基于Matlab的直流调速系统.doc

1绪论 1.1单闭环直流调速系统概述 从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动自动控制系统有调速系统、位置随动系统、张力控制系统等多种类型，而各种系统往往都是通过控制转速来实现的，因此调速系统是最基本的拖动控制系统。相比于交流调速系统，直流调速系统在理论上和实践上都比较成熟。 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年代发展起来的电力电子技术，使电能可以变换和控制，产生了现代各种高效、节能的新型电源和交直流调速装置，为工业生产，交通运输，楼宇、办公、家庭自动化提供了现代化的高新技术，提高了生产效率和人们的生活质量，使人类社会生产、生活发生了巨大的变化。随着新型电力电子器件的研究和开发以及先进控制技术的发展，电力电子和电力拖动控制装置的性能也不断优化和提高，这种变化的影响将越来越大。 1.2 MATLAB简介 在1980年前后，美国的Cleve博士在New Mexico大学讲授线性代数课程时，发现应用其它高级语言编程极为不便，便构思并开发了Matlab（MATrix LABoratory，即矩阵实验室），它是集命令翻译，科学计算于一身的一套交互式软件系统，经过在该大学进行了几年的试用之后，于1984年推出了该软件的正式版本，矩阵的运算变得异常容易。 MATLABSGI由美国MathWorks公司开发的大型软件。在MATLAB软件中，包括了两大部分：数学计算和工程仿真。其数学计算部分提供了强大的矩阵处理和绘图功能。在工程仿真方面，MATLAB提供的软件支持几乎遍布各个工程领域。通过对单闭环调速系统的组成部分可控电源、由运算放大器组成的调节器、晶闸管触发整流装置、电机模型和测速电机等模块的理论分析，比较开环系统和闭环系统的差别，得出直流电机调速系统的最优模型。然后用此理论去设计一个实际的调速系统，并用MATLAB仿真进行正确性的验证。 晶闸管—电动机调速系统（简称V—M系统），其简单原理图如图1。图中VT是晶闸管的可控整流器，它可以是单相、三相或更多相数，半波、全波、半控、全控等类型。 优点：通过调节触发装置GT的控制电压来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压从而实现平滑调速。 缺点： 1．由于晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难。 2．元件对过电压、过电流以及过高的du/dt和di/dt都十分敏感，其中任一指标超过允许值都可能在很短时间内损坏元件。 因此必须有可靠的保护装置和符合要求的散热条件，而且在选择元件时还应有足够的余量。 图 V—M系统 1、调速范围生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围，用字母D表示，即 其中和一般都指电机额定负载时的转速。 2静差率 当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落，与理想空载转速之比，称作静差率s，静差率用来衡量调速系统在负载变化下转速的稳定度。它和机械特性的硬度有关，特性越硬，静差率越小，转速的稳定度越高。 调速范围和静差率两项指标并不是彼此孤立的必须同时提才有意义。脱离了对静差率的要求，任何调速系统都可以得到极高的调速范围；反过来，脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了。 3调速范围、静差率和额定速降的关系 以电动机的额定转速为最高转速，若带额定负载时的转速降落为，则该系统的静差率应该是最低速时的静差，即 于是，而调速范围为 上式即为调速范围、静差和额定速降之间所应满足的关系。对于一个调速系统，它的特性硬度或值是一定的，如果对静差率的要求越严，也就是s越小，系统能够允许的调速范围也越小。 2.3转速反馈控制的闭环调速系统，其原理如图。 图2.采用转速负反馈的闭环调速系统 1忽略各种非线性因素，假定各环节输入输出都是线性的； 2假定只工作在V——M系统开环机械特性的连续段； 3忽略直流电源和电位器的内阻。 电压比较环节： 放大器： 晶闸管整流与触发装置： V—M系统开环机械特性： 测速发电机： ——放大器的电压放大系数； ——晶闸管整流器与触发装置的电压放大系数； α——测速反馈系数，单位为Vmin/r; 因此转速负反馈闭环调速系统的静特性方程式式中为闭环系统的开环放大系数。 静特性：闭环调速系统的电动机转速与负载电流（或转矩）的稳态关系。 根据各环节的稳态关系画出闭环系统的稳态结构图，如图所示： 图 转速负反馈闭环调速系统稳态结构图 2.4反馈控制规律 ，而这是不可能的。 2.5主要部件 1、比例放大器 运算放大器用作比例放大器（也称比例调节器、P调节器），如图4，为放大器的输入和输出电压，为同相输入端的平衡电阻，用以降低放大器失调电流的影响 放大系数为 图 P调节器原理图 图 P调节器输出特性