運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告——轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真

1、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告 轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真對(duì)例題3.8設(shè)計(jì)的雙閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真分析,仿真時(shí)間10s。具體要求如下： 在一個(gè)由三相零式晶閘管供電的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，已知電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：kW , V , A , r/min , 電動(dòng)勢系數(shù)=0.196 Vmin/r , 主回路總電阻=0.18,變換器的放大倍數(shù)=35。電磁時(shí)間常數(shù)=0.012s,機(jī)電時(shí)間常數(shù)=0.12s,電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)=0.0025s,轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)=0.015s。額定轉(zhuǎn)速時(shí)的給定電壓(Un*)N =10V,調(diào)節(jié)器ASR，ACR飽和輸出電壓Uim*=8V,Uc

2、m =7.2V。系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)指標(biāo)為:穩(wěn)態(tài)無靜差,調(diào)速范圍D=10,電流超調(diào)量5% ,空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量10%。試求：（1）確定電流反饋系數(shù)(假設(shè)起動(dòng)電流限制在以內(nèi))和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。（2）試設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器ACR.和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR。（3）在matlab/simulink仿真平臺(tái)下搭建系統(tǒng)仿真模型。給出空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器積分部分不限幅與限幅時(shí)的仿真波形（包括轉(zhuǎn)速、電流、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器積分部分輸出），指出空載起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速波形的區(qū)別，并分析原因。（4）計(jì)算電動(dòng)機(jī)帶40%額定負(fù)載起動(dòng)到最低轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n。并與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。（5）估算空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)

3、速的時(shí)間，并與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。（6）在5s突加40%額定負(fù)載，給出轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器限幅后的仿真波形（包括轉(zhuǎn)速、電流、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器積分部分輸出），并對(duì)波形變化加以分析。（一）實(shí)驗(yàn)參數(shù)n 某晶閘管供電的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，整流裝置采用三相橋式電路，基本數(shù)據(jù)如下： 直流電動(dòng)機(jī)：220V，136A，1460r/min，Ce=0.132Vmin/r，允許過載倍數(shù)=1.5； 晶閘管裝置放大系數(shù)：Ks=40； 電樞回路總電阻：R=0.5 ； 時(shí)間常數(shù)：Ti=0.03s， Tm=0.18s； 電流反饋系數(shù)：=0.05V/A（10V/1.5IN）。 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)=0.07Vmin/r（10V/nN

4、），（二）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器，要求電流超調(diào)量要求轉(zhuǎn)速無靜差，空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n10%。試按工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，并校驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量的要求能否得到滿足。2、計(jì)算過程（1）電流調(diào)節(jié)器1）確定時(shí)間常數(shù)整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)Ts=0.0017s。電流濾波時(shí)間常數(shù)Toi=2ms=0.002s。電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和，按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取Ti=Ts+Toi=0.0037s。2）選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)要求i5%，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。用PI型電流調(diào)節(jié)器。檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能： ， 參看表3-2的典型I型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能，各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的

5、。3）計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：i=Ti=0.03s。電流環(huán)開環(huán)增益：取KiTi=0.5，ACR的比例系數(shù)為4）校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率ci=KI=135.1s-1校驗(yàn)晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件校驗(yàn)忽略反電動(dòng)勢變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件校驗(yàn)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件（2）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器1）確定時(shí)間常數(shù)電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)。 由例題3-1，已取KITi=0.5，則轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)。根據(jù)所用測速發(fā)電機(jī)紋波情況，取Ton=0.01s。轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)。按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取2）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)選用PI調(diào)節(jié)器，3）計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)取h=5，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增

6、益ASR的比例系數(shù)為4）檢驗(yàn)近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件滿足簡化條件轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件滿足簡化條件5）計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容取取470k取0.2 F 取1F6）校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量當(dāng)h=5時(shí)，由表3-4查得，n%=37.6%，不能滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)際上，由于表3-4是按線性系統(tǒng)計(jì)算的，而突加階躍給定時(shí)，ASR飽和，不符合線性系統(tǒng)的前提，應(yīng)該按ASR退飽和的情況重新計(jì)算超調(diào)量。（三）仿真分析對(duì)設(shè)計(jì)的雙閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析,其中電流調(diào)節(jié)器輸出限幅7.37V。電流調(diào)節(jié)器輸出與積分同時(shí)限幅。仿真時(shí)間10s。1、在matlab8/simulink仿真平臺(tái)下搭建系統(tǒng)仿真模型，給出仿真模型

7、貼圖。2、給出空載起動(dòng)過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器積分部分不限幅與限幅時(shí)的仿真波形（包括轉(zhuǎn)速、電流、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器積分部分輸出、電流調(diào)節(jié)器輸出），指出空載起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速波形的區(qū)別，并給出原因。（1）不限幅：轉(zhuǎn)速和電流ASR輸出與積分部分輸出ACR輸出（2）限幅時(shí)：轉(zhuǎn)速和電流ASR輸出與積分部分輸出ACR輸出空載起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速波形的區(qū)別：限幅時(shí)轉(zhuǎn)速超調(diào)量較小。如果轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器沒有飽和限幅的約束，調(diào)速系統(tǒng)可以在很大范圍內(nèi)線性工作，則雙閉環(huán)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速過度過剩會(huì)產(chǎn)生很大的超調(diào)量。3、估算電動(dòng)機(jī)帶40%額定負(fù)載起動(dòng)到最低轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n。并與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。估算空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間，并與仿真結(jié)

8、果進(jìn)行對(duì)比分析。40%額定負(fù)載起動(dòng)到最低轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n： =6.09%空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間： =0.132*0.18*1460/(1.5*136*0.5)=0.34S仿真約為0.6秒，存在較大誤差4、在5s突加40%額定負(fù)載，給出仿真波形（包括轉(zhuǎn)速、電流、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器積分部分輸出、電流調(diào)節(jié)器輸出），并對(duì)波形變化加以分析。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出在5s突加40%額定負(fù)載,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出突變，最后穩(wěn)定值變大。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器積分部分輸出在5s突加40%額定負(fù)載，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器積分部分輸出突變，最后穩(wěn)定值變大。轉(zhuǎn)速和電流在5s突加40%額定負(fù)載，轉(zhuǎn)速有波動(dòng)，但很快恢復(fù)原先穩(wěn)定值。電流突變，穩(wěn)定值增大。ACR輸出在5s突加40%額定負(fù)載，ACR輸出突變，穩(wěn)定值增大。（四）實(shí)驗(yàn)小結(jié)首先我認(rèn)為最讓我有收獲的是在設(shè)計(jì)過程中為了達(dá)到設(shè)計(jì)目的對(duì)于各項(xiàng)指標(biāo)的分析。從選擇電路元件，電路的分析和計(jì)算，調(diào)試和撰寫報(bào)告，無不親歷而為。這次設(shè)計(jì)用的是matlab軟件，由于matlab軟件在之前的課程設(shè)計(jì)過程中都運(yùn)用過，所以這次設(shè)計(jì)過程中在軟件運(yùn)用上沒有太大的困難。而且經(jīng)過前面一系列數(shù)據(jù)的分析，設(shè)計(jì)過程中只要嚴(yán)格控