雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設計(參考版)
2025-07-02 21:02本頁面
【正文】 數(shù)字處理器單片機參考文獻[1] 洪乃剛，電力電子和電力拖動控制系統(tǒng)的MATLAB 仿真，北京：機械工業(yè)出版社，2006.[2] 王兆安，等，電力電子技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.[3] 陳伯時，電力拖動自動控制系統(tǒng)—運動控制系統(tǒng)[M].北京：機械工業(yè)出版社,2003.[4] 吳麒，自動控制原理 [M].北京：清華大學出版社，1922.[5] 劉明俊等，自動控制原理，國防科技大學出版社，2000 年。實踐過程中，還可以通過與其他同學的交流你，老師的幫助，更好的去完成自己的任務。雖然通過課程設計學習到很多東西，但是，也從中發(fā)現(xiàn)了很多自己的不足之處，發(fā)現(xiàn)自己對很多知識的掌握很不牢固，在各方面都比較欠缺，很多學過的知識都已經(jīng)忘了，可見自己在平時學習中是不夠努力與認真的，所以在今后的學習生活中，要學著去改變自己的缺點，彌補自己的不足。也對自己今后的學習提供了很大的幫助，也發(fā)現(xiàn)很多知識是相關聯(lián)的。六、設計總結本次設計是有關雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設計，其中涉及很多方面的知識，結合了電力拖動技術、自動控制技術以及電力電子、MATLAB仿真等課程知識。圖11 微機數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)硬件結構圖初始化電流環(huán)采樣時間到？轉(zhuǎn)速采樣時間到？數(shù)字PI控制數(shù)字I控制數(shù)字PI控制數(shù)字觸發(fā)器故障自診斷轉(zhuǎn)速顯示反饋電流小于？NNYYYN圖12 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的整體控制流程圖圖13 增量式數(shù)字PI 調(diào)節(jié)器程序框圖由于系統(tǒng)采用了比例積分調(diào)節(jié)器，是系統(tǒng)在擾動的作用下，通過調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用是電動機的轉(zhuǎn)速達到靜態(tài)無差。檢測回路：包括電壓、電流、溫度和轉(zhuǎn)速檢測。由軟件實現(xiàn)轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)由主電路、檢測電路、控制電路、給定電路、顯示電路組成。因為開環(huán)系統(tǒng)中沒有反饋信號，而電機在帶載的一瞬間要有一個做功的過程，也就是建立系統(tǒng)帶載狀態(tài)下的穩(wěn)定狀態(tài)的過程，這部分功需要增大電機的電流來補償，同時也會犧牲一部分動能，也就是電機的轉(zhuǎn)速，所以產(chǎn)生了靜態(tài)速降。在第二秒時，外加一擾動信號，此時轉(zhuǎn)速受擾動信號影響有所下降，但因為轉(zhuǎn)速環(huán)的作用重新將轉(zhuǎn)速拉入穩(wěn)定值。加電流啟動時電流環(huán)將電機速度提高，并且保持為最大電流，而此時速度環(huán)則不起作用，使轉(zhuǎn)速隨時間線性變化，上升到飽和狀態(tài)。仿真結果如圖所示。對于用數(shù)值方法求解常系數(shù)微分方程(Ordinary Differential Equation,簡寫為ODE)或微分方程組，MATLAB提供了七種解函數(shù)，最常用的是ODE45。系統(tǒng)仿真結構如圖所示。3. 計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取的超前時間常數(shù)為：轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為： 的比例系數(shù)為： 4. 檢驗近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為： 滿足近似條件 轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件為： 滿足近似條件 轉(zhuǎn)速超調(diào)量校驗： 5. 計算調(diào)節(jié)器電阻和電容取，則4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真采用MATLAB中的simulink工具箱對系統(tǒng)在階躍輸入和負載擾動情況下的動態(tài)響應（主要為轉(zhuǎn)速和電樞電流）進行仿真。 1. 轉(zhuǎn)速環(huán)結構圖的簡化 2. 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結構的選擇 3. 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算 4. 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實現(xiàn) 電流環(huán)經(jīng)簡化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個環(huán)節(jié)，接入轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，電流環(huán)等效環(huán)節(jié)的輸入量應為Ui*(s),因此電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應等效為：用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)后，整個轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動態(tài)結構圖便如圖10所示n (s)+Un (s)ASRCeTmsRU*n(s)Id (s)a T0ns+11 T0ns+1U*n(s)+IdL (s)圖7 用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)的轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結構圖1. 確定時間常數(shù)電流環(huán)等效時間常數(shù)，由電流環(huán)參數(shù)可知，則轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)，根據(jù)已知條件可知轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)，按小時間常數(shù)近似處理，取2. 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結構為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，在負載擾動作用點前面必須有一個積分環(huán)節(jié)，它應該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 中，現(xiàn)在在擾動作用點后面已經(jīng)有了一個積分環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)應共有兩個積分環(huán)節(jié)，所以應該設計成典型型系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時也能滿足動態(tài)抗擾性能好的要求。3. 計算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)：電流環(huán)開環(huán)增益：要求時，應取，因此于是，ACR的比例系數(shù)為：4. 校驗近似條件電流環(huán)截止頻率：。為此，電流環(huán)應以跟隨性能為主，應選用典型I型系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：電流反饋系數(shù)：1. 確定時間常數(shù)整流裝置滯后時間常數(shù)：電流濾波時間常數(shù)：電流環(huán)小時間常數(shù)之和：典型系統(tǒng)的選擇： 穩(wěn)態(tài)要求：希望電流無靜差，以得到理想的堵轉(zhuǎn)特性，采用 I 型系統(tǒng)就夠了。Ud0(s)+Ui (s)ACR1/RTl s+1U*i(s)Uc (s)Ks Tss+1Id (s)b T0is+11 T0is+1圖6 忽略反電動勢動態(tài)影響的電流環(huán)動態(tài)結構圖按照三相零式晶閘管整流裝置進行設計。 設計步驟（1） 電流環(huán)結構圖的簡化（2）電流調(diào)節(jié)器結構的選擇（3）電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算（4）電流調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)（5）電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù) 在一般情況下，系統(tǒng)的電磁時間常數(shù) Tl遠小于機電時間常數(shù)Tm，因此轉(zhuǎn)速的變化往往比電流變化慢得多，對電流環(huán)來說，反電動勢是一個變化較慢的擾動，在按動態(tài)性能設計電流環(huán)時，可以暫不考慮反電動勢變化的動態(tài)影響，即DE≈0。另外根據(jù)器件選擇確定其他參數(shù)：電流反饋時間常數(shù)轉(zhuǎn)
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