α=β配合控制的有环流直流可逆调速系统仿真

目录1引言........................................................................................................................................32α=β配合控制的直流可逆调速系统的建模......................................................................32.1α=β配合控制的直流可逆调速系统的工作原理..................................................32.2电力系统(PowerSystem)工具箱............................................................................42.3α=β配合控制的直流可逆调速系统的建模..........................................................42.3.1移相控制器的封装......................................................................................52.3.2带限幅的PI调节器的封装......................................................................52.3.3α=β配合控制的直流可逆调速系统整体的建模....................................63α=β配合控制的直流可逆调速系统仿真实例及分析....................................................63.1系统主要环节的仿真参数....................................................................................73.2仿真波形及分析....................................................................................................74结论......................................................................................................................................10内蒙古科技大学本科生课程设计论文题目：α=β配合控制的有环流直流可逆调速系统仿真学生姓名：王孟哲学号：0967106209专业：自动化班级：二班指导教师：李琦2012年11月2日1内蒙古科技大学课程设计任务书课程名称控制系统仿真设计题目α=β配合控制的有环流直流可逆调速系统仿真指导教师李琦时间2012年10月29日至11月2日一、教学要求1、理解直流可逆调速系统的基本工作原理；2、通过α=β配合控制的有环流直流可逆调速系统的建模，掌握使用Matlab/Simulink软件及PowerSystem工具箱对直流调速系统的建模与仿真方法；3、理解α=β配合控制的有环流直流可逆调速系统中，正转、反转过程中转速与电流的变化曲线，以及本桥逆变和反接制动阶段电枢电流、电机转速、电机反电动势以及平波电感反电动势的变化曲线；4、掌握α=β配合控制的有环流直流可逆调速系统中，两组整流器的环流分析方法，理解电机从正转到反转的机械特性。二、设计资料及参数设计资料详见《电力电子与电力拖动控制系统的Matlab仿真》（洪乃刚主编）6.4.1节。本设计涉及到的控制原理、电力拖动自动控制系统等内容参考相关专业课教学内容。设计参数：见《电力电子与电力拖动控制系统的Matlab仿真》（洪乃刚主编）6.4.1节。三、设计要求及成果1、利用Simulink及PowerSystem工具箱建立基于PowerSystem的α=β配合控制的有环流直流可逆调速系统模型；2、绘制并分析α=β配合控制的有环流直流可逆调速系统中，正转、反转过程中转速与电流的变化曲线；3、绘制并分析α=β配合控制的有环流直流可逆调速系统中，本桥逆变和反接制动阶段电枢电流、电机转速、电机反电动势以及平波电感反电动势的变化曲线；4、绘制并分析α=β配合控制的有环流直流可逆调速系统中，两组整流器的环流变化曲线，绘制并分析电机从正转到反转的机械特性变化曲线；5、撰写不少于3000字的设计报告。设计报告要求提交纸质文档，设计报告包括设计背景、设计原理、设计过程、结果分析等几个部分，要求给出设计模型图以及仿真结果图。相关Matlab/Simulink设计文件要求提交电子文档。四、进度安排收集和查阅资料（一天）Matlab/Simulink建模（两天）2控制系统设计与优化（一天）编写技术设计书（一天）五、评分标准课程设计成绩评定依据包括以下几点：1）工作态度（占10%）；2）基本技能的掌握程度（占20%）；3）方案的设计是否可行和优化(40%)；4）课程设计技术设计书编写水平(占30%)。分为优、良、中、合格、不合格五个等级。考核方式：设计期间教师现场检查；评阅设计报告。六、建议参考资料1、《控制系统数字仿真与CAD》，李国勇，电子工业出版社，2003年9月第1版2、《电力电子与电力拖动控制系统的Matlab仿真》,洪乃刚，机械工业出版社，2006年5月第1版3、《电力拖动自动控制系统》，陈伯时，机械工业出版社，1991年，第2版4、《自动控制原理》上、下册，吴麒，清华大学出版社，1994.5第1版3α=β配合控制的有环流直流可逆调速系统仿真1引言我们知道品闸管反并联的电枢可逆线路是可逆调速系统的典型线路之一。像这样的线路有能实现叫逆运行、回馈制动等优点，同时止转制动和反转启动完全衔接起来，没有间断或死区，这是有环流调速系统的优点，特别是用于要求快速止反转的中小容量的系统。为保证系统安全，我们必须增加环流电抗器以消除其中的环流。α=β控制的有环流可逆调速方式，在实际应用中由于难以准确保持α=β的状态，一旦出现α≠β时，就有可能产生直流环流，使整流器过载或损坏，故实际上并不采用，但研究α=β控制的有环流可逆系统，对理解直流电动机的可逆过程有很大帮助。所以我们利用MATLAB的Simulink和PowerSystem工具箱，来实现α=β配合控制的直流可逆调速系统的建模与仿真。2α=β配合控制的直流可逆调速系统的建模我们是利用控制系统传统的计算机仿真是用传递函数方法来完成的，各环节的传递函数是将实际模型经过一定的简化而得到的，很多重要细节会被忽略PowerSystem工具箱提供了利用物理模型仿真的可能，它的仿真建模方法与构建实际电路相似，仿真结果非常真实。2.1α=β配合控制的直流可逆调速系统的工作原理α=β配合控制的有环流直流可逆调速系统的电气原理图如图1所示。图中，主电路由两组三相桥式.晶闸管全控型整流器反并联组成，并共用同一路三相电源。由于采用α=β配合控制方式，在两组整流器之间没有直流环流，但还存在脉动环流，为了限制脉动环流的大小，在主电路中串入了四个均衡电抗器Lc1—Lc4，用于限制脉动环流。平波电抗器Ld，用于减少电动机电枢电流的脉动，减少电枢电流的断续区，改善电动机的机械特性。系统的控制部分采用了转速和电流的双闭环控制。由于可逆调速电流的4反馈信号小不仅要反映电枢电流的大小还需要反映电枢电流的方向，因此电流反馈一般用直流电流互感器或霍尔电流检测器，在电枢端取电流信号。为了确保两组整流器的工作状态相反，电流调节器的输出分两路，路经止组桥触发器GTF控制正组桥整流器，另路经倒相器AR、反组桥GTR控制反组桥整流器VR。图1α=β配合控制的有环流直流可逆调速系统的电气原理图2.2电力系统(PowerSystem)工具箱我们利用电力系统工具箱以Simulink为运行环境，涵盖了电工学科中常用的基本元件库。它由电源、基本元件、电力电子、电机、连接件、测量等6个模块库组成，根据需要可以组合封装出常用的更为复杂的模块，添加到有关模块库中。实验采用MATLAB中模块库，其控制子模块库中有6脉冲触发器、三相子模块库中有晶闸管三相全控桥模块、附加电机子模块库中有直流电机模块，如图2所示。图2六脉冲触发器、三相晶闸管整流桥、直流电动机2.3α=β配合控制的直流可逆调速系统的建模α=β配合控制的直流可逆调速系统的主要子模块包括：三相交流电源，正、反并5联的晶闸管三相全控整流桥、同步电源与6脉冲触发器、速度和电流调节器ASR及ACR、倒相器、移相控制器，直流电动机。除了PI调节器和移相控制器模块需要自己封装外，其余均可从有关模块库中直接复制。2.3.1移相控制器的封装触发器的控制角(alpha_deg端)通过了移相控制环节(shifter),移相控制模块的输入是移相控制信号Uc，输出是控制角，移相控制信号Uc由常数模块设定。移相特性如图3所示。移相特性的数学表达式为：ccUUminmin009090图3移项特性及子函数模块、2.3.2带限幅的PI调节器的封装在本模型中取αmin=30°,Ucm=+lOV，所以α=90°-(6*Uc).仿真模型与系统动态构图的各个环节基本上是对应的。需要指出的是。双闭环系统的转速和电流两个调节器都是有饱和特性和带输山限幅的PI调节器，为了充分反映在饱和限幅非线性影响下调速系统的上作情况，需要构建考虑饱和输出限幅的PI调节器，过程如下:线性PI调节器的传递函数为SSKSKKsWPiPPI11)(式中,Kp为比例系数;Ki为积分系数;τ=KpKi。上述PI调节器的传递函数可以直接调用SIMULINK中的传递函数或零极点模块。而考虑饱和和输出限幅的PI调节器模型如图4所示。模型中比例和积分调节分为两个通道，其中积分调节器integrate的限幅表示调节器的饱和限幅值，而调节器的输出限幅值由饱和模块Saturation设定。当该调节器用作转速调节器ASR时,在起动中由于开始转速偏差大，调节器输出很快达到输出限幅值，在转速超调后首先积分器退饱和，然后转速调节器输出才从限幅值开始下降。为了使系统模型更简洁，利用了SIMULINK的6打包功能(GreatSubsystem)将调节器模型缩小为一个分支模块，如图4所示。图4带饱和和输出限幅的PI调节器及子系统模块2.3.3α=β配合控制的直流可逆调速系统整体的建模将封装后的反组整流器与正组整流器，给定环节、ASR、ACR、直流电动机等一起可构成α=β配合控制的直流可逆调速系统的仿真模型。在电动机的负载转矩输入端TL接入了阶跃(Step)模块，用于设置负载转加载的时刻，和用于限制负载转矩的最大值，如图5所示。图5α=β配合控制的直流可逆调速系统整体的模型3α=β配合控制的直流可逆调速系统仿真实例及分析α=β配合控制的直流可逆调速系统的仿真模型中，交流电源(au、bu、cu)两组反并联的整流器(VF、VR)和两组触发器(Synchronized6-PulseGenerator)、环流电抗器(Lc1~Lc4)、平波电抗器Ld和电动机组成可逆系统的主电路。控制回路由转速给定、转速调节器ASR、电流调节器ACR、倒相器Gain和移相控制器Shifter等模块组成。其中给定环节可以通过切换开关(ManualSwitch)选择电动机转向，在需要7改变转向时，双击该开关即可正转到反转或反转到正传的给定切换。转速和电流的反馈信号均取自电动机测量单元的输出。转速调节器ASR和电流调节器ACR由带输出限幅的PI调节器分支电路来完成。3.1系统主要环节的仿真参数电源：160（峰值）50Hz电机参数：电枢电阻Ra=0.21Ω;电枢电感La=0.00021H;转动惯量