轉(zhuǎn)速電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真

1、綜合訓練項目目：轉(zhuǎn)速、一電流反饋控制直流調(diào).速系統(tǒng)的仿真.一學 期: 專 業(yè) 班 級: 姓 名: 學 號: 指導教師:遼寧工程技術(shù)大學成績評定表評定指標標準評定合格不合格評調(diào)節(jié)器設(shè)計方案正確性疋模型搭建仿真參數(shù)選擇標仿真結(jié)果準內(nèi)容充實設(shè)計報告答辯圖表清晰答辯效果總成績?nèi)掌谀暝氯疹}目：轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真目的：通過仿真，學生可以對各模塊性能、電路連接情況有所了解并直觀地看到 仿真結(jié)果；通過對仿真參數(shù)進行調(diào)整，可以使學生了解參數(shù)變化對系統(tǒng)性 能的影響。要求：針對知識單元二的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器工程設(shè)計方法， 利用MATLAB/simulink中的電力系統(tǒng)工具箱搭建系

2、統(tǒng)仿真模型，驗證調(diào)節(jié) 器工程設(shè)計方法得到的參數(shù)并合理調(diào)節(jié)參數(shù)，利用該模型學生可以分析雙 閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的啟動性能、系統(tǒng)突加減變負載運行工況下的速度、電 流及轉(zhuǎn)矩變化情況以及系統(tǒng)抗電網(wǎng)電壓等各種擾動下的速度響應(yīng)。任務(wù)：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：直流電動機：220V，136A，1460r/min，Ce=0.132V min/r,允許 過載倍數(shù)怎-1.5 ;晶閘管裝置放大系數(shù)ks =40 ；電樞回路總電阻R = 0.51，Ts -0.0017s，電磁時間常數(shù) T =0.03s，機電時間常數(shù) T-0.18s，電流反饋濾波時間常數(shù)口 =0.002s，電

3、流反饋系數(shù)=0.05V/A，轉(zhuǎn)速反饋系數(shù):=0.05Vmin/ r，要求轉(zhuǎn)速無靜差，空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量-n =10%。1、 采用工程設(shè)計方法設(shè)計電流調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器，建立各自的動態(tài)數(shù)學 模型；2、用MATLAB/Simulink仿真軟件建立電流環(huán)仿真模型；3、分析電流環(huán)不同參數(shù)下的仿真曲線；4、用MATLAB!立轉(zhuǎn)速環(huán)仿真模型；5、分析轉(zhuǎn)速環(huán)空載啟動、滿載啟動、抗擾波形圖仿真曲線；6、針對仿真模型進行演示答辯，考查其掌握程度工程設(shè)計方法來設(shè)計轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個調(diào)節(jié)器。按照設(shè)計多 環(huán)控制系統(tǒng)先內(nèi)環(huán)后外環(huán)的一般原則， 從內(nèi)環(huán)開始，逐步向外擴展，在雙閉環(huán)系 統(tǒng)中應(yīng)該先設(shè)計

4、電流調(diào)節(jié)器，然后再把整個電流環(huán)看做是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器中的一個環(huán) 節(jié)，在設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示:增加了濾波環(huán)節(jié)：電流濾波、轉(zhuǎn)速濾波和兩個給定信號的濾波環(huán)節(jié)， 由于電 流檢測信號中常含有交流分量，為了不使它影響到調(diào)節(jié)器的輸入，需加低通濾波。這樣的濾波環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)可用一階慣性來表示其濾波時間常數(shù)Toi按需要選定,以濾平電流檢測信號為準，然而在抑制交流分量的同時濾波環(huán)節(jié)也延遲了反饋信 號的作用，為了平衡這個延遲作用，在給定信號通道上加入一個同等時間常數(shù)的 慣性環(huán)節(jié)，其意義是讓給定信號和反饋信號經(jīng)過相同的延時， 使二者在時間上得 到恰當?shù)呐浜?，從而帶來設(shè)計上的方便。一、電流調(diào)節(jié)器的設(shè)

5、計:0 Ks/R?rASR(TiS+1)(Ts+ 1)電流環(huán)化簡后的結(jié)構(gòu)框圖其中T7 =Ts To,（近似處理） 式（1-1 ）1、電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇首先考慮把電流環(huán)校正成哪一類典型系統(tǒng)。 從穩(wěn)態(tài)要求上看，希望電流無靜 差，以得到理想的堵轉(zhuǎn)特性，由上圖可以看出采用典型I型就夠了。再從動態(tài)要 求上看，實際系統(tǒng)不允許電樞電流突加控制時有太大的超調(diào)， 以保證電流在動態(tài) 過程中不超過允許值，而對電網(wǎng)電壓波動的及時抗擾作用只是次要的因素。 為此, 電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主，即應(yīng)選用典型 I系統(tǒng)。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，要校正成典型I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：Wacr（s

6、H Ki（ iS 1） 式（1-2）T, S式中Ki-電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)-電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。為了讓調(diào)節(jié)器零點與控制對象的大時間常數(shù)極點對消，選擇i=T （電磁時間常數(shù)）式（1-3）所以,=0.03K,Ks :另：Ki1 式（1-4）有題意可知：KS=40;- =0.05 ； R=0.5 ；,=0.03 ；所以 K, =0芒=0.0075K| 式（1-5） KsP1）、當超調(diào)量 =0% 時：KiT,=0.25 式（1-6）由式（1-1 ）得：Tj 二TS Toi =0.0017+0.002=0.0037由式（1-5 ）和（1-6）得:Ki0.25*0.0075-0.507嚴0.03Wa

7、cr （s）=0.015s 0.5070.03s仿真模型為:ID3dCkrn可見圖像是沒有超調(diào)的；AvlnQFUC2）、當超調(diào)量 =1.5% 時：K|T工=0.39 式（1-7）由式(1-1)得：Tt 二Ts Toi =0.0017+0.002=0.0037由式（1-5 ）和（1-7）得:Ki0.39*0.0075Tz= 0.791i =0.030.024s 0.7910.03s仿真模型為:0.00291-1吐 就 Currerit Feedback 17910.03sACRSatureriionUPE0 05o.ooatCurrent feedback0 03st1Trgntfw Fcn4C

8、urcn: V/1D.lQs 0 132T ransfer Fcn2 Transfer Fcn3MUX-KjDOut1仿真波形為:電流曲線由式（1-5 ）和（1-8 ）得：Ki 0.50*0.0075= 1.014n e u c可見是有一點超調(diào)的;3）、當超調(diào)量 =4.3%時：心怎=0.50 式（1-8） 由式(1-1 )得：T壬=Ts Toi =0.0017+0.002=0.0037-i =0.03Ot1仿真波形為:電流曲線n e u c可見超調(diào)變大;4）、當超調(diào)量 =9.5%時：心怎=0.69 式（1-9）由式(1-1 )得：T<-Ts Toi =0.0017+0.002=0.003

9、7由式（1-5 ）和（1-9）得:Ki0.69*0.0075= 1.399i =0.03Oitl仿真波形為:250n e u c2001501005000.020.060.04 t/(s)currentI f Ir ii1 / r i電流曲線0.08可見超調(diào)變大;5）、當超調(diào)量 =16.3% 時：K|T=1.0 式（1-9）由式(1-1 )得：T<-Ts Toi =0.0017+0.002=0.0037由式（1-5 ）和（1-9）得:Ki1.0*0.0075Tz二 2.027-i =0.030.061s 2.0277 亠 kb QEi1S*7 027t| KI t4021 0 D02s*

10、1+_ JFG.03s0 OOUsi-i0.03-3*1CumsnCurrent reedbkiACRSSIurjUBnUPETrJrtSfgf FcMa E10.16s0.132TinsJrTn*個陽 FtrtS0 DO2S*1Currert feedback仿真波形為:電流曲線*CDLtl可見超調(diào)變大;二、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計電流環(huán)等效閉環(huán)傳遞函數(shù)Wclild(s)1U；(s)/1 _hs2sK| K|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Ui(s)，因此電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應(yīng)等效為:ld(s) =Wcii(S) U*(s) _K|S 11?。海?=9.5% 時：KJt=0.69 ；0.0053

11、6 式（2-1 ）K|轉(zhuǎn)速環(huán)化簡后的框圖為：轉(zhuǎn)速環(huán)化簡后結(jié)構(gòu)圖1其中T - - -Ton （小慣性環(huán)節(jié)近似計算）式（2-2） 一 K|為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，在負載擾動作用點前必須有一個積分環(huán)節(jié)， 它應(yīng)該包 含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR中，現(xiàn)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(yīng)共有兩個積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng)該設(shè)計成典型 II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。因此 ASR也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其 傳遞函數(shù)為：K ( s 1)Wasr(S) =_)式(2-3) 式中Kn- 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù);n- 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。則調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為-Rw（s）心（

12、nS 1）* F心 R（ nS 1）Wn（S）nSCeTmS（gS 1） n ： CeS 仃S 1）令轉(zhuǎn)速開環(huán)增益Kn = Kn R 式（2-4）訂 CeTm1由式（2-2 ）知Tn Ton （題中沒有給出Ton，我們不妨取0.002 ）K|因此 Tp =0.00536 0.002 =0.00736 ；式（2-5 ） 所以：n =000736h 式（2-6 ）因為Kn停$由式（2-4）知心 二KR因為-hTn2昭訂CeTm-所以Kh ）52 ha RT 百由題意可知：1： -0.05 ； Ce =0.132 ； Tm =0.18 ; ： = 0.05； R=0.5；再由式（2-5 ）知 T -0.00736 ；1所以 心=3.23（1）式（2-7）h一般h=5時：由式（2-6）和式（2-7 ）得= 0.0368Kn =3.876 ；Wasr（S）0.1426s 3.8760.0368s仿真模型為:空載仿真設(shè)計：設(shè)置load階躍信號Ini tial value 的值為0; Fin al value 的值為0;