双闭环直流可逆调速系统设计.doc

课程设计任务书题 目: 逻辑无环流直流可逆调速系统建模与仿真 初始条件：1技术数据： 直流电动机：PN=55KW , UN=220V , IN=287A , nN=1500r/min , Ra=0.1最大允许电流 Idbl=1.5IN , (GD2=46.57N.m2)三相全控整流装置：Ks=40,电枢回路总电阻 R=0.15 ，系统主电路：Tm=0.12s ，Tl=0.03s滤波时间常数：Toi=0.002s , Ton=0.012s,其他参数：Unm*=8V , Uim*=8V , Ucm=8V2技术指标 稳态指标：无静差（静差率s2, 调速范围 D10 ） 动态指标：电流超调量：5%，起动到额定转速时的超调量：8%，（按退饱和方式计算）要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1技术要求： (1) 该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机可逆运行，具有较宽的调速范围（D10），系统在工作范围内能稳定工作 (2) 系统静特性良好，无静差（静差率s2） (3) 动态性能指标：转速超调量n8%，电流超调量i5%，动态速降n10%，调速系统的过渡过程时间（调节时间）ts1s (4) 系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续 (5) 调速系统中设置有过电压、过电流等保护，并且有制动措施2设计内容：(1) 根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构型式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图 (2) 根据双闭环直流调速系统原理图, 分析转速调节器和电流调节器的作用, (3) 通过对调节器参数设计, 得到转速和电流的仿真波形，并由仿真波形通过MATLAB来进行调节器的参数调节。(4) 绘制V-M双闭环直流可逆调速系统的电气原理总图（要求计算机绘图） (5) 整理设计数据资料，课程设计总结，撰写设计计算说明书时间安排：查阅资料 12月21-12月23任务设计 12月24-12月30校正打印 12月31指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日摘要晶闸管反并联的电枢可逆线路是可逆调速系统的典型线路之一。这种线路有能实现可逆运行、回馈制动等优点，但也会产生环流。为保证系统安全，必须消除其中的环流。所谓逻辑无环流系统就是在一组晶闸管工作时，用逻辑电路封锁另一组晶闸管的触发脉冲，使该组晶闸管完全处于阻断状态，从根本上切断环流通路。这种系统不仅能实现逻辑无环流可逆调速，还是交一交变频的基础。本文采用Matlab的Simulink和Power System工具箱，介绍如何实现逻辑无环流可逆调速系统的建模与仿真。逻辑无环流可逆直流调速系统省去了环流电抗器，没有了附加的环流损耗，节省变压器和晶闸管装置的附加设备容量。和有环流系统相比，因换流失败造成的事故率大为降低。本文对逻辑无环流可逆直流调速系统进行了仿真研究，对DLC（逻辑控制器）、ACR 和ASR 的参数进行了设计，给出了仿真结果和分析。关键词: 无环流 可逆直流调速系统 逻辑控制器 Matlab Simulink Power System目录1设计任务与方案12 逻辑无环流可逆直流调速系统分析22.1 可逆V-M直流调速系统的环流问题22.2 移相方法a = b 配合控制22.3 逻辑无环流可逆直流调速系统的组成与工作原理42.4 无环流逻辑控制器53逻辑无环流可逆直流调速系统设计63.1 主要参数计算63.2 主电路设计73.3 DLC（逻辑控制器）设计73.4 电流调节器设计103.4.1电流环结构框图的化简103.4.2 确定时间常数113.4.3 选择电流调节器结构113.4.4计算电流调节器参数113.4.5 校验近似条件123.4.6 计算调节器电阻电容123.5 转速调节器设计123.5.1 确定时间常数133.5.2选择转速调节器结构133.5.3 计算转速调节器参数133.5.4 检验近似条件133.5.5 计算调节器电阻和电容143.5.6 校核转速超调量144 系统建模与仿真154.1 逻辑控制器的建模154.2 总系统建模164.2.1 各部分的传递函数164.2.2 传递函数建模174.2.3 利用PowerSystem 工具箱的物理模型建模194.3 仿真结果214.3.1 逻辑控制器（DLC）仿真214.3.2 电机正反转仿真224.4 仿真结果分析225 总结245.1 心得体会245.2 改进意见及展望24参考文献25附录 电气原理图26逻辑无环流直流可逆调速系统建模与仿真1设计任务与方案在可逆调速系统中，往往采用既没有直流平均环流，又没有脉动环流的无环流可逆系统，无环流可逆系统省去了环流电抗器，没有了附加的环流损耗，节省变压器和晶闸管装置的附加设备容量。和有环流系统相比，因换流失败造成的事故率大为降低。因此，逻辑无环流可逆调速系统在生产中被广泛运用。本文通过对逻辑无环流可逆直流调速系统仿真分析，研究了逻辑无环流可逆直流调速系统各个重要环节的设计，仿真结果证明了设计的正确性。在两组反并联供电的直流电动机可逆调速系统中，如果在一组整流器工作时，封锁状态另一组整流器，即切断这组整流器的触发脉冲，使这组整流器不工作，这样两组整流器之间就没有环流通道，既不会产生直流环流也不会产生脉动环流。这种系统一般由逻辑控制器来判断在正反转或制动过程中那组整流器应该工作（包括整流和逆变两种状态），那组整流器应该封锁，故称为逻辑控制无环流可逆调速系统。逻辑无环流可逆系统的思路简洁，并且由于不存在环流和没有环流带来的损耗，整流器的容量可以减少，也不需要限制环流的电抗器，是目前晶闸管直流电动机可逆调速系统常用的控制方案。设计要求逻辑无环流直流可逆调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机可逆运行，具有较宽的调速范围（D10），系统在工作范围内能稳定工作；系统静特性良好，无静（静差率s2）；动态性能指标要求转速超调量n10%，电流超调量i5%，动态速降n10%，调速系统的过渡过程时间（调节时间）ts1s；系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续；调速系统中设置有过电压、过电流等保护，并且有制动措施。本设计采用MATLAB进行建模与仿真，文中将采用传递函数和PowerSystem 工具箱分别进行建模和仿真。控制系统传统的计算机仿真是用传递函数方法来完成的，各环节的传递函数是将实际模型经过一定的简化而得到的，较容易实现，但是很多重要细节会被忽略。而利用PowerSystem 工具箱提供了利用物理模型仿真的可能，其仿真建模方法与构建实际电路相似，仿真结果非常接近于实际，但是仿真难度较大。2 逻辑无环流可逆直流调速系统分析2.1 可逆V-M直流调速系统的环流问题采用两组晶闸管反并联的可逆V-M系统，如果两组装置的整流电压同时出现，便会产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，称作环流。一般地说，这样的环流对负载无益，徒然加重晶闸管和变压器的负担，消耗功率，环流太大时会导致晶闸管损坏，因此应该予以抑制或消除。只要合理的对环流进行控制，保证晶闸管的安全工作，可以利用环流作为流过晶闸管的基本负载电流，使电动机在空载或轻载时可工作在晶闸管装置的电流连续区，以避免电流断续引起的非线性对系统性能的影响。在不同情况下，会出现下列不同性质的环流。第一种是静态环流，它是两组可逆线路在一定控制角下稳定工作时出现的环流，其中它又可以分为两类：1）直流平均环流由晶闸管装置输出的直流平均电压所产生的环流称作直流平均环流。2）瞬时脉动环流两组晶闸管输出的直流平均电压差为零，但因电压波形不同，瞬时电压差仍会产生脉动的环流，称作瞬时脉动环流。其中直流平均环流可以采用a = b 配合控制来消除，瞬时脉动环流可以使用电抗器来抑制。第二种是动态环流仅在可逆V-M系统处于过渡过程中出现的环流。2.2 移相方法a = b 配合控制在两组晶闸管反并联的可逆V-M系统中，如果让正组VF 和反组VR都处于整流状态，两组的直流平均电压正负相连，必然产生较大的直流平均环流。为了防止直流平均环流的产生，需要采取必要的措施，比如：采用封锁触发脉冲的方法，在任何时候，只允许一组晶闸管装置工作；采用配合控制的策略，使一组晶闸管装置工作在整流状态，另一组则工作在逆变状态。为了防止产生直流平均环流，应该当正组处于整流状态时，强迫让反组处于逆变状态，且控制其幅值与之相等，用逆变电压把整流电压顶住，则直流平均环流为零。于是由于，其中和分别为VF和VR的控制角。由于两组晶闸管装置相同，两组的最大输出电压是一样的，因此，当直流平均环流为零时，应有或 如果反组的控制用逆变角表示，则由此可见，按上式来控制就可以消除直流平均环流，这称作配合控制。为了更可靠地消除直流平均环流，可采用为了实现配合控制控制，可将两组晶闸管装置的触发脉冲零位都定在，即当控制电压时，使，此时，电机处于停止状态。增大控制电压移相时，只要使两组触发装置的控制电压大小相等符号相反就可以了。配合控制系统的移相控制特性如图2-1所示。图2-1 配合控制系统的移相控制特性为了防止晶闸管装置在逆变状态工作中逆变角太小而导致换流失败，出现“逆变颠覆”现象，必须在控制电路中采用限幅作用，形成最小逆变角保护。与此同时，对角也实施 保护，以免出现而产生直流平均环流。通常取。2.3 逻辑无环流可逆直流调速系统的组成与工作原理逻辑无环流可逆直流调速系统的电气原理图如图2-2所示。系统主电路也采用两组整流器反并联方案，由于没有环流，不用设置环流电抗器，但为了保证稳定运行时电流波形连续，仍应保留平波电抗器。控制系统采用典型的转速、电流双闭环系统，由转速调节器、电流调节器、逻辑控制器等组成。为了得到不反映极性的电流检测方法，在图2-2中画出了交流互感器和整流器，可以为正反向电流分别各设一个电流调节器，1ACR用来控制正组触发装置GTF，2ACR用来控制正组触发装置GTR，1ACR的给定信号经反号器AR作为2ACR的给定信号。为了不出现环流，设置无环流逻辑控制器DLC，这是系统中的关键环节，它按照系统的工作状态指挥正反组的自动切换。其输出信号用来控制正组触发脉冲的封锁或开放，用来控制反组触发脉冲的封锁或开放。在任何情况下，两个信号必须是相反的，决不允许两组晶闸管同时开放脉冲，以确保主电路没有出现环流的可能。但是，和自然无环流系统一样，触发脉冲的零位仍整定在，移相方法仍采用配合控制。 图2-2 逻辑无环流可逆直流调速系统的电气原理图2.4 无环流逻辑控制器无环流逻辑控制环节是逻辑无环流控制系统的关键环节，无环流逻辑控制器的任务是当需要正组晶闸管工作时，则封锁反组晶闸管，当需要反组晶闸管工作时，则封锁正组晶闸管。采用数字逻辑电路、PLC、微机等，可以使其数字输出信号 0和 1来执行封锁与开放晶闸管的功能，为了确保正反组不会同时开放，应使两者不能同时为 1。逻辑控制器的切换动作应该根据电流环给定信号来指挥。因为当系统在反转时当然应该开放反组晶闸管封锁正组晶闸管；但当系统正转运动中要制动或减速时，也要用反组晶闸管的逆变状态来实现回馈制动。在这两种情况下都要开放反组，封锁正组。由此可以发现，ASR的输出信号满足这项工作，反转运行和正转制动都需要电动机产生负的转矩；反之，正转运行和反转制动都需要电动机产生正的转矩，的极性恰好放映了电机电磁转矩方向的变化。但是，仅用ACR给定信号去控制 DLC还是不够。因为，当的极性改变时，实际电流方向不能立即变化，此时逻辑控制器不能进行切换动作；只有在实际电流降到零的时候，才应该给DLC发出命令。所以，在改变极性后，还有等待“零电流检测”信号，才能发出正反组切换。逻辑切换指令发出后还不能马上执行，还要经过关断等待延时和触发等待延时，确保可靠工作。另外，逻辑控制器应具有逻辑连锁保护功能，以保证在任何情况下，两个信号必须是相反的，决不容许两组晶闸管同时开放脉冲，确保主电路没有出现环流的可能。那么，根据以上分析逻辑控制器应具有以下结构，如图2-3所示。图2-3 逻辑控制器结构图3逻辑无环流可逆直流调速系统设计设计课题给出的技术数据如下：直流电动机：PN=55KW , UN=220V , IN=287A , nN=1500r/min , Ra=0.1；最大允许电流 Idbl=1.5IN , (GD2=46.57N.m2)；三相全控整流装置：Ks=40 ；电枢回路总电阻 R=0.15 ；系统主电路：Tm=0.12s；滤波时间常数：Toi=0.002s , Ton=0.012s；其他参数：Unm*=8V , Uim*=8V , Ucm=8V。要求的技术指标为：稳态指标：无静差（静差率s2, 调速范围 D10 ）；动态指标：电流超调量：5%，起动到额定转速时的超调量：8%，（按退饱和方式计算）。3.1 主要参数计算由电力电子技术知识可知，三相桥式整流电路带阻感负载时输出电压平均值为可知此设计的负载为电机负载，则在额定负载运行时，取则有整流变压器二次侧相电压系统要求在5%负载以上变化的运行范围内电流连续，则平波电抗器，取4.5mH；电枢回路电磁时间常数电动势系数转速反馈系数电流反馈系数还有，系统要求调速范围，静差率则闭环系统的稳态速降系统的开环额定速降闭环系统的开环放大系数应满足3.2 主电路设计晶闸管-电动机调速系统（V-M系统）主电路原理图如图3-1所示。图中由晶闸管组成三相全控桥式整流电路，同时设有过电压和过电流保护电路。通过调节触发装置的控制电压来移动脉冲的相位，即可改变平均整流电压，从而实现平滑调速。图3-1 V-M双闭环直流可逆调速系统主电路原理图3.3 DLC（逻辑控制器）设计逻辑无环流可逆调速系统通常采用典型的转速电流双闭环系统结构，关键是设置了一套无环流逻辑切换装置（DLC）。DLC装置的任务：在正组晶闸管整流桥工作时开放正组脉冲，封锁反组脉冲；在反组晶闸管整流桥工作时开放反组脉冲，封锁正组脉冲。DLC的工作要求包括：(1)DLC根据转矩极性信号和零电流检测信号，经逻辑运算后发出逻辑切换指令。当改变极性，且零电流检测器发出零电流信号时，允许封锁原工作组，开放另一组。(2)DLC发出切换指令后需经过封锁延时时间后才能封锁原导通组脉冲，再经开放延时时间后才能开放另一组脉冲。通常，。(3)在任何情况下，两组晶闸管不允许同时加触发脉冲。根据分析，可逆调速系统各种运行状态时逻辑控制器输入与输出各量之间的关系见表3-1。在表3-1中归纳合并重复项后，可以得到逻辑判断的真值表，见表3-2。表3-1 逻辑控制器输入与输出各量之间的关系逻辑控制器输入逻辑控制器输出说明电机转矩电枢电流正组整流器VF Ublf反组整流器VR Ublr正向转矩反向转矩正向电流反向电流Ublf=0 正组整流器工作Ublf=1 正组整流器封锁Ublr=0 反组整流器工作Ublr=1 反组整流器工封锁正向启动零电流0=001正向启动有电流正向运行有电流0001本桥逆变有电流000本桥逆变零电流0=010它桥逆变有电流0010反向启动零电流0=010反向启动有电流反向运行有电流000=001它桥逆变有电流0001表3-2 逻辑控制真值表111010100010010100011001根据表3-2可以得到逻辑控制器输入和输出的逻辑关系表达式为（用与非门实现）逻辑判断由与非门组成，其输入为转矩极性和零电流信号、；输出为逻辑切换信号、。延时电路的设计： 前面的逻辑运算电路保证零电流切换，但仅仅采用零电流切换是不够的。因为零电流检测装置的灵敏度总是有限的，零电流检测装置变成“0”态的瞬间，不一定原来开放组的晶闸管已经断流。因此必须在切换过程中设置两段延时即封锁延时和开放延时，避免由于正反组整流装置同时导通而造成短路。根据这个要求，逻辑装置在逻辑电路后面接有延时电路。逻辑保护电路的设计： 逻辑电路正常工作时，两个输出端总是一个高电位，一个低电位，确保任何时候两组整流一组导通，另一组则封锁。但是当逻辑电路本身发生故障，一旦两个输出端均出现低电位时，两组整流装置就会同时导通而造成短路事故。为了避免这种事故，设计有逻辑保护环节。逻辑保护环节截取了逻辑运算电路经延时电路后的两个输入信号作为一个或非门的输入信号。当正常工作时，两个输入信号总是一个是高电位，另一个是低电位。或非门输出总是低电位，它不影响脉冲封锁信号的正常输出，但一旦两个输入信号均为低电位时，它输出一个高电位，同时加到两个触发器上，将正反两组整流装置的触发脉冲全部封锁了，使系统停止工作，起到可靠的保护作用。设计中采用单片机实现逻辑控制器的功能，设计的逻辑控制器如图3-2所示。图3-2 逻辑控制器电气原理图3.4 电流调节器设计含给定滤波与反馈滤波的PI型电流调节器如图3-3所示：图3-3 含给定滤波与反馈滤波的PI型电流调节器其中为电流给定电压，为电流负反馈电压，为电力电子变换器的控制电压。3.4.1电流环结构框图的化简在按动态性能设计电流环时，可以暂不考虑反电动势变化的动态影响，即0。这时，电流环如下图3-4所示。忽略反电动势对电流环作用的近似条件是 （3-1）图3-4 忽略反电动势的电流环动态结构框图如果把给定滤波和反馈滤波两个环节都等效地移到环内，同时把给定信号改成，则电流环便等效成单位负反馈系统，如图3-5所示：图3-5 等效成单位负反馈的电流环动态结构框图最后，由于 和 一般都比 小得多，可以当作小惯性群而近似地看作是一个惯性环节，其时间常数为 （3-2）则电流结构框图最终简化成图3-6。简化的近似条件为 （3-3）图3-6 小惯性环节近似处理的电流环动态结构框图3.4.2 确定时间常数1）整流装置滞后时间常数。查表可知，三相桥式电路的平均失控时间。2）电流滤波时间常数。三相桥式电路每个波头的时间是3.3ms，为了基本滤平波头，应有（12），因此取。3）电流环小时间常数之和。按小时间常数近似处理，取。3.4.3 选择电流调节器结构根据设计要求，并保证稳态电流无差，可按典型I型系统设计电流调节器。电流环控制对象是双惯性型的，因此可用PI型电流调节器，其传递函数为检查对电源电压的抗扰性能：，查找典型I型系统动态抗扰性能与参数的关系表，各项指标都是可以接受的。3.4.4计算电流调节器参数电流调节器超前时间常数：。电流环开环增益：要求时，查表可知，应取，因此于是，ACR的比例系数为3.4.5 校验近似条件电流环截止频率：（1）晶闸管整流装置传递函数的近似条件（2）忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件（3）电流环小时间常数近似处理条件满足近似条件。3.4.6 计算调节器电阻电容按运算放大器取，各电阻和电容值为，取，取，取按照上述参数，电流环可达到的动态跟随性能指标为，满足设计要求。3.5 转速调节器设计含给定滤波与反馈滤波的PI型转速调节器如图3-7所示：图3-7 含给定滤波与反馈滤波的PI型转速调节器其中为转速给定电压，为转速负反馈电压，：调节器的输出是电流调节器的给定电压。3.5.1 确定时间常数1）电流环等效时间常数，可知，则2）转速滤波时间常数。根据所用测速发电机纹波情况，取。3）转速环小时间常数。按小时间常数近似处理，取3.5.2选择转速调节器结构按照设计要求，选用PI调节器，其传递函数为3.5.3 计算转速调节器参数按跟随和抗扰性能都较好的原则，取,则ASR的超前时间常数为可求得转速环开环增益满足系统的调速范围和静差率要求。于是可得ASR的比例系数为3.5.4 检验近似条件由式得转速环截止频率为1）电流环传递函数简化条件，满足简化条件。2）转速环小时间常数近似处理条件，满足近似条件。3.5.5 计算调节器电阻和电容按运算放大器取，各电阻和电容值为，取，取，取3.5.6 校核转速超调量当时，查表可得，不能满足设计要求。实际上，由于该表是按线性系统计算的，而突加阶跃给定时，ASR饱和，不符合线性系统的前提，应该按ASR退饱和的情况重新计算超调量。按退饱和超调量的计算方法计算调速系统空载起动到额定转速时的转速超调量，并校验它是否满足设计要求。，满足设计要求。4 系统建模与仿真4.1 逻辑控制器的建模 (1)电平检测器建模。电平检测的功能是将模拟量换成数字量供后续电路使用。它包含电流极性鉴别器和零电流鉴别器。在用Matlab 建模时，可用Simulink的非线性模块组中的继电器模块Relay来实现。(2)逻辑判断电路建模。逻辑判断电路的功能是根据转矩极性鉴别器和零电流检测器输出信号和的状态，正确发出切换信号 和封锁原来的脉冲, 开放另一组脉冲。(3)延时电路建模。在逻辑判断电路发出切换指令后, 必须经过封锁延时和开放延时才能封锁原导通组脉冲和开放另一组脉冲。通过对数字逻辑电路的DLC装置发现，当逻辑电路的输出由“0”变为“1”时，延时电路产生延时，当由“1”变成“0”或状态不变时，不产生延时根据这一特点。利用Simulink工具箱中数学模块组中的传递延时模块Transport Delay、逻辑模块Logical Operator 、及数据转换模块Data Type Conversion实现此功能。(4)联锁保护电路建模。逻辑电路的两个输出总是一个为“1”态，另一个为“0”态，但是一旦电路发生故障，两个输出同时为“1”态，将造成两组晶闸管同时开放而导致电源短路。为了避免这种事故，在无环流逻辑控制器的最后部分设置了多“1”联锁保护电路。可利用Simulink工具箱的逻辑运算模块Logical Operator实现联锁保护功能。设计的DLC仿真模型，如图4-1所示。图4-1 DLC仿真模块其中延时电路的模块如下图4-2所示。图4-2 延时模块4.2 总系统建模4.2.1 各部分的传递函数根据之前的计算可以写出各个部分的传递函数，传递函数如下：转速调节器：转速滤波：电流调节器：电流滤波：电力变换装置：电压与电流间的传递函数：电流与电动势之间的传递函数：转速反馈传递函数：电流反馈传递函数：4.2.2 传递函数建模根据计算出来的传递函数，可以在Simulink中建立数学模型，进行仿真，具体的传递函数数学仿真模型如图4-3所示。图4-3 传递函数数学仿真模型通过输入端的4个阶跃信号，产生在05s和1015s时，给定信号，在510s和1520s时，给定信号，从而使电机在相应的给定下实现正转和反转。DLC模块的输入信号分别是电流环的给定信号和电机电枢电流反馈信号，正确发出切换信号 和。切换信号输入到可控开关器件Switch来指挥正反组工作。当时，ACR1所在的正组模型工作，信号可以传递到电机模型，而相应此时，ACR2所在的反组模型工作输出为0；当时，ACR2所在的反组模型工作，信号可以传递到电机模型，而相应此时，ACR2所在的正组模型工作输出为0。还有仿真模型中的ASR和ACR调节器已经被打包成模块，其模型及分支模块如图4-4所示。模型中比例和积分调节分为两个通道，其中积分调节器integrator的限幅表示调节器的饱和限幅值，此处设定上限为+10V，下限为-10V。而调节器的输出限幅值由饱和模块staturation设定，根据要求设定上限为+8V，下限为-8V。图4-4 ASR和ACR调节器的模型及分支模块4.2.3 利用PowerSystem 工具箱的物理模型建模利用PowerSystem 工具箱提供了利用物理模型仿真的可能，其仿真建模方法与构建实际电路相似，仿真结果非常接近于实际，但是仿真难度较大。具体的物理模型如图4-5所示。图4-5 物理仿真模型其中主电路的模型及分支模块如图4-6所示。图4-6 主电路的模型及分支模块4.3 仿真结果4.3.1 逻辑控制器（DLC）仿真为了观察逻辑控制器是否正常工作，在系统中设置了示波器观察逻辑控制器的工作情况。观察的信号分别是转矩特性信号、零电流信号、正组开关信号、反组开关信号。逻辑控制器输入输出信号如图4-7所示。图4-7 逻辑控制器输入输出信号4.3.2 电机正反转仿真根据输入的正给定和负给定信号，可以得到以下的电机正转和反转时的转速和电枢电流仿真波形如下图4-8所示。图4-8 转速和电枢电流仿真波形4.4 仿真结果分析从仿真曲线知，在电动机启动时，系统突加给定电压后，ASR的输入偏差数值很大，输出电压保持在限幅值，强迫电枢电流迅速上升，所以可以看到图4-7中电流波形迅速上升，但是当电流小于负载电流之前，电动机不能启动，相应的转速的波形几乎没有变化；当电流上升到大约时，电流调节器抑制电流的迅速增长，可以看到图中电流下降，ASR进入并保持饱和状态。在恒值电流给定下的电流调节系统使得电流保持在最大电流值，使得转速迅速上升，如图中所示电流波形直线上升。当转速上升到给定值后，转速由于惯性继续上升，如图中电压波形所示，使得反馈电压为负值，ASR开始退出饱和，转速得到抑制，出现转速超调量。相应的电流也随着迅速下降到额定电流，对应于图中的转速上升到额定值1500r/min后，电流迅速下降到额定电流287A，之后进入稳定运行。而当给定突然改变极性时，电枢电流也迅速改变极性，说明实现了转矩可逆，电流波形上升和下降沿很陡，动态性能较好。输出转速能够很好地跟随转速给定信号，转速在正、负上升沿跟踪较快，过渡过程性能较好，转速极性也随着给定信号变极性。由于逻辑无环流直流可逆调速系统可实现快速回馈制动，转速换向时减速很快，换向性能较优，速度仿真曲线很好地证明了这一点。5 总结5.1 心得体会逻辑无环流的直流调速控制系统在生产实践中有着无可取代的作用。在该系统的设计过中，需要综合电力电子技术、数字电子技术、电机拖动等多个学科。同时，各环节的参数配置对于系统的可行性又有着显著的影响。通过该系统的设计，有助于掌握其它更加复杂的控制系统，对于生产技术的发展有着十分重要的作用。本设计对逻辑无环流的直流调速控制系统建模与仿真进行了深入研究。根据题目的静态特性和动态特性要求，分别对逻辑控制器，转速调节器、电流调节器等逻辑无环流的直流调速控制系统的主要环节进行设计。设计中经过参数计算和数学模型建模的方法，逐步对系统进行设计和仿真。在设计中，我对运动控制系统的相关知识有了更深入的理解，对逻辑无环流的直流调速控制系统有了更深的认识，加深了理解。我还学会了逻辑控制器的组成和工作原理，对双闭环可逆调速系统的工作原理有进一步了解。我还学会了转速、电流双闭环直流调速系统的设计，并能熟练地掌握转速和电流调节器参数的选择和计算。同时也对MATLAB有了更加详细的认识，对其使用的传递函数和物理模型仿真有进一步的学习。 通过这次课程设计，我充分锻炼了自己的能力，包括查阅资料的能力，设计能力，与同学相互探讨的能力。也从课程设计中体会到了书本的知识真的很局限，它只是老师将我们带进去的一门工具，真要达到了学以致用必须要不断的充实自己，学习各方面的知识，不要局限在一本书上，从而真正达到理论联系实际的目的。5.2 改进意见及展望在本设计中，我所采用的仿真波形都是来自传递函数仿真模型，而物理模型仿真建模方法与构建实际电路相似，仿真结果非常接近于实际。但是由于本人能力有限，在物理模型的建模中存在着错误，使得模型无法正常运行，得不到仿真波形。这是一个需要改进的地方。参考文献1陈伯时电力拖动自动控制系统运动控制系统(第3 版)M北京：机械工业出版社，20032洪乃刚电力电子和电力拖动控制系统的matlab 仿真M北京：机械工业出版社，20063阎石数字电子技术M北京：高等教育出版社，20064马志源电力拖动控制系统M北京：科学出版社，20045 王兆安、黄俊.电力电子技术.西安：机械工业出版社，20006 顾绳谷.电机及拖动基础上册M.北京:机械工业出版社20007 何建平、陆治国.电气传动.重庆：重庆大学出版社，2002附录 电气原理图袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇