單閉環(huán)電壓負(fù)反饋調(diào)速(共12頁)

1、單閉環(huán)電壓(diny)負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)(xtng)的動(dòng)態(tài)建模與仿真學(xué)院(xuyun)：姓名：學(xué)號(hào)： 時(shí)間：目錄(ml)TOC o 1-2 h u HYPERLINK l _Toc10091 一、課題(kt)要求 PAGEREF _Toc10091 - 1 - HYPERLINK l _Toc25540 1設(shè)計(jì)(shj)題目 PAGEREF _Toc25540 - 1 - HYPERLINK l _Toc10680 2設(shè)計(jì)內(nèi)容 PAGEREF _Toc10680 - 1 - HYPERLINK l _Toc212 3設(shè)計(jì)要求 PAGEREF _Toc212 - 1 - HYPERLINK l _T

2、oc29386 4 . 控制對(duì)象參數(shù) PAGEREF _Toc29386 - 1 - HYPERLINK l _Toc8311 二、設(shè)計(jì)方案 PAGEREF _Toc8311 - 2 - HYPERLINK l _Toc4215 1、概述 PAGEREF _Toc4215 - 2 - HYPERLINK l _Toc2636 2、電壓負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)的原理 PAGEREF _Toc2636 - 2 - HYPERLINK l _Toc24698 三、參數(shù)計(jì)算 PAGEREF _Toc24698 - 4 - HYPERLINK l _Toc28508 四、單閉環(huán)電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型 P

3、AGEREF _Toc28508 - 5 - HYPERLINK l _Toc14629 1. 單閉環(huán)電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型的建立 PAGEREF _Toc14629 - 5 - HYPERLINK l _Toc14444 2.開環(huán)帶擾動(dòng)無電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的仿真結(jié)果 PAGEREF _Toc14444 - 6 - HYPERLINK l _Toc9442 3. 單閉環(huán)不帶擾動(dòng)電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的仿真結(jié)果 PAGEREF _Toc9442 - 6 - HYPERLINK l _Toc24597 4. 單閉環(huán)帶擾動(dòng)電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的仿真結(jié)果 PAGEREF _Toc24597 - 7 -

4、 HYPERLINK l _Toc11886 五、實(shí)訓(xùn)心得： PAGEREF _Toc11886 - 9 -Matlab仿真實(shí)訓(xùn) PAGE - 9 -課題(kt)要求1設(shè)計(jì)(shj)題目5) 單閉環(huán)電壓(diny)負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)建模與仿真2設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）設(shè)計(jì)系統(tǒng)各單元電路和主控電路；（2）分析并測(cè)定系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的輸入輸出特性及其參數(shù)，調(diào)試各單元電路； （3）系統(tǒng)性能分析與程序設(shè)計(jì)； （4）系統(tǒng)校正，修正系統(tǒng)靜、動(dòng)態(tài)性能。3設(shè)計(jì)要求（1）初步掌握控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)的基本方法。包括設(shè)計(jì)任務(wù)，進(jìn)行計(jì)題目的方案論證。通過調(diào)查研究、設(shè)計(jì)計(jì)算，確定方案，寫出總結(jié)報(bào)告。（2）培養(yǎng)一定的自學(xué)能力和獨(dú)立分

5、析問題、解決問題的能力。包括學(xué)會(huì)自己分析解決問題的方法，對(duì)設(shè)計(jì)中遇到的問題，能通過獨(dú)立思考、查閱工具書、參考文獻(xiàn)，尋找答案。（3）通過嚴(yán)格的科學(xué)訓(xùn)練和工程設(shè)計(jì)實(shí)踐，逐步樹立嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍、實(shí)事求是的科學(xué)作風(fēng)，并培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)際工作中應(yīng)具有的生產(chǎn)觀點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)和全局觀點(diǎn)4 . 控制對(duì)象參數(shù)直流調(diào)速系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)如下:晶閘管三相橋式全控整流電路供電的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng),直流電動(dòng)機(jī):220V,136A,1460r/min,電樞電阻Ra=0.2,允許過載倍數(shù)=1.5;電樞回路總電阻:R=0.5,電樞回路總電感:L= 15mH,電動(dòng)機(jī)軸上的總飛輪力矩:GD2= 22.5Nm2,晶閘管裝置:放大系數(shù)Ks

6、=40,電流反饋系數(shù):=0.05V/A,轉(zhuǎn)速反饋系數(shù):=0.007Vmin/r,濾波時(shí)間常數(shù):Toi=0.002s ,Ton=0.01s。二、設(shè)計(jì)方案1、概述(i sh)直流調(diào)速系統(tǒng)中最基本的形式是目前廣泛應(yīng)用的晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)，采用(ciyng)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)作為轉(zhuǎn)速檢測(cè)元件，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制，再加上一些積分與校正的方法，可以獲得比較滿意的靜動(dòng)態(tài)性能。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，其安裝與維護(hù)都比較麻煩，常常是系統(tǒng)安裝中可靠性的薄弱環(huán)節(jié)。此時(shí)，可用電動(dòng)機(jī)端電壓負(fù)反饋取代轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，構(gòu)成電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)。但這種系統(tǒng)只能維持電動(dòng)機(jī)端電壓恒定，而對(duì)電動(dòng)機(jī)電樞電壓降引起的靜態(tài)速降不能予以抑制，因此系統(tǒng)靜

7、特性較差，只適用于對(duì)精度要求不高的調(diào)速系統(tǒng)。2、電壓(diny)負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)的原理電壓負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)的原理圖如圖2-1所示，圖中作為反饋檢測(cè)元件的只是一個(gè)起分壓作用的電位器。電壓反饋信號(hào)為式中Uu電壓反饋信號(hào)（）； 電壓反饋系數(shù)。圖2-1 電壓(diny)負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)的原理圖這種系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)機(jī)電樞(din sh)電阻Ra引起靜態(tài)速降，電壓負(fù)反饋不能對(duì)它起抑制作用，故必須把主回路總電阻R分成兩部分R=Rr+Ra，Rr為晶閘管整流裝置的內(nèi)阻（含平波電抗器電阻），因而有以下兩個(gè)關(guān)系式：通過繪制結(jié)構(gòu)圖和利用疊加原理和結(jié)構(gòu)圖運(yùn)算規(guī)則，導(dǎo)出電壓(diny)負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性方程如下：

8、式中，K=kPKS。從靜特性方程可見，與開環(huán)系統(tǒng)相比較，電壓負(fù)反饋?zhàn)饔檬拐餮b置內(nèi)阻Rr引起的靜態(tài)速降減小到開環(huán)時(shí)的1/（1+K）,但由于電樞電阻引起的速降IdRa/Ce和開環(huán)時(shí)相同，這一點(diǎn)從結(jié)構(gòu)圖上也可以明顯看出，因?yàn)殡妷贺?fù)反饋系統(tǒng)實(shí)際上只是一個(gè)自動(dòng)調(diào)壓系統(tǒng)，擾動(dòng)量IdRa不被反饋環(huán)包圍，電壓負(fù)反饋系統(tǒng)對(duì)由它引起的速降也就無法克服了。這是電壓負(fù)反饋系統(tǒng)調(diào)速性能指標(biāo)差的一個(gè)重要原因，在電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)中引入電流正反饋可提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)。三、參數(shù)計(jì)算計(jì)算電力拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)帶入數(shù)據(jù)得;所以調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算：如果將電壓反饋(fnku)環(huán)校正為典I系統(tǒng)，調(diào)節(jié)器選用積分調(diào)節(jié)器，由和得所以(s

9、uy)由于(yuy)純積分環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)緩慢，所以考慮在此基礎(chǔ)上采用比例積分調(diào)節(jié)器，且KP=1;電磁時(shí)間常數(shù)：電壓反饋系數(shù)（Un*=5V）四、單閉環(huán)電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)(xtng)的仿真模型1. 單閉環(huán)電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的仿真(fn zhn)模型的建立圖4-1單閉環(huán)電壓(diny)負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型2.開環(huán)帶擾動(dòng)無電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)(xtng)的仿真結(jié)果圖4-2開環(huán)帶擾動(dòng)(rodng)轉(zhuǎn)速波形（擾動(dòng)在2s后加上）由圖可知，在電機(jī)啟動(dòng)2s后加入負(fù)載干擾，電機(jī)轉(zhuǎn)速(zhun s)有原來的1460r/min下降到1000r/min，電機(jī)抗擾能力較差。3. 單閉環(huán)不帶擾動(dòng)電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的仿真結(jié)果（1

10、）轉(zhuǎn)速仿真波形圖4-3轉(zhuǎn)速(zhun s)仿真波形4. 單閉環(huán)帶擾動(dòng)(rodng)電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的仿真結(jié)果（1）轉(zhuǎn)速(zhun s)仿真波形圖4-4轉(zhuǎn)速仿真波形由單閉環(huán)不帶擾動(dòng)電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的仿真結(jié)果和單閉環(huán)帶擾動(dòng)電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的仿真結(jié)果可以看出，在加入擾動(dòng)后轉(zhuǎn)速下降到1255r/min，與開環(huán)控制的系統(tǒng)相比較，轉(zhuǎn)速下降相對(duì)較小些，這是因?yàn)殡妷贺?fù)反饋?zhàn)饔檬拐餮b置內(nèi)阻Rr引起的靜態(tài)速降減小到開環(huán)時(shí)的1/（1+K），其中K=kPKS。這與開環(huán)相比較，電壓負(fù)反饋的抗擾性能相對(duì)較好。電樞電壓Ud的仿真波形由仿真波形可以看出，電機(jī)在啟動(dòng)過程中電壓無超調(diào)，這樣對(duì)設(shè)備保護(hù)有好處；電機(jī)在2s加上

11、額定負(fù)載擾動(dòng)后，電樞電壓迅速上升到額定電壓220v左右，增強(qiáng)帶載能力。圖4-5 電樞(din sh)電壓Ud的仿真波形（3）電樞電流Id的仿真(fn zhn)波形由仿真波形(b xn)可以看出，電機(jī)在啟動(dòng)過程中，電樞電流Id從0迅速上升到246A，在電機(jī)啟動(dòng)結(jié)束進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，電流下降到很小，電流的超調(diào)，加快電機(jī)的啟動(dòng)；在2s加上額定負(fù)載擾動(dòng)，電機(jī)為克服擾動(dòng)，使電流上升到額定電流136A。圖4-6電樞電流Id的仿真波形五、實(shí)訓(xùn)心得(xnd)：這次的實(shí)訓(xùn)是基于我們(w men)學(xué)習(xí)交、直流調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)用matlab軟件進(jìn)行系統(tǒng)仿真。完成本次實(shí)訓(xùn)，我們大致分四步走，第一步，根據(jù)課題所給參數(shù)和各項(xiàng)指標(biāo)

12、計(jì)算并確定各項(xiàng)參數(shù)。針對(duì)我的選題，這一步我需要理解電壓負(fù)反饋的原理，需要掌握電壓負(fù)反饋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，需要學(xué)習(xí)建立電動(dòng)機(jī)和系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型。接下來，主要是運(yùn)用matelab仿真軟件對(duì)系統(tǒng)所選參數(shù)進(jìn)行初步的調(diào)試。這一步我們要學(xué)習(xí)在simulink環(huán)境中建立仿真模型，同時(shí)學(xué)習(xí)調(diào)試參數(shù)和最終的仿真環(huán)節(jié)。第三步，在仿真成功的基礎(chǔ)上，我們?cè)趐rotel軟件中設(shè)計(jì)并繪制各環(huán)節(jié)的電路圖。最后一步，對(duì)所設(shè)計(jì)的電路圖進(jìn)行原理分析。在這四步中，在simulink環(huán)境下建立模型相對(duì)較難，這一次不是原來單一的建立成傳遞函數(shù)的形式，我們會(huì)運(yùn)用到選擇合理的電路模型進(jìn)行一些元器件的封裝，由于該軟件版本的限制條件，我們用不同版

13、本進(jìn)行元器件組合時(shí)出現(xiàn)很多我們無法解決的問題，這無形當(dāng)中增加了實(shí)訓(xùn)的難度。然而，我們?cè)诘谝徊綍r(shí)就遇到很多問題，最棘手的是電壓負(fù)反饋的調(diào)節(jié)器應(yīng)該如何選取，如果使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無靜差，那我們應(yīng)該選用比例積分型調(diào)節(jié)器，但是這里的積分時(shí)間常數(shù)我不知道如何選取，根據(jù)什么選取，等等一系列的問題。面對(duì)這個(gè)問題，我與同學(xué)一起討論過很多次，盡管最終還是沒有一個(gè)比較好的解釋，但是在討論中我們也收獲了很多，更加(gnji)清晰了系統(tǒng)的工作原理，為后面的設(shè)計(jì)做了很好的鋪墊。盡管留給我們的實(shí)訓(xùn)時(shí)間只有一個(gè)周，但是在老師合理的安排和指導(dǎo)下，我們大致能完成系統(tǒng)的仿真，面對(duì)matlab軟件版本帶來的問題，感謝老師在實(shí)訓(xùn)中給予的講解和各種幫助，這使我們又經(jīng)歷了一次互相探討學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。實(shí)訓(xùn)中，讓我進(jìn)一步學(xué)習(xí)如何使用MATLAB軟件進(jìn)行系統(tǒng)的仿真，更重要的是怎樣建立系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型，讓我對(duì)所學(xué)過的知識(shí)有所鞏固和提高，并且讓我更加熟練地掌握了許多專業(yè)知識(shí)以及加強(qiáng)了自己的動(dòng)手能力。在整個(gè)過程中，我學(xué)到了新知識(shí)，增長(zhǎng)了見識(shí)。但在課設(shè)中我也遇到了很多困難，不會(huì)對(duì)元器件進(jìn)行選型，不會(huì)確定元件的參數(shù)，經(jīng)過同學(xué)的指導(dǎo)和自己的嘗試終于能有所感悟。在今后的日子里，我仍然要不斷地充實(shí)自己，爭(zhēng)取在所學(xué)領(lǐng)域有所作