1、電力拖動與運(yùn)動控制系統(tǒng)創(chuàng)新實踐V-M雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計學(xué) 院 自動化科學(xué)與工程學(xué)院班 級 自動化10級2班 姓 名 韓向?qū)?學(xué) 號 4 指導(dǎo)教師 郗曉田 提交日期 2013.6.28 目錄一、設(shè)計目的：3二、初始條件：3三、設(shè)計要求：4四、具體步驟：41、設(shè)計方案：42、參數(shù)計算：53、V-M雙閉環(huán)直流不可逆調(diào)速系統(tǒng)線路圖84、系統(tǒng)仿真：9五、設(shè)計結(jié)論10六、設(shè)計總結(jié)11七、設(shè)計文獻(xiàn)參考11一、設(shè)計目的：1. 聯(lián)系實際，對雙閉環(huán)直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行綜合性設(shè)計，加深對所學(xué)自動控制系統(tǒng)課程的認(rèn)識和理解，并掌握分析系統(tǒng)的方法。2. 熟悉自動控制系統(tǒng)中元部件及系統(tǒng)參數(shù)的計算方法。3. 培養(yǎng)靈活運(yùn)

2、用所學(xué)自動控制理論分析和解決實際系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種問題的能力。4. 設(shè)計出符合要求的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，并通過設(shè)計正確掌握工程設(shè)計的方法。5. 算機(jī)對系統(tǒng)進(jìn)行仿真的方法。二、初始條件：1 技術(shù)數(shù)據(jù)（1） 直流電機(jī)銘牌參數(shù)：PN =2.8KW, UN =220V, IN =15.6A, nN=1500r/min，電動機(jī)電樞電阻Ra =1.5，允許過載倍數(shù)=1.5；（2） 晶閘管整流觸發(fā)裝置：Ks=50。（3） 系統(tǒng)主電路總電阻：R=2.5（4） 電磁時間常數(shù)：T1=0.008s（5） 機(jī)電時間常數(shù)：Tm =0.25s（6） 電流反饋濾波時間常數(shù)：Toi=0.002s，轉(zhuǎn)速率波時間常數(shù)：T

3、on=0.01s（7） 額定轉(zhuǎn)速時的給定電壓：Unm =10V（8） 調(diào)節(jié)器飽和輸出電壓：8V2 技術(shù)指標(biāo)（1） 該調(diào)速系統(tǒng)能進(jìn)行平滑的速度調(diào)節(jié)，負(fù)載電機(jī)不可逆運(yùn)行，具有較寬的調(diào)速范圍（D10），系統(tǒng)在工作范圍內(nèi)能穩(wěn)定工作；（2） 系統(tǒng)靜特性良好，無靜差（靜差率s1%）；（3） 動態(tài)性能指標(biāo)：空載啟動到轉(zhuǎn)速n=1200r/min時，轉(zhuǎn)速超調(diào)量n10%；（4） 調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)置有過電壓、過電流等保護(hù)，并且有制動措施。三、設(shè)計要求：1. 根據(jù)題目的技術(shù)要求，分析論證并確定主電路的結(jié)構(gòu)型式和閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成，畫出系統(tǒng)組成的原理框圖；2. 調(diào)速系統(tǒng)主電路元部件的確定及其參數(shù)計算。3. 動態(tài)設(shè)計計算：根

4、據(jù)技術(shù)要求，用Mrmin準(zhǔn)則（取h=5），確定ASR調(diào)節(jié)器與ACR調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)型式及進(jìn)行參數(shù)計算，使調(diào)速系統(tǒng)工作穩(wěn)定，并滿足動態(tài)性能指標(biāo)的要求；4. 繪制V-M雙閉環(huán)直流不可逆調(diào)速系統(tǒng)線路圖（主電路、觸發(fā)電路、控制電路）； 5. 對所設(shè)計出的雙閉環(huán)直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仿真實驗，并給出仿真結(jié)果圖；6. 整理設(shè)計數(shù)據(jù)資料，課程設(shè)計總結(jié)，對本課程設(shè)計提出新設(shè)想和新建議。四、具體步驟： 1、設(shè)計方案：根據(jù)設(shè)計題目要求，為達(dá)到要求靜、動態(tài)性能指標(biāo)，故采用轉(zhuǎn)速+電流的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，為實現(xiàn)無差控制兩個調(diào)節(jié)器分別采用PI調(diào)節(jié)，以滿足要求；主電路才用三相全控橋式整流電路供電，系統(tǒng)的原理框圖如下：2、參數(shù)計算：關(guān)

5、參數(shù)計算。a.電動機(jī)的電勢常數(shù)Ce=UN-INRanN=220-15.61.51500=0.13(Vr-1min)b.三相橋式晶閘管整流裝置滯后時間Ts=12mf=12650=0.0017(s)c.電流反饋系數(shù) 設(shè)最大允許電流Idm=1.5IN=1.515.6=23.4(A),則電流反饋系數(shù)為=UimIdm=823.4=0.34(V/A)d.轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)=UnmnN=0.0067(Vr-1min)e.電流給定和反饋濾波時間常數(shù)Toi 一般取13ms，這里取Toi=2ms=0.002sf.轉(zhuǎn)速給定和反饋濾波時間常數(shù)Ton 一般取13ms，這里取Toi=2ms=0.002s電流環(huán)的設(shè)計a.電流環(huán)小

6、時間常數(shù)Ti=Toi+Ts=0.002+0.0017=0.0037(s)b.電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)選擇 根據(jù)要求，電流超調(diào)量不大于5%，且TlTi=0.0080.00372.2ci滿足近似條件小時間常數(shù)近似條件ci131TSToi131TSToi=1310.00170.002=180.8(s-1)ci滿足近似條件忽略反電動勢對電流環(huán)影響的條件ci31TmTl31TmTl=310.250.008=67.1(s-1) cn滿足近似條件。小時間常數(shù)近似處理條件cn1312TiTon1312TiTon=13120.00370.01=38.7 (s-1) cn滿足近似條件。e. 計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電阻和電容 取輸入

7、電阻R0=20k，則Rn=KnR0=22.8820=457.6 (k)Cn=nRn=0.103106=0.15(F)Con=4TonR0=40.0120103106=2 (F)f. 核校轉(zhuǎn)速超調(diào)量 因為當(dāng)h=5時CmaxCb%=81.2%而 nN=RCeIN=2.50.1315.6=300 (r/min)所以 %=CmaxCb%2Idm-ILIN=nNnsTnTm =81.2%21.2515.6-015.60.01740.25 =3.53%10%可見所設(shè)計的系統(tǒng)能滿足設(shè)計要求3、V-M雙閉環(huán)直流不可逆調(diào)速系統(tǒng)線路圖(1)主電路(2)觸發(fā)電路采用集成觸發(fā)器KJ041作為三相整流電路的觸發(fā)器，共需

8、3個。(3)控制電路主要由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)區(qū)和電流調(diào)節(jié)器構(gòu)成。4、系統(tǒng)仿真：(1)將動態(tài)模型和參數(shù)輸入到Matlab中的Simulink中進(jìn)行仿真，在Simulink中建立的模型如下圖： (2)仿真結(jié)果：結(jié)果為在給定輸入為10V的階躍作用下的輸入結(jié)果：轉(zhuǎn)速波形圖電流波形圖由圖可以看出在給定輸入后，設(shè)計的系統(tǒng)得到的轉(zhuǎn)速和電流波形圖跟理想的波形圖有一些偏差，但是已經(jīng)很接近，表示設(shè)計的系統(tǒng)可以滿足所要求的靜、動態(tài)性能！五、設(shè)計結(jié)論設(shè)計的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，對于給定設(shè)計要求，應(yīng)用經(jīng)典控制理論的工程設(shè)計方法，使用PID校正網(wǎng)絡(luò)設(shè)計轉(zhuǎn)速和電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，最后應(yīng)用simulink對設(shè)計的系統(tǒng)進(jìn)行仿真和校正以達(dá)到

9、滿足設(shè)計指標(biāo)的目的。 在系統(tǒng)設(shè)計完成，進(jìn)行仿真之后可以發(fā)現(xiàn)，直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的確在靜、動態(tài)特性方面有著很明顯的調(diào)節(jié)作用，這也正是雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)久不衰的一個重要原因。 但經(jīng)過觀察之后，會發(fā)現(xiàn)仿真得到的波形跟實際的有一些差別，這主要是因為忽略了實際模型中的一些誤差，而且由于建立的數(shù)學(xué)模型也僅僅只是對于實際模型的一個近似，因此，理想波形與實驗所得到的波形總會有偏差。 六、設(shè)計總結(jié)通過本次對雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計以及對設(shè)計過程中遇到的問題的思考，有效的提高了我對此系統(tǒng)的認(rèn)識和理解。同時使我對電力電子技術(shù)以及電機(jī)與拖動有了進(jìn)一步的了解與認(rèn)識，對于直流電機(jī)的控制有了更明確的認(rèn)識，加深了對所學(xué)知識的印象，也進(jìn)一步認(rèn)識到工程設(shè)計時與實際相聯(lián)系的重要性。 此外，掌握了雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的控制方法，提高工程設(shè)計能力，還讓我有機(jī)會將課堂上所學(xué)的理論知識運(yùn)用到實際中。更加清楚的認(rèn)識到了雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，而由于雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的諸多優(yōu)點(diǎn)，是得它的應(yīng)用及其廣泛。 本次課程設(shè)計最終是使用用Matlab進(jìn)行仿真而得到設(shè)計的最終結(jié)果，希望以后可以多多的進(jìn)行實物的實驗