晶閘管直流電動機開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真課程設(shè)計

. . 課程設(shè)計題 目 晶閘管-直流電動機開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真 院 系 專 業(yè) 小組姓名 指導(dǎo)教師_直流電動機開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真【摘要】本文分析了直流電動機開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的控制器與被控對象的控制現(xiàn)象，以及開環(huán)控制系統(tǒng)對被控對象的控制的問題。同時給出解決減小擾動的控制方案。本文針對開環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用，給出了實驗結(jié)果，并和閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)進行比較，使學(xué)生認識到采用開環(huán)控制方案對最基本的控制方案有一定的了解，并對閉環(huán)控制的優(yōu)點有一定的認識?！娟P(guān)鍵詞】直流電動機開環(huán)調(diào)速；調(diào)速；Matlab仿真1引言 直流電動機具有良好的起、制動性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，高性能交流調(diào)速技術(shù)發(fā)展很快，交流調(diào)速系統(tǒng)有逐步取代直流調(diào)速系統(tǒng)的趨勢。然而，直流拖動控制系統(tǒng)畢竟在理論上和實踐上都比較成熟，而且從控制的角度來看，它又是交流拖動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。因此，應(yīng)該首先很好地掌握直流拖動控制系統(tǒng)。從生產(chǎn)機械要求控制的物理量來看，電力拖動自動控制系統(tǒng)有調(diào)速系統(tǒng)、位置隨動系統(tǒng)(伺服系統(tǒng))、張力控制系統(tǒng)、多電機同步控制系統(tǒng)等多種類型，各種系統(tǒng)往往都是通過控制轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)的，因此調(diào)速系統(tǒng)是最基本的電力拖動控制系統(tǒng)。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，許多電機要求在一定的范圍內(nèi)進行速度的平滑調(diào)節(jié)，并且要求有良好的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)性能。而直流電動機開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有良好的啟動，制動性能，適宜在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。從控制角度來看，直流調(diào)速還是交流拖動的基礎(chǔ)。早期直流電動機的控制均以模擬電路為基礎(chǔ)，采用運算放大器、非線性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成，控制系統(tǒng)的硬件非常復(fù)雜，功能單一，而且系統(tǒng)非常不靈活、調(diào)試困難，阻礙的電動機控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用范圍的推廣。隨著模擬技術(shù)的逐漸成熟使得許多控制功能及算法可以采用軟件技術(shù)來完成，為直流電動機的控制提供了更大的靈活性，并使系統(tǒng)能夠 達到更高的性能，還能節(jié)省人力資源和降低系統(tǒng)成本，從而有效提高工作效率。事實上由于電機的容量較大，又要求電流的脈動較小，故采用三相全控橋式整流電路供電方案。為保證供電質(zhì)量，應(yīng)采用三相降壓變壓器將電源電壓降低，為避免三次諧波電動勢的不良影響，應(yīng)采用/Y接法。2直流電動機開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理 2.1原理直流開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理如圖1所示。直流電動機電樞由三相晶閘管整流電路經(jīng)平波電抗器L供電，并通過改變觸發(fā)器移相控制信號Uc調(diào)節(jié)晶閘管的控制角，從而改變整流器的輸出電壓實現(xiàn)直流電動機的調(diào)速。該系統(tǒng)的仿真模型如圖2所示。在仿真中為了簡化模型，省略了整流變壓器和同步變壓器，整流器和觸發(fā)同步使用同一交流電源，直流電動機勵磁由直流電源直接供電。圖1 直流開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電氣原理3仿真過程 3.1仿真原理圖 圖2 直流電動機開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型根據(jù)實驗原理圖在Matlab軟件環(huán)境下查找器件、連線，接成入上圖所示的線路圖。1、 具體步驟a、點擊圖標，打開Matlab軟件，點擊里的newmodel，創(chuàng)建一個文件頭為的新文件。b、點擊工具欄的，打開元器件庫查找新的元器件。如果不知在哪里找到元器件，可以在里輸入元器件的名稱，鍵入ENTER即可查找。2、 所用元器件及其參數(shù)設(shè)置三相交流電源A、B、C首先從Simpowersystes中的Electricalsources電源模塊組中選取一個交流電壓源模塊ACVoltageSource，再用復(fù)制的方法得到三相電源的另兩個電壓源模塊用Format(格式設(shè)定)菜單中Rotateblock(Ctrl+R)將模塊水平放置，并點擊模塊標題名稱，將模塊標簽分別改為“Ua”、“Ub”、Uc”，然后從連接器模塊Connectors中選取“Ground（output）元件，按下圖進行連接。（1） Ua(2) Ub(3) Uc 設(shè)置三相電壓都為220V，兩兩之間相位差為120，分別為0、-120、-240。a)6-PulseGenerator同步脈沖觸發(fā)器包括同步電源和6脈沖觸發(fā)器兩部分。6脈沖觸發(fā)器從Simpowersystes中選取ExtraLibray中的ContralBlocks中取獲得。6脈沖觸發(fā)器需用三相線電壓同步，所以同步電源的任務(wù)是將三相交流電源的相電壓轉(zhuǎn)換成線電壓。c）UniversalBridge三相整流橋起改變輸出直流電壓的作用。d)DCMachine（直流電動機）直流電動機的勵磁繞組“F+F-”接直流恒定勵磁電源，勵磁電源可從電源模塊組中選取直流電壓源模塊，并將電壓參數(shù)設(shè)置為220V，點數(shù)繞組“A+A-”經(jīng)平波電抗器接晶閘管整流橋的輸出，電動機經(jīng)TL端口接恒轉(zhuǎn)矩負載，直流電動機的輸出參數(shù)有轉(zhuǎn)速、點數(shù)電流、勵磁電流、電磁轉(zhuǎn)矩，通過“示波器”模塊觀察仿真輸出圖形。修改參數(shù)電樞電阻和電（Armatureresistanceandinductance）為0.210.0021，勵磁電阻和電感（Fieldresistanceandinductance）為146.70，勵磁和電樞互（Field-armaturemutualinductance）為0.84，轉(zhuǎn)動慣量（Totalinertia）為0.57，粘滯摩擦系數(shù)（Viscousfrictioncoefficient）為0.5，庫侖摩擦轉(zhuǎn)矩（Coulombfrictiontorque）為0，初始角速度(initialspeed)為0。e)直流電源f）放大器，設(shè)置放大系數(shù)g）階躍信號系統(tǒng)在階躍函數(shù)輸入作用下的工作條件是比較嚴峻的，同時比較具有代表性。如果系統(tǒng)在階躍函數(shù)作用下的性能夠滿足要求，則在其他形式作用下也能滿足要求。Step提供在指定時間處在兩個可定義的水平間的階躍，當(dāng)仿真時間小于Step time則輸出Initial value當(dāng)仿真時間大于或等于Steptime 不能為0。4. 仿真結(jié)果當(dāng)建模和參數(shù)設(shè)置完成后，即可開始進行仿真，在MATLAB模型窗口單擊工具欄的按鈕或打開“Simulation”菜單命令后，單擊“start”，系統(tǒng)開始仿真，仿真結(jié)束后可輸出仿真結(jié)果。單擊“示波器”觀察仿真輸出圖形。觀察仿真時間1s時得到的電動機轉(zhuǎn)速、電動機電樞電流及電磁轉(zhuǎn)矩曲線。由于直流電機的調(diào)速基于整流電路的輸出電壓，因此改變constant值即可對電機轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)。當(dāng)控制電壓為30，仿真時間為1s時的仿真波形為：A、 電機轉(zhuǎn)速nB 電樞電流IaC 轉(zhuǎn)樞Te（2） 當(dāng)控制電壓為60，仿真時間為1s時的仿真波形為：A電機轉(zhuǎn)速nB 電樞電流IaC 轉(zhuǎn)樞Te(3) 當(dāng)控制電壓為50，仿真時間為1s時的仿真波形為：A電機轉(zhuǎn)速nB 電樞電流IaC 轉(zhuǎn)樞Te5總結(jié) 一開始拿到題目的時候自己就完全不知道如何下手，看到要求用matlab這個軟件進行仿真分析，一下子就蒙了，似乎熟悉，似乎有模糊，熟悉是因為上學(xué)期，學(xué)習(xí)電力電子的時候用過，模糊的是現(xiàn)在大多數(shù)已經(jīng)忘記怎么用了。不過，經(jīng)過一輪摸索過后找到了以前的感覺，因此畫起來就輕松多了。圖是畫起了，但是運行起來后，輸出的波形總是不對。因為要對元件進行準確的參數(shù)設(shè)置，才能輸出需要的的波形效果。而這也是我們感到最不容易的，必須要一一進行分析計算，最后再將得到的參數(shù)填寫在相應(yīng)的元件中去。通過本次的課程設(shè)計，不僅讓自己學(xué)習(xí)到了專業(yè)知識，而且也對matlab這個軟件有了進一步的熟悉，可以說是受益匪淺吧。在今后的學(xué)習(xí)中還需要進一步的努力，彌補不足之處！ 參考文獻1 陳伯時. 電力拖動自動控制