電力拖動(dòng)課程設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流系統(tǒng)的仿真

1、課程設(shè)計(jì)說明書(論文)題 目 轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流系統(tǒng)的仿真課 程 名 稱 電機(jī)控制設(shè)計(jì) 院 系 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí) 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 號(hào) 設(shè) 計(jì) 地 點(diǎn) 指 導(dǎo) 教 師 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程名稱電機(jī)控制技術(shù)(院系.部中心)專業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 班級(jí)起止日期指導(dǎo)教師1課程設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的目的電機(jī)控制技術(shù)是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)課程，內(nèi)容包括交、直流調(diào)速和位置控制。本課程要求學(xué)生在掌握基本理論的基礎(chǔ)上,逐步培養(yǎng)運(yùn)用理論去分析解決現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際問題的能力，而不是機(jī)械地僅僅掌握理論而已。本課程設(shè)計(jì)正是為達(dá)到這一目的而設(shè)計(jì)的。2課程設(shè)計(jì)題目及要求設(shè)計(jì)題目：有靜差單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)建模及仿真要

2、求：1.了解系統(tǒng)的組成和工作原理。2.仿真模型的建立3.有靜差調(diào)速系統(tǒng)的仿真（起動(dòng)）4有靜差系統(tǒng)供電電網(wǎng)電壓Ud波動(dòng)時(shí)系統(tǒng)是否有調(diào)節(jié)作用。5.結(jié)論3課程設(shè)計(jì)任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書、圖紙、實(shí)物樣品等要求課程設(shè)計(jì)任務(wù)：（1）審題、選題（2）系統(tǒng)原理、結(jié)構(gòu)框圖的設(shè)計(jì)（3）系統(tǒng)計(jì)算、建模、仿真框圖、模塊設(shè)計(jì)及源程序（4）系統(tǒng)仿真結(jié)果分析及結(jié)論（5）完整的設(shè)計(jì)報(bào)告工作量的要求：（1） 任選一題，要完成3000字左右的報(bào)告，包括課程設(shè)計(jì)的原理和工作過程。（2） 要得出仿真模型及相關(guān)波形圖。（3） 視選題難度、完成的過程報(bào)告、所建模型及方真結(jié)果而決定成績(jī)。4主要參考文獻(xiàn)1、 陳伯時(shí).電力拖

3、動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.72、 電機(jī)學(xué)3、 電機(jī)拖動(dòng)5課程設(shè)計(jì)進(jìn)度安排起 止 日 期工 作 內(nèi) 容2012.6.17 -6.28(1)審題、選題(2)系統(tǒng)原理、結(jié)構(gòu)框圖的設(shè)計(jì)(3)系統(tǒng)計(jì)算、建模、仿真框圖、模塊設(shè)計(jì)及源程序周末，自行安排周末，自行安排(4)系統(tǒng)仿真結(jié)果分析及結(jié)論(5)完整的設(shè)計(jì)報(bào)告6成績(jī)考核辦法1、 提問答辯2、 報(bào)告、程序及波形圖教研室審查意見：教研室主任簽字：年月日院（系、部、中心）意見：主管領(lǐng)導(dǎo)簽字：年月日一、摘 要運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是自動(dòng)化專業(yè)專業(yè)的一門主要專業(yè)課。課程的主線是控制系統(tǒng)的原理和設(shè)計(jì)，應(yīng)該通過理論和實(shí)際相結(jié)合，應(yīng)用自動(dòng)控制系統(tǒng)

4、理論解決電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)問題，在運(yùn)用中注重控制規(guī)律。本文通過利用Matlab仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，包括單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的基本構(gòu)成和工作原理、對(duì)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的靜態(tài)性能指標(biāo)和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)進(jìn)行分析、根據(jù)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器、根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的具體要求設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的Simulink仿真模型，驗(yàn)證所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的性能、根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的具體要求給出所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的性能指標(biāo)：上升時(shí)間、超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間、最大啟動(dòng)電流、穩(wěn)態(tài)誤差。從而使學(xué)生更系統(tǒng)地掌握所學(xué)知識(shí)并能夠應(yīng)用運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范、計(jì)算手冊(cè)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和參數(shù)計(jì)算。二、總體方案設(shè)計(jì)1、控制原理根據(jù)設(shè)計(jì)要求，所

5、設(shè)計(jì)的系統(tǒng)應(yīng)為單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，選定轉(zhuǎn)速為反饋量，采用變電壓調(diào)節(jié)方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的無極平滑調(diào)速。所以，設(shè)計(jì)如下的原理圖：圖1、單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖轉(zhuǎn)速用與電動(dòng)機(jī)同軸相連的測(cè)速電機(jī)產(chǎn)生的正比于轉(zhuǎn)速的電壓信號(hào)反饋到輸入端，再與給定值比較，經(jīng)放大環(huán)節(jié)產(chǎn)生控制電壓，再通過電力電子變換器來調(diào)節(jié)電機(jī)回路電流，達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。這里，電壓放大環(huán)節(jié)采用集成電路運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)，主電路用晶閘管可控整流器調(diào)節(jié)對(duì)電機(jī)的電源供給。所以，更具體的原理圖如下：圖2、單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)具體原理圖2、控制結(jié)構(gòu)圖有了原理圖之后，把各環(huán)節(jié)的靜態(tài)參數(shù)用自控原理中的結(jié)構(gòu)圖表示，就得到了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖。圖3、單閉環(huán)直

6、流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖同理，用各環(huán)節(jié)的輸入輸出特性，即各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，表示成結(jié)構(gòu)圖形式，就得到了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖。由所學(xué)的相關(guān)課程知：放大環(huán)節(jié)可以看成純比例環(huán)節(jié)，電力電子變換環(huán)節(jié)是一個(gè)時(shí)間常數(shù)很小的滯后環(huán)節(jié)，這里把它看作一階慣性環(huán)節(jié)，而額定勵(lì)磁下的直流電動(dòng)機(jī)是一個(gè)二階線性環(huán)節(jié)。所以，可以得到如下的框圖：圖4、單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖三、參數(shù)計(jì)算設(shè)計(jì)完系統(tǒng)框圖，就可以用已知的傳遞函數(shù)結(jié)合設(shè)計(jì)要求中給定的參數(shù)進(jìn)行對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩套參數(shù)的計(jì)算。以便于后續(xù)步驟利用經(jīng)典控制論對(duì)系統(tǒng)的分析。為了方便以下的計(jì)算，每個(gè)參數(shù)都采用統(tǒng)一的符號(hào)，這里先列出設(shè)計(jì)要求中給出的參數(shù)及大?。弘妱?dòng)機(jī)：PN=10k

7、w UN=220v IdN=55A nN=1000rpm Ra=0.5晶閘管整流裝置：二次線電壓E2l=230v Ks=44主回路總電阻：R=1測(cè)速發(fā)電機(jī)：PNc=23.1kw UNc=110v IdN=0.21A nNc=1900rpm系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分：飛輪矩GD2=10Nm2電樞回路總電感量：要求在主回路電流為額定值10時(shí)，電流仍連續(xù)12、動(dòng)態(tài)參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算在經(jīng)典控制論中，動(dòng)態(tài)分析基于確定系統(tǒng)的傳函，所以要求出傳函并根據(jù)已知求的傳函中的未知參數(shù)，再用勞斯判據(jù)得出系統(tǒng)穩(wěn)定性，在穩(wěn)定的基礎(chǔ)上再加校正以優(yōu)化系統(tǒng)，使穩(wěn)、準(zhǔn)、快指標(biāo)平衡在要求范圍內(nèi)的值上。由圖4，得系統(tǒng)開環(huán)傳函其中,Ts晶閘管裝置滯后時(shí)間

8、常數(shù)Tm機(jī)電時(shí)間常數(shù) Tl：電磁時(shí)間常數(shù)主電路電感值L根據(jù)要求在主回路電流為額定值10時(shí)，電流仍連續(xù)。結(jié)合抑制電流脈動(dòng)的措施中關(guān)于L的討論，得：公式：其中，整流變壓器副邊額定相電壓（二次相電壓）得：L=0.017H其他未知參數(shù)計(jì)算電磁時(shí)間常數(shù)機(jī)電時(shí)間常數(shù)對(duì)于三相橋式整流電路，晶閘管裝置的滯后時(shí)間常數(shù)為Ts = 0.00167 s 系統(tǒng)傳函為：四、穩(wěn)定性分析穩(wěn)定是系統(tǒng)首要的條件，一切的分析只有建立在穩(wěn)定的基礎(chǔ)上才有意義。1、基于經(jīng)典自控理論得分析根據(jù)系統(tǒng)閉環(huán)傳函特征方程應(yīng)用三階系統(tǒng)的勞斯-赫爾維茨判據(jù)，系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是代入整理得：或所以：把所得參數(shù)代入就是說，k小于49.4系統(tǒng)才穩(wěn)定。但

9、是，按穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo)要求計(jì)算出的要K 53.3它們是矛盾的。所以，當(dāng)前的系統(tǒng)是不滿足要求的。在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)中實(shí)減負(fù)載后又進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)晶閘管整流裝置的輸出電壓Ud較之負(fù)載變化前是增加減少還是不變？答：答：（1）Ud減小。因負(fù)載減小，轉(zhuǎn)速上升，反饋電壓增加，給定電壓一定，偏差電壓減小，控制電壓減小，故輸出電壓減小。（2）n不變，Ud增加。轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速僅取決于給定電壓，故不變?cè)谵D(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)中當(dāng)下列參數(shù)變化時(shí)系統(tǒng)是否有調(diào)節(jié)作用？為什么？（1）放大器的放大系數(shù)Kp。（2）供電電網(wǎng)電壓Ud。（5）轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。答：1）有。假設(shè)Kp減小，則控制電壓減小，則電力電子變換器輸出減小，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降；而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，則反饋電壓減小，則偏差電壓增大，則控制電壓增大，則轉(zhuǎn)速上升。（2）有。（5）沒有。直流電動(dòng)機(jī)有哪幾種調(diào)速方法？個(gè)有什么特點(diǎn)？答 ：調(diào)壓調(diào)速，弱磁調(diào)速，轉(zhuǎn)子回路串電阻。體會(huì)心得通過這次單閉環(huán)負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真，我學(xué)會(huì)了MATLAB及其其中的仿真工具Simulink，