单闭环直流调速系统的设计与仿真-——毕业设计

单闭环直流调速系统的设计与仿真内容摘要：在对调速性能有较高要求的领域，如果直流电动机开环系统稳态性能不满足要求，可利用速度负反馈提高稳态精度，而采用比例调节器的负反馈调速系统仍是有静差的，为了消除系统的静差，可利用积分调节器代替比例调节器。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，比较原始系统和校正后系统的差别，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。关键词：稳态性能稳定性开环闭环负反馈静差ThedesignandsimulationofSingleloopdcspeedcontrolsystemAbstract:Inthehigherdemandforperformanceofspeed,iftheopenloopdcsystem'ssteadyperformancedoesnotmeettherequirements,canusespeedinversefeedbacktoimprovesteadystateprecision,butalthoughthespeedinversefeedbacksystemadoptsproportionregulator,itstillhaveoff,inordertoeliminatestatic,canuseintegralregulatortoreplaceproportionregulator.Basedonthetheoreticalanalysisofthesingleclosedloopsystemwhichismadeupofcontrollablepower,theregulatorwhichismadeupofoperationalamplifier,arectifiertriggeredbythyristor,motormodelandtachogeneratorsmodule,comparethedifferenceoftheopenloopsystemandtheclosedloopsystem,theoriginalsystemandthethispapercomparesthetheoryofopenloopsystemandtheclosed-loopsystem,thedifferenceofprimitivesystemandcalibratedsystem,concludetheoptimalmodelofthedcmotorspeedcontrolsystem.Thenusethistheorytodesignapracticalcontrolsystem,andverifythevaliditywithMATLABsimulation.Keywords:steady-statebehaviourstabilityopenloopClose-loopfeedbackoffset目录1绪论............................................................11.1直流调速系统概述.............................................11.2MATLAB简介..................................................12单闭环控制的直流调速系统简介......................................22.1V—M系统简介................................................22.2转速控制闭环调速系统的调速指标...............................22.3闭环调速系统的组成及静特性...................................32.4反馈控制规律.................................................42.5主要部件.....................................................52.5.1比例放大器.............................................52.5.2比例积分放大器.........................................52.5.3额定励磁下直流电动机...................................72.6稳定条件.....................................................82.7稳态抗扰误差分析.............................................83单闭环直流调速系统的设计及仿真...................................103.1参数设计及计算..............................................103.1.1参数给出..............................................103.1.2参数计算..............................................103.2有静差调速系统..............................................113.2.1有静差调速系统的仿真模型..............................113.2.2主要元件的参数设置....................................123.2.3仿真结果及分析........................................123.2.4动态稳定的判断，校正和仿真............................133.3无静差调速系统..............................................153.3.1PI串联校正的设计....................................153.3.2无静差调速系统的仿真模型..............................173.3.3主要元件的参数设置....................................183.3.4仿真结果及分析........................................183.4有静差调速系统和无静差调速系统的动态分析设计................193.4.1有静差调速系统的仿真模型..............................193.4.2参数设置..............................................193.4.3仿真结果及分析........................................19参考文献...........................................................23致谢...............................................................2411绪论1.1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。1.2MATLAB简介在1980年前后，美国的Cleve博士在NewMexico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（MATrixLABoratory，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，并且不断加以完善。本文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，比较原始系统和校正后系统的差别，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。22单闭环控制的直流调速系统简介2.1V—M系统简介晶闸管—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1V—M系统2.2转速控制闭环调速系统的调速指标1．调速范围生产机械要求电动机提供的最高转速错误!未找到引用源。maxn和错误!未找到引用源。minn最低转速之比叫做调速范围，用字母D表示，即minmaxnnD其中错误!未找到引用源。maxn和错误!未找到引用源。minn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错误!未找到引用源。nomn，与理想空载转速错误!未找到引用源。0n之比，称作静差率s，即30nnsnom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nomn为最高转速，若带额定负载时的转速降落为nomn，则该系统的静差率应该是最低速时的静差，即min0nnsnom于是错误!未找到引用源。snsnsnnnnnomnomnomnomo)1(minmin，而调速范围为minminmaxnnnnDnom将上面的式代入minn，得)1(snsnDnomnom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，它的特性硬度或错误!未找到引用源。nomn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闭环调速系统的组成及静特性转速反馈控制的闭环调速系统，其原理如图。4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