电力拖动自动控制系统课程设计.doc

电力拖动运动控制课程设计 电力拖动自动控制系统课程设计基于转速负反馈闭环调速系统的matlab7.1仿真基于转速、电流反馈控制直流调速系统的matlab7.1仿真学院班级：自动化学院09电本二指导老师： xxx 姓 名： 邹xx 学 号： 20091041xxx 日 期： 2012-6-14 （一）基于转速负反馈闭环调速系统的 matlab7.1 仿真1、 设计思路转速闭环控制可以降低转速降落，降低转差率，扩大调速范围。根据自动控制原理，采用了PI调节器，加大比例系数可以减少静差，积分环节的加入有助于消除系统静差。但Kp过大时，会使动态品质变坏；而在Kp不变的情况下，积分时间过小，将使稳定性降低，振荡加剧等。总的来说，matlab只需要调节两个参数：（1）比例系数Kp，参数由小到大调节（2）积分系数Ki（1/），1/参数是倒数，所以由小到大调节（下面把Ki定义为Ti）2、 系统的各环节参数设置1、直流电动机：额定电压 U N = 220V 额定电流 I dN = 55 A 额定转速 nN = 1000r/ min 电动机电势系数 Ce = 0.192V min/ r2、晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数 K s = 44 滞后时间常数 Ts = 0.00167s3、电枢回路总电阻 R = 1.0 电枢回路电磁时间常数 Tl = 0.00167s 电力拖动系统机电时间常数 Tm = 0.075s4、转速反馈系数 = 0.01V min /r5、 对应额定转速时的给定电压 U n = 10V6、 PI 调节器的直暂定为 Kp=0.56 ,Ti=1/=11.43三、比例积分控制的直流调速系统的仿真框图四、建立 matlab 仿真模块模块地方数目Step（阶跃输入模块）Source 组1个Sum （加法器模块）Math Operations 组3个Gain（增益模块）Math Operations 组4个Transfer Fcn（控制器模块）Continuous 组3个Integrator(积分模块)Continuous 组1个Scope（示波器模块）Sinks 组2个5、 仿真图初值效果1.系统框图2. 参数设计(1) 在本例中，额定转速的给定是10V，所以修改step time=1,final time=10(2) PI调节器的比例环节的Kp初值=0.56，积分时间Ti初值=11.43（3） 把积分饱和值改为-1010，键入传递函数模块数据，键入增益比值，仿真时间修改为00.6s。如下图所示。（4） 效果图如下：超调量大6、 调节比例积分参数Kp，Ti（1）比例系数Kp，参数一般是由小到大调节（2）积分系数Ki（1/），因为是倒数，所以参数一般是由小到大调节1.只调节kp时，由小变大调节，会发现加大kp，会加快系统的响应，但超调量大。2. 只调节Ti时，由大变小调节，会发现静差变小，甚至消除静差，实现无静差调速。3. 同时调节参数kp，Ti，发现要消除静差，就要牺牲快速性；因为没有引进微分，所以会存在一定的超调，是不可避免的。当kp=0.8，Ti=14时响应的超调略微小，快速性适中。7、 与暂定值比较（二）基于转速、电流反馈控制直流调速系统的 matlab7.1 仿真一、设计思路设计转速、电流反馈控制直流调速系统的原则是先内环后外环。1、从电流环（内环）开始，对其进行必要的变换和近似处理，然后根据电流环的控制要求确定把它校正成哪一类典型系统。2、再按照控制对象确定电流调节器的类型，按动态性能指标要求确定电流调节器的参数。3、电流环设计完成后，把电流环等效成转速环（外环）中的一个环节，再用同样的方法设计转速环。总体来说：matlab 仿真主要做：（1）电流调节器（内环）（2）把电流环等效成转速环（外环）二、系统的各环节参数设置双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路的参数1、直流电动机：220V，136A，1460r/min，Ce=0.132Vmin/r，允许过载倍数=1.5；2、晶闸管装置放大系数：Ks=40；3、电枢回路总电阻：R=0.5；4、时间常数：Ti=0.03s， Tm=0.18s；5、电流反馈系数：=0.05V/A（10V/1.5IN）、=0.07Vmin/r（10V/nN）3、 电流环、转速环的设计1. 设计电流调节器，要求超调量i5%。（1）时间常数（由上图可知Ts）三相桥式电路的平均失控时间Ts=0.00167s。（2）电流滤波时间常数 Toi。由上表知道 Tsmax=3.33，为了基本滤平波头，应有(12)Toi=3.33ms,因此我们取 Toi=2ms=0.002s. （3）电流环小时间常数之和Ti。按小时间常数近似处理，取Ti=Ts+Toi=0.00367s。（4）各模块的设置（除 ACR 模块）1/(Tois+1)=1/(0.002s+1);Ks/(Tss+1)=40/(0.00167s+1);(1/R)/(Tls+1)=(1/0.5)/(0.03s+1)=2/(0.03s+1);R/Tms=0.5/0.18s;/(Tois+1)=0.05/(0.002s+1)（5）ACR 参数设置电流调节器超前时间常数为：i=Tl=0.03s。电流环开环增益：要求i5%时，按上表可得KT=0.5，那么 ACR 的比例关系为：那么ACR的传递函数为：化简：WACR（S）=Ki+Ki/is （6）ACR模块的matlab 7.1参数为Ki=1.013； Ki/is=1.013/0.03s=33.767/s 电流环的matlab仿真模块（我以matlab7.1为例） 模块 地方 数目 Step（阶跃输入模块） Source组1个 Sum （加法器模块） Math Operations组3个 Gain（增益模块） Math Operations组2个 Transfer Fcn（控制器模块） Continuous组5个 Integrator(积分模块) Continuous组1个 Scope（示波器模块） Sinks组1个 2. 设计转速调节器（1）确定时间常数电流环的等效时间常数1/KI。由上面可知取KITi=0.5，则 1/KI=2Ti=0.0074s 转速滤波时间常数Ton=0.01s 转速环小时间常数Tn=1/KI+Ton=0.0174s （2）模块设置1）函数式为/(Tons+1)=0.007/(0.01s+1) 2）函数式1/Ce=1/0.132=7.576 （3）ASR的模块其传递函数为化简的WASR(S)=Kn+Kn/ns （4）ASR参数设置取h=5，则ASR的超前时间常数为 转速环开环增益： ASR的比例系数为 （5）ASR模块的matlab参数为Kn=11.7 Kn/ns=134.5/s 转速环的matlab仿真模块（我以matlab7.1为例） 模块 地方 数目 Step（阶跃输入模块） Source组2个 Sum （加法器模块） Math Operations组6个 Gain（增益模块） Math Operations组5个 Transfer Fcn（控制器模块） Continuous组6个 Integrator(积分模块) Continuous组2个 Scope（示波器模块） Sinks组1个 4、 转速、电流反馈控制的直流调速系统的仿真框图（双闭环）5、 建立 matlab 仿真模块1. 电流环仿真（1）系统框图（2） 参数设计在本例中，额定转速的给定是10V，所以修改step time=1,final time=10把电流环调节器的参数键入，把积分饱和值改为-1010，键入传递函数模块数据，键入增益比值，仿真时间修改为00.6s。如下图所示。（3） 效果图2. 转速环仿真（1） 系统框图（2） 参数设计在本例中，额定转速的给定是10V，所以修改step time=1,final time=10空载，step1是用来输入负载电流的把电流环调节器的参数保持KT=0.5不变，把转速环参数键入，把积分饱和值改为-1010，键入传递函数模块数据，键入增益比值，仿真时间修改为00.7s。如下图所示。（3） 效果图（3） 总结1.通过比例积分控制的转速负反馈闭环调速系统的仿真，利用matlab的simulink软件进行十分简单和直观的。一开始遇到的问题倒是不多，主要是在调节比例积分参数的时候，翻阅了电力拖动运动控制和计算机控制系统两本书，以及进行关键字的百度，我本来是认为比例参数应该是由小变大，积分参数是由大变小的，一时之间只是对着书去仿真，就没多想了，后面发现因为积分参数在这里是倒数，所以也是由小变大的去调节的。原本是想降低超调量，乃至于消除，可是在调节的过程中一直达不到效果，翻阅了相关书籍才发现，没有微分作用，是不可能消除超调量的。而比例积分的作用是快速响应系统，积分的作用是消除静差，在比例积分的环节中，始终调节不到无静差，因为有两个变量需要调节，积分环节是以牺牲快速性来消除静差的，这恰好与比例环节矛盾，比例环节是Kp越大，响应系统的快速性越好，所以在比例积分中，调节无静差是需要牺牲时间的。2.通过转速、电流反馈控制的直流调速系统，同样是运用了PI调节器。双闭环结构比较复杂，一开始我一直调不出空载波形，也不知道怎样去设置阶跃step来达到效果。搞了很久都没进展，也特别纠结于饱和值的设置参数，现在弄懂了就觉得之前断断续续搞了好几