单闭环无静差转速负反馈调速系统的.docVIP

学 号 天津城建大学 运动控制系统课程 设计说明书 建模与仿真2 起止日期： 年 月 日 至 年 月 日 学生姓名 班级 成绩 指导教师(签字) 学院 年 月 日 1 二、 转速反馈控制闭环直流调速系统 2 2.1转速负反馈的闭环调速系统静态特性 2 2.2反馈控制直流调速系统的动态特性 3 三、 速度调节器的选择 4 3.1比例积分控制和无静差调速系统的原理 5 3.2参数计算 6 四、 系统仿真 7 参考 10 一、引言 直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。在20世纪60年代，随着晶闸管的出现，现代电力电子和控制理论、计算机的结合促进了电力传动控制技术研究和应用的繁荣。晶闸管-直流电动机调速系统为现代工业提供了高效、高性能的动力。尽管目前交流调速的迅速发展，交流调速技术越趋成熟，以及交流电动机的经济性和易维护性，使交流调速广泛受到用户的欢迎。但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场，并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。现在的直流和交流调速装置都是数字化的，使用的芯片和软件各有特点，但基本控制原理有其共性。 长期以来，仿真领域的研究重点是仿真模型的建立这一环节上，即在系统模型建立以后要设计一种算法。以使系统模型等为计算机所接受，然后再编制成计算机程序，并在计算机上运行。因此产生了各种仿真算法和仿真软件。 由于对模型建立和仿真实验研究较少，因此建模通常需要很长时间，同时仿真结果的分析也必须依赖有关专家，而对决策者缺乏直接的指导，这样就大大阻碍了仿真技术的推广应用。 MATLAB提供动态系统仿真工具Simulink，则是众多仿真软件中最强大、最优秀、最容易使用的一种。它有效的解决了以上仿真技术中的问题。在Simulink中，对系统进行建模将变的非常简单，而且仿真过程是交互的，因此可以很随意的改变仿真参数，并且立即可以得到修改后的结果。另外，使用MATLAB中的各种分析工具，还可以对仿真结果进行分析和可视化。 Simulink可以超越理想的线性模型去探索更为现实的非线性问题的模型，如现实世界中的摩擦、空气阻力、齿轮啮合等自然现象；它可以仿真到宏观的星体，至微观的分子原子，它可以建模和仿真的对象的类型广泛，可以是机械的、电子的等现实存在的实体，也可以是理想的系统，可仿真动态系统的复杂性可大可小，可以是连续的、离散的或混合型的。 Simulink会使你的计算机成为一个实验室，用它可对各种现实中存在的、不存在的、甚至是相反的系统进行建模与仿真。 传统的研究方法主要有解析法，实验法与仿真实验，其中前两种方法在具有各自优点的同时也存在着不同的局限性。随着生产技术的发展，对电气传动在启制动、正反转以及调速精度、调速范围、静态特性、动态响应等方面提出了更高要求，这就要求大量使用调速系统。由于直流电机的调速性能和转矩控制性能好，从 20世纪30年代起，就开始使用直流调速系统。它的发展过程是这样的：由最早的旋转变流机组控制发展为放大机、磁放大器控制；再进一步，用静止的晶闸管变流装置和模拟控制器实现直流调速；再后来，用可控整流和大功率晶体管组成的PWM控制电路实现数字化的直流调速，使系统快速性、可控性、经济性不断提高。调速性能的不断提高，使直流调速系统的应用非常广泛。 转速反馈控制闭环直流调速系统 根据设计要求，单闭环转速负反馈调速系统，采用PI控制器，可以保证统稳态速度无静差。比例控制的直流调速系统可以获得比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而在保证一定静差率的要求下，能够提高调速范围；积分控制可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行，实现无静差调速。PI控制综合了比例控制和积分控制的优点：比例部分能迅速响应控制作用，积分部分则最终消除稳态误差。 在设计PI调节器时，如何选择参数和，关键在于及要求PI控制调速 系统的稳定性好，又要求系统的快速性好，同时还要求稳态精度高和抗干扰性能好。 2.1转速负反馈的闭环调速系统静态特性 与电动机同轴安装一台测速发电机TG，从而引出与被调量转速成正比的负反馈电压，与给定电压相比较后，得到转速偏差电压，经过放大器,产生电力电子变换器UPE所需的控制电压，用以控制电动机的转速。这就组成了反馈控制的直流调速系统。其原理框图如图2-1 图1 直流闭环调速系统 根据自动控制原理，反馈控制的闭环系统是按被调量的偏差进行控制的系统，只要被调量出现偏差，它就会自动产生纠偏作用。转速降落正是由负载引起的转速偏差，显然，闭环调速系统你能够大大减少转速降落。 下面分析闭环调速系统的稳态特性，以确定它如何能够减少转速降落。为了突出主要矛盾，假定（1）