直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真

1、 2008級(jí)電氣工程與自動(dòng)化專業(yè)課程設(shè)計(jì)論文重慶文理學(xué)院電子電氣工程學(xué)院 專業(yè)課程設(shè)計(jì)論文題 目 直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真 專 業(yè) 電氣工程與自動(dòng)化 姓 名 班 級(jí) 08級(jí)電氣3班 學(xué) 號(hào) 200808069010 2011年 06 月 11 日I直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真【摘要】本文分析了直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的控制器與被控對(duì)象的控制現(xiàn)象，以及開環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)被控對(duì)象的控制的問題。同時(shí)給出解決減小擾動(dòng)的控制方案。本文針對(duì)開環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用，給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并和閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行比較，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到采用開環(huán)控制方案對(duì)最基本的控制方案有一定的了解，并對(duì)閉環(huán)控制的優(yōu)點(diǎn)有一定的認(rèn)識(shí)?！?/p>

2、關(guān)鍵詞】直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)調(diào)速；調(diào)速；Matlab仿真1引言 直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，高性能交流調(diào)速技術(shù)發(fā)展很快，交流調(diào)速系統(tǒng)有逐步取代直流調(diào)速系統(tǒng)的趨勢(shì)。然而，直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)畢竟在理論上和實(shí)踐上都比較成熟，而且從控制的角度來看，它又是交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。因此，應(yīng)該首先很好地掌握直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)。從生產(chǎn)機(jī)械要求控制的物理量來看，電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)有調(diào)速系統(tǒng)、位置隨動(dòng)系統(tǒng)(伺服系統(tǒng))、張力控制系統(tǒng)、多電機(jī)同步控制系統(tǒng)等多種類型，各種系統(tǒng)往往都是通過控制轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)的，因此調(diào)速系統(tǒng)是最基本的電力

3、拖動(dòng)控制系統(tǒng)。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，許多電機(jī)要求在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行速度的平滑調(diào)節(jié)，并且要求有良好的穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)性能。而直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有良好的啟動(dòng)，制動(dòng)性能，適宜在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。從控制角度來看，直流調(diào)速還是交流拖動(dòng)的基礎(chǔ)。早期直流電動(dòng)機(jī)的控制均以模擬電路為基礎(chǔ)，采用運(yùn)算放大器、非線性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成，控制系統(tǒng)的硬件非常復(fù)雜，功能單一，而且系統(tǒng)非常不靈活、調(diào)試?yán)щy，阻礙的電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用范圍的推廣。隨著模擬技術(shù)的逐漸成熟使得許多控制功能及算法可以采用軟件技術(shù)來完成，為直流電動(dòng)機(jī)的控制提供了更大的靈活性，并使系

4、統(tǒng)能夠 達(dá)到更高的性能，還能節(jié)省人力資源和降低系統(tǒng)成本，從而有效提高工作效率。事實(shí)上由于電機(jī)的容量較大，又要求電流的脈動(dòng)較小，故采用三相全控橋式整流電路供電方案。為保證供電質(zhì)量，應(yīng)采用三相降壓變壓器將電源電壓降低，為避免三次諧波電動(dòng)勢(shì)的不良影響，應(yīng)采用/Y接法。2直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理 2.1原理直流開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理如圖1所示。直流電動(dòng)機(jī)電樞由三相晶閘管整流電路經(jīng)平波電抗器L供電，并通過改變觸發(fā)器移相控制信號(hào)Uc調(diào)節(jié)晶閘管的控制角，從而改變整流器的輸出電壓實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。該系統(tǒng)的仿真模型如圖2所示。在仿真中為了簡(jiǎn)化模型，省略了整流變壓器和同步變壓器，整流器和觸發(fā)同步使用同一交流

5、電源，直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁由直流電源直接供電。圖1 直流開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電氣原理22個(gè)參數(shù)的理論計(jì)算值Generator)的同步電壓連接。觸發(fā)器的控制角（alphadeg端）通過了移相控制環(huán)節(jié)（shifter），移相控制模塊的輸入是移相控制信號(hào)Uc（圖2中Uc），輸出是控制角，移相控制信號(hào)Uc由常數(shù)模塊設(shè)定。移相特性如圖3所示。移相特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式為在本模型中取，所以。在電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩輸入端TL接入了斜坡（Ramp）和飽和(Satutration)兩個(gè)串聯(lián)模塊，斜坡模塊用于設(shè)置負(fù)載轉(zhuǎn)矩上升速度和加載的時(shí)刻，飽和模塊用于限制負(fù)載轉(zhuǎn)矩的最大值。3仿真過程 3.1仿真原理圖 圖2 直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿

6、真模型根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理圖在Matlab軟件環(huán)境下查找器件、連線，接成入上圖所示的線路圖。1、 具體步驟a、點(diǎn)擊圖標(biāo)，打開Matlab軟件，在工具欄里根據(jù)提示點(diǎn)擊，再點(diǎn)擊matlab help，打開一個(gè)對(duì)話框，點(diǎn)擊里的newmodel，創(chuàng)建一個(gè)文件頭為的新文件。b、點(diǎn)擊工具欄的，打開元器件庫查找新的元器件。如果不知在哪里找到元器件，可以在里輸入元器件的名稱，鍵入ENTER即可查找。2、 所用元器件及其參數(shù)設(shè)置a、Three-Phase Sourceb、Universal Bridgec、Synchronized 6-Pulse Generator d、DC Machinee、Voltage Meas

7、urementf、Constantg、Fcnh、Senies RLC Branchi、 Mean Valuej、Scopek、Gainl、Saturationm、Rampn、Demuxo、DC Voltage SourceP、XY Graph13.3仿真結(jié)果根據(jù)上面的步驟查找器件，連線，即可畫出原理圖，運(yùn)行之后，得到如下波形。 a. 整流器輸出電壓b.電樞兩端電壓c.電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速d.電樞電流e.電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線f、轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性4仿真分析仿真的結(jié)果如圖上圖a,b,c,d,e,f所示。其中圖a所示為整流器輸出端的電壓波形（局部），圖b 所示為經(jīng)平波電抗器后電動(dòng)機(jī)電樞兩端電壓波形，該波形較整流器輸出端

8、的電壓波形脈動(dòng)減少了許多，電壓平均值在225V左右符合設(shè)計(jì)要求。圖c 所示為轉(zhuǎn)速變化過程，在全壓直接起動(dòng)情況下，起動(dòng)電流很大，在2.5s左右起動(dòng)電流下降為零（空載起動(dòng)），起動(dòng)過程結(jié)束，這時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升到最高值。在起動(dòng)0.5s后加額定負(fù)載，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下降，電流增加。圖e所示為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩變化曲線，轉(zhuǎn)矩曲線與電流曲線成比例。圖f給出了工作過程中電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性曲線。通過仿真反映了開環(huán)晶閘管-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的空載起動(dòng)和加載工作情況。5總結(jié) 一開始拿到題目的時(shí)候自己就完全不知道如何下手，看到要求用matlab這個(gè)軟件進(jìn)行仿真分析，一下子就蒙了，似乎熟悉，似乎有模糊，熟悉是因?yàn)樯蠈W(xué)期，學(xué)習(xí)電力電子的時(shí)候用過，模糊的是現(xiàn)在大多數(shù)已經(jīng)忘記怎么用了。不過，經(jīng)過一輪摸索過后找到了以前的感覺，因此畫起來就輕松多了。圖是畫起了，但是運(yùn)行起來后，輸出的波形總是不對(duì)。因?yàn)橐獙?duì)元件進(jìn)行準(zhǔn)確的參數(shù)設(shè)置，才能輸出需要的的波形效果。而這也是我們感到最不容易的，必須要一一進(jìn)行分析計(jì)算，最后再將得到的參數(shù)填寫在相應(yīng)的元件中去。通過本次的課程設(shè)計(jì)，不僅讓自己學(xué)習(xí)到了專業(yè)知識(shí)，而且也對(duì)matlab這個(gè)軟件有了進(jìn)一步的熟悉，可以說是受益匪淺吧。在今后的學(xué)習(xí)中還需要進(jìn)一步的努力，彌補(bǔ)不足之處！ 參考文獻(xiàn)1 陳伯時(shí). 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)第3版M. 北京