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、<p>　　課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(論文)</p><p>　　題 目 轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流系統(tǒng)的仿真</p><p>　　課 程 名 稱 電機(jī)控制設(shè)計(jì) </p><p>　　院 系 </p><p>　　專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 </p><p>

2、　　班 級(jí) </p><p>　　學(xué) 生 姓 名 </p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　設(shè) 計(jì) 地 點(diǎn) </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師 </p><p>&

3、lt;b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　課程名稱 電機(jī)控制技術(shù) </p><p>　　(院系.部中心) </p><p>　　專業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 </p><p>　　班級(jí) </p><p>　　起止日期

4、 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p><b>　　一、摘 要</b></p><p>　　《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(guò)理論和實(shí)際相結(jié)合，應(yīng)用自動(dòng)控制系統(tǒng)理論解決電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)問(wèn)題，在運(yùn)用中注重控制規(guī)律。&

5、lt;/p><p>　　本文通過(guò)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)

6、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。</p><p><b>　　二、總體方案設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1、控制原理</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，所設(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

7、機(jī)的無(wú)極平滑調(diào)速。</p><p>　　所以，設(shè)計(jì)如下的原理圖：</p><p>　　圖1、單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖</p><p>　　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(guò)電力電子變換器來(lái)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。</p><p>　　這里，電

8、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。</p><p>　　所以，更具體的原理圖如下：</p><p>　　圖2、單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)具體原理圖</p><p><b>　　2、控制結(jié)構(gòu)圖</b></p><p>　　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，

9、就得到了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖。</p><p>　　圖3、單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　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。</p><p>　　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)

10、機(jī)是一個(gè)二階線性環(huán)節(jié)。</p><p>　　所以，可以得到如下的框圖：</p><p>　　圖4、單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　三、參數(shù)計(jì)算</b></p><p>　　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

11、制論對(duì)系統(tǒng)的分析。</p><p>　　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?。?lt;/p><p>　　電動(dòng)機(jī)：PN=10kw UN=220v IdN=55A nN=1000rpm Ra=0.5Ω</p><p>　　晶閘管整流裝置：二次線電壓E2l=230v Ks=44</p><

12、p>　　主回路總電阻：R=1Ω</p><p>　　測(cè)速發(fā)電機(jī)：PNc=23.1kw UNc=110v IdN=0.21A nNc=1900rpm</p><p>　　系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分：飛輪矩GD2=10Nm2 </p><p>　　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)</p><p><b&g

13、t;　　1</b></p><p>　　2、動(dòng)態(tài)參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　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。</p><p>　　由圖4，得系統(tǒng)開環(huán)傳函</p><p&g

14、t;　　其中,Ts晶閘管裝置滯后時(shí)間常數(shù) </p><p><b>　　Tm機(jī)電時(shí)間常數(shù) </b></p><p><b>　　Tl：電磁時(shí)間常數(shù)</b></p><p><b>　　主電路電感值L</b></p><p>　　根據(jù)要求在主回路電流為額定值10﹪時(shí)，電流仍連續(xù)

15、。</p><p>　　結(jié)合抑制電流脈動(dòng)的措施中關(guān)于L的討論，得：</p><p><b>　　公式：</b></p><p>　　其中，整流變壓器副邊額定相電壓（二次相電壓）</p><p>　　得：L=0.017H</p><p><b>　　其他未知參數(shù)計(jì)算</b>&l

16、t;/p><p>　　電磁時(shí)間常數(shù) </p><p><b>　　機(jī)電時(shí)間常數(shù)</b></p><p>　　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 </p><p><b>　　系統(tǒng)傳函為：</b></p><p><

17、;b>　　四、穩(wěn)定性分析</b></p><p>　　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。</p><p>　　1、基于經(jīng)典自控理論得分析</p><p><b>　　根據(jù)系統(tǒng)閉環(huán)傳函</b></p><p><b>　　特征方程</b></p&g

18、t;<p>　　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 </p><p><b>　　代入整理得：</b></p><p><b>　　或</b></p><p><b>　　所以：</b></p><p><b>　　把所得參數(shù)代入

19、</b></p><p>　　就是說(shuō)，k小于49.4系統(tǒng)才穩(wěn)定。</p><p>　　但是，按穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo)要求計(jì)算出的要K ≥53.3</p><p><b>　　它們是矛盾的。</b></p><p>　　所以，當(dāng)前的系統(tǒng)是不滿足要求的。</p><p>　　在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)有

20、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？</p><p><b>　　答：答：</b></p><p>　?。?）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，</p><p>　　控制電壓減小，故輸出電壓減小。</p><p&

21、gt;　　（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</p><p>　　在轉(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？</p><p>　　（1）放大器的放大系數(shù)Kp。</p><p>　　（2）供電電網(wǎng)電壓Ud。</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α。</p>

22、<p>　　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</p><p>　　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。</p><p><b>　?。?）有。</b></p><p><b>　?。?）沒(méi)有。</b></p>

23、;<p>　　直流電動(dòng)機(jī)有哪幾種調(diào)速方法？個(gè)有什么特點(diǎn)？</p><p>　　答 ：調(diào)壓調(diào)速，弱磁調(diào)速，轉(zhuǎn)子回路串電阻。</p><p><b>　　體會(huì)心得</b></p><p>　　通過(guò)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，對(duì)所設(shè)計(jì)的單閉環(huán)負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)的階躍信號(hào)