電力拖動-直流調(diào)速

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1、數(shù)字仿真與實踐課程報告題目：雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真實驗研究學院：專業(yè)：姓名：班級：學號：目錄1.引言12．原理12.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性12.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學模型和動態(tài)性能53.設計與計算6173.1給定參數(shù)63.2設計與計算73.2.1電流環(huán)的設計73.2.2轉(zhuǎn)速環(huán)的設計84.仿真實驗104.1電流環(huán)的仿真104.2轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真115.結(jié)論（思考題）14171.引言從生產(chǎn)機械17要求控制的物理量來看，電力拖動自動控制系統(tǒng)有調(diào)速系統(tǒng)，位置隨動系統(tǒng)，張力控制系統(tǒng)，多電動機同步控制系統(tǒng)等多種類型，而各種系統(tǒng)往往都通過控制轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)的，因而調(diào)速系統(tǒng)是

2、最基本的拖動控制系統(tǒng)。采用轉(zhuǎn)速負反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。由于主電路電感的作用，電流不能突跳，為了實現(xiàn)在允許條件下最快啟動，關鍵是要獲得一段使電流保持為最大值的恒流過程，按照反饋控制規(guī)律，電流負反饋就能得到近似的恒流過程。問題是希望在啟動過程中只有電流負反饋，而不能讓它和轉(zhuǎn)速負反饋同時加到一個調(diào)節(jié)器的輸入端，到達穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又希望只要轉(zhuǎn)速負反饋，不讓電流負反饋發(fā)揮作用，因此我們采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。本課題以直流電動機為對象，用工程設計方法設計直流電動機轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，基于直流電動機的基本方程給出動態(tài)結(jié)構(gòu)圖，建立雙閉環(huán)調(diào)速系

3、統(tǒng)的數(shù)學模型，并應用MATLAB進行仿真，對仿真結(jié)果分析、研究，驗證控制方案的合理性。主要完成如下工作：(1)數(shù)學模型的建立(2)系統(tǒng)方案設計(3)仿真的進行和結(jié)果的分析與探究2．原理2.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性采用PI調(diào)節(jié)的單個轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。但是，如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，例如要求快速起制動，突加負載動態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要。這主要是因為在單閉環(huán)系統(tǒng)中不能隨心所欲地控制電流和轉(zhuǎn)矩的動態(tài)過程。在單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，電流截止負反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的，但它只能在超過臨界電流值以后，靠強烈的負反饋

4、作用限制電流的沖擊，并不能很理想地控制電流的動態(tài)波形。帶電流截止負反饋的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，起動電流突破以后，受電流負反饋的作用，電流只能再升高一點，經(jīng)過某一最大值后，就降低下來，電機的電磁轉(zhuǎn)矩也隨之減小，因而加速過程必然拖長。17對于經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)運行的調(diào)速系統(tǒng)，例如龍門刨床、可逆軋鋼機等，盡量縮短起、制動過程的時間是提高生產(chǎn)率的重要因素。為此，在電機最大允許電流和轉(zhuǎn)矩受限制的條件下，應該充分利用電機的過載能力，最好是在過渡過程中始終保持電流（轉(zhuǎn)矩）為允許的最大值，使電力拖動系統(tǒng)以最大的加速度起動，到達穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速時，立即讓電流降下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運行。實

5、際上，由于主電路電感的作用，電流不可能突跳。為了實現(xiàn)在允許條件下的最快起動，關鍵是要獲得一段使電流保持為最大值的恒流過程。按照反饋控制規(guī)律，采用某個物理量的負反饋就可以保持該量基本不變，那么，采用電流負反饋應該能夠得到近似的恒流過程。問題是，應該在起動過程中只有電流負反饋，沒有轉(zhuǎn)速負反饋，達到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又希望只要轉(zhuǎn)速負反饋，不再讓電流負反饋發(fā)揮作用。要想既存在轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋，又使它們只能分別在不同的階段里起作用，只用一個調(diào)節(jié)器顯然是不可能的，可以考慮采用轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器。(1)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設置兩

6、個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負反饋和電流負反饋。二者之間實行嵌套（或稱串級）聯(lián)接，如圖2—3所示。把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。為了獲得良好的靜、動態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器，這樣構(gòu)成的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖如圖2—4所示。圖中標出了兩個調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓的實際極性，它們是按照電力電子變換器的控制電壓為正電壓的情況標出的，并考慮到運算放大器的倒相作用。圖中還表示了兩個調(diào)節(jié)器的輸

7、出都是帶限幅作用的，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓決定了電流給定電壓的最大值，電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓限制了電力電子變換器的最大輸出電壓。17圖2—3轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)圖2—4雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖(2)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖和靜特性為了分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性，必須先會出它的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，如圖2—5所示。它可以很方便地根據(jù)原理圖畫出來，只要注意用帶限幅的輸出特性表示PI調(diào)節(jié)器就可以了。分析靜特性的關鍵是掌握這樣的PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征，一般存在兩種狀況：飽和——輸出達到限幅值，