雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的工作原理(一)-自動化

1、雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的工作原理(一)-自動化     2013-06-22 01:01        導讀：自動化論文畢業(yè)論文，雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的工作原理(一)-自動化畢業(yè)論文樣本，在線游覽或下載，海量論文供你參考：        目錄 1前言 2 2雙閉環(huán)直流調速系          &

2、#160; 目錄1前言 22雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的工作原理 32.1雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的介紹 32.2雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的組成 42.3雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的穩(wěn)太結構圖和靜特性 52.4雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的數(shù)學模型 62.5雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的起動過程分析 72.6雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的動態(tài)性能分析 82.7雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的動態(tài)性能指標 102.8雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的頻域分析 122.9雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)兩個調節(jié)器的作用 133 MATLAB語言及Simulink 1

3、43.1仿真技術的背景 143.2 Matlab和Simulink簡介 143.3 Matlab建模與仿真 153.4 Simulink仿真工具 153.5控制系統(tǒng)計算機仿真的過程 164 Simulink環(huán)境中的系統(tǒng)模型、仿真結果及分析 184.1電流環(huán)的MATLAB計算及仿真 194.2轉速環(huán)的MATLAB計算及仿真 245總結 30附錄 31參考文獻 36致謝 371前言 許多生產機械要求在一定的范圍內進行速度的平滑調節(jié)，并且要求具有良好的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)性能。而直

4、流調速系統(tǒng)調速范圍廣、靜差率小、穩(wěn)定性好以及具有良好的動態(tài)性能，在高性能的拖動技術領域中，相當長時期內幾乎都采用直流電力拖動系統(tǒng)。雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)是直流調速控制系統(tǒng)中發(fā)展得最為成熟，應用非常廣泛的電力傳動系統(tǒng)。  由于該系統(tǒng)的結構較復雜，控制器可調參數(shù)較多，所以整個系統(tǒng)的設計和校正比較困難，需要有一個功能全面、分析方便的仿真設計平臺。傳統(tǒng)的仿真設計平臺主要是VC和Delphi等高級語言環(huán)境，需要做大量的底層代碼編寫工作，很不方便，效率不高，仿真結果也不直觀。自從MATLAB的Simulink推出以后，動態(tài)系統(tǒng)的仿真就變得非常容易了。因其含有極為豐富的專用于控制工程與系統(tǒng)分析的函數(shù)，

5、具有強大的數(shù)學計算功能，且提供方便的圖形繪制功能，只要在Simulink中畫出系統(tǒng)的動態(tài)結構圖模型，編寫極簡單的程序，即可對該系統(tǒng)進行仿真，效率極高，環(huán)境友好，從而給系統(tǒng)的設計和校正帶來很大的方便。Matlab在學術和許多實際領域都得到廣泛應用，已成為國際控制界應用最廣的語言和工具。 本課題主要是在Simulink環(huán)境中對雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)進行仿真設計，具體內容有：對電流調節(jié)器和轉速調節(jié)器進行校正設計；對電流環(huán)和轉速環(huán)進行時域和頻域分析；對調速系統(tǒng)進行跟隨性和抗擾性分析。 2雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的工作原理2.1雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的介紹 雙閉環(huán)（轉速環(huán)、電流環(huán)）直流調

6、速系統(tǒng)是一種當前應用廣泛，經濟，適用的電力傳動系統(tǒng)。它具有動態(tài)響應快、抗干擾能力強的優(yōu)點。我們知道反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)具有良好的抗擾性能，它對于被反饋環(huán)的前向通道上的一切擾動作用都能有效的加以抑制。采用轉速負反饋和PI調節(jié)器的單閉環(huán)調速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實現(xiàn)轉速無靜差。但如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，例如要求起制動、突加負載動態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。這主要是因為在單閉環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來控制動態(tài)過程的電流或轉矩。  在單閉環(huán)系統(tǒng)中，只有電流截止負反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的。但它只是在超過臨界電流值以后，靠強烈的負反饋作用限制電流的沖擊，并不能很理想的控

7、制電流的動態(tài)波形。帶電流截止負反饋的單閉環(huán)調速系統(tǒng)起動時的電流和轉速波形如圖2-1a所示。當電流從最大值降低下來以后，電機轉矩也隨之減小，因而加速過程必然拖長。 在實際工作中,我們希望在電機最大電流（轉矩）受限的條件下，充分利用電機的允許過載能力，最好是在過渡過程中始終保持電流（轉矩）為允許最大值，使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動，到達穩(wěn)定轉速后，又讓電流立即降下來，使轉矩馬上與負載相平衡，從而轉入穩(wěn)態(tài)運行。這樣的理想起動過程波形如圖2-1b所示，這時，啟動電流成方波形，而轉速是線性增長的。這是在最大電流（轉矩）受限的條件下調速系統(tǒng)所能得到的最快的起動過程。 (a)帶

8、電流截止負反饋的單閉環(huán)調速系統(tǒng)起動過程            (b)理想快速起動過程(a)Current deadline with a single negative feedback loop        (b)an ideal quick start process speed control system starting process圖2-1  調速系統(tǒng)起動過程的電流和轉速波形Fig

9、2-1  speed system start of the current process and speed waveform 實際上，由于主電路電感的作用，電流不能突跳，為了實現(xiàn)在允許條件下最快啟動，關鍵是要獲得一段使電流保持為最大值的恒流過程，按照反饋控制規(guī)律，采用某個物理量的負反饋就可以保持該量基本不變1，那么采用電流負反饋就能得到近似的恒流過程。問題是希望在啟動過程中只有電流負反饋，而不能讓它和轉速負反饋同時加到一個調節(jié)器的輸入端，到達穩(wěn)態(tài)轉速后，又希望只要轉速負反饋，不再靠電流負反饋發(fā)揮主作用，因此我們采用雙閉環(huán)調速系統(tǒng)。這樣就能做到既存在轉速和電流兩種負反饋

10、作用又能使它們作用在不同的階段。 2.2雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的組成 為了實現(xiàn)轉速和電流兩種負反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設置了兩個調節(jié)器，分別調節(jié)轉速和電流，二者之間實行串級連接，如圖2-2所示，即把轉速調節(jié)器的輸出當作電流調節(jié)器的輸入，再用電流調節(jié)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。從閉環(huán)結構上看，電流調節(jié)環(huán)在里面，叫做內環(huán)；轉速環(huán)在外面，叫做外環(huán)。這樣就形成了轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)。 該雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的兩個調節(jié)器ASR和ACR一般都采用PI1調節(jié)器。因為PI調節(jié)器作為校正裝置既可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度1，使系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運行時得到無靜差調   &#

11、160; 2013-06-22 01:01        導讀：速，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性1；作為控制器時又能兼顧快速響應和消除靜差兩方面的要求。一般的調速系統(tǒng)要求以穩(wěn)和準為主，采用PI調節(jié)器便能保證系統(tǒng)        速，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性1；作為控制器時又能兼顧快速響應和消除靜差兩方面的要求。一般的調速系統(tǒng)要求以穩(wěn)和準為主，采用PI調節(jié)器便能保證系統(tǒng)獲得良好的靜態(tài)和動態(tài)性能。 圖2-2  轉速、電流雙閉環(huán)直流調速

12、系統(tǒng)Fig2-2  rotation、current double closed loop DC rotation regulation systemU*n、Un轉速給定電壓和轉速反饋電壓U*i、Ui電流給定電壓和電流反饋電壓 ASR轉速調節(jié)器     ACR電流調節(jié)器     TG測速發(fā)電機 TA電流互感器     UPE電力電子變換器2.3雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的穩(wěn)太結構圖和靜特性 首先要畫出雙閉環(huán)直流系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結構圖2-3a，分析雙閉

13、環(huán)調速系統(tǒng)靜特性的關鍵是掌握PI調節(jié)器的穩(wěn)太特征。一般存在兩種狀況：飽和輸出達到限幅值；不飽和輸出未達到限幅值。當調節(jié)器飽和時，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，相當與使該調節(jié)環(huán)開環(huán)。當調節(jié)器不飽和時，PI作用使輸入偏差電壓1在穩(wěn)太時總是為零。圖2-3a  雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結構圖Fig2-3a  Double-loop speed control system of steady-state chart轉速反饋系數(shù)   電流反饋系數(shù)Speed feedback coefficient      C

14、urrent feedback coefficient 實際上，在正常運行時，電流調節(jié)器是不會達到飽和狀態(tài)的。因此，對靜特性來說，只有轉速調節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。 （一）轉速調節(jié)器不飽和 此時兩個調節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時，他們的輸入偏差電壓都為零，即 由得：從而得到圖2-3b靜特性的n0-A段。 由，且ASR不飽和得：，說明n0-A段靜特性從(理想空載狀態(tài))一直延續(xù)到，而一般都大于額定電流的。  （二）轉速調節(jié)器飽和 此時，ASR輸出達到限幅值，轉速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉速的變化對系統(tǒng)不再產生影響。雙閉環(huán)變成一個電流無靜差的單閉環(huán)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時有：從而得到圖2-3b靜特性的A-