直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)論文 PPT答辯用.ppt

1、基于MATLAB直流電機(jī)雙閉環(huán) 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)班 級(jí)：自11-12 班姓 名： 隋 巖指導(dǎo)教師： 楊 莉 許多生產(chǎn)機(jī)械要求在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行速度的平滑調(diào)節(jié)，并且要求具有良好的穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)性能。而直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速范圍廣、靜差率小、穩(wěn)定性好以及具有良好的動(dòng)態(tài)性能，在高性能的拖動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域中，相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)幾乎都采用直流電力拖動(dòng)系統(tǒng)。 直流調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)發(fā)展和具體形式可分為開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速單閉環(huán)控制系統(tǒng)、和本次設(shè)計(jì)所采用的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。反向控制器可控直流電源電流檢測(cè)裝置M轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置控制電壓速度給定可控直流電壓電流互感器電流反饋轉(zhuǎn)速反饋轉(zhuǎn)速 圖1 直流調(diào)速系統(tǒng)的組成 目 錄 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3

2、 3. 直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理 2 2. 緒 論 1 1. 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真與分析 4.第一部分 緒 論 本設(shè)計(jì)的調(diào)速方案本質(zhì)上是改變電樞電壓調(diào)速，該調(diào)速方法可以實(shí)現(xiàn)大范圍平滑調(diào)速，是目前直流調(diào)速系統(tǒng)采用的主要調(diào)速方案。但其中的開環(huán)運(yùn)行性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足電動(dòng)機(jī)在具體工作環(huán)境中的要求。 由PI調(diào)節(jié)器控制的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，就能夠得到較好的穩(wěn)定性和靜差率。但如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如要求起制動(dòng)、突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小的機(jī)械，并不能充分按照理想指標(biāo)來(lái)控制電流和轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)過(guò)程。第二部分直流調(diào)速系統(tǒng)性能指標(biāo)一 、穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)（1） 調(diào)速范圍 （2） 靜差率 二、動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)（1

3、） 上升時(shí)間（2） 超調(diào)量與峰值時(shí)間 （3） 調(diào)節(jié)時(shí)間 三、抗擾性能指標(biāo)（1） 動(dòng)態(tài)降落 （2） 恢復(fù)時(shí)間 直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理第二部分 直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)圖（1）飽和輸出達(dá)到了限幅值。即當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時(shí)，輸出是恒定不變的，此時(shí)輸出量不會(huì)受到輸入量變化的影響。（2）不飽和輸出未達(dá)到限幅值。當(dāng)調(diào)節(jié)器處于不飽和狀態(tài)，由于PI的存在，使得穩(wěn)定狀態(tài)下的輸入偏差電壓恒為零第二部分 直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖第三部分 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求及指標(biāo) 采用晶閘管供電的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，整流裝置采用三

4、相橋式電路，其基本數(shù)據(jù)為： 直流電動(dòng)機(jī)：=440V，=365A，=950r/min，=0.04, 電樞電路總電阻R=0.0825, 電樞電路總電感L=3.0mH, 電流允許過(guò)載倍數(shù)=1.5， 折算到電動(dòng)機(jī)飛輪慣量GD2=20Nm2。 晶閘管整流裝置放大倍數(shù)=40，滯后時(shí)間常數(shù)=0.0017s 電流反饋系數(shù)=0.0274V/A (10V/1.5IN) 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)=0.0158V min/r (10V/) 濾波時(shí)間常數(shù)取=0.002s，Ton=0.01s 調(diào)節(jié)器輸入電阻Ra=40k設(shè)計(jì)指標(biāo) (1) 穩(wěn)態(tài)指標(biāo):無(wú)靜差 (2) 動(dòng)態(tài)指標(biāo):電流超調(diào)量5%；采用轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋使轉(zhuǎn)速超調(diào)量等于0。第三部分

5、 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)電流環(huán)仿真模型第三部分 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真模型第四部分雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真與分析 本次設(shè)計(jì)的仿真結(jié)果基本上符合起動(dòng)要求，只是上升時(shí)間和超調(diào)量有差距，由系統(tǒng)階躍響應(yīng)主要由PI控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)，本圖所示的仿真是按照設(shè)計(jì)結(jié)果中設(shè)定的KT=0.5.圖4 電流環(huán)仿真結(jié)果第四部分雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真與分析 本次設(shè)計(jì)的仿真結(jié)果基本上符合起動(dòng)要求，只是上升時(shí)間和超調(diào)量有差距，由系統(tǒng)階躍響應(yīng)主要由PI控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)，本圖所示的仿真是按照設(shè)計(jì)結(jié)果中設(shè)定的KT=0.5.圖5 電流環(huán)無(wú)超調(diào)仿真結(jié)果 若以KT=0.25的關(guān)系式按照典型 I 型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，則

6、得到新的如圖所示的仿真圖。第四部分雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真與分析 本次設(shè)計(jì)的仿真結(jié)果基本上符合起動(dòng)要求，只是上升時(shí)間和超調(diào)量有差距，由系統(tǒng)階躍響應(yīng)主要由PI控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)，本圖所示的仿真是按照設(shè)計(jì)結(jié)果中設(shè)定的KT=0.5.圖5 電流環(huán)超調(diào)量大仿真結(jié)果 再按照KT=1, 再次修改仿真模型中的PI調(diào)節(jié)器部分，同樣得到左側(cè)仿真圖。第四部分雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真與分析 對(duì)比以上三幅仿真圖可知，與KT=0.5的基本設(shè)定相比，當(dāng)KT=0.25時(shí)，系統(tǒng)無(wú)超調(diào)但上升時(shí)間比第一幅圖長(zhǎng)，當(dāng)KT=1時(shí)，系統(tǒng)超調(diào)變大，上升時(shí)間也有所縮短。 究其原因，實(shí)則還是電流調(diào)節(jié)器系統(tǒng)受到電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)的影響，對(duì)于按照典型I系統(tǒng)

7、設(shè)計(jì)的ACR PI調(diào)節(jié)器來(lái)說(shuō)，當(dāng)出現(xiàn)階躍擾動(dòng)時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)靜差，而若出現(xiàn)斜坡擾動(dòng)時(shí)，則無(wú)法消除其所產(chǎn)生的系統(tǒng)靜差。在電流恒升速階段出現(xiàn)的擾動(dòng)即電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)，正是一個(gè)線性遞增的斜坡擾動(dòng)，因此，系統(tǒng)無(wú)法做到無(wú)靜差。第四部分雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真與分析 本次設(shè)計(jì)的仿真結(jié)果基本上符合起動(dòng)要求，只是上升時(shí)間和超調(diào)量有差距，由系統(tǒng)階躍響應(yīng)主要由PI控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)，本圖所示的仿真是按照設(shè)計(jì)結(jié)果中設(shè)定的KT=0.5. 給定輸入為階躍響應(yīng)，從左圖仿真結(jié)果可以看出，穩(wěn)態(tài)時(shí)仿真系統(tǒng)的實(shí)際轉(zhuǎn)速能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)給定轉(zhuǎn)速的良好跟隨，且穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差。圖6 電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)仿真結(jié)果16結(jié) 論l 在本次設(shè)計(jì)中，通過(guò)對(duì)直流調(diào)速系統(tǒng)中的開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的簡(jiǎn)介和存在問(wèn)題的剖析，引出雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的可行性和重要性。l 通過(guò)對(duì)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理的分析，得出本次設(shè)計(jì)的基本目標(biāo)和采用的方法-工程設(shè)計(jì)法。l 在工程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行典型化處理，得到在本次設(shè)計(jì)中電流環(huán)典型 I 的PI調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速環(huán)典型 II 型PI調(diào)節(jié)器，然后再根