双闭环直流调速系统的设计与仿真毕业设计论文(编辑修改稿)

双闭环直流调速系统的设计与仿真毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

的角速度，电枢电流、励磁电 流和电磁转矩数值。 仿真结果可以通过示波器显示，也可以通过 OUT 端口显示。 图 平波电抗器参数设置对话框 图 负载转矩参数设置 南京工程学院毕业设计说 明书 9 电动机参数设置：双击电动机图标，打开电动机参数对话框，如图 所示，其参数设置原则与晶闸管整流桥相同。 同步脉冲发生器的建模和参数设置。 同步 6 脉冲 Synchronized 6Pluse Generator 提取路径为 SimPower Systems/Extra Library/Control Blocks/Synchronized 6Pluse Generator,标签改为“同步 6 脉冲触发器”其有 5个端口，同 alpha— deg 连接的端口为导通角，同 Block 连接的端口是触发器开关信号，当开关信号为“ 0”时，开放触发器。 当开关信号为“ 1”时，封锁触发器，故取模块 Constant（提取路径为 Simulink/Source/Constant） 同 Block 端口连接，把参数改为“ 0”，开放触发器，同步 6 脉冲参数设置如图 所示，把同步频率改为 50Hz。 由于同步 6脉冲发生器需要三相线电压，故取电压测量模块 Voltage Measurement。 图 直流电动机参 数设置对话框 南京工程学院毕业设计说 明书 10 图 同步 6 脉冲触发器参数设置 单闭环有静差转速负反馈调速系统的控制电路由给定信号、速度调节器、速度反馈等环节组成。 根据仿真需要，另加限幅器 Saturation、比较环节模块 Sum 等。 给定信号模块就是 Constant 模块，参数设置为 10，它的物理量是给定电压信号，把此模块标签为“给定电压信号”。 比较环节模块 Sum提取路径为 Simulink/Math Operations/Sum，将默认参数“ ++”改为“ +”。 比例调节器模块就是放大模块 Gain，把参数设为 1，即放大系数为 1. 从上面分析可知，同步 6 脉冲触发装置的输入信号是导通角，整流桥处于整流状态时导通角范围为 0176。 ≤ a≤ 90176。 ，由于速度调节器输出信号的数值可能大于 90，故需加限幅器 Saturation，提取路径为 Simulink/Discontinuities/Saturation,其参数设置上下限幅为 10 和 10。 Constant 参数设置为 90， Gain 参数设置为 9。 转速反馈系数模块就是 Gain 模块，参数设置为 ，也即表示反馈系数为。 仿真中选 择的算法为 ode23tb， Start 设为 0， Stop 设为 5s。 当建模和参数设定后，即可开始进行仿真。 南京工程学院毕业设计说 明书 11 仿真图形如图 所示。 图 单闭环有静差直流调速系统仿真曲线图 从仿真结果可以轻易地看出来，在比例调节器的作用下，电动机转速很快达到稳态值，在 2s 的时候，转矩由 50 变为 100 时，系统快速进行调节，使转速很快上升到另一个稳态值。 单闭环无静差转速负反馈调速系统的建模与仿真 单闭环无静差转速负反馈调速系统由给定信号、速度调节器、同步脉冲触发器、三相整流桥、平波电抗器 、直流电动机、速度反馈等环节组成。 如图 310 是单闭环无静差转速负反馈调速系统的仿真模型。 ，单闭环无静差调速和单闭环有静差调速建模大部分相同，只是把转速调节器换成了 PI 调节器。 由于 PI 调节器本身带输出限幅值，故不再需要限幅模块， PI 调节器参数设置如图。 转速反馈系数为。 仿真中选择的算法为 ode23tb， Start 设为 0， Stop 设为 5s。 仿真结果如图 所示。 南京工程学院毕业设计说 明书 12 图 单闭环无静差转速负反馈 调速系统的仿真模型 图 PI 调节器参数设置 南京工程学院毕业设计说 明书 13 图 单闭环无静差转速负反馈调速系统的仿真曲线 从仿真结果可以看出来，当负载在 2s 后转矩由 50 变为 100 时，转速下降，通过 PI 调节器的调节作用，使得转矩再次恢复到稳态状态，和单闭环有静差转速负反馈系统的仿真结果比较，我们可以看出，其动态响应比比例调节器的要慢。 但是，它实现了转速无静差。 带电流截止负反馈的转速反馈系统设计与仿真 带电流截止负反馈的转速反馈系统如图 由给定信号、速度调节器、同步 6脉冲触发器、三相整流桥、平波电抗器 、直流电动机、速度反馈等环节组成。 电压比较模块就是 Sum模块，电流比较模块 Switch提取路径为 Simulink/Signal Routing/Switch，双击这个模块我们可以看到一个参数设置框，如图 所示。 南京工程学院毕业设计说 明书 14 图 带电流截止负反馈的转速负反馈系统的仿真模型 7 图 电流比较环节参数设置 南京工程学院毕业设计说 明书 15 仿真中选择的算法为 ode23tb， Start 设为 0， Stop 设为 5s。 仿真结果如图 所示。 图 带电流截止负反馈的转速负反馈系统的仿真曲线 如图 所示的单闭环带电流截止负反馈调速系统的电流曲线和转速曲线，可以从图总看出始终小于 120A。 由于限制了起动电流，同单闭环有静差转速反反馈图311 相比较我们可以得出，该系统使得电动机经稍微长一点的时间使得转速才达到稳态值。 简单闭环调速系统的优缺点比较 通过以上三种简单闭环直流调速系统的设计与仿真分析，可以看出来在转速反馈控制直流调速系统中存在一个问题，在起动、制动过程和堵转状态时，电枢电流会过大。 为了解决反馈闭 环调速系统的起动和堵转时电流过大的问题，系统中必须有自动限制电枢电流的环节。 根据反馈控制原理，要维持哪一个物理量基本不变，就应该引入那个物理量的负反馈。 那么，引入电流负反馈，应该能够保持电流基本不变，使它不超过允许值。 通过对电流负反馈和转速负反馈的分析。 考虑到，限流作用只需在起动和堵转时起作用，正常运行时应让电流自由地随着负载增减，采用电流截止负反馈的方法， 南京工程学院毕业设计说 明书 16 则当电流大到一定程度时才接入电流负反馈以限制电流，而电流正常时仅有转速负反馈起作用控制转速。 如果从运动控制的角度来讨论直流电动机控制系统的结构，就会 发现前面设计的直流电动机单闭环直流调速系统是不够完美的。 要实现精度高和动态性能高的控制，不仅要求控制速度，同时还要控制速度的变化率也就是加速度。 由直流电动机的运动方程可知，加速度与电动机的转速成正比，而转矩又和电动机的电流成正比。 因此需要同时对电动机的速度和电流进行控制。 为了实现高动态性性能的直流电动机速度控制系统，必须研究转速、电流双闭环的直流电动机速度控制系统。 南京工程学院毕业设计说 明书 17 第四章 转速、电流双闭环直流调速系统的设计与仿真 转速、电流双闭环直流调速系统的设计与仿真 、电流双闭环调速系统的组成 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用 [18]，在系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流，两者之间实行串级联接，如图。 这就是说，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置。 从闭环结构上看，电流调节环在里面，叫做内环。 转速调节环在外面，叫做外环。 这样就形成了转速、电流双闭环直流调速系统 [19]。 图 转速、电流双闭环调速系统结构原理图 转速、电流双闭环直流调速系统仿真模型如图。 由模型看出，给定信号与转速负反馈信号比较后经速度限幅后，作为电流环的给定信号控制电流环。 速度限幅输出后，再与电流负反馈信号比较后经电流调节器与电流限幅后，经偏置与反向等处理后去控制六脉冲发生器。 设置仿真参数，仿真时间设为 5s，仿真算法采用 Ode23tb。 拖动恒定负载（ 40N m）。 滤波电感 L设置为 9mH。 交流电源 Ua 、 Ub、 Uc参数” Peak amplitude” ,设置为 220；参数“ Frequency”， 南京工程学院毕业设计说 明书 18 设置为 50（ Hz）； Ua 、 Ub、 Uc三相电压的相角对称。 转速反馈系数为π /3，速度限幅模块的上限为 65，下限为 65。 电流反馈系数为 ，电流限幅模块的上限为 150，下限为 150。 图 转速、电流双闭环直流调速系统的仿真模型 对系统仿真模型进行仿真，仿真波形如图。 图中波形自上而下为 6 脉冲发生器的输出（触发 )信号 Ug、电机转速 n，电枢电流 Ia与电磁转矩 Te。 由图可知，转速、电流双闭环调速系统具有理想的快速启动过程：电机转速 n 以恒定的加速度呈直线上升，此时的电枢电流与电磁转矩保持最大的恒定值，几乎呈填充系数极高的方形波，这就是时间的最优控制。 从仿真结果可以看出，当给定信号为 10V 时。 在电动机起动过程中，电流调节器作用下的电动机电枢电流接近最大值，使得电动机以最有时间准则开始上升，在 左右时转速超调，电流很快下降，在 时达到稳态。 在稳态时转速为1000r/min，整个变化曲线同实际情况非常相似。 南京工程学院毕业设计说 明书 19 图 转速、电流双闭环直流调速系统的仿真曲 线 因此，我们可以看出双闭环控制的直流调速系统的特点是电动机的转速和电流分别由两个调节器进行控制，并且转速调节器的输出是电流调节器的给定，因此电流环能够随转速的偏差调节电动机电枢的电流。 当转速低于给定转速时，转速调节器的积分作用使其输出增加，即电流给定值上升，从而通过电流环的调节作用，使电动机电流增加、电动机获得加速转矩、电动机转速上升；当实际转速高于给定转速时，转速调节器的输出减小，即电流给定值减小，并且通过电流环的调节，是电动机电流下降，电动机将因为电磁转矩减小而减速。 在转速调节器饱和、输出达到限幅值时 ，电流环即以最大电流 dmI 运行，实现电动机将以可能的最大加速度加速，使电动机的起动时间最短，在可逆调速系统中实现电动机的快速起、制动。 在不可逆调速系统中，由于晶闸管整流器不能通过反向电流，因此不能产生反向制动转矩而使电动机快速制动。 VM 直流调速系统的设计与仿真 晶闸管 电动机调速系统（简称 VM 系统，又简称静止的 WardLeonard 系统）。 和旋转变流机组及离子拖动变量装置相比，晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都 有很大提高，而且在技术性能上也显示出比较大的优越性。 晶闸管可控整流器的功率放大倍数在 104以上，其门极电流可以直接用电子控制，不再像直流电动机那样需要较大功率的放大器，在控制作用的快速性上，交流机组是妙级，而晶闸管整。