自動控制課程設計-----單閉環(huán)無靜差直流調速系統(tǒng)仿真研究

1、<p>　　《自動控制》課程論文</p><p>　　姓名： </p><p>　　學號： 14082101440(35) </p><p>　　2011年 12月 15日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b&g

2、t;　　1 緒論2</b></p><p>　　1.1 選題依據2</p><p>　　1.2 題目要求介紹2</p><p>　　1.3 論文主要完成的工作2</p><p><b>　　2 系統(tǒng)原理2</b></p><p>　　2.1 系統(tǒng)簡介2</p>

3、<p>　　2.2 系統(tǒng)的整體設計3</p><p>　　2.2.1 轉速閉環(huán)調速環(huán)節(jié)簡介3</p><p>　　2.2.2 無靜差調速環(huán)節(jié)簡介4</p><p>　　2.2.3 電流截止負反饋簡介4</p><p>　　2.3 參數計算4</p><p>　　2.4 系統(tǒng)的靜態(tài)結構框圖5<

4、;/p><p><b>　　3 系統(tǒng)仿真5</b></p><p>　　3.1 仿真軟件MATLAB簡介5</p><p>　　3.2 仿真模型6</p><p>　　3.3 系統(tǒng)仿真圖6</p><p><b>　　4 總結7</b></p><p

5、><b>　　參考文獻8</b></p><p>　　單閉環(huán)無靜差直流調速系統(tǒng)仿真研究</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1 選題依據</b></p><p>　　在生產中，很多設備都需要用直流電機進行拖動。為了保證產品質量，

6、提高生產效率，要求這些設備在不同的場合能以不同的速度工作，或者要求在變化的負載下能保持設定的速度。在調整生產設備的速度時，不僅要求能保證達到最高與最低速度，還要求有一定的調速精度，而單閉環(huán)無靜差直流調速系統(tǒng)便可實現這一動態(tài)與穩(wěn)態(tài)性能要求。</p><p>　　1.2 題目要求介紹</p><p>　　第1組電動機參數：功率，額定電壓，額定電流，額定轉速，電樞電阻，主電路總電阻，。最大給定電

7、壓，整定電流反饋電壓。要求系統(tǒng)調速范圍D=20，靜差率≤10%，，。</p><p>　　1.3 論文主要完成的工作</p><p>　　單閉環(huán)調速系統(tǒng)的組成和各環(huán)節(jié)的介紹；</p><p>　　參數計算，依據以上參數和指標要求完成單閉環(huán)調速系統(tǒng)相關參數計算</p><p>　　畫出調速系統(tǒng)電路原理圖和靜態(tài)結構圖</p><

8、;p>　　根據參數計算結果，在MATLAB上仿真實現，檢驗調速系統(tǒng)的動，靜態(tài)性能指標。論文中要附有調速系統(tǒng)在啟動過程中電流和轉速變化的仿真圖，如有需要，應加入電流截止負反饋。</p><p>　　根據驗證的結果討論，你設計的系統(tǒng)是否達到設計要求，有哪些地方可以改進。</p><p>　　參考文獻，不少于10篇，格式請參考畢業(yè)論文中的要求。</p><p>&l

9、t;b>　　2 系統(tǒng)原理</b></p><p><b>　　2.1 系統(tǒng)簡介</b></p><p>　　為了提高直流調速系統(tǒng)的動靜態(tài)性能指標，通常采用閉環(huán)控制系統(tǒng)(包括單閉環(huán)系統(tǒng)和多閉環(huán)系統(tǒng))。對調速指標要求不高的場合，采用單閉環(huán)系統(tǒng)，而對調速指標較高的則采用多閉環(huán)系統(tǒng)。按反饋的方式不同可分為轉速反饋，電流反饋，電壓反饋等。在單閉環(huán)系統(tǒng)中，轉速單

10、閉環(huán)使用較多。 在本設計中，轉速單閉環(huán)實驗是將反映轉速變化的電壓信號作為反饋信號，經“速度變換”后接到“速度調節(jié)器”的輸入端，與“給定”的電壓相比較經放大后，得到移相控制電壓UCt，用作控制整流橋的“觸發(fā)電路”，觸發(fā)脈沖經功放后加到晶閘管的門極和陰極之間，以改變“三相全控整流”的輸出電壓，這就構成了速度負反饋閉環(huán)系統(tǒng)。電機的轉速隨給定電壓變化，電機最高轉速由速度調節(jié)器的輸出限幅所決定，速度調節(jié)器采用P（比例）調節(jié)對階躍輸入有穩(wěn)態(tài)誤差，要

11、想消除上述誤差，則需將調節(jié)器換成PI(比例積分)調節(jié)。這時當“給定”恒定時，閉環(huán)系統(tǒng)對速度變化起到了抑制作用，當電機負載或電源電壓波動時，電機的轉速能穩(wěn)定在一定的范圍內變化。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)的整體設計</p><p>　　圖1 帶電流截止負反饋的單閉環(huán)無靜差調速系統(tǒng)原理圖</p><p>　　2.2.1 轉速閉環(huán)調速環(huán)節(jié)簡介</p>

12、<p>　　同開環(huán)調速系統(tǒng)一樣，轉速閉環(huán)調速系統(tǒng)中電機的轉速大小受轉速給定電壓Un*控制，給定電壓為零時，電機停止；給定電壓增大時，電機轉速升高；給定電壓減小時，電機轉速下降。</p><p>　　以升速控制為例，系統(tǒng)的調節(jié)原理分析如下：</p><p>　　當然，轉速上升，轉速反饋電壓會升高，但其升值小于給定電壓增值，電壓差總體上是增大的，轉速是上升的。</p>

13、<p>　　2.2.2 無靜差調速環(huán)節(jié)簡介</p><p>　　圖2無靜差直流調速系統(tǒng)</p><p>　　調速系統(tǒng)達到穩(wěn)定工作狀態(tài)時，轉速反饋與轉速給定的值相等，調節(jié)器的輸入偏差電壓等于零，這種調速系統(tǒng)稱為無靜差調速系統(tǒng)。</p><p>　　轉速負反饋調速系統(tǒng)，轉速調節(jié)器為比例調節(jié)器時可實現有靜差調速；若要實現無靜差調速，轉速調節(jié)器應采用PI調節(jié)器。&

14、lt;/p><p>　　2.2.3 電流截止負反饋簡介</p><p>　　直流電動機全電壓起動時，如果沒有采取專門的限流措施，會產生很大的沖擊電流，這不僅對電動機換向不利，對于過載能力低的晶閘管等電力電子器件來說，更是不允許的。系統(tǒng)中必須設有自動限制電樞電流的環(huán)節(jié)。根據反饋控制的基本概念，要維持某個物理量基本不變，只要引入該物理的負反饋就可以了。所以，引入電流負反饋能夠保持電流不變，使它不超

15、過允許值。但是，電流負反饋的引入會使系統(tǒng)的靜特性變得很軟，不能滿足一般調速系統(tǒng)的要求，電流負反饋的限流作用只應在起動和堵轉時存在，在正常運行時必須去掉，使電流能自由地隨著負載增減。這種當電流大到一定程度時才起作用的電流負反饋叫做電流截止負反饋。</p><p><b>　　2.3 參數計算</b></p><p><b>　?。?）閉環(huán)靜態(tài)速降</b&

16、gt;</p><p>　?。?）系統(tǒng)開環(huán)放大倍數</p><p><b>　　由于</b></p><p><b>　　故</b></p><p>　?。?） 調節(jié)器放大系數</p><p>　　2.4 系統(tǒng)的靜態(tài)結構框圖如下所示</p><p>　

17、　圖3 無靜差直流調速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結構框圖(Id<Idcr)</p><p><b>　　3 系統(tǒng)仿真</b></p><p>　　3.1 仿真軟件MATLAB簡介</p><p>　　MATLAB 軟件的Simulink 仿真平臺是基于模型化圖形組態(tài)的動態(tài)系統(tǒng)仿真軟件，利用這種仿真工具，不需要運行實際系統(tǒng)，只要建立數學仿真模型，模仿被控

18、對象的運行狀態(tài)及其隨時間變化的過程，就可以確定系統(tǒng)的輸出狀態(tài)，通過對仿真模型運行過程的觀察和設計，能夠得到系統(tǒng)的參數特征，以此來估計和推斷實際系統(tǒng)的真實參數，可以方便地完成調試過程，而且能直觀地得到系統(tǒng)輸出響應曲線。利用Simulink 軟件仿真，能對調節(jié)器的參數進行更為方便的調整，可以更為直觀地觀察系統(tǒng)仿真的結果，從而加深對工程設計方法的理解。</p><p><b>　　3.2 仿真模型</b

19、></p><p>　　圖4 單閉環(huán)調速系統(tǒng)仿真模型</p><p>　　圖5 單閉環(huán)調速系統(tǒng)校正仿真模型</p><p><b>　　3.3 系統(tǒng)仿真圖</b></p><p>　　圖6 單閉環(huán)調速系統(tǒng)校正后起動過程電流波形圖</p><p>　　圖7 單閉環(huán)調速系統(tǒng)加入PI校正后起動過程

20、轉速波形圖</p><p><b>　　4 總結</b></p><p>　　通過對單閉環(huán)無靜差直流電機調速系統(tǒng)的設計，復習和鞏固了專業(yè)知識，使自己能更加熟練地運用自控理論分析和解決問題。 設計過程中，涉及的MATLAB仿真技術，使自控原理中的各參數得以更直觀的反映，更重要的是MATLAB為系統(tǒng)設計與整定提供了一個十分強大而簡便的工具，幫助我們解決了復雜運算、測繪等問

21、題，使設計者更加集中精力解決相關的控制問題，也使控制過程的脈絡更加清晰。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 陳伯時. 電力拖動自動控制系統(tǒng)[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2004</p><p>　　[2] 唐樹森. 運動控制講義[J]. 華中科大出版社，2004</p><p>

22、　　[3] 胡壽松. 自動控制原理[M]. 科學出版社，2001</p><p>　　[4] 黃忠霖. 自動控制原理的MATLAB實現[M]. 國防工業(yè)出版社，2006</p><p>　　[5] 樊 京. MATLAB控制系統(tǒng)應用實例[M]. 清華大學出版社，2001</p><p>　　[6] 姚 俊，馬松輝. Simulink建模與仿真[M].西安：西安

23、電子科技大學出版社,2002</p><p>　　[7] 周淵深. 交直流調速系統(tǒng)與Matlab仿真(第一版)[M]. 中國電力出版社，2004</p><p>　　[8] 張立勛. 直流調速系統(tǒng)設計及仿真[J]. 應用科技出版社, 2005(6)</p><p>　　[9] 于 群. MATLAB/Simulink電力系統(tǒng)建模與仿真[M]. 機械工業(yè)出版社，2