双闭环直流调速系统课程设计

。介绍DC电机具有良好的起动和制动性能，适用于大范围的平滑调速，已被广泛应用于许多需要调速或快进快退电驱动的领域。从控制的角度来看，DC调速也是交流传动系统的基础。该系统设有电流检测环节、电流调节器、转速检测环节和转速调节器，形成电流回路和转速回路，前者通过电流元件的反馈作用稳定电流，后者通过转速检测元件的反馈作用稳定转速，最终消除转速偏差，从而达到调节电流和转速的目的。系统启动时，转速外环的饱和不起作用，电流内环起主要作用。调整启动电流以保持最大值，使转速线性变化并快速达到给定值。在稳态运行中，速度负反馈外环起主要作用，使速度随给定速度电压的变化而变化。电流内环调节电机的电枢电流，以平衡跟随速度外环的负载电流。通过Matlab对系统进行了数学建模和系统仿真，分析了双闭环DC速度控制系统的特点。一、设计目标1.了解自动控制系统的学科。2.学会绘制双闭环DC速度控制系统的动态和稳定结构框图。3.掌握双闭环DC速度控制系统的数学模型和动态性能分析。4.体验参数设计过程和工程设计方法的基本理念。5.使用MATLAB仿真。二。DC调速系统的设计1.双闭环DC调速系统的组成为了使转速和电流的负反馈分别工作，系统中可以设置两个调节器，分别引入转速负反馈和电流负反馈来调节转速和电流。这两者是嵌套的，如图1所示。速度调节器的输出作为电流调节器的输入，然后电流调节器的输出用于控制电力电子变换器UPE。从闭环结构来看，电流环称为内环，速度环称为外环。这形成了具有速度和电流反馈控制的DC速度控制系统。图1速度和电流反馈控制的DC调速系统示意图2.双闭环稳态结构图和静态特性图2双闭环DC调速系统稳态结构图速度调节器ASR的输出限制电压决定电流的给定最大值，并且电流调节器ACR的输出限制电压限制电力电子转换器的最大输出电压。当调节器饱和时，输出达到极限值，输入量的变化不再影响输出，除非有反向输入信号导致调节器退出饱和。当调节器未饱和时，PI调节器工作在线性调节状态，其功能是使输入偏置电压在稳态时为零。对于静态特性，速度调节器只有饱和和不饱和两种情况，电流调节器不进入饱和状态。3.双闭环DC调速系统的动态数学模型双闭环DC调速系统的动态结构图如图3所示，分别示出了速度调节器和电流调节器的传递函数。为了获得电流反馈，必须在电机的动态结构图中显示电枢电流Id。图3双闭环DC调速系统动态结构图4.双闭环DC调速系统的调速方法调节转速有三种方法：(1)调整电枢电源电压U；(2)削弱励磁磁通；(3)改变电枢回路电阻r对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统，最好的方法是调整电枢电源电压。改变阻力只能实现分步调速；虽然削弱励磁磁通可以平稳地调节转速，但调速的范围并不大，而且往往只是为了(1)确定时间常数。电流回路的小时间常数之和。小时间近似处理根据设计要求，为保证稳态电流无差异，电流环可以校准为典型的I系统，具有良好的跟踪性能和小的超调量。让传递函数的形式为：(2)计算电流调节器的参数电流调节器的提前时间参数：电流开环增益：应在需要时获取，因此：根据上述设计参数，参照表1中典型一类系统的动态抗干扰性能，各项指标均可接受。55.5%33.2%18.5%12.9%tm/T2.83.43.84.0电视/电视14.721.72. 730.4表1典型一类系统动态抗干扰性能指标与参数的关系(3)验证近似条件电流环路截止频率1)晶闸管整流器传递函数的近似条件满足近似条件。2)忽略反电动势影响电流回路的情况,满足近似条件。3)电流回路小时间常数的近似处理条件满足近似条件。5.3调速器的设计(1)确定时间常数电流回路的等效时间常数。那么，拿着：比例积分调节器设计有如下启动传递函数：(2)计算转速调节器参数根据良好跟踪和免疫的原则，提前期常数为：此外，可以获得转速环的开环增益：ASR的比例系数可由下式获得：(3)验证近似条件转速环的截止频率为1)电流回路传递函数的简化条件是满足简化条件。2)转速环小时间常数的近似处理条件是,满足近似条件。三。模拟1.1 .简介。MatlabMATLAB是美国MathWorks公司生产的商业数学软件。它是用于算法开发、数据可视化、数据分析和数值计算的高级技术计算语言和交互环境，主要包括MATLAB和Simulink。MATLAB是两个单词matrixlaboratory的组合，意思是矩阵工厂(矩阵实验室)。这是一个由美国mathworks公司发布的主要面向科学计算、可视化和交互式编程的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化、非线性动态系统建模和仿真等许多强大功能集成到一个易于使用的窗口环境中，为科学研究、工程设计和许多需要有效数值计算的科学领域提供了一个全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式编程语言(如C和Fortran)的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。2.模拟步骤(1)打开Matlab软件，根据原理图将仿真模块拖入模块编辑窗口。(2)合理放置模块，正确连接模块。(3)设置每个模块的参数。(4)单击菜单栏中的运行按钮进行模拟。3.模拟结果(1)电流回路的模拟1电流回路的模拟模型如图4所示。图4电流回路模拟模型(2)当kt=0.5时，根据典型系统的设计方法得到的PI调节器的传递函数为，可以得到电流回路阶跃响应的仿真输出波形如图5所示。图5电流回路的仿真结果(3)当3)KT=0.25时，用典型系统的设计方法得到的PI调节器的传递函数为，可得到电流环阶跃响应的仿真输出波形：图6无过冲电流回路输出波形(4)当KT=1.0时，根据典型系统的设计方法得到的PI调节器的传递函数为，可以得到电流环阶跃响应的仿真输出波形：图7电流环路过冲大输出波形3.2速度环的模拟(1)速度环的仿真模型如图8所示。图8速度环模拟模型(2)根据计算结果的比例积分调节器：空载启动时的波形如图9所示。图9转速环空载启动输出波形(3)满载运行启动的波形：图10全速高速启动转速的输出波形在这个课程设计中，我们学到了很多在课堂上学不到的东西，尤其是在Matlab仿真中。我在这里花了很多时间和精力。本课程设计使我对电力拖动自动控制系统-运动控制系统-速度和电流反馈控制DC速度控制系统的核心内容有了更深的理解，并对典型的I系统设计有了更深的理解。通过matlab仿真，我对双闭环反馈控制的DC速度控制系统有了直观的印象。课程设计是对我们这学期学习的电驱动自动控制系统课程理论知识的综合评价。这是对我们把理论和时间结合起来的综合能力的检验。这也是培养我们发现和解决问题的能力以及激发我们内部创新意识的一种方式。通过系统的设计，让我们对双闭环控制系统的各个部分有所了解。同时，通过课程设计，我们可以了解哪些方面的理论知识相对薄弱，并及时发现漏洞，填补空缺。六.参考1张。电力电子技术与应用。北京大学出版社，2008年8月2翁瑞琪。电子工程师袖珍手