1、雙閉環直流調速系統的設計與仿真1、實驗目的1 .熟悉晶閘管直流調速系統的組成及其基本原理。2 .掌握晶閘管直流調速系統參數及反饋環節測定方法。3 .掌握調節器的工程設計及仿真方法。2、實驗內容1 .調節器的工程設計2 .仿真模型建立3、4、壓,3.系統仿真分析實驗要求用電機參數建立相應仿真模型進行仿真雙閉環直流調速系統組成及工作原理晶閘管直流調速系統由三相調壓器，晶閘管整流調速裝置，平波電抗器，電動機 本實驗中，整流裝置的主電路為三相橋式電路，控制回路可直接由給定電壓一發電機組等組成。Uct作為觸發器的移相控制電改變Uct的大小即可改變控制角，從而獲得可調的直流電壓和轉速，以滿足實驗要求。為了

2、實現轉速和電流兩種負反饋分別起作用，可在系統中設置兩個調節器，分別調節轉速和電流，即分別引入轉速負反饋和電流負反饋，二者之間實行嵌套聯接，如圖4.1。把轉速調節器的輸出當作電流調節器的輸入，再用電流的輸出去控制電力電子變換器UPE。在結構上，電流環作為內環，轉速環作為外環，形成了轉速、電流雙閉環調速系統。為了獲得良好的靜、動態特性，轉速和電流兩個調節器采用PI調節器。4.1轉速、5、電機參數及設計要取U i Jt-Uc |Id司機 ASR20 7;V +6a114AC/mir T_*GU.P92V ? mUdr,允許過載信!人、=40電力Un區回路總電阻：R=0.5Q可常數:=0.00167s

3、,=0.075s電流反饋系數：轉速反饋系數：5.2設計要求要求電流超調量=0.05V/A二二0.007 V ? min/r晶閘管裝置放大系數:i-5%,轉速無靜差，空載起動到額定轉速時的轉速超調量0n-10%。6、調節器的工程設計6.1 電流調節器ACR勺設計(1)確定電流環時間常數1)2)裝置滯后時間常數電流濾波時間常數T 。s=0.0017s；。=0.002s；3)(2)電流環小時間常數之和匕二b+m =0.0037s；選擇電流調節結構根據設計要求5% ,并且保證穩態電流無差，電流環的控制對象是雙慣性型的，且丁必二0.03/0.0037=8.11口，所以滿足近似條件；2)校驗忽略反電動勢對

4、電流環影響的近似條件是否滿足：入口*40.82* 3% ,所以滿足近似條件；3)校驗小時間常數近似處理是否滿足條件：產180.817 ,所以滿足近似條件。按照上述參數，電流環滿足動態設計指標要求和近似條件。同理，當 KT=0.25 時，可得 *=0.5067 =16.89;當 KT=1.0 時，可得 、=2.027 -=67.5676.2 轉速調節器ASR的設計(1)確定轉速環時間常數口 r1)電流環等效時間常數為 “心=0.0074s；2)電流濾波時間常數丁川根據所用測速發電機紋波情況，取/m=0.01s；3)轉速環小時間常數9=、：.；(2)轉速調節器的結構選擇由于設計要求轉速無靜差，轉速

5、調節器必須含有積分環節；又根據動態設計要求，應按典型II型系統設計轉速環，轉速調節器選用比例積分調節器(式中“n電流調節器的比例系數；匕一電流調節器的超前時間常數。(3)選擇轉速調節器參數按照跟隨和抗擾性能都較好的原則取轉速開環增益為所以轉速調節器的比例系數為PI),其傳遞函數為 rns +1h=5,則轉速調節器的超前時間常數為kg*。,。87sh + 1_ n心=17 = 396.+S 工s+1)町 n一 2haRTv 11 7（4）校驗近似條件轉速環截止頻率WCH = 3nTji 3 34.5 S 11）校驗電流環傳遞函數簡化條件是否滿足：由于3 311吃小產63.7上 1 ”，所以滿足簡

6、化條件；2）校驗轉速環小時間常數近似處理是否滿足條件：由于 （卜司飛/丁由力注38.7丁 1 %J,所以滿足近似條 件。3）核算轉速超調量當 h=5 時,CmJ4=8i.2% ,而=/M/4=515.2rpm ,因此=8 3（螞小仰）x 2a -次的0/伽 %）=8.31%10% 能滿足設計要求。7、仿真模型的建立利用MATLAB上的SIMULINK仿真平臺，建立仿真模型。如圖7.1為電流環的仿真模型，圖7.2為加了轉速環之后的雙閉環控制系統的仿真模型。圖7.1電流環的仿Iniegtrl真模型圖7.2轉速環的仿真模型8、仿真結果分析當取 *=1.013 ,。=33.77 時,aatiriL W

7、T 4*15加陽1Mh”電1修 Tu岫* Fdv 1，時,電IMIM電流環階躍響應快，超調量小。間長。圖8.2無超調的仿真結果當 叫 =2.027=67.567時，電流環階躍圖8.1 電流環仿真結果%=0.5067,4=16.89時，電流環階躍響應無超調，但上升時的仿真結果=134.48=134.48高速起動波形圖=11.7=134.48Step17.2stepfinaltime1=11.7=11.7兼顧電流、轉速超調量和起動時間性能指標。通過以上仿真分析，與理想的電動機起動特性相比，仿真的結果與理論設計具有差距。為什么會出現上述8.4轉速環空載高速起動波形圖8.6轉速環的抗擾波形圖8.3超調

8、量較大情況，從理論的設計過程中不難看出，因為在“典型系統的最佳設計法此時系統起動時間延長，退飽和超調量減小10,代表空載狀態，此時系 統起動速度快，退飽和超調 量較大。value”值為10,加入擾動 瞬間系統曲線有波動，但節來處理，如滯后環節近似為一階慣性，調節器的限幅輸出特性近似為線性環節等。經過大量仿真調試，改變7.2 中 Step1中step time”值為 0, final value”值為7.2 中 Step1中step time”值為 0, Gnal value”值為 136,代表滿載狀9、心得體會利用 MATLAB 上的 SIMULINK 仿真平臺對直流調速系統進行理論設計與調試