zhuǎn)速截止頻率為： (341)電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件： (342)滿足簡化條件（5）檢驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量當(dāng)h=5時(shí)，由附錄表34查得，不符合線性系統(tǒng)的前提，不能滿足要求。1）確定時(shí)間常數(shù)（1）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù) (336)（2）轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)Ton=(3)轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理 (337)2)選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按跟隨和抗擾性能都能較好的原則，在負(fù)載擾動(dòng)點(diǎn)后已經(jīng)有了一個(gè)積分環(huán)節(jié)，為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，還必須在擾動(dòng)作用點(diǎn)以前設(shè)置一個(gè)積分環(huán)節(jié)，因此需要Ⅱ由設(shè)計(jì)要求，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)，故按典型Ⅱ型系統(tǒng)—選用設(shè)計(jì)PI調(diào)節(jié)器。圖39含給定濾波與反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器圖中 (333) (334) (335)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，整流裝置采用三相橋式全控整流電路基本數(shù)據(jù)如下：直流電動(dòng)機(jī)：220V，136A，1460r/min，Ce=，允許過載倍數(shù)λ=；1)晶閘管裝置放大系數(shù)Ks=40；2)電樞回路總電阻R=；3)時(shí)間常數(shù)：電磁時(shí)間常數(shù)Tl=；4)機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm=；5)調(diào)節(jié)器輸入電阻R0=40kΩ；6）電流反饋系數(shù):β=；7）轉(zhuǎn)速反饋系數(shù):=。無特殊要求時(shí)，一般可選擇h=5（見附錄表34）。按照典型Ⅱ型系統(tǒng)的參數(shù)關(guān)系。由此可見，ASR也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 (326)式中 Kn — 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；— 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。圖36 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其簡化和電流環(huán)中一樣，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Ton 的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并起來，近似成一個(gè)時(shí)間常數(shù)為的慣性環(huán)節(jié)，其中 (325) 轉(zhuǎn)速環(huán)可簡化為如圖37所示。 將轉(zhuǎn)速環(huán)接入轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，電流環(huán)等效環(huán)節(jié)的輸入量應(yīng)為U*i(s)，因此電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應(yīng)等效為 (324)這樣，原來是雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對(duì)象，經(jīng)閉環(huán)控制后，可以近似地等效成只有較小時(shí)間常數(shù)的一階慣性環(huán)節(jié)。電流環(huán)經(jīng)簡化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，為此，須求出它的閉環(huán)傳遞函數(shù)。電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性型的，（33）檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能: （312）參看附錄表33的典型I型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系，各項(xiàng)指標(biāo)都可接受。s(Ts和Toi一般都比Tl小得多，可以當(dāng)作小慣性群近似地看作是一個(gè)慣性環(huán)節(jié))（2）選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)要求：σ%≤5% 。電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和。按附錄中表31，三相橋式電路的平均失控時(shí)間Ts=。設(shè)計(jì)指標(biāo)：1)靜態(tài)指標(biāo)：無靜差；2)動(dòng)態(tài)指標(biāo)：電流超調(diào)量。U*i —為電流給定電壓；–bId —為電流負(fù)反饋電壓；Ue —電力電子變換器的控制電壓。圖34 校正后電流環(huán)開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性其中式（34）給出，電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)有：Ki和 ti， 其中ti 已選定，見式（35），剩下的只有比例系數(shù) Ki，可根據(jù)所需要的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)選取。圖32（c）表明，電流環(huán)的控制對(duì)象是雙慣性型的，要校正成典型I型系統(tǒng)，顯然應(yīng)采用PI型的電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可以寫成 （34）式中 Ki電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； ti 電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。圖32（a）電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其化簡H / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / m圖32(b)電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其化簡（vb）x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1圖32(c)電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其化簡x = x =
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