1、內蒙古科技大學課程設計任務書 目錄課程設計任務書 (1題目 (4引言 (4第1章轉速閉環控制的直流調速系統仿真模型的建立 (41.1、仿真任務 (41.2、仿真模型參考參數 (4第2章轉速閉環控制的直流調速系統的仿真 (52.1、帶轉速負反饋的有靜差直流調速系統仿真 (52.2、帶電流截止負反饋的轉速單閉環調速系統仿真 (10參考文獻 (14轉速閉環控制的直流調速系統仿真引言直流電動機具有良好的起、制動性能,宜于在大范圍內平滑調速,并且直流調速系統在理論和實踐上都比較成熟,是研究其它調速系統的基礎。而且MATLAB軟件對直流調速系統進行虛擬環境下的仿真研究,不僅使用方便,也大大降低了研究成本。

2、晶閘管-直流電動機系統可以通過調節晶閘管控制角改變電動機電樞電壓實現調速,但是存在兩個問題,全電壓起動時起動電流大;轉速隨負載變化而變化,負載越大,轉速降落越大,難于在負載變動時保持轉速的穩定而滿足生產工藝的要求。為了減小負載波動對電動機轉速的影響,可以采取帶轉速負反饋的閉環調速系統,根據轉速的偏差來自動調節整流器的輸出電壓,從而保持轉速的穩定。第1章轉速閉環控制的直流調速系統仿真模型的建立1.1、仿真任務已知直流電動機額定參數為Unom=220V,Inom=136A,nnom=1460r/min四級,Ra=0.21,GD ²=22.5N·m ²。勵磁電壓Uf=2

3、20V,勵磁電流If=1.5A。采用三相橋式整流電路,設整流器內阻Rrec=0.5。平波電抗器Ld=20mH。1.2、仿真模型參考參數表1.1直流電動機閉環調速系統模型參數 第2章轉速閉環控制的直流調速系統的仿真2.1、帶轉速負反饋的有靜差直流調速系統仿真帶轉速負反饋的有靜差直流調速系統的結構如圖2.1所示。系統由轉速給定環節Un*、放大器Kp、移相觸發器CF、晶閘管整流器和直流電動機M、測速發電機TG等組成。該系統在電動機負載增加時,轉速將下降,轉速反饋Un 減小,而轉速的偏差Un將增大(Un= Un*-Un,同時放大器輸出Uc增加,并經移相觸發器使整流器輸出電壓Ud增加,電樞電流Id增加,

4、從而使電動機電磁轉矩增加,轉速也隨之升高,補償了負載增加造成的轉速降。帶轉速負反饋的直流調速系統的穩態特性方程為n=KpKsUn*/Ce(1+k-RId/ Ce(1+k 圖2.1帶轉速負反饋的有靜差直流調速系統組成電動機轉速降為n=RId/ Ce(1+k,式中,K=KpKs/Ce;Kp為放大器放大倍數;Ks為晶閘管整流器放大倍數;Ce為電動機電動勢常數;為轉速反饋系數;R為電樞回路總電阻。從穩態特性方程可以看到,如果適當增加放大器的放大倍數Kp,電動機的轉速降n將減小,電動機將有更硬的機械特性,也就是說,在負載變化時,電動機的轉速變化將減小,電動機有更好的保持速度穩定的性能。如果放大倍數過大,

5、也可能造成系統運行的不穩定。轉速負反饋的有靜差直流調速系統的仿真模型如圖2.2所示,圖中un*(Un*為轉速給定,n-feed為轉速反饋,Gain 為放大器,Saturation為反映放大器輸出限幅的飽和特性模塊,飽和限幅模塊的輸出是移相觸發器的輸入Uc,其中轉速反饋直接取自電動機的轉速輸出,沒有另加測速發電機,取轉速反饋系數=Un*/nN。 圖2.2 轉速負反饋的有靜差直流調速系統的仿真模型在額定轉速Un*=10,Kp=5、10、20時的轉速響應曲線分別如圖2.3a、b、c 所示,隨著放大器放大倍數的增加,系統的穩態轉速提高,即穩態轉速降減小。圖2.3d所示為Kp=20時的電流響應波形,從波

6、形可以看到,由于沒有電流的限制措施,在起動過程中電流仍很大,可達370A左右。圖2.4c、d是1/2額定轉速(Un*=5時的轉速響應曲線,以Kp=10和200兩種情況比較,在Kp=200時,穩態轉速降減小,但是調節過程中的震蕩次數增加,這從相應的移相控制信號變化也可以看到相同的情況(見圖 2.4a,b,由于晶閘管整流器控制的非線性,其輸出電壓只能在0-Udmax范圍內變化,盡管放大倍數很高,轉速還沒有出現嚴重的不穩定現象。 圖2.3a Kp=5時的轉速響應曲線 圖2.3b Kp=10時的轉速響應曲線 圖2.3c Kp=20時的轉速響應曲線 圖2.3d Kp=20時的電流響應曲線 圖2.4a 轉

7、速給定Un*=5、Kp=10時的移相控制信號Uc的波形 圖2.4b 轉速給定Un*=5、Kp=200時的移相控制信號Uc的波形 圖2.4c轉速給定Un*=5、Kp=10時的轉速響應曲線 圖2.4d轉速給定Un*=5、Kp=200時的轉速響應曲線2.2、帶電流截止負反饋的轉速單閉環調速系統仿真為了限制電動機的起動電流,可以在轉速負反饋系統的基礎上增加電流截止負反饋的措施。帶電流截止負反饋的轉速單閉環調速系統仿真模型如圖2.5所示,模型在圖2.2的基礎上增加了由電流反饋i-feed和死區Dead Zone 模塊組成的電流截止環節。在電流反饋信號小于Dead Zone模塊的死區時間值時,Dead Zone模塊沒有輸出,電流截止負反饋不起作用。當電流反饋信號大于Dead Zone模塊的死區時間值時,Dead Zone模塊的輸出抵消了一部分轉速圖 2.6a 無電流截止負反饋的轉速響應曲線 圖 2.6b 有電流截止負反饋的轉速響應曲線 圖 2.6c 無電流截止負反饋的電流響應曲線 12 圖 2.6d 有電流截止負反饋的電流響應曲線 第3 章 心得體會 參考文獻 1、 控制系統數字仿真與 CAD ，李國勇，電子工業出版社，2003 年 9 月第 一版 2、 電力電子與電力拖動控制