带转速负反馈的有静差直流调速系统仿真

2010级电气工程与自动化专业电力拖动课程设计-1-带转速负反馈的有静差直流调速系统仿真摘要:此设计利用晶闸管等器件设计了一个转速闭环直流晶闸管条数系统。该系统中设置了转速检测环节、转速调节环节器，构成了转速环，其通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消除转速偏差，使系统达到调节转速的目的。该系统启动时，转速外环饱和不起作用，一定时间后，转速随给定电压变化而变化，转速反馈调节电机转速，并通过MATLAB进行系统数学建模和系统仿真，分析带转速单闭环负反馈的不可逆有静差直流调速系统的特性。关键词：直流调速单闭环转速调节器MATLAB仿真Abstract:ThisdesignusesthethyristordevicedesignsaspeedclosedloopDCthyristornumbersystem.Thesystemsetsupthespeeddetection,speedregulationdevice,constitutethespeedloop,whichkeepthespeedstablethroughthefeedbackofspeeddetectingdevice,andultimatelyeliminatethespeeddeviation,allowingthesystemtoachievethepurposeofregulatingspeed.Thesystemstartup,speedringsaturationdoesnotwork,afteracertaintime,rotatingspeedwiththegivenvoltagechanges,speedfeedbacktocontrolthemotorspeed,andsystemmodelingandsystemsimulationbyMATLAB,analysisofirreversiblewithspeedclosed-loopnegativefeedbackhasthecharacteristicsofstaticerrorofDCspeedcontrolsystem.Keywords:MATLABsimulationspeedofDCspeedadjustingDanBihuan2010级电气工程与自动化专业电力拖动课程设计-2-1．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。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。本文利用MATLAB仿真带转速负反馈的有差系统，分析其动态性能参数。2总体方案设计2.1方案比较方案一：直流电动机开环调速系统晶闸管-电动机系统和可逆直流脉宽调速系统都是开环调速系统，晶闸管-直流电动机系统可以通过调节晶闸管控制角改变电动机电枢电压实现调速，但是存在两个问题，第一，全压起动时，起动电流大。第二，转速随负载变化而变化，负载越大，转速降落越大，难以在负载变动时保持转速的稳定，而满足生产工艺的要求。图2.1方案一原理框图方案二：单闭环直流调速系统单闭环直流调速系统是指只有一个转速负反馈构成的闭环控制系统。在电动机轴上装一台测速发电机SF,引出与转速成正比的电压Uf与给定电压Ud比较后,得偏差电压ΔU,经放大器FD,产生触发装置CF的控制电压Uk,用以控制电动机的转速,如图2.1所示。电压放大器整流触发装置电动机负载2010级电气工程与自动化专业电力拖动课程设计-3-图2.1方案一原理框图2.2方案选择1.在直流开环调速系统中用一个调节器信号，能实现一定范围内的无级调速，是系统有静差、控制不精确。2.速度反馈控制的闭环系统，它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环的调速系统可以再保证系统稳定的条件下实现转速无静差。所以本文选择方案二作为设计的最终方案。2.3设计要求直流电动机电枢由三相晶闸管整流电路经平波电抗器L供电，并通过改变触发器移相控制信号Uc调节晶闸管的控制角，从而改变整流器的输出电压实现直流电动机的调速。在仿真中为了简化模型，省略了整流变压器和同步变压器，整流器和触发同步使用同一交流电源，直流电动机励磁由直流电源直接供电。带转速负反馈的有静差直流调速系统的结构如图1所示。系统由转速给定环节*nU，放大倍数为pK的放大器，移相触发器CF，晶闸管整流器和直流电动机M,测速发电机TG等组成。该系统在电机负载增加时，转速将下降，转速反馈nU减小，而转速的偏差nU将增大，同时放大器输出cU增加，并经移相触发器使整流输出电压dU增加，电枢电流dI增加，从而使电动机电磁转矩增加，转速也随之升高，补偿了负载增加造成的转速降。带转速负反馈的直流调速系统的稳定特性方程为*(1)(1)psndeeKKURInCKCK电动机转速降为(1)deRInCK电压放大器整流触发装置电动机负载速度检测2010级电气工程与自动化专业电力拖动课程设计-4-图1带转速负反馈的有静差直流调速系统的结构图从稳定特性方程可以看到，如果适当增加放大器放大倍数pK，电机的转速降n将减小，电动机将有更硬的机械特性，也就是说在负载变化时，电动机的转速变化将减小，电动机有更好的保持速度稳定的性能。如果放大倍速过大，也可能造成系统运行的不稳定。3单元模块设计根据设计要求，本文所设计的带负反馈的直流调速系统主要包含转速检测电路、控制电路、触发脉冲输出电路、整流及晶闸管保护电路、电源等几个部分。3.1转速检测电路设计转速检测电路的主要作用是将转速信号变换为与转速称正比的电压信号，滤除交流分量，为系统提供满足要求的转速反馈信号。如图1图12010级电气工程与自动化专业电力拖动课程设计-5-3.2控制电源设计4.系统仿真过程4.1仿真步骤1.打开matlab软件。2.新建文件通过File---new----model.3.点击，调出元件库simulike库和SimPowerSystems库。2010级电气工程与自动化专业电力拖动课程设计-6-4.点击需要使用的元件，包括晶闸管、交流电源、触发脉冲、电压表、示波器、LRC、ramp、电动机等，全部拖入新建文件中。5.连接电路如图。2010级电气工程与自动化专业电力拖动课程设计-7-6.设置参数如下电源由A、B、C三相组成2010级电气工程与自动化专业电力拖动课程设计-8-晶闸管参数2010级电气工程与自动化专业电力拖动课程设计-9-触发脉冲参数选择电感参数2010级电气工程与自动化专业电力拖动课程设计-10-电动机参数励磁电压2010级电气工程与自动化专业电力拖动课程设计-11-功能总线参数放大器1的参数放大器参数2010级电气工程与自动化专业电力拖动课程设计-12-FCN参数Un*给定2010级电气工程与自动化专业电力拖动课程设计-13-BlokeSaturationg2010级电气工程与自动化专业电力拖动课程设计-14-Ramp7.运行仿真。4.2仿真波形脉冲给定2010级电气工程与自动化专业电力拖动课程设计-15-励磁电流If转速n2010级电气工程与自动化专业电力拖动课程设计-16-电枢电流Ia2010级电气工程与自动化专业电力拖动课程设计-17-转矩T4.3仿真分析从上图仿真的波形可以看出，此仿真非常接近于理论分析的波形。系统转速曲线开始上升，然后转速上下波动，一会时间后趋于基本稳定不变，这样系统实现了工业的控制要求：转速在小范围波动甚至不变，控制精确、抑制了前向通道的扰动。4.4总结这次的课程的设计，让我感受颇深，有这么一句话是体会到的“理论上的你弄懂了，不一定你实践上的就会了”，这次课程设计是把学过的带转速负反馈的闭环控制直流调速系统仿真，这个过程是把理论结合到实践的一个过程，在这当中让我对理论知识更加的巩固了，同时明白了自己在实践中的不足，对MATLAB的不熟悉，操作的陌生，从一开始新建文件找元件到最后的调试仿真波形，问题重重。在这个过程中通过查资料，不断学习摸索，最后才基本完成了仿真，锻炼了自己思考问题的能力、独立学习的能力、实践与理论联系的能力。通过这次课程设计深刻的体会到了理论与实践的差别，实践中又是另外一种能力的体现，对软件的熟悉、对仿真过程的掌握等，在此过程中也提高了自己，学到了新的知识，同时也使自己所学的知识更加的牢固了。感谢帮助我的老师和同学！2010级电气工程与自动化专业电力拖动课程设计-18-参考文献：[1]陈伯时.电力拖动自动控制系统—运动控制系统第3版[M].北京：机械工业出版社,2007.[2]洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真[M].北京：机械工业出版社,2006.[3]张广溢，等.电机学[M].重庆：重庆大学出版社，2002.[4]王兆安,黄俊.电力电子技术第4版[M].北京：机械工业出版社,2000.[5]任彦硕.自动控制原理[M].北京：机械工业出版社,2006.