直流调速系统的Matlab仿真(课程设计作业).pdf
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1、直直流流调调速速系系统统的的M Ma at tl la ab b 仿仿真真( (课课程程设设计计作作业业) )-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN运动控制系统课程设计运动控制系统课程设计班级班级 自动化自动化 08020802姓名姓名 王王 有有 录录学号学号 01 01摘要摘要直流调速系统具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点,所以在电气传动中获得了广泛应用。本文从直流电动机的工作原理入手,建立了双闭环直流调速系统的数学模型,并详细分析了系统的原理及其静态和动态性能。然后按照自动控制原理,对双闭环调速系统的设计参数进行分析和计算,利用 Si
2、mulink 对系统进行了各种参数给定下的仿真,通过仿真获得了参数整定的依据。在理论分析和仿真研究的基础上,本文设计了一套实验用双闭环直流调速系统,详细介绍了系统主电路、反馈电路、触发电路及控制电路的具体实现。对系统的性能指标进行了实验测试,表明所设计的双闭环调速系统运行稳定可靠,具有较好的静态和动态性能,达到了设计要求。采用 MATLAB软件中的控制工具箱对直流电动机双闭环调速系统进行计算机辅助设计,并用SIMULINK 进行动态数字仿真,同时查看仿真波形,以此验证设计的调速系统是否可行。关键词直流电机 直流调速系统 速度调节器 电流调节器 双闭环系统 仿真AbstractAbstractD
3、C motor has been widely used in the area of electric drive because of itsneatly adjustment, simple method and DC motor has been widely used in the area ofelectric drive because of its neatly adjustment, simple method and smooth control ina wide range, besides its control performance is excellent. Be
4、ginning with the theoryof DC motor, this dissertation builts up the mathematic model of DC speed controlsystem with double closed loops, detailedly discusses the static and dynamic stateperformance of the system. Afterward, according to automation theroy this paparcalculates the parameters of the sy
5、stem. Then, this dissertation simulates andanalyzes the system by means of Simulink. The results of simulation are consistentwith theory calculation. Some experience was acquired through simulation. Based onthe theory and simulation, this dissertation designs a DC speed control system withdouble clo
6、sed loops, discusses the realization of main circuit, feedback circuit,control circuit and trigger circuit. The results of experiment show that the static anddynamic state performance of this system are good, which indicate that the designcan meet the analysis and design are carried out for speed-co
7、ntrolling system of thed-c motorby by using TOOL BOX and SIMULINK.KeywordsKeywords DC motor, DC governing system, speed governor, current governor,double loop control system, simulink目录目录摘要摘要AbstractAbstract一、双闭环直流调速系统的工作原理一、双闭环直流调速系统的工作原理1、双闭环直流调速系统的介绍2、双闭环直流调速系统的组成3、双闭环直流调速系统的稳态结构图和静特性4、双闭环直流调速系统的
8、数学模型二、系统设计方法及步骤二、系统设计方法及步骤1、系统设计的一般原则2、电流环设计(1)确定时间常数(2) 选择电流调节器结构(3) 选择电流调节器参数(4) 校验近似条件3、转速环设计(1) 确定时间常数(2) 选择转速调节器结构(3) 选择转速调节器参数(4) 校验近似条件三、三、MatlabMatlab 和和 SimulinkSimulink 简介简介四、四、SimulinkSimulink 环境中的系统模型、仿真结果及分析环境中的系统模型、仿真结果及分析1、开环直流调速系统的仿真2、单闭环有静差转速负反馈调速系统的建模与仿真3、单闭环无静差转速负反馈调速系统的建模与仿真4、单闭环
9、电流截止转速负反馈调速系统的建模与仿真5、单闭环电压负反馈调速系统的建模与仿真6、单闭环电压负反馈和带电流正反馈调速系统的建模与仿真7、单闭环转速负反馈调速系统定量仿真8、双闭环直流调速系统定量仿真9、三闭环直流调速系统仿真五、五、V-MV-M 双闭环直流不可逆调速系统的电气原理总图双闭环直流不可逆调速系统的电气原理总图六、总结六、总结参考文献参考文献一、双闭环直流调速系统的工作原理一、双闭环直流调速系统的工作原理1 1、双闭环直流调速系统的介绍、双闭环直流调速系统的介绍双闭环调速系统的工作过程和原理:电动机在启动阶段,电动机的实际转速(电压)低于给定值,速度调节器的输入端存在一个偏差信号,经
10、放大后输出的电压保持为限幅值,速度调节器工作在开环状态,速度调节器的输出电压作为电流给定值送入电流调节器, 此时则以最大电流给定值使电流调节器输出移相信号,直流电压迅速上升,电流也随即增大直到等于最大给定值, 电动机以最大电流恒流加速启动。电动机的最大电流(堵转电流)可以通过整定速度调节器的输出限幅值来改变。在电动机转速上升到给定转速后, 速度调节器输入端的偏差信号减小到近于零,速度调节器和电流调节器退出饱和状态,闭环调节开始起作用。对负载引起的转速波动,速度调节器输入端产生的偏差信号将随时通过速度调节器、电流调节器来修正触发器的移相电压,使整流桥输出的直流电压相应变化,从而校正和补偿电动机的
11、转速偏差。另外电流调节器的小时间常数, 还能够对因电网波动引起的电动机电枢电流的变化进行快速调节,可以在电动机转速还未来得及发生改变时,迅速使电流恢复到原来值,从而使速度更好地稳定于某一转速下运行。2 2、双闭环直流调速系统的组成、双闭环直流调速系统的组成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。两者之间实行嵌套连接,如图 11 所示。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。这就形成了转速、电流双闭环调速
12、系统。图 11 转速、电流双闭环直流调速系统其中:ASR-转速调节器 ACR-电流调节器 TG-测速发电机 TA-电流互感器 UPE-电力电子变换器Un-转速给定电压 Un-转速反馈电压Ui-电流给定电压Ui-电流反馈电压*3 3、双闭环直流调速系统的稳态结构图和静特性、双闭环直流调速系统的稳态结构图和静特性图 12 双闭环直流调速系统的稳态结构框图分析静特性的关键是掌握 PI 调节器的稳态特征,一般使存在两种状况:饱和输出达到限幅值,不饱和输出未达到限幅值。当调节器饱和时,输出为恒值,输入量的变化不再影响输出,除非有反向的输入信号使调节器退出饱和,换句话说,饱和的 调节器暂时隔断了输入和输出
13、的联系,相当于使该调节环开环。当调节器不饱和时,PI 的作用使输入偏差电压U 在稳态时总为零。实际上,在正常运行时,电流调节器是不会达到饱和状态的。因此,对于静特性来说,只有转速调节器饱和与不饱和两种情况。双闭环调速系统的静特性在负载电流小于速负反馈起主要的调节作用,但负载电流达到出时表现为转速无静差,这时,转时,对应于转速调节器的饱和输 ,这时,电流调节器起主要调节作用,系统表现为电流无静差,得到过电流的自动保护.这就是采用了两个 PI 调节器分别形成内、外两个闭环的效果。然而,实际上运算放大器的开环放大系数并不是无穷大,因此,静特性的两段实际上都略有很小的静差,见图 13 中虚线。图 13
14、 双闭环直流调速系统的静特性4 4、双闭环直流调速系统的数学模型、双闭环直流调速系统的数学模型双闭环直流调速系统数学模型的建立涉及到可控硅触发器和整流器的相关内容。全控式整流在稳态下,触发器控制电压 Uct 与整流输出电压 Ua0 的关系为:Ua0 AU2cos AU2cos(KUct)其中:A-整流器系数;U2 -整流器输入交流电压; -整流器触发角;Uct-触发器移项控制电压;K-触发器移项控制斜率;整流与触发关系为余弦,工程中近似用线性环节代替触发与放大环节,放大系数为:K=。绘制双闭环直流调速系统的动态结构框图如下:图 14 双闭环直流调速系统的动态结构框图二、系统设计方法及步骤二、系
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