双闭环直流调速-本科电拖课程设计11.doc

课程设计名称： 仿真课程设计 题 目：双闭环直流调速系统的建模与仿真实验研究 专 业： 应用电子技 班 级： 姓 名： 学 号： 目录 引言……………………………………………………1 双闭环调速系统的动态数学模型……………………2 直流电机数学模型…………………………………………….2 整流装置的传递函数……………………………………..2 电流调节器的设计……………………………………….3 转速调节器的设计………………………………………3 速度与电流双闭环调速系统……………………..5 速度电流双闭环调速系统………………………………..5 双闭环调速系统的组成和基本原理……………………….6 双闭环控制并联逆变器的建模分析………………….7 转速与电流双闭环直流自动调速系统的工作…….9 启动过程……………………………………………………………….9 负载变化时的自动调速过程…………………………….9 电动机堵转过程……………………………….9 双闭环调速系统的特点…………………………10 仿真研究…………………………………….11 结论……………………………………………….13 设计体会……………………………………………..14 参考文献…………………………………………….15 在工业生产中, 需要高性能速度控制的电力拖动场合, 直流调速系统发挥着极 为重要的作用。而采用速度、电流双闭环调速系统, 就可以充分利用电动机的过载能力 来获得最快的动态过程。根据双闭环调速系统的组成和基本原理, 分析了转速与电流 双闭环直流自动调速系统的工作过程及其特点。 关键词: 直流调速系统; 基本原理  一 双闭环调速系统的动态数学模型 在工程实践中,虽然交流电动机结构简单、价格便宜、制造方便、维护容易。但由于直流电动机双闭环调速系统在理论和实践上都比较成熟,具有极好的运行和控制性能,在工业生产中仍占有相当的比例,其双闭环调速系统结构如图1-1所示。 ASR—速度调节器　ACR—电流调节器　TA—交流变换器 TG—测速发电机　U*n—给定速度信号　Un—速度反馈信号 U*i—给定电流信号　Ui—电流反馈信号 图1-1　直流电动机双闭环调速系统结构 系统中电流内环的作用是使电机电枢电流Id服从它的给定值U*i,当U*i不变时,它表现为恒流调节,否则表现为随动调节。速度外环的输出为U*i,不直接推动后面的放大器,而是作为电流环的给定值,二者共同构成串级控制系统,不仅能控制转速,而且能控制电流,可充分利用电机的过载能力,获得较快的动态响应。 1.1 直流电机数学模型 在电力拖动控制系统中,直流电机通常以电枢电压为输入量,以电机转速为输出量。假设电机补偿良好,忽略电枢反应、涡流效应和磁滞的影响,并设励磁电流恒定,得直流电机数学模型和运动方程分别为: 1-1 式中: Ud—电枢电压; L、id、R—分别为电枢回路电感、电流和总电阻; E—电机的反电动势,且有E=Cen; Te、TL—分别为电机的电磁转矩和负载转矩,且有Te=Cmid; GD2—电力拖动系统整个运动部分折算到电动机轴上的转动惯量。整理得电流与电压以及电动势与电流之间的传递函数分别为: 1-2 式中: T1=L/R—电枢回路的电磁时间常数(s); IdL=TL/Cm—负载电流(A); Tm—电力拖动系统的机电时间常数(s)。考虑n=E /Ce,可得直流电机的动态结构图如图1-2所示。 1.2 整流装置的传递函数 图1-2　直流电动机的 动态结构图 由于晶闸管整流装置总离不开触发电路,因此在分析系统时往往把它们看成一个整体,当作一个环节处理。从图1-1上可以看出,这一环节的输入量是触发电路的控制电压Uct,输出量是电枢电压Ud。如果在一定的范围内将非线性特性线性化,就可以把它看成一个滞后时间较小的纯滞后环节,如式1-3。因传递函数中包含指数函数,使系统成为非最小相位系统,给分析和设计带来了麻烦,一般情况下,把它近似成一阶惯性环节。 1-3 式中: Ts—晶闸管整流装置的失控时间(s)。 1.3 电流调节器的设计 在设计电流环时,因T1比Tm小得多,故电流的调节过程比转速的变化过程快得多,因此在电流调节器快速调节过程中,可以认为反电动势E基本不变。这样在设计电流环时,可以暂时不考虑反电动势E 图1-4电流环