双闭环调速系统设计及恒负载扰动转速环_突然断线matlab仿真.doc

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双闭环调速系统设计及恒负载扰动转速环_突然断线matlab仿真

摘要 转速、电流双闭环调速系统是性能很好,应用最广的调速系统,采用转速、电流双闭环调速系统可获得优良的静、动态调速特性。转速、电流双闭环调速系统的控制规律性能特点和设计方法是各种交、直流电力拖动自动控制系统的重要基础,所以掌握双闭环调速系统对于电力拖动控制系统的学习有很重要的作用。从闭环结构上看,电流环在里面,称作内环;转速环在外边,称作外环,这样形成了转速、电流反馈控制直流调速系统。而合理地选择电流调节器和转速调节器的结构和参数则是为了使系统更好的满足生产工艺所要求的性能指标。本次课设的目的就是利用matlab进行双闭环调速系统的仿真计算。 关键词:双闭环 调速 电流调节器 转速调节器 仿真 双闭环调速系统设计及恒负载扰动转速环突然断线matlab仿真 1 设计任务与分析 要求: 不可逆的生产设备,采用双闭环调速系统,其整流装置采用三相半波整流电路,基本数据: 直流电动机:=220V,=308A,=1000r/min, =0.196V·min/r;允许过载倍数=1.5,;时间常数:=0.012s =0.12s;晶闸管放大倍数:=35,主回路总电阻:R=0.18;额定转速时的给定电压=10V,调节器ASR,ACR饱和输出电压=8V, =6.5V 设计要求 稳态指标:稳态无静差,D=10 动态指标:电流超调量5%,空载启动到额定转速时的转速超调量15%。 转速、电流双闭环调速系统是性能很好,应用最广的调速系统,采用转速电流双闭环调速系统可获得优良的静、动态调速特性。 本课程设计就要求结合给定的初始条件来完成直流双闭环调速系统的设计,其中包括绘制该调速系统的原理图,对调节器进行工程设计,选择调节器的参数等。要实现直流双闭环调速系统的设计需先对控制系统的组成及工作原理有一定深入的理解,弄清楚调速系统每个组成部分的作用,弄清楚转速环和电流环的工作原理,合理选择调节器的参数以便进行合理的工程设计。 2设计原理双闭环调速系统双闭环调速系统结构图 直流双闭环调速系统结构如图1所示。 图 1 直流双闭环调速系统结构图 ASR——转速调节器 ACR——电流调节器 TG——测速发电机 转速调节器的输出为电流调节器的输入,电流调节器的输出控制电力电子变换器UPE。从结构上看,电流环在里,称作内环;速度环在外,称作外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。.2双闭环调速系统稳态结构图 直流双闭环调速系统稳态结构如图2所示。 图 2 双闭环直流调速系统的稳态结构图 α——转速反馈系数 β——电流反馈系数 两个调节器均采用带限幅作用的PI调节器。分析静特性的关键是掌握PI调节器的稳态特征,一般存在两种状况:饱和—输出达到限幅值,不饱和—输出未达到限幅值。当调节器饱和时,输出为恒值,输入量的变化不再影响输出,除非有反向的输入信号使调节器退出饱和。换句话说,饱和的调节器暂时隔断了输入和输出的联系,相当于使该调节环开环。当调节器不饱和时,PI的作用使输入偏差电压ΔU在稳态时总为零。 实际上,在正常运行时,电流调节器是不会达到饱和状态的。因此,对于静特性来说,只有转速调节器饱和与不饱和两种情况。 .1.3双闭环调速系统动态结构图 直流双闭环调速系统动态结构如图3所示。图中分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数,为了引出电流反馈,在电动机的动态结构框图中必须把电流显露出来。 图 3 直流双闭环调速系统动态结构如图 图 4 双闭环直流调速系统起动过程的转速和电流波形 电机的启动过程中转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三种状态,整个动态过程就分成电流上升、恒流升速和转速调节(图4中的I、II、III)三个阶段。 第Ⅰ阶段:0~t1是电流上升阶段。突加给定电压后,通过两个调节器的控制作用,使Uct、Udo、Id都上升,当Id≥Idl后,电动机开始转动。由于电机惯性的作用,转速的增长不会太快,因而ASR的输入偏差电压?Un=-Un数值较大并使其输出达到饱和值,强迫电流Id迅速上升。当时,,电流调节器ACR的作用使Id不再迅速增加,标志着这一阶段的结束。在这一阶段中,ASR由不饱和很快达到饱和,而ACR一般应该不饱和,以保证电流环的调节作用。 第Ⅱ阶段:t1~t2是恒流加速阶段。这一阶段是起动过程的主要阶段。在这个阶段中,ASR一直是饱和的,转速环相当于开环状态,系统表现为在恒流给定作用下的电流调节系统,基本上保持电流恒定(电流可能超调,也可能不超调,取决于ACR的参数),因而拖动系统的加速度恒定,转速呈线性增加。又,n↑→↑→↑,这样才能保持=Cont。由于ACR是PI调节器,要使它的输出量按线性增长,其输入偏差电压必须维持一定的恒值,也就是说,应略低于。此外还应指出,为了保证电流环的这种调节作用,在起动过程中电流调节器

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