电力拖动技术课程论文

电力拖动自动控制技术课程论文题目：带转速微分负反馈的双闭环直流调速摘要从七十年代开始，由于晶闸管直流调速系统的高效、无噪音和快速响应等优点而得到广泛应用。双闭环直流调速系统就是一个典型的系统，该系统一般含晶闸管可控整流主电路、移相控制电路、转速电流双闭环调速控制电路、以及缺相和过流保护电路等．给定信号为0～10V直流信号，可对主电路输出电压进行平滑调节。采用双PI调节器，可获得良好的动静态效果。电流环校正成典型I型系统。为使系统在阶跃扰动时无稳态误差，并具有较好的抗扰性能，速度环设计成典型Ⅱ型系统。根据转速、电流双闭环调速系统的设计方法，用Simulink做了带转速微分负反馈的双闭环直流调速系统进行仿真综合调试，得出仿真波形图。关键词：直流调速双闭环转速调节器电流调节器转速微分负反馈1系统组成及工作原理双闭环调速系统的特征是系统的电流和转速分别由两个调节器控制，由于调速系统调节的主要参量是转速，故转速环作为主环放在外面，而电流环作为副环放在里面，可以及时抑制电网电压扰动对转速的影响。实际系统的组成如图所示实物连接图主电路采用三相桥式全控整流电路供电。系统工作时，首先给电动机加上额定励磁，改变转速给定电压*nU可方便地调节电动机的转速。速度调节器ASR、电流调节器ACR均设有限幅电路，ASR的输出*iU作为ACR的给定，利用ASR的输出限幅*imU起限制启动电流的作用；ACR的输出cU作为触发器GT的移相控制电压，利用ACR的输出限幅Ucm起限制电力电子变换器的最大输出电压的作用。当突加给定电压*nU时，ASR立即达到饱和输出*imU*，使电动机以限定的最大电流dmI加速启动，直到电动机转速达到给定转速并出现超调，使ASR退出饱和，最后稳定运行在给定转速上。2控制特点闭环调速比开环调速具有更好的调速性能。而双闭环调速系统又要比单环调速系统具有更好的动态性能和抗扰性能。基本的双环就是转速环和电流环，相应的要运用转速调节器和电流调节器对转速和电流进行调节。采用PI调节的单个转速闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。略有不足之处就是转速必然超调，而且抗扰性能的提高也受到限制。3相关参数及设计要求直流电动机：额定功率3KW，额定电压220V，额定电流17.5A，额定转速1950r/m，eC=0.13Vmin/r，允许过载倍数=2.1晶闸管装置放大系数：sK=30电枢回路总电阻：Ra=1.25Rrec=1.3RL=0.3L=200mH时间常数：机电时间常数mT=0.162s，电磁时间常数lT=0.07s电流反馈系数：=0.36V/A（10V/Inom-10V/1.5Inom）转速反馈系数：=0.0067vmin/r（10V/nnom-10V/1.5nnom）转速反馈滤波时间常数：onT=0.01s，oiT=0.002s总飞轮力矩：GD2=3.53N.mh=5di/dt=10Inom/s⑴调速范围D=10，静差率S≤5％；稳态无静差，电流超调量σi≤5%,电流脉动系数Si≤10％；启动到额定转速时的转速退饱和超调量σn≤10％，空载起动到额定转速时的过渡过程时间ts≤0.5s。⑵系统具有过流、过压、过载和缺相保护。⑶触发脉冲有故障封锁能力。⑷对拖动系统设置给定积分器。4速度调节器设计转速调节器的设计类似电流调节器的设计过程，其详细过程参阅文献[1]的第80页到83页，以下仅给出转速环的动态结构框图的化简及传递函数。和电流环一样，把转速给定滤波和反馈滤波环节移到环内，同时将给定信号改成/)(*sUn，再把时间常数为IK/1和onT的两个小惯性环节合并起来，近似成一个时间常数为nT的惯性环节，其中nT=IK1+onT则转速换结构框图可简化成图(b)所示。校正后的转速环的动态结构框图如下图(c)所示。(a)用等效环节代替电流环11sTonASR11/1sKI1sTonsTCRme)(sId—)(*sUn—(b)等效成单位负反馈系统和小惯性的近似处理(c)校正后成为典型Ⅱ型系统转速环的动态结构框图及其简化确定时间常数(1)电流环等效时间常数1/IK。取iIKT=0.5，则：0074.00037.021IKs(2)转速滤波时间常数onT。根据所用测速发电机波纹情况，取：onT=0.01s。(3)转速环小时间常数nT。按小时间常数近似处理，取：0174.01onInTKTs选择转速调节器结构按设计要求，选用PI调节器，其传递函数为：nnASR(s)nK(s+1)W=s计算转速调节器参数按跟随性能和抗扰性能都较好的原则，现取h=5，则ASR的超前时间常数为：sshn087.00174.05Tn)1()1(2sTssKnnN—ASR1/sTnsTCRme)(sId——)(*sUn)(*sUn)(sn并且求得转速环开环增益为：222224.3960174.0252621ssThhKnN则可得ASR的比例系数为：3.150274.030055.04202.0118.05.152)1(nRThTChKmen5转速微分负反馈环节设计双闭环调速系统具有良好的稳态和动态性能，结构简单，工作可靠，设计和调试方便，实践证明，它是一种性能很好、应用最广的调速系统。然而，略有不足之处就是，转速必然有超调，而且抗扰性能的提高也受到限制。解决这个问题的一个简单有效的方案是在转速调节器上增设转速微分负反馈。在双闭环调速系统中，加入转速微分负反馈的转速调节器原理图如图所示它是在转速负反馈的基础上叠加了转速微分负反馈信号,在转速变化过程中,只要有转速超调和动态速降的趋势,微分负反馈就开始进行调节。这种方法可以抑制甚至消除转速超调,同时也可以降低负载扰动引起的动态速降,但过强的微分负反馈会使系统的响应速度变慢。其中0dndnRC0dndndnTRC取odnonTT则只要求出dn，则微分电容和微分电阻就可求出。按《电力拖动自动控制系统》中的工程设计方法，当0时，得42220.01740.063816dnnhTh6带转速微分负反馈的双闭环仿真实验为带转速微分负反馈的双闭环仿真实验的MATLAB仿真模型图，与双闭环直流调速系统比较，带转速微分负反馈的双闭环直流调速系统在转速外环上增加了一个微分负反馈环节，以消除转速超调，增强抗干扰能力。带转速微分负反馈的双闭环调速系统的MATLAB仿真模型如下图为上图所示仿真模型的运行结果，很直观的，我们可以看出，增加转速微分负反馈环之后，转速没有了超调。。带转速微分负反馈的双闭环转速仿真波形(b)带转速微分负反馈的双闭环电流仿真波形7展望和总结通过本次课程课程设计之后，我收获颇丰。理论分析和实际操作方面的结合更加紧密了，同时自己也认识到了自己很多地方的不足。之前的实验中，自己也多次使用过MATLAB软件，每次找元件都花费了许多的时间。但即使这是用过几次后再次用这个软件还是比较生硬。通过实验，及对各种实验的仿真的熟悉,我更加熟练了MATLAB的基本操作过程和一些常用的MATLAB中许多模块的的元器件。我不仅在知识上有了进一步的巩固和提高，在求学和研究的心态上也有不小的进步。我想无论是在学习还是在生活上只有自己有心去学习和参与才可能有收获，这也算是这次设计给我的一点小小的感悟。以前一直觉得理论知识离我们很远，经过课程设计，才发现理论知识与生活的联系。这大大激发了我学习书本知识的兴趣。再者我们学习的是工科，不单纯只是理论方面的的工作，还应该考虑到实际情况。在之后的日子里，我会更加努力地在抓好基础知识的同时不断加强自己在实践方面的能力，总之，在设计过程中，我不仅学到了以前从未接触过的新知识，而且学会了独立的去发现，面对，分析，解决新问题的能力，不仅学到了知识，又锻炼了自己的能力，使我受益非浅。参考文献[1]陈伯时.电力拖动自动控制系统.北京：机械工业出版社.第2版2005[2]李国勇，谢客明.控制系统数字仿真与CAD.北京：电子工业出版社.2005[3]赵文锋.基于MATLAB控制系统设计于仿真.西安：西安电子科技大学版社.2003[4]戴宗坤、罗万伯.控制系统设计.北京：电子工业出版社.2002[5]王兆安、黄俊.电力电子技术.第4版.北京:机械工业出版社.2000[6]冯培悌.计算机控制技术.杭州:浙江大学出版社.1990