電力拖動課程設計--雙閉環(huán)直流電動機調(diào)速系統(tǒng)設計

1、<p>　　《電力拖動與運動控制系統(tǒng)》</p><p><b>　　課程設計</b></p><p>　　雙閉環(huán)直流電動機調(diào)速系統(tǒng)設計</p><p>　　系 別 ***** </p><p>　　班 級 ***** </p><

2、;p>　　學 號 ***** </p><p>　　學生姓名 ***** </p><p>　　指導老師 ***** </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)是性能很好、應用最廣

3、的直流調(diào)速系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)是性能很好、應用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)。根據(jù)晶閘管的特性，通過調(diào)節(jié)控制角α大小來調(diào)節(jié)電壓。基于設計題目，直流電動機調(diào)速控制器選用了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速控制電路。在實際的工業(yè)現(xiàn)場中，單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)被最為廣泛、技術(shù)較為成熟的是雙閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)逐步取代。傳統(tǒng)的直流電動機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)多采用結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定的帶限幅的調(diào)節(jié)控制器。它的內(nèi)環(huán)是電流環(huán)，在啟動過程中，只有電流反饋起作用，能在保證

4、最大允許恒定電流的同時又能加快系統(tǒng)的啟動，達到“時間最優(yōu)控制”的效果，最后通過轉(zhuǎn)速外環(huán)控制使得轉(zhuǎn)速穩(wěn)恒定。</p><p>　　本文主要采用工程設計方法對直流調(diào)速系統(tǒng)進行設計，通過選擇不同的調(diào)節(jié)器、進行參數(shù)計算和近似的校驗，在SIMULINK中建立仿真模型，設置各個模塊的參數(shù)和仿真時間，運行得出仿真模型的波形圖。通過對波形圖的分析，說明模糊雙閉環(huán)直流電動機控制系統(tǒng)具有更好的靜態(tài)和動態(tài)性能。</p>

5、<p>　　關(guān)鍵詞：直流電動機；雙閉環(huán)；仿真； 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器；電流調(diào)節(jié)器；</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要………………………………………………………………………………………2</p><p>　　系統(tǒng)仿真模型…………………………………………………………………..4</p><p&g

6、t;　　調(diào)速系統(tǒng)原理……………………………………………………………………5</p><p>　　2.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖………………………………………………………………….…5</p><p>　　2.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖………………………………………………………………. 5</p><p>　　三. 主要技術(shù)數(shù)據(jù)…………………………………………………

7、……………….5</p><p>　　四. 設計指標………………………………………………………………………………..7</p><p>　　五. 參數(shù)設計………………………………………………………………………………..7</p><p>　　六. 心得體會………………………………………………………………….……..9</p><p><

8、b>　　一. 系統(tǒng)仿真模型</b></p><p><b>　　二．調(diào)速系統(tǒng)原理</b></p><p>　　2.1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖</p><p>　　圖1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖</p><p>　　2.2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　圖2 雙閉

9、環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　三、主要技術(shù)數(shù)據(jù)</b></p><p>　　電動機額定數(shù)據(jù)：功率，電壓，電流，轉(zhuǎn)速，電樞繞組電阻，飛輪慣量；</p><p>　　晶閘管整流裝置：，平波電抗器電阻，整流回路總電感，最大給定電壓，調(diào)節(jié)器輸出限幅值。</p><p>　　注：其他相關(guān)的未給出的一些數(shù)據(jù)

10、，例如，最大啟動電流數(shù)值、電流及轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)（一般取0.002~0.004s左右）等可自己設定。</p><p><b>　　四、設計指標</b></p><p>　　4.1、該調(diào)速系統(tǒng)能進行平滑的速度調(diào)節(jié)，具有較寬的調(diào)速范圍，系統(tǒng)在工作范圍內(nèi)能穩(wěn)定工作；</p><p>　　4.2、系統(tǒng)靜特性良好，無靜差；</p><

11、p>　　4.3、動態(tài)性能指標：空載起動到額定轉(zhuǎn)速超調(diào)量，電流超調(diào)量，調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程時間（調(diào)節(jié)時間）。</p><p><b>　　五、參數(shù)設計</b></p><p>　?、匐妱莩?shù)=（220-17.5×1.25）/1500=0.132</p><p>　　*整流裝置滯后時間=1/（2×6×50）=0.0

12、017</p><p>　　*電流反饋系數(shù) 取最大允許電流,則=8/（1.25×17.5）=0.3657</p><p>　　*轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) =10/1500=0.00667</p><p>　　*時間常數(shù) =（3.53×2.85）/（375×9.55×）=0.161s，</p><p&g

13、t;　　=（200+16）×）/2.85=0.076</p><p><b>　　②電流環(huán)設計</b></p><p>　　*電流環(huán)小時間常數(shù) =0.002+0.0017=0.0037</p><p>　　*電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)選擇 由5%，且=0.076/0.0037=18.97<20，得按I系統(tǒng)設*計，且選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞

14、函數(shù)為</p><p>　　*確定調(diào)節(jié)器參數(shù) 超前時間常數(shù)==0.076</p><p>　　*電流環(huán)開環(huán)放大系數(shù)：要求5%時，應按二階“最佳”系統(tǒng)設計,取=1/(2×0.0037)=135.1</p><p>　　得=135.1×(0.076×2.85)/(0.37×50)=2.84</p><p&

15、gt;　　*校驗近似條件 電流環(huán)截止頻率：==135.1()</p><p>　　晶閘管裝置傳遞函數(shù)近似條件</p><p>　　=1/(3×0.0017)=196.1></p><p><b>　　滿足近似條件</b></p><p>　　小時間常數(shù)近似條件 </p><p

16、><b>　　==180.8></b></p><p><b>　　滿足近似條件</b></p><p>　　忽略反電動勢對電流環(huán)影響的條件 </p><p><b>　　==67.1<</b></p><p><b>　　滿足近似條件<

17、/b></p><p><b>　?、坜D(zhuǎn)速環(huán)設計</b></p><p>　　*轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù) =2×0.0037+0.01=0.0174</p><p>　　*選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu) 根據(jù)穩(wěn)態(tài)動態(tài)性能指標的要求，應按典II系統(tǒng)設計轉(zhuǎn)速環(huán)，為此應選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為</p><p>　　

18、*選擇參數(shù) 為了使轉(zhuǎn)速環(huán)的跟隨性能和抗擾性能都較好，應采用準則選擇參數(shù)，且取h=5，因此ASR的超前時間常數(shù)為=h×=5×0.0174=0.087</p><p>　　*轉(zhuǎn)速開環(huán)放大系數(shù)為=(5+1)/( )=396，則</p><p>　　=(6×0.37×0.13×0.161) /(2×5×0.0174

19、5;2.85×0.008)=10.49</p><p>　　*校驗近似條件 轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率=396×0.087=34.5</p><p>　　電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件 </p><p>　　=1/(5×0.0037)=54.1></p><p><b>　　滿足近似條件</b>

20、;</p><p>　　*校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量 因為當h=5時，=81.2%</p><p>　　而=2.85/0.13×17.5=383.65</p><p>　　所以 =81.2%×2×××=5%<10%</p><p>　　可見，所設計的系統(tǒng)能滿足設計要求</p>

21、<p>　　必須注意：因為=67.1<，對轉(zhuǎn)速環(huán)來說，忽略反電動勢的條件并不成立，所以轉(zhuǎn)速超調(diào)量將比上面的計算值更小，更能滿足設計的要求</p><p><b>　　六. 心得體會</b></p><p>　　雖然這次課程設計只是短短的一周，但卻受益匪淺。在設計過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露

22、出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗不足。實踐出真知，通過親自動手制作，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。課程設計誠然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升，同時又是一門講道課，一門辯思課，給了我許多道，給了我很多思，給了我莫大的空間。回顧起此課程設計，至今我仍感慨頗多，從理論到實踐，在這段日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多很多的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這