帶電流截止負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速直流調(diào)速matlab仿真DOC

1、十閡厶丈寧1華東）CHINAUNIVERSITYOFPETROLEUM帶電流截止負(fù)反饋轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真2015年4月目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 一、設(shè)計參數(shù)1 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 二、設(shè)計背景12.1問題的提出12.2解決辦法1 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 三、帶電流截止負(fù)反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)23.1總原理圖23.2電流截止反饋環(huán)節(jié)23.3帶電流截止負(fù)反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)

2、構(gòu)框圖和靜特性3 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 四、參數(shù)設(shè)計54.1基本參數(shù)的計算54.2判別系統(tǒng)穩(wěn)定性64.3PI調(diào)節(jié)器的設(shè)計74.4取樣電阻的選擇10 HYPERLINK l bookmark142 o Current Document 五、Matlab建模與仿真105.1帶PI調(diào)節(jié)器的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)105.2加入電流截止負(fù)反饋11 HYPERLINK l bookmark144 o Current Document 六、波形分析及結(jié)論166.1沒有電流截止負(fù)反饋166.2加上電流截止負(fù)反饋166.3結(jié)論16帶電流截止負(fù)反饋單閉環(huán)直流

3、調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真 一、設(shè)計參數(shù)電動機(jī)：額定數(shù)據(jù)為P=3kW，U=220V，I=17.5A，n=1500r/min，電NNNN樞電阻R=12G，GD2=3.53N-m2；a晶閘管觸發(fā)整流裝置：三相橋式可控整流電路，整流變壓器Y/Y聯(lián)結(jié)，二次線電壓U=230V，二次線電壓電壓放大系數(shù)K=44；2lsV-M系統(tǒng)電樞回路總電阻2.8Q；要求：生產(chǎn)機(jī)械要求調(diào)速范圍D二10，靜差率SU時，二極管導(dǎo)通，電流負(fù)反饋信號Ui即可加到放大器上去；當(dāng)IRUdscomdscom時，二極管截止，u.即消失。顯然，在這一線路中，截止電流I=uR。1dcrcoms圖2利用獨(dú)立直流電源作比較電壓3.3帶電流截止負(fù)反饋閉環(huán)

4、直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖和靜特性電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)的輸入輸出特性如圖4所示，它表明：當(dāng)輸入信號（IR-U）為dscom正值時，輸出和輸入相等；當(dāng)（IR-U）為負(fù)值時，輸出為零。這是一個非線性環(huán)節(jié)（兩dscom段線性環(huán)節(jié)），將它畫在方框中，再和系統(tǒng)的其它部分聯(lián)接起來，即得帶電流截截止負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖5所示，圖中U表示電流負(fù)反饋信號電壓，U表示轉(zhuǎn)速負(fù)反饋1n信號電壓。O12%）圖4電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)的輸入-輸出特性由圖5可寫出該系統(tǒng)兩段靜特性的方程式。當(dāng)II后，引入了電流負(fù)反饋，靜特性變成ddcr對應(yīng)上式的靜特性如圖6圖6帶電流截止負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性電流負(fù)反饋被截止時相當(dāng)于圖

5、中的CA段，它就是閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)本身的靜特性，顯然是比較硬的。電流負(fù)反饋起作用后，相當(dāng)于圖中的的AB段。我們可以看出，AB段和CA段相比有兩個特點(diǎn)：1）電流負(fù)反饋的作用相當(dāng)于在主電路中串入一個大電阻KKR，因而穩(wěn)態(tài)速降極pss大，特性急劇下垂。2）比較電壓U與給定電壓U*的作用一致，好像把理想空載轉(zhuǎn)速提高到comnKK(U*+U)npsncom0C(1+Ke即把n提高到圖中的D點(diǎn)。當(dāng)然，圖中用虛線畫出的DA段實(shí)際上是不起作用的。0這樣的兩段式靜特性常稱作下垂特性或挖土機(jī)特性。當(dāng)挖土機(jī)遇到堅硬的石塊而過載時，電動機(jī)停下，電流也不過是堵轉(zhuǎn)電流I，令n=0，得dblKK（U*+U）I二psncomdb

6、lR+KKRpss一般KKRR，因此pssU*+UQncomdbiRsIdbl應(yīng)小于電動機(jī)允許的最大電流，一般為（152）In另一方面，從調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能上看，希望CA段的運(yùn)行乏味足夠大，截至電流I應(yīng)大于點(diǎn)擊的額定電流。例如Idcrdcr（1.11.2）I。這些就是設(shè)計電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)參數(shù)的依據(jù)。N四、參數(shù)設(shè)計4.1基本參數(shù)的計算電動機(jī)的電動勢系數(shù)U-IRNNanN0.1327V-min/r220-17.5xl.2“./V-mm/r=1500當(dāng)滿足調(diào)速范圍D二10，靜差率S369.25-1_119.673.06轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)U*UnnN101500_000667運(yùn)算放大器系數(shù)119.67-_

7、54.11paKC0.00667x440.1327se4.2判別系統(tǒng)穩(wěn)定性(5%10%)IN時仍能連續(xù),首先應(yīng)確定主電路的電感值，用以計算電磁時間常數(shù)。為了保證最小電流Idmin_L_0.693衛(wèi)Idmin現(xiàn)在_聖V_132.8V2v3119.67，因此，此閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。4.3PI調(diào)節(jié)器的設(shè)計在設(shè)計閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)時，常常會遇到動態(tài)穩(wěn)定性與穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)發(fā)生矛盾的情況,這時，必須設(shè)計一個合適的動態(tài)校正裝置，用它來改造系統(tǒng)，使它同時滿足動態(tài)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)兩方面要求。動態(tài)校正的方法很多，而且對于一個系統(tǒng)來說,能夠符合要求的校正方案也不是唯一的。在電力拖動自動控制系統(tǒng)中，最常用的是串聯(lián)校正和反饋校

8、正。串聯(lián)校正比較簡單，也容易實(shí)現(xiàn)。對于帶電力電子變換器的直流閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，由于其傳遞函數(shù)的階次較低，一般采用PID調(diào)節(jié)器的串聯(lián)校正方案就能完成動態(tài)校正的任務(wù)。PID調(diào)節(jié)器中有PD、PI和PID三種類型。由于PD調(diào)節(jié)器構(gòu)成的超前校正，可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度，并獲得足夠的快速性，但穩(wěn)定精度可能受到影響；由PI調(diào)節(jié)器構(gòu)成的滯后校正，可以保證穩(wěn)定精度，卻是以對快速性的限制來換取系統(tǒng)穩(wěn)定的。一般調(diào)速系統(tǒng)的要求以動態(tài)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)精度為主，對快速性要求差一些，所以采用PI調(diào)節(jié)器?，F(xiàn)在我們利用PI調(diào)節(jié)器來校正，原始系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)KW(s)二(Ts+1)(TTs2+Ts+1)TOC o 1-5 h zsm1m

9、已知T=0.00167s，T=0.02346s，T=0.15674s，K=119.67，在這里，T4T，s1mm1因此分母中的二次項(TTs2+Ts+1)可以分成兩個一次項之積，即m1mTTs2+Ts+1二0.003677s2+0.15674s+1mlm二(0.12802s+l)(0.02872s+1)于是，原始閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)是W(s)=119.67(0.00167s+1)(0.12802s+1)(0.02872s+1)相應(yīng)的閉環(huán)對數(shù)幅頻及相頻特性如圖7,其中三個轉(zhuǎn)折頻率分別為11,=7.81s-11T0.12802s1=34.82s-1T0.02872s2w=598.80s-1T0.

10、00167s3而20lgK=201g119.67=41.56dB由圖7可見，相角裕度Y和增益裕度GM都是負(fù)值，所以原始閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。這與以上的判斷一致?？紤]原始系統(tǒng)中已包含放大系數(shù)為K的比例調(diào)節(jié)器，現(xiàn)在換成PI調(diào)節(jié)器，它在原始P系統(tǒng)的基礎(chǔ)上先添加的傳遞函數(shù)為1KTs+1W(s)=piKpiKTsTOC o 1-5 h zpp由于原始系統(tǒng)不穩(wěn)定，表現(xiàn)為放大系數(shù)K過大，截止頻率過高，應(yīng)該設(shè)法把它們壓下來。因此，把校正環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)折頻率，1/K.T設(shè)置在遠(yuǎn)低于原始系統(tǒng)截止頻率處。可令T=T，ic11使校正裝置的比例微分項KTs+1與原始系統(tǒng)中時間常數(shù)最大的慣性環(huán)節(jié)1Ts+1對消，從pi1而選定KT=T

11、。i1-500Gm=-1.51dB(at161rad/s).Pm=-2.48deg(at仃5rad/s)2W旳L-d-90-270其次，為了使校正后的系統(tǒng)具有足夠的穩(wěn)定裕度，它的對數(shù)幅頻特性應(yīng)以-20dB/dec的頻率穿過0dB先,即使c21-OT2取Ke二T二0.12802sPi1為了使c2(1.11.2)I，dcrN即：19.2521AIdbl一般為52）In，即:262535A_U=comIdIdblU+U*eomnRs，則Idbl取值不能小于：IminU*10n二二0.470I21dbl且R如果過小,會導(dǎo)致Idbl不符合要求但是，考慮到實(shí)際采樣電阻功耗不可以過大，所以采用取樣電阻：Rs

12、=1mQ，之后采樣電壓經(jīng)過運(yùn)放放大1000倍（等效電阻為1Q）帶電流截止負(fù)反饋單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真五、Matlab建模與仿真5.1帶PI調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)圖：空載轉(zhuǎn)速波形圖:QV_14空載電流波形圖A.L11空載時Ud、Ud-E、Id波形圖:帶電流截止負(fù)反饋單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真 5.2加入電流截止負(fù)反饋總結(jié)構(gòu)圖：空載轉(zhuǎn)速波形圖:額定負(fù)載轉(zhuǎn)速波形圖:1600!1I140012001000800E00400200nIX/7/-2001I0額定負(fù)載轉(zhuǎn)速電流波形圖：11.522.5；35-3025-20-II!:_15-10-5-門:r/.*,|.|亡*|j、亠E

13、02S時加擾動）但總電樞電流不超過臨界轉(zhuǎn)速波形圖：22.53六、波形分析及結(jié)論61沒有電流截止負(fù)反饋由上面的波形可以看出，在沒有電流截止負(fù)反饋的時候，無論是空載還是額定負(fù)載下，轉(zhuǎn)速的超調(diào)量均在20%以上，電流達(dá)到250A，調(diào)節(jié)時間在0.3s左右，我們可以看出空載電流的最大值很大，這是由于PI調(diào)節(jié)器的作用，起始電壓U=1O8OV，E=0，U全部加在dd了電機(jī)系統(tǒng)電阻R=2.8Q上，I二UR二385.7A，由于電磁時間常數(shù)中電感的平波作用，ddI起始值為250A左右，起始電流非常大，但是只是瞬時值，電機(jī)允許。d6.2加上電流截止負(fù)反饋由上面的波形可以看出，在加上電流截止負(fù)反饋后，在空載的時候，超調(diào)量降到2%左右，空載電流也降