單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真-在線瀏覽
2024-08-09 22:49本頁面
【正文】 即矩陣實(shí)驗(yàn)室），它是集命令翻譯，科學(xué)計(jì)算于一身的一套交互式軟件系統(tǒng)，經(jīng)過在該大學(xué)進(jìn)行了幾年的試用之后，于1984年推出了該軟件的正式版本，矩陣的運(yùn)算變得異常容易。在MATLAB軟件中，包括了兩大部分：數(shù)學(xué)計(jì)算和工程仿真。在工程仿真方面，MATLAB提供的軟件支持幾乎遍布各個(gè)工程領(lǐng)域，并且不斷加以完善。然后用此理論去設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)際的調(diào)速系統(tǒng)，并用MATLAB仿真進(jìn)行正確性的驗(yàn)證。圖中VT是晶閘管的可控整流器，它可以是單相、三相或更多相數(shù)，半波、全波、半控、全控等類型。缺點(diǎn)：1．由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難。因此必須有可靠的保護(hù)裝置和符合要求的散熱條件，而且在選擇元件時(shí)還應(yīng)有足夠的余量。2．靜差率 當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，負(fù)載由理想空載增加到額定值所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落，與理想空載轉(zhuǎn)速之比，稱作靜差率s，即靜差率用來衡量調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化下轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度。 調(diào)速范圍和靜差率兩項(xiàng)指標(biāo)并不是彼此孤立的必須同時(shí)提才有意義。3．調(diào)速范圍、靜差率和額定速降的關(guān)系以電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為最高轉(zhuǎn)速，若帶額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速降落為，則該系統(tǒng)的靜差率應(yīng)該是最低速時(shí)的靜差，即于是，而調(diào)速范圍為將上面的式代入，得上式即為調(diào)速范圍、靜差和額定速降之間所應(yīng)滿足的關(guān)系。轉(zhuǎn)速反饋控制的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，其原理如圖。電壓比較環(huán)節(jié)：放大器：晶閘管整流與觸發(fā)裝置：V—M系統(tǒng)開環(huán)機(jī)械特性：測(cè)速發(fā)電機(jī)：——放大器的電壓放大系數(shù)；——晶閘管整流器與觸發(fā)裝置的電壓放大系數(shù)；α——測(cè)速反饋系數(shù)，單位為Vmin/r。靜特性：閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流（或轉(zhuǎn)矩）的穩(wěn)態(tài)關(guān)系?？傊甂越大，穩(wěn)態(tài)性能就越好。 比例放大器 運(yùn)算放大器用作比例放大器（也稱比例調(diào)節(jié)器、P調(diào)節(jié)器），如圖4，為放大器的輸入和輸出電壓，為同相輸入端的平衡電阻，用以降低放大器失調(diào)電流的影響 放大系數(shù)為 圖4 P調(diào)節(jié)器原理圖 圖5 P調(diào)節(jié)器輸出特性 比例積分放大器在定性分析控制系統(tǒng)的性能時(shí)，通常將伯德圖分成高、中、低三個(gè)頻段，頻段的界限是大致的。一般的調(diào)速系統(tǒng)要求以穩(wěn)和準(zhǔn)為主，對(duì)快速性要求不高，所以常用PI調(diào)節(jié)器。 圖6 典型控制系統(tǒng)的伯德圖 圖7 比例積分（PI）調(diào)節(jié)器PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為——PI調(diào)節(jié)器比例放大部分的放大系統(tǒng)；——PI調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)。反映系統(tǒng)性能的伯德圖特征有以下四個(gè)方面： 20dB/dec的斜率穿越零分貝線，而且這一斜率占有足夠的頻帶寬度，則系統(tǒng)的穩(wěn)定性好；，則系統(tǒng)的快速性越好；、增益高，表示系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度好（即靜差率小，調(diào)速范圍寬）；，即高頻特性負(fù)分貝值越低，說明系統(tǒng)抗高頻噪聲的能力越強(qiáng)。穩(wěn)定裕度能間接的反映系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程的平穩(wěn)性，穩(wěn)定裕度大意味著振蕩弱、超調(diào)小。 由圖8可以看出比例積分的物理意義。但是小于穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)所要求的比例放大系數(shù)的，因?yàn)榭焖傩员粔旱土耍瑩Q來穩(wěn)定性的保證。（主電路，假定電流連續(xù)）（額定勵(lì)磁下的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)）（牛頓動(dòng)力學(xué)定律，忽略粘性摩擦）（額定勵(lì)磁下的電磁轉(zhuǎn)矩）式中 —包括電機(jī)空載轉(zhuǎn)矩在內(nèi)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，單位為Nm；—電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分折算到電機(jī)軸上的飛輪力矩，單位為；——電動(dòng)機(jī)額定勵(lì)磁下的轉(zhuǎn)矩電流比，單位為Nm/A；定義下列時(shí)間常數(shù)：——電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)，單位為s；——電力拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)，單位為；得電壓與電流間的傳遞函數(shù)電流與電動(dòng)勢(shì)間的傳遞函數(shù)為額定勵(lì)磁下直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下：圖10 額定勵(lì)磁下直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖反饋控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的特征方程為穩(wěn)定條件為整理后得上式右邊稱作系統(tǒng)的臨界放大系統(tǒng)，K值超出此值，系統(tǒng)就不穩(wěn)定。為此必須再設(shè)計(jì)合適的校正裝置，以改造系統(tǒng)，才能達(dá)到要求。當(dāng)時(shí)，只擾動(dòng)輸入量，這時(shí)的輸出量即為負(fù)載擾動(dòng)引起的轉(zhuǎn)速偏差Δn，可將動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖改畫的形式如圖12。將圖12比例調(diào)節(jié)器換成積分調(diào)節(jié)器如圖13突加負(fù)載時(shí)，于是負(fù)載擾動(dòng)引起的穩(wěn)態(tài)速差為可見，積分控制的調(diào)速系統(tǒng)是無靜差的。 圖13 給定為0時(shí)采用積分調(diào)節(jié)器圖 圖14 給定為0時(shí)采用比例積分調(diào)節(jié)器的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)工程結(jié)構(gòu)圖則穩(wěn)態(tài)速差為因此，比例積分控制的系統(tǒng)也是無靜差調(diào)速系統(tǒng)。顯然，只要調(diào)節(jié)器中有積分成份，系統(tǒng)就是無靜差的。3 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及仿真：額定數(shù)據(jù)為10kW,220V,52A,1460r/min,電樞電阻=，飛輪力矩GD2=10Nm2。—M系統(tǒng)主電路總電阻R=：永磁式，ZYS231/110型；,110V,1800r/min。若直流穩(wěn)壓電源為177。于是，測(cè)速反饋系數(shù)為電位器的選擇方法如下：考慮測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出最高電壓時(shí)，其電流約為額定值的確20%，這樣，測(cè)速機(jī)電樞壓降對(duì)檢測(cè)信號(hào)的線性度影響較小
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