畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯-基于Matlab的雙閉環(huán)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目錄第一章概述第二章串級(jí)調(diào)速原理及特性分析第三章系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真第四章總結(jié)第一章概述1、引言在現(xiàn)代工業(yè)中，為了實(shí)現(xiàn)各種生產(chǎn)工藝過(guò)程的要求，需要采用各種各樣的生產(chǎn)機(jī)械，這些生產(chǎn)機(jī)械大多采用電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。交流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、鞏固耐用、經(jīng)濟(jì)可靠，且能在惡劣的甚至在有易燃易爆性氣體的環(huán)境中平安運(yùn)行，因而被廣泛應(yīng)用。很多國(guó)家一直致力于開(kāi)展交流傳動(dòng)技術(shù)，而且交流調(diào)速系統(tǒng)的方案也早已有多種創(chuàng)造并得到實(shí)際應(yīng)用，但其性能卻始終無(wú)法與直流調(diào)速系統(tǒng)相匹敵。隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的開(kāi)展和電力電子器件的更新?lián)Q代，交流調(diào)速技術(shù)獲得了飛速開(kāi)展，交流調(diào)速系統(tǒng)已從直流調(diào)速的補(bǔ)充手段開(kāi)展到與直流調(diào)速系統(tǒng)相競(jìng)爭(zhēng)、相媲美、相抗衡，并逐漸取代的地位。2、本文研究?jī)?nèi)容本文將著重對(duì)異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理、根本性能等進(jìn)行分析研究；在靜、動(dòng)態(tài)性能要求條件下，進(jìn)行了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)工程設(shè)計(jì)；討論了具有雙閉環(huán)控制的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的工作過(guò)程，并用MATLAB軟件對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行了仿真，證明了系統(tǒng)仿真模型的有效性和可行性。

3、研究的意義串級(jí)調(diào)速是異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)典的調(diào)速方法之一，它可以將異步電動(dòng)機(jī)的功率回饋電網(wǎng)或是轉(zhuǎn)化為機(jī)械能送回到電動(dòng)機(jī)軸上，因此效率高。串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速，低速時(shí)機(jī)械特性也比較硬，是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、開(kāi)展較快、技術(shù)難度較小、性能比較完善的一種控制系統(tǒng)。晶閘管串級(jí)調(diào)速技術(shù)除可用于新設(shè)備設(shè)計(jì)外，還可用于對(duì)舊設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，這樣不僅能改善調(diào)速性能，又可以節(jié)約能源。因此，研究和應(yīng)用串級(jí)調(diào)速技術(shù)具有極大的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)意義。第二章繞線式異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速原理及特性分析一、串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)原理分析1、交流調(diào)速系統(tǒng)的分類從交流電機(jī)轉(zhuǎn)速表達(dá)式：可歸納出三類調(diào)速方法：變極對(duì)數(shù)p的調(diào)速、變轉(zhuǎn)差率s調(diào)速及變電源頻率f1調(diào)速。從能量轉(zhuǎn)換的角度，根據(jù)轉(zhuǎn)差功率的流向可以把異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)分成以下三種類型：〔1〕轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)：轉(zhuǎn)差功率全部轉(zhuǎn)化成熱能而被消耗掉。特點(diǎn)：系統(tǒng)的效率低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。調(diào)壓調(diào)速、繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)屬于此類?！?〕轉(zhuǎn)差功率回饋型調(diào)速系統(tǒng)——轉(zhuǎn)差功率的少局部被消耗掉，大局部通過(guò)變流裝置回饋給電網(wǎng)或者轉(zhuǎn)化為機(jī)械能予以利用。特點(diǎn)：效率高。串級(jí)調(diào)速屬該類系統(tǒng)。〔3〕轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)——調(diào)速過(guò)程中，轉(zhuǎn)差功率根本不變。特點(diǎn)：效率最高。變極調(diào)速、變頻調(diào)速系統(tǒng)屬于此類。2、串級(jí)調(diào)速原理在轉(zhuǎn)子回路中串入與轉(zhuǎn)子電勢(shì)同頻率的附加電勢(shì)，通過(guò)改變附加電勢(shì)的幅值和相位實(shí)現(xiàn)調(diào)速。如在轉(zhuǎn)子回路中引入一個(gè)頻率與轉(zhuǎn)子電勢(shì)相同，而相位相反的附加電動(dòng)勢(shì)時(shí)，由可見(jiàn)，改變Ef的大小，可使電動(dòng)機(jī)在同步轉(zhuǎn)速以下調(diào)速，即得到低于同步轉(zhuǎn)速的速度，故稱為次同步串級(jí)調(diào)速。同理，如果在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串入一個(gè)與sE20同相位的附加電動(dòng)勢(shì)時(shí)，轉(zhuǎn)子電流為改變Ef的大小，可使電動(dòng)機(jī)在高于同步轉(zhuǎn)速的方向調(diào)速，即得到高于同步轉(zhuǎn)速的速度，故稱為超同步串級(jí)調(diào)速。3、串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的根本類型工程上獲取與轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)sE20反相位同頻率且頻率隨轉(zhuǎn)子頻率變化的交流變頻電源Ef比較困難，所以在次同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中采用整流器將轉(zhuǎn)子電勢(shì)sE20整流為直流電勢(shì)，再與轉(zhuǎn)子回路中串入的直流附加電動(dòng)勢(shì)Eβ進(jìn)行比較。而可調(diào)直流附加電動(dòng)勢(shì)Eβ在工程上比較容易實(shí)現(xiàn)。按產(chǎn)生直流附加電勢(shì)方式的不同，次同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)可分為電氣串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)和機(jī)械串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。

（1）電氣串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)中，直流附加電勢(shì)Eβ由逆變器UI產(chǎn)生，改變逆變角就改變了逆變電勢(shì)，相當(dāng)于改變了直流附加電動(dòng)勢(shì)Eβ，可實(shí)現(xiàn)串級(jí)調(diào)速。在不考慮損耗的情況下，電機(jī)軸輸出機(jī)械功率為：，角速度，則電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩為：，恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速特性?！?〕機(jī)械串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)機(jī)械串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成如以下圖所示。直流附加電勢(shì)Eβ由直流電機(jī)產(chǎn)生，通過(guò)改變電機(jī)的勵(lì)磁電流大小可改變電樞電勢(shì)，相當(dāng)于改變直流附加電勢(shì)Eβ的值，實(shí)現(xiàn)串級(jí)調(diào)速。在不考慮損耗的情況下，電機(jī)軸輸出機(jī)械功率為：〔1-s〕P2+sP2=P2=常數(shù)。具有恒功率調(diào)速特性。二、串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性與最大轉(zhuǎn)矩因轉(zhuǎn)子整流器有第一和第二工作狀態(tài)，所以串調(diào)系統(tǒng)機(jī)械特性也有第一和第二兩個(gè)工作區(qū)。串調(diào)系統(tǒng)的額定工作點(diǎn)位于機(jī)械特性第一工作區(qū)；串調(diào)系統(tǒng)在該區(qū)的過(guò)載能力比繞線式異步電機(jī)固有特性的過(guò)載能力降低了17％左右。而最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生在第二工作區(qū)。串調(diào)系統(tǒng)的機(jī)械特性比繞線異步電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性軟，最大轉(zhuǎn)矩比固有機(jī)械特性的小。第三章雙閉環(huán)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.雙閉環(huán)串調(diào)系統(tǒng)的組成右圖為雙閉環(huán)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的組成框圖

2.串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速過(guò)程

3、閉環(huán)串調(diào)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖雙閉環(huán)串調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)根本相同，通常也采用工程設(shè)計(jì)方法。即先設(shè)計(jì)電流環(huán)，然后把設(shè)計(jì)好的電流環(huán)看作是速度環(huán)中的一個(gè)等效環(huán)節(jié)，再進(jìn)行轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)。應(yīng)用工程設(shè)計(jì)方法進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，電流環(huán)宜按典Ⅰ系統(tǒng)設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)速環(huán)宜按典Ⅱ系統(tǒng)設(shè)計(jì)。上圖為雙閉環(huán)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖

4、仿真結(jié)果〔1〕給定輸入為階躍響應(yīng)從右圖仿真結(jié)果可以看出，穩(wěn)態(tài)時(shí)仿真系統(tǒng)的實(shí)際轉(zhuǎn)速能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)給定轉(zhuǎn)速的良好跟隨，且穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差。〔2〕給定輸入為斜坡信號(hào)從右圖的仿真波形可以看出，仿真系統(tǒng)對(duì)斜坡信號(hào)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)跟蹤性都比較好。第四章總結(jié)通過(guò)對(duì)雙閉環(huán)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的仿真和分析可得出以下結(jié)論：(1)以系統(tǒng)的電氣原理圖為根底，直接用SIMULINK工具箱的元件模塊就可以進(jìn)行系統(tǒng)的建模和仿真，這種仿真方法簡(jiǎn)單、直觀且建模時(shí)間短。(2)用面向系統(tǒng)電氣原