电力拖动控制自动控制系统论文之转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真.doc

电力拖动控制系统论文题 目 转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真专 业 班 级 K0309414 学 姓 号 K030941414 学 生 姓 名 杜昕 实验指导教师 耿东山老师 2012年 6月 19日一、实验原理转速、电流反馈控制直流调速系统的组成及其静特性转速、电流反馈控制直流调速系统的组成对于经常正、反转运行的调速系统，缩短起、制动过程的时间是提高生产率的重要因素。在起动（或制动）过渡过程中，希望始终保持电流（电磁转矩）为允许的最大值，使调速系统以最大的加（减）速度运行。当到达稳态转速时，最好使电流立即降下来，使电磁转矩与负载转矩相平衡，从而迅速转入稳态运行。图3-1 时间最优的理想过渡过程由上图知，起动电流呈矩形波，转速按线性增长。这是在最大电流（转矩）受限制时调速系统所能获得的最快的起动（制动）过程。 应该在起动过程中只有电流负反馈，没有转速负反馈，在达到稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不再让电流负反馈发挥作用。在系统中设置两个调节器，分别引入转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。形成了转速、电流反馈控制直流调速系统（简称双闭环系统）。稳态结构图与参数计算Simulink的简介： Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具， 是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。 Simulink®是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。. 构架在Simulink基础之上的其他产品扩展了Simulink多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。Simulink与MATLAB® 紧密集成，可以直接访问MATLAB大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。 1、 不带电流负反馈的转速反馈控制直流调速系统仿真根据课本的操作步骤可得到如下的仿真框图：图1. 仿真框图运行仿真模型结果如下：图2. 电枢电流随时间变化的规律由图可知电流的最大值为230A左右，显然不满足实际要求，故后面需对此进行处理，采用带电流截止负反馈环节的直流调速系统。图3. 电机转速随时间变化的规律二、带电流负反馈的转速反馈控制直流调速系统仿真采用以下结构实现电流截止负反馈环节中的二极管功能：当输入小于0时，输出为0；当输入大于0时，输出等于输入。 图4. 原理图根据电机的额定参数：。取又根据同时，可解得：，仿真框图如下所示：图5. 仿真框图运行仿真模型结果如下：图6. 电枢电流随时间变化的规律图7. 电机转速随时间变化的规律。三、结论将不带电流负反馈的模型与带电流负反馈的模型进行比较，我们看到，前后两个scope1中的曲线的最大值相差很大。第一个scope1中最大值达到了250左右，而第二个只有100左右。而前后两个scope中，曲线都在1000左右稳定，而第一个scope是在0.1秒左右就开始进入稳态，而第二个是在0.2秒左右才开始进入稳态。可知，引入电流负反馈，可以解决转速反馈闭环调速系统起动时电流过大的问题，而且这种作用只在起动时存在，在正常的稳速运行时又取消了，电流随着负荷的增减而变化，只有当电流大到一定程度时才开始起作用。当然，引入了负反馈也使得电机起动时间加长了。同时，我们可以观察到，在引入了电流负反馈之后，电枢电流在启动阶段出现了一个振荡过程，这个可能是由于电流负反馈环节的引入而带入的一些滞后等环节在里面而导致的。仿真题目要求:某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据如下： 直流电动机：220V、136A、1460r/min,=0.132.min/r,允许过载电流倍数=1.5；晶闸管装置的放大系数：电枢回路总电阻：R=0.5；时间常数：电流反馈系数：=0.05V/A;转速反馈系数=0.007V.min/r;设计要求：设计电流调节器，要求电流超调量5%。 要求转速无静差，空载起动到额定转速超调量10%。对以上调节器的设计采用工程设计方法。a、 电流调节器的设计：根据工程设计的方法将电流环校成典型系统，典型系统的跟随性较好，超调量较小。=135.1； ； =0.03根据上述的设计参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标为 =4.3%5%，符合设计要求动态框架图：b、 转速环的设计：根据工程的方法设计转速环：令h=5;T= ,=hT=5*0.0174=0.087S;,Kn=11.7,动态框架图：三、实验图形及数据分析a、 电流环调节器分析：KT=0.5时，当=0.03时的电流的波形：KT=0.25时，电流环输出的波形：从波形中可以看出此时的电枢电流没有超调量，存在稳态误差。KT=1.0时，电流