“双闭环控制直流电动机调速系统”数字仿真实验.doc

“双闭环控制直流电动机调速系统”。直流电动机具有良好的起、制动性能和调速性能,易于在大范围内平滑调速,且调速后的效率很高。直流电动机有三种调速方法,分别是改变电枢供电电压、励磁磁通和电枢回路电阻来调速。对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说,以调节电枢电压方式为最好,调压调速是调速系统的主要调速方式。直流调压调速需要有专门的可控直流电源给直流电动机,随着电力电子的迅速发展,直流调速系统中的可控变流装置广泛采用晶闸管,将晶闸管的单向导电性与相位控制原理相结合,构成可控直流电源,以实现电枢端电压的平滑调节。本实验的题目是双闭环直流电机调速系统设计。采用静止式可控整流器即改革后的晶闸管—电动机调速系统作为调节电枢供电电压需要的可控直流电源。由于开环调速系统都能实现一定范围内的无级调速,但是许多需要调速的生产机械常常对静差率有要求则采用反馈控制的闭环调速系统来解决这个问题。如果对系统的动态性能要求较高,则单闭环系统就难以满足需要。而转速、电流双闭环直流调节系统采用PI调节器可以获得无静差;构成的滞后校正,可以保证稳态精度;虽快速性的限制来换取系统稳定的,但是电路较简单。所以双闭环直流调速是性能很好、应用最广的直流调速系统。转速、电流双闭环控制直流调速系统根据晶闸管的特性,通过调节控制角α大小来调节电压。基于实验题目,直流电动机调速控制器选用了转速、电流双闭环调速控制电路。本实验的重点是设计直流电动机调速控制器电路,实验采用转速、电流双闭环直流调速系统为对象来设计直流电动机调速控制器。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。从闭环结构上看,电流环在里面,称作内环;转速环在外边,称做外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。首先确定整个设计的方案和框图,并计算其参数,然后采用MATLAB/SIMULINK对整个调速系统进行了仿真分析。,要熟悉Matlab/Simulink仿真环境;并掌握Simulink图形化建模方法;同时验证“直流电动机转速/电流双闭环PID控制方案”的有效性。本实验的主要内容是,首先对“双闭环直流电动机调速系统”进行建模,包括直流电动机、晶闸管触发和整流装置、比例放大器、测速发电机和电流互感器的数学模型的建立;然后就是对电流环/调节器设计;最后是在Matlab/Simulink仿真环境中进行电流环动态跟随性能仿真实验、转速环动态抗扰性能仿真实验和系统动态性能分析。系统建模根据系统中各控制对象的物理定律,列写描述各个环节动态过程的微分方程;求出各环节的传递函数;并组成系统的动态结构图。,其中电枢回路电阻R和电感L包含整流装置内阻和平波电抗器电阻与电感在内,规定正方向如图所示。图1直流电动机等效电路由图1可列出微分方程如下:(主电路,假定电流连续)(牛顿动力学定律,忽略粘性摩擦力)定义下列时间常数:——电枢回路电磁时间常数,单位为s;——电力拖动系统机电时间常数,单位为s;带入微分方程,并在零初始条件下取等式两侧的拉式变换,得:电压与电流的传递函数(1)电流与电动势间的传递函数为(2)式中——负载电流。。晶闸管触发与整流装置可以看成是一个具有纯滞后的放大环节,其滞后作用是由晶闸管装置的失控时间引起的。下面列出不同整流电路的平均失控时间:表1各种整流电路的平均失控时间(f=50Hz)整流电路形式平均失控时间Ts/ms单相半波10单相桥式(全波),,则晶闸管触发和整流装置的输入输出关系为按拉氏变换的位移定理,则传递函数为(3)考虑到失控事件很小,忽略其高次项,则晶闸管触发和整流装置的传递函数可近似成一阶惯性环节(4)其结构图如图3所示。a)准确的结构图b)、测速发电机和电流互感器的动态数学模型比例放大器、测速发电机和电流互感器的响应都可以认为是瞬时的,因此它们的放大系数也就是它们的传递函数,即(5)(6)(7),可得双闭环控制系统的动态结构图如下图4双闭环控制系统的动态结构图系统中采用三相桥式晶闸管整流装置,基本参数如下:直流电动机:220V,,1480r/min,=/(