电力拖动自动控制系统课程设计

1、电力拖动自动控制系统课程设计直流双闭环控制系统动态结构图的Matlab仿真姓名：*学号：班级：*指导老师：*1电力拖动白动控制系统课程设计目录页摘要3一. 转速电流闭环控制系统模型主要参数421主要设计参数：412其他参数：4二. 设计方案52. 1原理图52. 2双闭环直流调速系统两个调节器的作用 6三. 参数计算73.1电流调节器参数计算：732转速调节器参数计算：8四. ME/ab模型仿真94.1构建仿真模型：94.2设定模型仿真参数104. 3启动仿真以及结果1344仿真结果分析14五. 总结15参考文献16#安徽工业大学摘要本课程设计是设计一个转速、电流双闭环控制系统。转速、电 流反

2、馈控制直流调速系统是静态特性和动态特性优良、应用最广泛的 直流调速系统。为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系 统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈 和电流负反馈，二者之间实行嵌套联接。本设计介绍了双闭环调速系 统的基本原理，转速环、电流环的设计，最后使用Matalab +的 Simulink对系统进彳亍仿真验证。关键词：双闭环调速系统、转速坏、电流坏、Matalab3安徽工业大学一. 转速电流闭环控制系统模型主要参数主要设计参数：电源160V（峰值）50Hz电动机Ra = 0.211? La = 0.00021h Uf = 2207 Rf = 146.70 L

3、r = 0Laf = 0-84H j=o. 57 kg-m2转速调节器PI-ASR粘=10.49 Kn =1/0. 0083=120. 5电流调节器PI-ACRKpE = 2.48 Kt =l/o. 0268=37. 3电抗器y =0. 002H Ld 0.015/?12其他参数:电势系数 C, = 0.132Vmin/r：电磁时间常数近=0.076s；机电时间常数Tw= 0.161：电流反馈滤波时间常数:0.002s；转速反馈滤波时间常数Ton= 0.01s：允许电流过载倍数弘1.5；要求转速调节器和电流调节器的最大输入电压U二=U；m = 10V：两调节器的输出限幅电压为12V；电流超调量

4、6 <5%：空载起动到额定转速时的转速超调最Q < 10%：二. 设计方案21原理图根据系统的动态结构图仿真模型如下图所示，反应模型与系统动态结构图 的各个环节基本上都是对应的，盂耍指出的是，双闭环系统的转速和电流两个调 节器都是有饱和特性和带输出限幅的pi调节器，为了充分反应在饱和和限幅非 线性影响下调速系统的工作情况，需要构建考虑饱和和输出限幅的pi调节器， 过程如下：图2. 1直流双闭环调速系统动态结构图和仿真模型上述PI调节器的传递函数可以直接调用SIMULINK中的传递函数或零极点 模块。而考虑饱和和输出限幅的调节器模型如图2.2a所示。模型中比例和积分 调节分为两个通道

5、，其中积分调节器integerate的限幅表示调节器的饱和限幅 值，而调节器的输出限幅由饱和模块Saturation设定。当该调节器的作用转速 调节器ASR时，在启动中由于开始转速偏差大，调节器输出很快达到输出限幅值, 在转速超调后首个积分退饱和，然后转速调节器输出才从现负值开始下降，为了 实习统模型更简洁，利用了打包功能（Great subsystem） 0将调节器模型缩小 为一个分支模块，如图2. 2b所示：Subsyslema）b）图2. 2带饱和和输出限幅的PI调节器分支模块2. 2双闭环直流调速系统两个调节器的作用1）转速调节器的作用（1）使转速n跟随给定电压Um*变化，当偏差电压为

6、零时，实现稳态无询 差。（2）对负载变化起抗扰作用。（3）其输出限幅值决定允许的最大电流。2）电流调节器的作用（1）在转速调节过程中，使电流跟随其给定电压Ui*变化。（2）对电网电压波动起及时抗扰作用。（3）起动时保证获得允许的最大电流，使系统获得最大加速度起动。（4）当电机过载共至于堵转时，限制电枢电流的最大值，从而起大快速的安 全保护作用。当故障消失时，系统能够白动恢复正常。三. 参数计算3.1电流调节器参数计算:电流反馈系数：电机转矩时间常数:1.5X136= 0.05GD2RS375CeCm =175X2.85375x955x0.1322= 0 1615电机电磁时间常数:八=虫=QOO

7、gXb? = 0.076sL Rt2.S5三相胡闸管整流电路平均失控时间：心=0.0017s电流环的小时间常数为：厲=片 + T* (0.0017 + 0.02)s = 0.0037s电流坏可按典型I型系统进行设计，电流调节器选用PI调节器，其传 递函数为11 +谥畑=K八亦其中:Tt = 0.076s2几/冷2X0.0027X0.272X37.34= 2.84K防辭鬻"026832转速调节器参数计算：转速反馈系数：口=題=誥=000667“M为了加快转速的调节速度，转速环按典型II系统设计，并选中频段宽 度h二5,转速调节器的传递函数为其中rn = hTm =+ 人=5x(2x0.

8、0037+ 0.01)5= 0.087s+_ 6XOR2X0.172XOM1IhaRT 2X5X0.00667X2Tn 0.087Ajr=X； = 1048 = 0,0083调节器的积分环节的限幅值为±12,调节器输出限幅值为±10.安徽工业大学四.Matlab模型仿真4.1构建仿真模型：根据转速电流双闭环控制的直流调速系统动态结构图。提取各元器件的仿真 模块，连接模块，得到按传递函数仿真的双闭环控制直流调速系统仿真模型如下图所小:图4."仿真模型图图 4.1b ASR-BLOCK9安徽工业大学电力拖动自动控制系统课程设汁图 4.1CACR-BLOCK4.2设定模

9、型仿真参数按工程设计方法和选择转速和电流调节器部分参数设定如下:图 4.2a11安徽工业大学图 4.2b图 4.2c#安徽工业大学电力拖动门动控制系统课程设计图42d图 4.2e13安徽工业大学#安徽工业大学43启动仿真以及结果#安徽工业大学电力拖动门动控制系统课程设计4. 4仿真结果分析从仿真结果可以看到，电动机的启动过程经历了电流上升，恒流升速和转 速超调后的调节三个阶段。双闭环直流调速系统空载空载启动时，突加给定电压，电流上升。由于机电 时间常数Tm比电磁时间常数T1大得多，即电机机械惯性比电磁惯性大得多，所 以转速仍然为0,则转速n=0,转速反馈电圧Un二0,因而转速偏差电床A Un

10、= Un* - Un很大，使转速调节器WASR进入饱和状态，转速调节器输出 达到限幅值Uim*。此阶段电流调节器试图按照电流设 定值Ui*将电枢电流Id 调节到电流最大值Idm，所以电流迅速上升，而转速的增加较小。接下來是恒流升速阶段。经过电流调节器的调节作用，电枢电流被调节到Idm,以充分利 用电动机的过载能力，使电机产生最大转矩加速。电机转速迅速上升。此阶段由 于转速小于给定值，Un*大于Un,误差AUn始终小于零，所以转速调节器一直处 于饱和状态，其输出一直保持Uim* o电流调节器给定一直为Uim* ,因此在电 流环定值控制作用下，Id保持Idm,电磁转矩保持最大值，电机恒加速度升速。

11、 最后是转速调节阶段。上一阶段结束后，电机转速到达给最大值，并超过额定值, 由于转速大于给定值，Un*小于Un,误差AUn始终大于零，所以转速调节器一直 退饱和，其输出小于Uim* o电流调节器给定一直小于Uim* ,因此在电流环定值控制作用下，Id开始下降，转速也开始下降，经过一段时间的调节，转速 稳定在额定转速，由于电动机空载，负载转矩为零，电磁转矩也为零，所以电流 最后稳定为零值。在0. 8s时突加了 1/2额定负载后电动机电流上升转速下降，经过0. 2s左 右调节。然后电流，转速达到新的稳定值。15安徽工业大学五总结本次课程设计是根据给定的初始值设计一个双闭环直流调速系统，并进行仿 真

12、验证。经过了一段时间的努力，终于完成了这个课程设计，并且很好的满足课 题要求。在完成课程设计的过程中，虽然遇到了一些困难，也发费了不少时间， 但是从中学到了大量的的知识，这些知识都是在课堂上无法学到的。经过这 次课程设计，经电力拖动自动控制系统这本书中的知识用到实际中，使我对 书中的知识有了更深刻的认识，对典型I、【系统设计加深了认识，以及PI调 节器的设计方法，特别是双闭环宜流调速系统相关的知识。例如，双闭环直流调 速系统的工作原理，电流环和转速环的设计等。在这次课程设计中，我们用到 Mat lab这个软件中的Simulink模块，完成课程设计的同时，也米握了这个软件 的使用方法，这是我收获的一个重要的能力。课程设计，不仅是对所学知识的掌 握和理解，最重要的是锻炼能力，如动手能力、发现并解决问题的能力等。而我 同过这次课程设计也正好提高了这些能力。总之，通过这次