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  • 最后,即本文的重点设计直流电动机调速控制器电路,本文采用转速、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...
  • 目录 1引言 2 二初始条件 2 三设计要求 2 四设计... 转速环的设计 6 七双闭环直流不可逆调速系统线路图 8 1.系统主电路图 8 2.触发电路 9 3.控制电路 13 4. 转速调节器 ASR设计 13 5. 电流调节器 ACR 设计 14 6. 限幅电
  • 直流电机转速、电流双闭环调速系统进行了研究,并对一种基于脉宽调制 (PWM)装置的双闭环调速系统进 行 了转速、电流调节器的工程设计,最后应用MATLAB/sIMuuNK仿真软件对系统的工程设计进行 了仿真, 给出仿真...
  • 双闭环控制的直流调速系统的特点就是电动机的转速和电流由两个独立的调节器分别控制,且转速调节器(ASR)的输出就是电流调节器(ACR)的给定,因此电流环能够跟随转速的偏差调节电动机的电枢电流。当转速低于给定速度...
  • 直流电机双闭环直流调速系统,主电路形式的确定; 励磁电路形式的确定; 3.电枢整流变压器、 励磁整流变压器、 平波电抗器的参数计算; 4.主电路晶闸管、 励磁电路整流二极管的参数计算与选择 ; 5.晶闸管的过电压、...
  • 基于MATLAB的_电机与拖动_仿真实验_直流电动机调速实验.pdf 基于MATLAB_Simulink的永磁同步电机矢量控制.pdf 基于DSP无刷直流电机控制系统的研究及其仿真.pdf ...
  • 基于Matlab的双闭环直流电机调速系统的仿真
  • 转速电流双闭环控制直流调速系统的仿真模型。 运用以下的参数: 转速调节器ASR:Kp=17.72,Ki=1/0.087; 电流调节器ACR:Kp=2.47,Ki=1/0.065; 积分环节的限幅值为,调节器输出限幅值为; 三相晶闸管整流器SCR:Ks=...
  • 速度和电流双闭环直流调速系统(简称闭环调速系统)是由电流和转速两个调节器进行综合调节的,可获得良好的静、动态性能。由于这样的系统其转速和电流响应曲线很难精确绘制,不便于对系统特性的分析和理解。本文通过...
  • Matlab模糊PID双闭环直流调速系统的建模与仿真-基于Matlab的模糊PID双闭环直流调速系统的仿真.pdf 最近在做关于这个课题的毕业设计,希望和大家聊聊这个话题
  • 双闭环直流电机调速系统进行设计改进,对原闭环调速系统进行建模与仿真,仿真结果表明系统的阶跃响应是稳定的,但超调量过大。针对该结果提出基于微分负反馈的系统改进方案,仿真结果表明超调量有效地降低,达到了...
  • 双闭环直流电机调速系统的设计与MATLAB 仿真 1.1闭环调速系统的工作原理 1.1.1转速控制的要求和调速指标 生产工艺对控制系统性能的要求经量化和折算后可以表达为稳态和动态性能指标设计任务书中给出了本系统调速...
  • 已知铣床主拖动电机晶闸管供电的双闭环直流调速系统如图2-1所示,整流装置采用三相桥式电路,基本数据如下: •直流电动机:额定电枢电压=220V,额定电枢电流=55A,额定转速=1000r/min,电动机电动势系数Ce=0.1925...
  • 基于PSIM的直流电机双闭环仿真说明文档
  • 这是系统建模与仿真大作业论文-双闭环直流电机调速系统的建模与仿真,希望能够对修读该课程的同学有所帮助。
  • 双闭环直流电机调速系统的SIMULINK仿真实验
  • 电流环按典Ⅰ模最佳设计,速度环按典Ⅱ震荡指标法设计
  • 中国矿业大学徐海学院控制系统设计姓 名: 聂钰涵 学 号:专 业: 电气工程及其自动化题 目: 双闭环直流调速系统设计专 题: 控制系统设计指导教师: ...

    中国矿业大学徐海学院

    控制系统设计

    姓 名: 聂钰涵 学 号:

    专 业: 电气工程及其自动化

    题 目: 双闭环直流调速系统设计

    专 题: 控制系统设计

    指导教师: 夏 帅

    设计地点: 嘉园512 时 间: 2011年6月

    20 11 年 6 月

    I

    控制系统设计任务书

    专业年级 电气08-1 班 学号 学生姓名 聂钰涵

    任务下达 日期: 2011 年 6月 2 日

    2011 6 2 2011 7 6

    设计日期: 年 月 日 至 年 月 日

    设计题目:

    双闭环直流调速系统设计

    设计主要内容和要求:

    直流调速系统凭借其优良的调速性能在现场中得到了广泛使用,虽然交流

    电机得到了越来越多的使用,但直流调速系统的理论完全适用于交流电机调

    速系统的设计。针对附录中提供的直流电机参数,进行直流电机调速系统的

    设计。要求该直流电机调速系统调速范围宽、起制动性能好,具体设计内容

    如下:

    (1)调查直流调速系统中采用的主回路拓扑结构,根据设计要求选择合适的

    主回路结构,并给出选择依据;

    (2)针对所选主回路结构,结合被控直流电机,进行器件的参数计算和选型;

    并进行相应驱动和保护电路的设计;

    (3)设计双闭环直流调速系统,应用Matlab软件对双闭环直流调速系统进

    行仿真研究;

    (4)根据系统控制要求,选择一款合适的数字处理器,并进行模拟量采样电

    路、速度检测电路的等相关电路的设计;

    (5)进行直流调速系统的软件设计,给出增量式PI调节器的设计方法。

    指导教师签字:

    II

    摘 要

    本次课程设计设计了一个转速、电流双闭环直流PWM调速系统。该系统中

    设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器,构成了

    电流环和转速环,前者通过电流元件的反馈作用稳定电流,后者通过转速检

    测元件的反馈作用保持转速稳定,最终消除转速偏差,从而使系统达到调节

    电流和转速的目的。该系统起动时,转速外环饱和不起作用,电流内环起主

    要作用,调节起动电流保持最大值,使转速线性变化,迅速达到给定值;稳

    态运行时,转速负反馈外环起主要作用,使转速随转速给定电压的变化而变

    化,电流内环跟随转速外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流。并通过

    MATLAB进行系统的数学建模和系统仿真,分析双闭环直流调速系统的特性。

    关键词:双闭环直流调速,脉宽调制 (PWM), MATLAB Simulink仿真

    III

    1

    徐海学院08 级控制系统设计 第 页

    目 录

    前言 4

    第一章 直流电机调速理论 6

    1.1 直流电机调速方法6

    展开全文
  • 介绍了基于PID单闭环直流调速系统的设计方法。系统选用STC89C52单片机为控制器,并在此基础上完成了硬件设计。利用脉宽调制技术,解决直流调速系统中调节时间长、抗干扰能力差等问题,实现了对直流电机速度的控制。...
  • 机电控制系统分析与设计 课程大作业一 基于MATLA啲直流电机双闭环调速系统的 设计与仿真 姓名: 班级: 学号: 年月 设计要求与设计参数 设一转速电流双闭环直流调速系统米用双极式H桥PWM方式驱动已知电动机参数 为....
  • 本资源为双闭环直流调速系统的动态仿真模型,转速控制器和电流控制器采用工程设计的方法进行设计。仿真可完美运行。
  • 设计题目: 转速、电流双闭环直流调速系统控制器设计 电机参数:他励直流电动机,额定功率为 185W,额定电压为 220V,额定转速 1600rpm,额定电 枢电流达到 1.1A。转动惯量 2mkg006.0 J 。电枢电感 La=326mH...
  • matlab转速电流双闭环直流调速系统仿真,含有一个设置参数的m文件和一个simulink仿真文件,运动控制系统课程设计可用
  • 该仿真模型,是针对直流电机电流环、和转速换进行PID的双闭环调节,其额定转速为1500rad/s,并对转速环输出、电流环输出电压波形,转速以及电机端电压的结果进行了输出。
  • 根据设计多环控制系统的一般原则进行系统设计:从内环开始,一环一环地逐步向外扩展。先从电流环入手,首先设计好电流调节器,然后把整个电流环看做转速调节系统的一个环节,再设计转速调节器。 稳态指标的要求:...
  • 直流调速课程三级项目,使用Simulink中的Power system系统进行电机、PWM变换器和电源转换器的搭建,使用Simulink中数学模型进行双闭环的搭建,进行联合仿真。采用工程设计方法设计转速环和电流环参数,实现转速无静...
  • 本文件是我自己做的转速电流双闭环直流调速Simulink仿真,网上大都只是简单介绍,实际做起来没那么容易,里面包括各种参数都是调好了,能过够直接应用并且调出来波形。欢迎下载,本文空间还有关于他的论文,也是我...
  • 目录直流电机双闭环PID调速系统仿真1 转速、电流双闭环直流调速系统的组成及工作原理2 闭环调速系统的动态数学模型3 调节器的设计3.1 电流调节器的设计3.2 转速调节器的设计4 搭建模型5 参数计算5.1 参数的直接...

    目录

    直流电机双闭环PID调速系统仿真

    1 转速、电流双闭环直流调速系统的组成及工作原理

    2 双闭环调速系统的动态数学模型

    3 调节器的设计

    3.1 电流调节器的设计

    3.2 转速调节器的设计

    4 搭建模型

    5 参数计算

    5.1 参数的直接计算

    5仿真具体参数

    6 仿真结果

    7 结束语

    8  参考文献

    摘要

    在工程的应用中,直流电动机的占有很大的比例,同时对于直流系统的调速要求日益增长。在直流调速系统中比较成熟并且比较广泛的是双闭环调速系统,本文对于直流双闭环的PID调速系统作简要的设计,同时利用Matlab/Simulink仿真软件进行仿真处理。

    在现代化的工业生产过程中,许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节,并且要求有良好的稳态、动态性能。而直流调速系统调速范围广、静差率小、稳定性好,过载能力大,能承受频繁的冲击负载,可实现频率的无级快速起制动和反转等良好的动态性能,能满足生产过程自动化系统中各种不同的特殊运行要求。在高性能的拖动技术领域中,相当长时期内几乎都采用直流电力拖动系统。

    开环直流调速由于自身的缺点几乎不能满足生产过程的要求,在应用广泛地双闭环直流调速系统中,PID控制已经得到了比较成熟的应用。

    Matlab是目前国际上流行的一种仿真工具,它具有强大的矩阵分析运算和编程功能,建模仿真可视化功能Simulink是Matlab五大公用功能之一,他是实现动态系统仿真建模的一个集成环境,具有模块化、可重载、图形化编程、可视化及可封装等特点,可以大大提高系统仿真的效率和可靠性。Simulink提供了丰富的模型库供系统仿真使用,它的仿真工具箱可用来解决某些特定类型的问题,也包括含有专门用于电力电子与电气传动学科仿真研究的电气系统模型库。此外,用户可根据自己的需要开发并封装模型以扩充现有的模型库。新模型可以由现有的模型组合得到,也可以通过系统提供的s_function函数,利用Matlab语言、C语言、C++语言、Fortran语言编程实现。

    1 转速、电流双闭环直流调速系统的组成及工作原理

    转速电流双闭环控制的直流调速系统是最经典的调速系统,其原理如图1所示。双闭环控制直流调速系统的特点是电动机的转速和电流分别由2个独立的调节器控制,且转速调节器的输出就是电流调节器的给定,因此电流环能过随转速的偏差调节电动机电枢额电流。当转速地狱给定转速时,转速调节器的积分作用使输出增加,即电流给定上升,并通过电流环调节使电动机电流增加,从而使电动机获得加速转矩,电动机转速上升。当实际转速高于给定转速是,转速调节器的输出减小,即电流给定减小,并通过电流环调节使电动机电流下降,电动机将因为电磁转矩减小而减速。当转速调节器饱和输出达到限幅时,电流环即以最大电流限制   实现电动机的加速,使电动机的启动时间最短,在可逆调速系统中,由于晶闸管整流器不能通过反向电流,因此不能产生反向制动转矩而使电动机快速制动。

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    2018-12-13 03:55 上传

    图1转速、电流反馈控制直流调速系统原理图

    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2 双闭环调速系统的动态数学模型

    激射电机补偿良好,忽略电枢反应、涡流效应和磁滞的营销,并设励磁电流恒定,得到直流电机数学模型和运动方程分别为:

    51443598e2be5c7bd852462466fc0d3d.png

    e155f383d8fe6481c750f88b558c1c9b.png

    式中:

    b801f0da8f3890da9c41f6e38cd87168.png为电枢电压;L,

    dc1b0a35e49164e724aac6dbbf7f8533.png,R分别为电枢回路电感、电流和总电阻;E微机电机的反电动势,且有

    b23346d7a4768ce2178df2d4b917e62d.png

    9c49add82ccc9188df696073e41460c0.png

    1c56acb8b1b55ba4261a098353f84b52.png分别为电机的电磁转矩和负载转矩,且有

    eddbab96af7c435d6866faf3f67a34a0.png

    4c755532627ff2529674607da6233dc4.png微机电力拖动系统整个运动部分折算到电动机轴上的转动惯量。

    整理得到电流与电压以及电动势与电流之间的传递函数分别为:

    6b5c56cce884bff9df308b8770eceed1.png

    3f865a7d03ba8f690daa9e30fcfd55d7.png

    式中:

    00d3c7314614655e12943b198a4037b3.png为电枢回路的电磁时间常数(s);

    09694c44dd2a1689285688fb773e8206.png为负载电流(A);

    33b2df408d3569d595d367c54004a2d7.png为电流拖动系统的机电时间常数(s)。考虑

    1f048d473dbb15a6d38700d9d0a3c58d.png,可得直流电动机的动态结构,如图2所示。

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    图2 双闭环直流调速系统的动态结构图3 调节器的设计3.1 电流调节器的设计

    图2中画线框内的电流环中,反电动势与电流反馈的作用相互交叉,这给设计工作带来麻烦。实际上,反电动势与转速成正比,它代表转速对电流环的影响。一般情况下,系统的电磁时间常数

    a9ccadb1e5353939c0fd1b81d99201ab.png远小于机电时间常数

    77d78646cf52287dae674a235d7c8e30.png,因此,转速的变化往往比电流变化慢得多,对电流环来说,反电动势是一个变化较缓慢的扰动,在电流的瞬变过程中,可以认为反电动势基本不变,即

    636bf1ce53837370505d246c1ead96a1.png。这样,在按动态性能设计电流环时,可以暂时不考虑反电动势变化的动态影响,也就是说,可以暂时把反电动势的作用去掉,得到电流环的近似结构框图,如图3所示。可以证明,护士反电动势对电流环作用的近似条件是

    f2d1aa32e578a75c42e7cad3451af7e0.png

    式中:

    5b61ac1a9a4a9340ed07ed083e0fca21.png为电流环开环频率特性的截止频率。

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    2018-12-13 03:56 上传

    图3 忽略反电动势的动态响应

    如果把给定滤波和反馈滤波2个环节都等效地移到环内,同时把给定信号给成

    48262cd00473137805467ffe5c2943b8.png电流环便等效成单位负反馈系统,如图4所示,从这里可以看出2个滤波时间常数取值相同的方便之处。

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    图4  等效成单位负反馈系统

    最后,由于

    7a77c531e0b28761bf89be4065ba70fa.png

    a77eb705bb8e967dcc9c72c3c0a3928d.png一般都比

    e50af5dac5ca22fd1aa802be5e34b7ab.png小得多,可以当做小惯性群而近似地看做一个惯性环节,其时间常数为

    ae18a5d69761a1b932e73fc0840ee556.png

    则电流环结构框图最终简化成图5简化的近似条件为

    26770905f70ebaa651c7e3d4e03aa852.png

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    图5 小惯性环节近似处理

    从稳态要求上看,希望电流无静差,以得到理想的堵转特性,在从动态要求上看,实际系统不允许电枢电流在突加控制作用时有太大的超调,以保证电流在动态过程中不超过允许值,而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要因素。为此,电流环应以跟踪性能为主,即应选用典型I型系统。其传递函数可以写成

    bf838fd2a9069f3c55a9df7cf3b19581.png

    式中:

    b967cce545f5927803edf918872aa92c.png为电流调节器的比例系数;

    aa5e37e0d793923dde79e3c14453b0c4.png为电流调节器的超前时间常数。

    为了让调节器零点与控制对象的大时间常数极点对消,选择

    dca2b305fbba4f4702d4beb128097c77.png

    faebebe3a33e7cdbaa225dad80669d28.png

    电流调节器的参数是

    eb9d98fb1319cb62faf75ab7159fec6a.png

    38a002001155042ed8fda1d69fa35a28.png,其中

    38a002001155042ed8fda1d69fa35a28.png已选定,待定的只有比例系数

    eb9d98fb1319cb62faf75ab7159fec6a.png,可根据所需要的动态性能指标选取。在一般情况下,希望电流超调量

    db81a97ee1a6a975a6cc9d48654834c4.png,查表可得,

    73d1c39a3c8c42980786214133a40b67.png

    d17495d379c8b20b0260ee5695239d8b.png,则:

    3d726ef66e4d3ea5e4a3b425f28b07f4.png

    399807b3a794c2f64158e93e90fc3fa2.png3.2 转速调节器的设计

    电流环经简化后可视作转速环中的一个环节,为此,需求出它的闭环传递函数

    0b2f36b43ec2b804e99e918cf78d3056.png由图5可知

    f1ea7e107bb3d5fde401aadf45103cf4.png

    忽略高次项,

    5a2efccb502a25d011405e202d4cd209.png可降阶近似为

    e5bec82845a613a741dce937e623a301.png

    近似条件为

    ebeb9721ac307f0370a8b11eadac0426.png

    式中

    95916d6d43d40bf566d144959a3af11b.png为转速环开环频率特性的截止频率。

    接入转速环内,电流环等效环节的输入量为

    908e9f16c02b06deac7ef44a8a18348b.png,因此电流环在转速环中应等效为

    e014fa6e3ed2710d7115f76feb40becf.png

    这样,原来是双惯性环节的电流环控制对象,经闭环控制后,可以近似地等效成只有较小的时间常数

    6b759f9c411e2ac582e1e5fde2c954ba.png的一阶惯性环节。这就说明,电流的闭环控制改造了控制对象,加快了电流的跟随作用,只是局部闭环(内环)控制的一个重要功能。

    用电流环的等效环节代替图2中的电流环后,整个转速控制系统的动态结构框图如图6所示。

    图6  用等效环节代替电流环的转速换动态结构图

    和电流环中一样,把转速给定滤波和反馈滤波环节移到环内,同时将给定信号改成

    b7ff7158f1b548407ce8d24dbf84d41c.png,再把时间常数为

    f2827db422e62c8fbbe6b1eebcfbab70.png

    a181abab4455790041b61498b54e0a85.png的2个小惯性环节合并起来,近似成一个时间常数为

    619611a84fd54d9a0503db74ca8291b0.png的惯性环节,其中

    bf4e638809331a2a833e5de3a28a14cc.png

    则转速环结构可简化成图7所示

    dfec041d0803d3e6f37a91ec7ebf1401.png

    454c81397148ceac2ba1b796b6cc122c.png

    f39275f1b0ba1f920b4bc7598e2d49e6.png

    07cb4a177b8b786b2f74cb7c9ee9d8a2.png

    402b9229de6e1e854073ab6ac611b36c.png

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    f50511472349775c1c24adac10d8c1cf.png

    255d381f07665a02c5b1eb7965bed144.png

    34d2b0a4daa5adcf0a09b7ba64cf854b.png

    4f07022e574c563de55ca22a74a24a21.png

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    52679f505861964f4caebc7fc26ba5fc.png

    1a7ff9ae1d7ed8054151e6cb64ff3d8f.png

    图7  等效成单位负反馈系统和小惯性的近似处理转速环动态结构图

    为了实现转速无误差,在负载扰动作用点前面必须有一个积分环节,它应该包含在转速调节器ASR中。现在扰动作用点后面已经有一个积分环节,因此转速环开环传递函数应共有2个积分环节,这样的系统同时也能满足动态抗绕性能好的要求。至于其阶跃响应超调量较大,那是线性系统的计算数据,实际系统中转速调节器的饱和非线性性质会使超调量大大降低,由此可见,ASR也应该采用PI调节器,其传递函数为

    79289ee11e8c8fa0f19e70ec3ca7b4c4.png

    式中:

    0e46ae22ec305cf01e58fcab77d861ee.png为转速调节器的比例系数;

    ea2d430712a31ef9f86585cac69e1a82.png为转速调节器的超前时间常数。

    这样,调速系统的开环传递函数为

    e2f915f6788beb03fe368e84953c2efe.png

    令转速环开环增益为

    c897868acdf35b1ce2bc07c825200c47.png

    b7866a9da082081fd6db9cf0ed171766.png

    在不考虑负载扰动时,校正后的调速系统动态结构框图如图8所示。

    4977164ff7c2a7bb0e3fc0239ea4a0d6.png

    c9556a48fe6a01cc007f6aa8b8ba8fab.png           

    4b6cc1c96812afa0fc11536ca89a68df.png

    1ec3aaaca8d9f9fa7a1caa640df73880.png

    7cb806382987b3330f8c729bdc9345e6.png

    a33f188ce9d8fa7c4c407c68abff092d.png

    b91e34d511067b3abe96d5b68ed61559.png

    455ceece29aef7a960dc5dd97a41ce47.png

    718f5e25fa8a1addeb1897ace0dbbe80.png

    5037be4c89d1dccadf5b3f52f5d34282.png

    e9d4319e48ad0b3b3e25a20a8ca25d1e.png

    da5f05f2aea03551ab80b1021d4c8f58.png

    图84 搭建模型

    仿真系统按照图9构建。其中PI调节器、滞环比较器、电机模型采用Simulink自带的模块。

    bacb827746f5207dfb0a346c93f642ba.png

    图9  仿真系统构建原理图

    5 参数计算

    在Matlab/Simulink工具箱中加载上面搭建的直流电机双闭环调速系统模型。仿真的数据通过人工计算将整个模型参数直接给定,然后进行仿真实验。5.1 参数的直接计算

    电流环的参数设计

    (1)确定时间常数整流装置滞后时间常数

    22a8ed7a648ccd1d550515f51e0b0d4c.png。按表1,  三相桥式电路的平均失控时间

    8c120399816f4c8b6151146a2c349f27.png

    电流滤波时间常数

    71541a52d3ebe89d197efa23eb57bd62.png。三相桥式电路每个波头的时间是3.3ms,为了基本滤平波头,应有

    7378e77eb9159cd087837a8a01a43627.png,因此取

    5775a4d35957be6a39570a463b214037.png

    电流环小时间常数之和

    028364d868ed5c05e66a822bb67d8b8d.png。按小时间常数近似处理,取

    1338b7e8224ea9a60b5d817f09a05543.png

    表1 晶闸管整流器的失控时间(f=50Hz)

    整流电路形式最大失控时间

    e994e596059fd64ac676311555572b91.png平均失控时间

    a0d89ee93c3a394d8f0e4b3b493d4f45.png

    单相半波

    单相桥式(全波)

    三相半波

    三相桥式20

    10

    6.67

    3.3310

    5

    3.33

    1.67

    选择电流调节器结构

    根据设计

    bf161a739ca36a57e7bdb81228d42370.png,并保证稳态电流无差,可按典型I型系统设计电流调节器。电流环控制对象是双惯性的,因此可用PI型电流调节器,其传递函数为

    bf838fd2a9069f3c55a9df7cf3b19581.png

    检查对电源电压的抗扰性能:

    87c9bcd829457cea8d6847e4249572dc.png,参看表2的典型I型系统动态抗扰性能,各项指标都是可以接受的。

    表2 典型I型系统动态抗扰性能指标与参数的关系9740ffaf8543085c6fd3b6e81d785526.png0b79738f76a04c403d494eb1ae2d6d09.png9097e5c11c3d17d1034257d5230810f4.png9b09daf2ef4516e6203d47985f4168e2.pngff4100e1c6585195ccef8a9972a495da.png

    e0f216e73b1a4e49c2886a8dc907f29a.png27.8%16.6%9.3%6.5%

    cd898d02a84cc40d4f7f2e9dfe124055.png2.83.43.84.0

    77ec1399b01897f311288b1b92014922.png14.721.728.730.4

    计算电流调节器参数

    电流调节器超前时间常数:

    c2278ea040f5b50586d1882003c3bec5.png

    电流环开环增益:要求

    bf161a739ca36a57e7bdb81228d42370.png时,按表3,应取

    4f3bf8bf795a366515f6f1954bf510d4.png,因此

    c648003020e03fb2308b924384e62e63.png

    于是,ACR的比例系数为

    a584398db11e3e29e1c418adabb6fc8d.png

    表3  典型I型系统动态跟随性能指标和频域指标与参数的关系参数关系KT0.250.390.500.691.0

    阻尼比

    5d9d31454d7b1f267793e200f2d9b55f.png1.00.80.7070.60.5

    超调量

    785e7044d1f05312bc51ff35c2d8ed37.png0%1.5%4.3%9.5%16.3%

    上升时间

    1e24251bebf9f42314a18d013ebe517c.png6.6T4.7T3.3T2.4T

    峰值时间

    8b9e6924e27dc7e014bcaa736c26166f.png8.3T6.2T4.7T3.6T

    相角稳定裕度

    d8b24e5f4d629cb82179c660ce87a6cb.png76.3o69.9o65.5o59.2o51.8o

    截止频率

    3fa4eb787cc2ce0c8bfdb534cb32e162.png0.234/T0.367/T0.455/T0.596/T0.786/T

    校验近似条件

    电流环截止频率:

    467f69a0d65b0ea66e6b551af6381111.png校验晶闸管整流装置传递函数的近似条件

    da9260ab6823490d1c159e44c857e39b.png  满足近似条件校验护绿反电动势变化对电流环动态影响的条件

    b90073e6b5e42daae06e80961b28fa73.png    满足近似条件校验电流环小时间常数近似处理条件

    ad507dd58555d72096bcc42d063bc6cb.png  满足近似条件

    转速环的设计确定时间常数电流环等效时间常数

    c7fa875ff515bbd273642f1c230c7b29.png。取

    d96f1b72ad7a0f36244d47ec2f7060cf.png,则

    8c21edb4523fa2beaea27aded40f9de1.png转速滤波时间常数

    83e209844c8bde1c3b139b574af73fe2.png。根据所用取

    bf8d9df13dfa422a8a84b59d425bf37e.png

    转速环小时间常数。按小时间常数近似处理,取

    c082328ede475974d6621e21dcdb0f26.png选择转速调节器结构

    按照设计要求选择PI调节器,器传递函数为

    1fbf025754b8a92ebe35d87545964114.png。按跟随和抗扰性能都较好的原则,去h=5,则ASR得超前时间常数为

    598911af214faa08ef3bd0595a2aec25.png

    4d386ee0c7effb8ed0c8f3fc116ad63a.png可求得转速环开环增益

    e82f6f9bb3e8fa0071c7734ad36df916.png

    于是,可求得ASR的比例系数为

    4726dee585e427fd39ed7930ce18028a.png检验近似条件

    转速环截止频率为

    f8285854e8fef8682f06d7b3f0f5790e.png电流环传递函数简化条件

    bbe5ed8634a81971c3c05a7943a6995d.png   满足简化条件转速环小时间按常数近似处理条件

    daddcafefdea1273b7ede977d55691bf.png    满足简化条件

    5仿真具体参数

    仿真设计的具体参数为即直流电动机额定参数

    d7f40c393036d5cb5ce94cf07b8d7599.png;平波电抗器

    8cd236a11eb6855fd8d711b7c5605abc.png;电流环反馈系数

    b321ac20e2f08ec0591a201ff33fb77e.png,三相晶闸管平均失控时间

    c1cc4da79f2da0f8c295ec3c63ff0134.png,电流环小时间常数

    93099eb1848d58c0565a165653218e62.png;转速环反馈系数

    15bf409ad932eadd922436b8b43088d6.png,中频宽度h=5。电流调节器中比例放大系数为1.4598,积分系数为30;转速调节器中比例放大系数为11.7,积分环节的放大系数为87。通过对

    a15c02e7f7ec91fc87c9a4c07c8a53e5.png参数变化范围方针实验的探索而知,当

    a15c02e7f7ec91fc87c9a4c07c8a53e5.png在50~80范围内变化时,同步脉冲触发器能够正常工作;当

    a15c02e7f7ec91fc87c9a4c07c8a53e5.png为50时,对应的整流桥输出电压最大;而180对应的输出电压最小,它们是单调下降的函数关系。为此,将限幅器的上、下限幅设置为[130  0],用加法器加上偏置“-180”

    后调整为[-50 -180],再经过反向器的应用实现[50 180]的范围。同时电流调节器的输出限制为[-130 130],转速调节器的输出限制为[-40 40]。为了观察数据方便时给定转速电压和仿真电压比较简单我们取转速反馈系数为1,电流反馈系数为0.005。6 仿真结果

    经以上分析,得直流电机双闭环调速的动态波形,仿真结果:图10为转速波形、图11为转矩波形、图12为电枢电流波形。

    c76c87f96c5b4c086d6479f18e723ca3.png

    图10  转速仿真波形

    274395004a8a1497de9ac539fb328a1f.png

    图11 转矩仿真波形

    dabd7514e44720a172ae0df9570e7b6b.png

    图12  电枢电流仿真波形

    从仿真结果来看,转速波形在0.8s达到稳态,转速达到额定转速130s/rad系统。7 结束语

    利用双闭环直流调速系统调节器的工程设计方法确定2个调节器的参数,在结合双闭环调速系统的今本工作原理确定2个调节器的限幅值,调用Matkab/Simulink中的基本模块,按工程实际改变相应模块的参数,设定合适的仿真算法、仿真时间、步长、相对误差等,很容易建立起双闭环直流调速系统动态模型的仿真模型。通过对直流电机双闭环调速系统动态模型的分析,在Matlab/Simulink工具箱中搭建了直流电机上闭环调速的动态模型。用该模型对一实例进行了仿真,通过仿真可知,此方法所得结论与理论值相吻合。此模型与以往的模型不同,差别在于以往模型中的参数都是给定数值,而此模型则是把所有的固定参数都转换成变量的形式,以适应在不同的工程需要当中。

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    设计原理

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  • 本模型为在matlab 2017b / simulink环境下搭建的转速-闭环直流调速系统的仿真模型,对应于《运动控制系统》第五版的实验题目。
  • 基于PLC的直流电动机双闭环调速系统设计.pdf 基于PLC的直流电动机双闭环调速系统设计.pdf

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双闭环直流电机调速系统