2022年运动控制系统双闭环直流调速系统仿真.docx
精选学习资料 - - - - - - - - - 本科生课程论文课程名称 运动掌握系统名师归纳总结 学院机自学院第 1 页,共 17 页专业电气工程及其自动化学号 1212XXXX同学翟自协指导老师杨影分数- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 题目：双闭环直流调速系统仿真 对例题设计的双闭环系统进行设计和仿真分析,仿真时间 10s；详细 要求如下：在一个由三相零式晶闸管供电的转速、电流双闭环调速系统中,已知电动机的额定数据为：. .=60kW, .=220V, . .=308 A,.=1000 r/min , 电动势系数 . . V· min/r ,主回路总电阻 R= ,变换器的放大倍数 .=35；电磁时间常数 . .,机电时间常数 . .,电流反馈滤波时间常数 . .,转速反馈滤波时间常数 . .；额定转速时的给定电压 . . .=10V,调剂器 ASR,ACR 饱和输出电压 . . = 8V ,.；系统的静、动态指标为：稳态无静差,调速范畴 D=10,电流超调量5% ,空载起动到额定转速时的转速超调量10%；试求：1确定电流反馈系数假设起动电流限制在以内和转速反馈系数 ；2试设计电流调剂器ACR.和转速调剂器 ASR；3在 matlab/simulink 仿真平台下搭建系统仿真模型；给出空载起 动到额定转速过程中转速调剂器积分部分不限幅与限幅时的仿真波形包括转速、 电流、转速调剂器输出、 转速调剂器积分部分输出 ,指出空载起动时转速波形的区分,并分析缘由；4运算电动机带 40%额定负载起动到最低转速时的转速超调量 n；并与仿真结果进行比照分析；2 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 5估算空载起动到额定转速的时间, 并与仿真结果进行比照分析；6在 5s 突加 40%额定负载,给出转速调剂器限幅后的仿真波形 包括转速、电流、转速调剂器输出、转速调剂器积分部分输出,并对波形变化加以分析；解：1 =.= . .8.=8.339.= 0.0236 . . 1.1 . .= 10 1000= 0.01 . .2电流调剂器设计确定时间常数：. . .= 0.00333. . .= 0.0025. .= . .+ . .= 0.0025 + 0.00333 = 0.00583.电流调剂器结构确定：由于. .5%,可按典型 I 型系统设计,选用 PI 调剂器,.+ 1. = . .电流调剂器参数确定： . .= . .= 0.012.,选.= 0.5 ,.= 0.5 . = 85.76 .-1,. . 85.76 × 0.012 × 0.18.= . = 35 × 0.0236 = 0.2243 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 校验等效条件 ：.= .= 85.76 .-1电力电子装置传递函数的近似条件：1 = 3. .1 3 × 0.00333 = 101.01 > .忽视反电势的影响的近似条件：1 13. . . = 30.12 × 0.012 = 79.06 .-1 < .电流环小时间常数的近似条件：1 13. . . =10.00333 × 0.0025 = 115.52 .-1 > . 13可见满意近似等效条件；速度调剂器设计确定时间常数：a电流环等效时间常数 1 .: 由于.= 0.5就1 . = 2.= 2 × 0.00583 = 0.01166 .b. .= 0.015 .c.= 1 . + . .= 0.01166 + 0.015 = 0.02666 s速度调剂器结构确定：依据无静差的要求,应选用 PI 调剂器,.+ 1. = . .速度调剂器参数确定：. .= .,取 h=5,. .= .= 0.1333 .4 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - . =. + 1=6 2 × 52× 0.026662 = 168.82 .-22.2. 2.=. + 1. . .=6 × 0.0236 × 0.196 × 0.12 2 × 5 × 0.01 × 0.18 × 0.02666 = 6.942.校验等效条件：.= . .1 a电流环近似条件：= . .= 168.82 × 0.1333 = 22.5.-11 .3. =185.76 0.00583 = 40.43.-1 > .3b转速环小时间常数近似：1 .3. . =185.76 0.015 = 25.2.-1 > .3可见满意近似等效条件；转速超调量的校验 空载 Z=0. .% = 2 . . . . - . . . .0.026660.12= 2 × 81.2% × 1.1 ×308 × 0.18 0.196 × 1000×= 11.23% > 10%转速超调量的校验结果说明, 上述设计不符合要求 ；因此需要重新设计；查表,应取小一些的h,选 h=3 进行设计；按 h=3,速度调剂器参数确定如下：. .= .= 0.07998 .5 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - . =. + 1=4 2 × 9 × 0.026662 = 312.656 .-22.2. 2.=. + 1. . .=4 × 0.0236 × 0.196 × 0.12 2 × 3 × 0.01 × 0.18 × 0.02666 = 7.72.校验等效条件：.= . .1 a电流环近似条件：= . .= 312.656 × 0.07998 = 25.-11 .3. =185.76 0.00583 = 40.43.-1 > .3b转速环小时间常数近似：1 .3. . =185.76 0.015 = 25.2.-1 > .3可见满意近似等效条件；转速超调量的校验：. .% = 2 . . . . - . . . .0.026660.12= 2 × 72.2% × 1.1 ×308 × 0.18 0.196 × 1000×= 9.97% < 10% 转速超调量的校验结果说明,上述设计符合要求；3在 matlab 仿真平台下搭建系统仿真模型：6 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 限幅时的仿真波形：a转速：b电流：8 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - c转速调剂器输出：d转速调剂器积分部分输出：9 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 不限幅时的仿真波形：a转速：b电流：10 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - c转速调剂器输出：d转速调剂器积分部分输出：11 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 由上图可知,空载启动时转速的波形在限幅和不限幅上的区分仍是很大的；空载起动时转速波形的区分：当转速调剂器的积分部分不限幅时：振荡次数较于限幅时更多, 超调比较大,起动时间更长,调剂时间更加长；当转速调剂器的积分部分限幅时：小,起动时间较短,调剂时间较短；引起区分的缘由：振荡次数少于不限幅时, 超调较当 ASR 转速调剂器积分部分不限幅时,速度调剂器到达限幅值时,转速仍未到达额定转速,偏差均大于零,积分部分的输出始终在增大,这就导致使积分部分输出的值变得很大；当转速到达额定转速时,积分调剂器的输出不能立刻变小,而是需要经过一段时间使积分调剂器的输出复原到开头限幅瞬时的数值；在这段时间内调剂器暂时失去调剂功能,导致ASR 在很长时间内都是限幅输出,电机转速始终在增加,所以 ASR 积分部分不限幅时,转速超调较大,起动时间较长,调剂时间较长；440%额定负载起动到最低转速时：由于由题目要求带40%额定负载,所以= 6.35%. .= . .= 0.4 × 308 = 123.2. .% = 2 × 72.2% × 1.1 - 0.4 ×308 × 0.18 0.196 × 1000×0.026660.1212 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 仿真结果：. .% =1049 - 1000= 4.9%1000与估算结果相近；13 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 5依据电机运动方程：. .=. .375 .= . .- . . .- . .=. .- . .= . .- . . 375. . 375. . 2. .所以,t =. . .- . .=0.196 × 0.12 × 1000 1.1 × 308 - 0 × 0.18 = 0.385.6在 5s 突加 40%额定负载,转速仿真波形：电流仿真波形：14 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 转速调剂器输出仿真波形：转速调剂器积分部分输出仿真波形：15 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 分析：突加给定电压后, 转速调剂器很快进入饱和状态,输出恒定的限幅电压 . . ,使电机在恒流条件下启动, 启动电流 . . .= . . . ,而转速就按线性规律增长； 转速调剂器一旦饱和, 只有当转速上升到给定电压所对应的给定值.时,反馈电压才与给定电压平稳,此后转速偏差电压 .变为负值,使 ASR 退饱和； ASR 开头退饱和时,由于电动机电流 . .仍大于负载电流 . .,电动机仍旧加速, 直到. . .时,转速才降低下来,因此启动过程中转速肯定超调；在 5s 时突加 40%额定负载扰动,即 . .= 123.2.,就转速受扰动,会有所下降,使电动机电流 . .上升；直到 . .> . .时电机转速才上升,同时电机电流下降,最终稳固在；16 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 心得体会：由于之前课程对 matlab 的熟识使得这次仿真项目在 matlab 使用 部分顺当许多； 重点也是难点的是对双闭环直流调速系统的懂得,充 分懂得转速环和直流环, 仍要学会各种参数的比较和运算,如何修改 参数以到达题目的要求；仿真部分也有遇到难题, 比方由于参数设置问题导致波形与预想 的成效相差甚远,而有些就只是范畴内的误差；总的来说,通过这次仿真项目,不仅仅学到了如何使用操作 matlab,更多的是系统的设计以及仿真思想；17 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 17 页
