直流电动机双闭环调速系统的设计

直流电动机双闭环调速系统的设计1/33一、直流电动机双闭环调速系统的提出二、数学模型和动态性能分析三、晶闸管-电动机调速系统四、直流脉宽调速系统五、小结六、附录2/33目录一、双闭环调速系统的提出为实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流。3/33ASR—转速调节器ACR—电流调节器TG—测速发电机TA—电流互感器UPE—电力电子变换器一、双闭环调速系统的提出单闭环调速系统，采用转速负反馈和PI调节器，实现转速无静差调节。4/33TG—测速发电机UPE—电力电子变换器一、双闭环调速系统的提出相对于双闭环系统来说，单闭环系统有如下优点：起制动较慢正反转转换不灵敏抗干扰能力差5/33一、双闭环调速系统的提出单闭环系统中由电流截止负反馈来控制电流，只能在超过临界电流值Idcr以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击。6/33一、双闭环调速系统的提出7/33a)带电流截止负反馈的单闭环调速系统b)理想的快速起动过程二、数学模型和动态性能分析8/33额定励磁下的直流电动机的数学模型：二、数学模型和动态性能分析9/33晶闸管触发和整流装置的动态数学模型：二、数学模型和动态性能分析10/33电流互感器：比例放大器：测速发电机：二、数学模型和动态性能分析11/33双闭环控制系统的动态数学模型：二、数学模型和动态性能分析12/33电流环通常按典型Ⅰ型系统来设计，应该采用PI调节器转速环通常按典型Ⅱ型系统来设计，应该采用PI调节器二、数学模型和动态性能分析13/33当ASR输出达到限幅值U*im，转速外环呈开环状态，转速的变化对系统不再产生影响。稳态时:二、数学模型和动态性能分析14/33双闭环调速系统的动态结构图:二、数学模型和动态性能分析15/33转速仿真结果图:二、数学模型和动态性能分析16/33调整后双闭环调速系统的动态结构图:二、数学模型和动态性能分析17/33ASR输出特性曲线ACR输出特性曲线二、数学模型和动态性能分析18/33电动机电流输出特性曲线二、数学模型和动态性能分析19/33抗扰性能测试曲线：突加负载抗扰特性电网电压突变曲线三、晶闸管-电动机调速系统20/33利用MATLAB中SimPowerSystems工具箱对V-M系统进行仿真：三、晶闸管-电动机调速系统21/33V-M系统中存在的问题：（1）ACR控制器的设计0=8k+bk=-5.625b=45三、晶闸管-电动机调速系统22/33V-M系统中存在的问题：（2）触发脉冲相位控制三、晶闸管-电动机调速系统23/33V-M系统中存在的问题：（3）系统可逆运行三、晶闸管-电动机调速系统24/33单独对Thyristor模块进行波形仿真：输入相位角为90度：三、晶闸管-电动机调速系统25/33单独对Thyristor模块进行波形仿真：输入相位角为0度：三、晶闸管-电动机调速系统26/33电动机电流输出曲线四、直流脉宽调速系统27/33直流脉宽调速原理：输出电压通过调节脉宽调整输出电压，从而调节电动机转速。四、直流脉宽调速系统28/33利用MATLAB中SimPowerSystems工具箱对直流调速系统进行仿真：四、直流脉宽调速系统29/33PWM信号控制电压：四、直流脉宽调速系统30/33电动机电流输出特性00.511.522.533.5012345678910t/s电动机电流Ia/A00.511.522.533.50200400600800100012001400160018002000转速nr/min转速电动机电流五、小结1.利用Matlab/simulink工具箱基于数学模型对直流电动机双闭环PID控制进行仿真实验2.利用SimPowerSystems工具箱对晶闸管与PWM调速系统进行仿真实验31/33六、附录clfloadadjustACR.matt=signals(1,:);y1=signals(2,:);y2=signals(3,:);h1=line(t,y1(:));gridon;xlabel('t/s')ylabel(‘ACR输出/V')axis([00.705])32/33axet=axes('Position',get(gca,'Position'),...'XAxisLocation','bottom',...'YAxisLocation','right','Color','None',...'XColor','k','Ycolor','k');h2=line(t,y2,'color','k','parent',axet);ylabel(‘转速nr/min')axis([00.702000])title(‘ACR输出特性与转速');gtext(‘\leftarrow转速’),gtext(‘\leftarrowACR输出')实验仿真环境中MATLAB为7.11.0（R2010b），操作系统为W7数学模型中ACR仿真曲线“.m文件”源程序：谢谢！33/33