《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

《《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)《《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)（16頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、武漢理工大學(xué)《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 學(xué)生姓名： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化080 指導(dǎo)教師： 工作單位： 自動(dòng)化學(xué)院 題 目: 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 初始條件： 用晶閘管整流器供電的V-M系統(tǒng)，主電動(dòng)機(jī)額定功率。 要求完成的主要任務(wù): （1）設(shè)計(jì)出三相全控橋式整流電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)； （2）設(shè)計(jì)出觸發(fā)系統(tǒng)和功率放大電路； （3）采用開(kāi)環(huán)控制、轉(zhuǎn)速單閉環(huán)控制、轉(zhuǎn)速外環(huán)+電流內(nèi)環(huán)控制。 (4) 器件選擇：晶閘管選擇、晶

2、閘管串聯(lián)、并聯(lián)參數(shù)選擇、平波和均衡電抗器選擇、晶閘管保護(hù)設(shè)計(jì) 參考文獻(xiàn)： [1] 周淵深.《電力電子技術(shù)與MATLAB仿真》.北京：中國(guó)電力出版社，2005:41-49、105-114 時(shí)間安排： 2011年12月5日至2011年12月14日，歷時(shí)一周半，具體進(jìn)度安排見(jiàn)下表 具體時(shí)間 設(shè)計(jì)內(nèi)容 12.5 指導(dǎo)老師就課程設(shè)計(jì)內(nèi)容、設(shè)計(jì)要求、進(jìn)度安排、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)等做具體介紹；學(xué)生確定選題，明確設(shè)計(jì)要求 12.6－12.9 開(kāi)始查閱資料，完成方案的初步設(shè)計(jì) 12.10—12.11 由指導(dǎo)老師審核仿真模型，學(xué)生修改、完善并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析 12.12－12.13 撰寫(xiě)課程設(shè)

3、計(jì)說(shuō)明書(shū) 12.14 上交課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，并進(jìn)行答辯 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日 摘要 直流電機(jī)具有良好的啟動(dòng)性能和調(diào)速特性，它的特點(diǎn)是啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，最大轉(zhuǎn)矩大，能在寬廣的范圍內(nèi)平滑、經(jīng)濟(jì)地調(diào)速，轉(zhuǎn)速控制容易，調(diào)速后效率很高。與交流調(diào)速相比，直流電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，維護(hù)工作量大。隨著大功率晶體管的問(wèn)世以及矢量控制技術(shù)的成熟，使得矢量控制變頻技術(shù)獲得迅猛發(fā)展，從而研制出各種類(lèi)型、各種功率的變頻調(diào)速裝置，并在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。適用范圍：直流調(diào)速器

4、在數(shù)控機(jī)床、造紙印刷、紡織印染、光纜線(xiàn)纜設(shè)備、包裝機(jī)械、電工機(jī)械、食品加工機(jī)械、橡膠機(jī)械、生物設(shè)備、印制電路板設(shè)備、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、焊接切割、輕工機(jī)械、物流輸送設(shè)備、機(jī)車(chē)車(chē)輛、醫(yī)療設(shè)備、通訊設(shè)備、雷達(dá)設(shè)備、衛(wèi)星地面接受系統(tǒng)等行業(yè)廣泛應(yīng)用。高性能的交流傳動(dòng)應(yīng)用比重逐年上升，在工業(yè)部門(mén)中，用可調(diào)速交流傳動(dòng)取代直流傳動(dòng)將成為歷史的必然。 盡管如此，我認(rèn)為設(shè)計(jì)一個(gè)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，不論是從學(xué)習(xí)還是實(shí)踐的角度，對(duì)一名電子信息工程專(zhuān)業(yè)的大學(xué)生都會(huì)產(chǎn)生積極地作用，有利于提高學(xué)習(xí)熱情。 關(guān)鍵詞：直流電動(dòng)機(jī) 調(diào)速 1 設(shè)計(jì)綜述 采用閘流管或汞弧整流器的離

5、子拖動(dòng)系統(tǒng)是最早應(yīng)用靜止式變流裝置供電的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。1957年，晶閘管（俗稱(chēng)“可控硅”）問(wèn)世，到了60年代，已生產(chǎn)出成套的晶閘管整流裝置，并應(yīng)用于直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，即晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)）。如圖1-1，VT是晶閘管可控整流器，通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓來(lái)移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流電壓，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上都有很大提高，而且在技術(shù)性能上也顯示出較大的優(yōu)越性；晶閘管可控整流器的功率放大倍數(shù)在以上，其門(mén)極電流可以直接用晶體管來(lái)控制，不再像直流發(fā)電機(jī)那樣需要較大功率的放大器。在控制作用的快速性上，變流機(jī)組是秒級(jí)，而晶閘管整

6、流器是毫秒級(jí)，這將大大提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。因此，在60年代到70年代，晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)）代替旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（G-M系統(tǒng)），得到了廣泛的應(yīng)用。但是由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難；晶閘管對(duì)過(guò)電壓、過(guò)電流和過(guò)高的與都十分敏感，若超過(guò)允許值會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)損壞器件。另外，由諧波與無(wú)功功率引起電網(wǎng)電壓波形畸變，殃及附近的用電設(shè)備，造成“電力公害”，因此必須添置無(wú)功補(bǔ)償和諧波濾波裝置。 圖1-1 晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)） 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)屬于多環(huán)控制系統(tǒng)。目前都采用由內(nèi)向外，一

7、環(huán)包圍一環(huán)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。每一閉環(huán)都設(shè)有本環(huán)的調(diào)節(jié)器，構(gòu)成一個(gè)完整的閉環(huán)系統(tǒng)。設(shè)計(jì)多環(huán)系統(tǒng)的一般方法是，由內(nèi)環(huán)向外環(huán)一環(huán)一環(huán)地進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)而言，先從內(nèi)環(huán)（電流環(huán)）開(kāi)始，根據(jù)電流控制要求，確定把電流環(huán)校正為哪種典型系統(tǒng)，按照調(diào)節(jié)對(duì)象選擇調(diào)節(jié)器及其參數(shù)。設(shè)計(jì)完電流環(huán)后，就把電流環(huán)等效成一個(gè)小慣性環(huán)節(jié)，作為轉(zhuǎn)速環(huán)的一個(gè)組成部分，然后用同樣的方法進(jìn)行轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)。然后通過(guò)MATLAB進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，根據(jù)分析情況更改實(shí)現(xiàn)方案，對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整等。開(kāi)環(huán)和轉(zhuǎn)速單閉環(huán)是轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)設(shè)計(jì)的一部分，是設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)的基礎(chǔ)， 2硬件電路設(shè)計(jì) 2.1 三相全控橋式整流電路 如圖2-1所示：其中陰極連

8、接在一起的3個(gè)晶閘管（VT1、VT3、 VT5）稱(chēng)為共陰極組；陽(yáng)極連接在一起的3個(gè)晶閘管（VT4、VT6、VT2）稱(chēng)為共陽(yáng)極組。此外，習(xí)慣上希望晶閘管按從1至6的順序?qū)ǎ瑸榇藢⒕чl管按圖示的順序編號(hào)，即共陰極組中與a、b、c三相電源相接的3個(gè)晶閘管分別為VT1、VT3、VT5， 共陽(yáng)極組中與a、b、c三相電源相接的3個(gè)晶閘管分別為VT4、VT6、VT2。從后面的分析可知，按此編號(hào)，晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)?VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。 圖2-1 三相橋式全控整流電路原理圖 整流電路的負(fù)載為帶反電動(dòng)勢(shì)的阻感負(fù)載。假設(shè)將電路中的晶閘管換作二極管，這種情況也就相當(dāng)于

9、晶閘管觸發(fā)角α=0o時(shí)的情況。此時(shí)，對(duì)于共陰極組的3個(gè)晶閘管，陽(yáng)極所接交流電壓值最高的一個(gè)導(dǎo)通。而對(duì)于共陽(yáng)極組的3個(gè)晶閘管，則是陰極所接交流電壓值最低的一個(gè)導(dǎo)通。這樣，任意時(shí)刻共陽(yáng)極組和共陰極組中各有1個(gè)晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)，施加于負(fù)載上的電壓為某一線(xiàn)電壓。此時(shí)電路工作波形如圖2-2所示。 圖2-2 反電動(dòng)勢(shì)α=0o時(shí)波形 α=0o時(shí)，各晶閘管均在自然換相點(diǎn)處換相。由圖中變壓器二繞組相電壓與線(xiàn)電壓波形的對(duì)應(yīng)關(guān)系看出，各自然換相點(diǎn)既是相電壓的交點(diǎn)，同時(shí)也是線(xiàn)電壓的交點(diǎn)。在分析ud的波形時(shí)，既可從相電壓波形分析，也可以從線(xiàn)電壓波形分析。從相電壓波形看，以變壓器二次側(cè)的中點(diǎn)n為參考點(diǎn)，共陰極組

10、晶閘管導(dǎo)通時(shí)，整流輸出電壓 ud1為相電壓在正半周的包絡(luò)線(xiàn)；共陽(yáng)極組導(dǎo)通時(shí)，整流輸出電壓ud2為相電壓在負(fù)半周的包絡(luò)線(xiàn)，總的整流輸出電壓ud = ud1－ud2是兩條包絡(luò)線(xiàn)間的差值，將其對(duì)應(yīng)到線(xiàn)電壓波形上，即為線(xiàn)電壓在正半周的包絡(luò)線(xiàn)。 直接從線(xiàn)電壓波形看，由于共陰極組中處于通態(tài)的晶閘管對(duì)應(yīng)的最大（正得最多）的相電壓，而共陽(yáng)極組中處于通態(tài)的晶閘管對(duì)應(yīng)的是最?。ㄘ?fù)得最多）的相電壓，輸出整流電壓 ud為這兩個(gè)相電壓相減，是線(xiàn)電壓中最大的一個(gè)，因此輸出整流電壓ud波形為線(xiàn)電壓在正半周的包絡(luò)線(xiàn)。 由于負(fù)載端接有電感且電感的阻值趨于無(wú)窮大，電感對(duì)電流變化有抗拒作用。流過(guò)電感器件的電流變化時(shí)，在其兩端產(chǎn)

11、生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)U，阻止電流的變化。當(dāng)電流增加時(shí)，它的極性阻止電流增加，當(dāng)電流減小時(shí)，它的極性反過(guò)來(lái)阻止電流減小。電感的這種作用使得電流波形變得平直，也就是說(shuō)電感趨于無(wú)窮大時(shí)負(fù)載中流過(guò)的電流是平的一條直線(xiàn)。 為了說(shuō)明各晶閘管的工作的情況，將波形中的一個(gè)周期等分為6段，每段為60o，如圖2-2所示，每一段中導(dǎo)通的晶閘管及輸出整流電壓的情況如表所示。由該表可見(jiàn)，6個(gè)晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)閂T1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。 2.2觸發(fā)電路 觸發(fā)電路有三個(gè)基本環(huán)節(jié)組成：鋸齒波形成和同步移相控制環(huán)節(jié)，脈沖形成、整形放大和輸出環(huán)節(jié)，強(qiáng)觸發(fā)和雙脈沖輸出環(huán)節(jié)。

12、 圖 2-3觸發(fā)電路的工作原理圖 2.2.1鋸齒波形成和同步移相控制環(huán)節(jié) 圖 2-4恒流源電路方案 鋸齒波同步移相的原理是利用受正弦同步信號(hào)電壓控制的鋸齒波電壓作為同步電壓，再與直流控制電壓與直流偏移電壓組成并聯(lián)控制，進(jìn)行電流疊加，去控制晶體管的截止與飽和導(dǎo)通來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 圖2-2所示為恒流源電路方案，由、、和等無(wú)件組成，其中、、和為一恒流源電路。 當(dāng)截止時(shí)，恒流源電流對(duì)電容充電，所以?xún)啥穗妷簽? == 按線(xiàn)性增長(zhǎng)，即的基極電位按線(xiàn)性增攻。調(diào)節(jié)電位器，即改變的恒定充電流，可見(jiàn)是用來(lái)調(diào)

13、節(jié)鋸齒波斜率的。 當(dāng)導(dǎo)通時(shí)，由于阻值很小，所以迅速放電，使電位迅速降到零伏附近周期性的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)，便形成了一個(gè)鋸齒波，同樣也是鋸齒波電壓，如圖2-5所示。射極跟隨器的作用是減小控制回路的電流對(duì)鋸齒波電壓的影響。 管的基極電位由鋸齒波電壓、直流控制電壓,直流偏移電壓三個(gè)電壓作用的疊加值所確定，它們分別通過(guò)電阻和與基極相接。 設(shè)為鋸齒波電壓?jiǎn)为?dú)作用在基極時(shí)的電壓，其值為 = 可見(jiàn)仍為一鋸齒波，但斜率比低。同理偏移電壓?jiǎn)为?dú)作用時(shí)的電壓為：

14、

15、

16、

17、 可見(jiàn)仍為一條與平行的直線(xiàn)，但絕對(duì)值比小。 直流控制電壓?jiǎn)为?dú)作用時(shí)的

18、電壓為： = 可見(jiàn)仍為與平行的一直線(xiàn)，但絕對(duì)值比小。 如果=0,為負(fù)值時(shí),點(diǎn)的波形由確定，如圖2-5所示。當(dāng)為正值時(shí)，點(diǎn)的波形由確定。由于的存在，上述電壓波形與實(shí)際波形有出入，當(dāng)點(diǎn)電壓等于0.7V后，導(dǎo)通。之后一直被鉗位在0.7V。所以實(shí)際波形如圖2-5所示。圖中M點(diǎn)是由截止到導(dǎo)通的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。由前面分析可知經(jīng)過(guò)M點(diǎn)時(shí)使電路輸出脈沖。因此當(dāng)為固定值時(shí),改變便可改變M點(diǎn)的時(shí)間坐標(biāo)，即改變了脈沖產(chǎn)生的時(shí)刻，脈沖被移相?？梢?jiàn)，加的目的是為了確定控制電壓=0時(shí)脈沖的初始相位。當(dāng)接阻感負(fù)載電流連續(xù)時(shí)三項(xiàng)全控橋的脈沖初始相位應(yīng)定在=90度;如果是可逆系統(tǒng)，需要在整流和逆變狀態(tài)下工作，這時(shí)要求脈沖的移相范

19、圍理論上為180度，由于鋸齒波波形兩端的非線(xiàn)性，因而要求鋸齒波的寬度大于180度，例如240度，此時(shí)，令=0，調(diào)節(jié)的大小使產(chǎn)生脈沖的M點(diǎn)移至鋸齒波240度地的中央(120度)，對(duì)應(yīng)于=90度的位置。這時(shí)，如為正值，M點(diǎn)就向前移，控制角<90度，晶閘管電路處于整流工作狀態(tài)；如為負(fù)值，M點(diǎn)就向后移，控制角>90度，晶閘管電路處于逆變狀態(tài)。 在鋸齒波同步的觸發(fā)電路中，觸發(fā)電路與主電路的同步是指要求鋸齒波的頻率與主電路電源的頻率相同且相位關(guān)系確定。從圖2-2可知，鋸齒波是由開(kāi)關(guān)管來(lái)控制的。由導(dǎo)通變截止期間產(chǎn)生鋸齒波，截止?fàn)顟B(tài)持續(xù)的時(shí)間就是鋸齒波的寬度，開(kāi)關(guān)的頻率就是鋸齒波的頻率。要使觸發(fā)脈沖與主電路

20、電源同步，使開(kāi)關(guān)的頻率與主電路電源頻率同步就可達(dá)到。如圖2-2中的同步環(huán)節(jié)，是有同步變壓器TS和作同步開(kāi)關(guān)用的晶體管組成的。同步變壓器和整流變壓器接在同一電源上，用同步變壓器的二次電壓來(lái)控制的通斷作用，這就保證了觸發(fā)脈沖與主電路電源同步。 同步變壓器TS二次電壓經(jīng)二極管間接加在的基極上。當(dāng)二次電壓波形在負(fù)半周的下降段時(shí)，導(dǎo)通，電容被迅速充電。因O點(diǎn)接地為零電位，R點(diǎn)為負(fù)電位，Q點(diǎn)電位與R點(diǎn)相近，故在這一階段基極為反向偏置，截止。在負(fù)半周的上升段，+電源通過(guò)給電容反向充電,為電容反向充電波形，其上升速度比波形慢，故截止，如圖2-5所示。當(dāng)Q點(diǎn)電位達(dá)1.4V時(shí)，導(dǎo)通，Q點(diǎn)電位被鉗位在1.4V.直

21、到TS二次電壓的下一個(gè)負(fù)半周到來(lái)時(shí)，重新導(dǎo)通，迅速放電后又被充電，截止。如此周而復(fù)始。在一個(gè)正弦波周期內(nèi)，包括截止和導(dǎo)通兩個(gè)狀態(tài)，對(duì)應(yīng)鋸齒波波形恰好是一個(gè)周期,與主電路電源頻率和相位完全同步，達(dá)到同步的目的?？梢钥闯?，Q點(diǎn)電位從同步電壓負(fù)半周上升段開(kāi)始時(shí)刻到達(dá)1.4V的時(shí)間越長(zhǎng)，截止時(shí)間就越長(zhǎng)，鋸齒波就越寬?？芍忼X波的寬度是由充電時(shí)間常數(shù)決定的。 2.2.2 脈沖形成，整形放大和輸出環(huán)節(jié) 脈沖形成環(huán)節(jié)由晶閘管、組成，、起脈沖放大作用?？刂齐妷杭釉诨鶚O上，電路的觸發(fā)脈沖有脈沖變壓器TP二次側(cè)輸出，起一次繞組接在集電極電路中。 當(dāng)控制電壓=0時(shí)，截止。+（+15V）電源通過(guò)供給一個(gè)

22、足夠大的基極電流，使飽和導(dǎo)通，所以的集電極電壓接近于-(-15V)。、處于截止?fàn)顟B(tài)，無(wú)脈沖輸出。另外，電源的+(15V)經(jīng)、發(fā)射結(jié)到-(-15V)，對(duì)電容充電，充滿(mǎn)后電容兩端電壓接近2 (30V),極性如圖2-5所示: 當(dāng)控制電壓近似等于0.7V時(shí)，導(dǎo)通，A點(diǎn)電位由+(+15V)迅速降低至1.0V左右，由于電容兩端電壓不能突變，所以基極電位迅速將至約-2E1(-30V),由于發(fā)射結(jié)反偏置，立即截止。它的集電極電壓由-(-15V)迅速上升到鉗位電壓+2.1V（、、三個(gè)PN結(jié)正向壓降之和），于是、導(dǎo)通，輸出觸發(fā)脈沖。同時(shí)，電容經(jīng)電源+、、、放電和反向充電，使基極電位又逐漸上升，直到>-(

23、-15V),又重新導(dǎo)通。這時(shí)又立即將到-,使、截止，輸出脈沖終止。可見(jiàn)，脈沖前沿由導(dǎo)通時(shí)刻確定，(或)截止持續(xù)時(shí)間即為脈沖寬度。所以脈沖寬度與反向充電回路時(shí)間常數(shù)有關(guān)。 2.2.3強(qiáng)觸發(fā)和雙脈沖形成環(huán)節(jié) 強(qiáng)觸發(fā)環(huán)節(jié)有單相橋式整流獲得近似50V直流電壓作電源，在導(dǎo)通前，50V電源經(jīng)對(duì)充電，N點(diǎn)電位為50V。當(dāng)導(dǎo)通時(shí)，經(jīng)脈沖變壓器一次側(cè)，與迅速放電，由于放電回路電阻很小，N點(diǎn)電位迅速下降，當(dāng)N點(diǎn)電位下降到14.3V時(shí)，導(dǎo)通，脈沖變壓器TP改由+15V穩(wěn)壓電源供電。這時(shí)雖然50

24、V電源也在向再充電使它電壓回升，但由于充電回路時(shí)間常數(shù)較大，N點(diǎn)電位只能被15V電源鉗位在14.3V。電容的作用是為了提高強(qiáng)觸發(fā)脈沖前沿。加強(qiáng)觸發(fā)后，脈沖變壓器TP一次電壓 近似如圖2-5所示。 如圖2-2中、兩個(gè)晶體管構(gòu)成一個(gè)“或”門(mén)。當(dāng)、都導(dǎo)通時(shí),約為-15V，使、都截止，沒(méi)有脈沖輸出。但只要、中有一個(gè)截止，都會(huì)使變?yōu)檎妷?，使、?dǎo)通，就有脈沖輸出。所以只要用適當(dāng)?shù)男盘?hào)來(lái)控制或的截止（前后間隔60度），就可以產(chǎn)生符合要求的雙脈沖。其中，第一個(gè)脈沖有本相觸發(fā)單元的對(duì)應(yīng)的控制角所產(chǎn)生，使由截止變?yōu)閷?dǎo)通造成瞬間截止，于是輸出脈沖。相隔60度的第二個(gè)脈沖是由滯后60度相位的后一相觸發(fā)單元產(chǎn)生，

25、在其生成第一個(gè)脈沖時(shí)刻將其信號(hào)引至本相觸發(fā)單元的基極，使瞬時(shí)截止，與是本相觸發(fā)單元的管又導(dǎo)通，第二次輸出一個(gè)脈沖，因而得到間隔60度的雙脈沖。其中和的作用，主要是防止雙脈沖信號(hào)相互干擾。 3軟件仿真 利用matlab軟件的simulink功能對(duì)直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行軟件仿真 3.1開(kāi)環(huán)控制 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的原理方框圖如圖3-1所示 圖3-1開(kāi)環(huán)控制仿真圖 運(yùn)行該仿真圖，雙擊scope1，觀(guān)察示波器波形如圖3-2所示 圖3-2開(kāi)環(huán)控制轉(zhuǎn)速波形圖 從仿真波形可以看出轉(zhuǎn)速先開(kāi)始緩慢上升，經(jīng)過(guò)0.4秒后轉(zhuǎn)速指數(shù)上升，上升很

26、快。 3.2轉(zhuǎn)速單閉環(huán)控制 轉(zhuǎn)速單閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真方框圖如圖3-3所示 圖3-3轉(zhuǎn)速單閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真方框圖 相比于開(kāi)環(huán)控制，轉(zhuǎn)速單閉環(huán)控制系統(tǒng)多了一個(gè)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，系統(tǒng)通過(guò)對(duì)給定信號(hào)和反饋信號(hào)進(jìn)行比較，得到偏差信號(hào)作為控制器的輸入信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制。轉(zhuǎn)速的仿真結(jié)果如圖3-4所示 圖3-4轉(zhuǎn)速仿真圖 由仿真結(jié)果可以看出轉(zhuǎn)速有超調(diào)，由于采用了PI調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)速無(wú)靜差。 3.3轉(zhuǎn)速外環(huán)電流內(nèi)環(huán)控制 轉(zhuǎn)速外環(huán)電流內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)仿真方框圖如圖3-5所示 圖3-5轉(zhuǎn)速外環(huán)電流內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)仿真方框圖 系統(tǒng)仿真結(jié)果波形如圖3-6所示 圖3-6雙閉環(huán)仿真

27、結(jié)果 圖3-6中峰值高的的曲線(xiàn)是轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)，另一條是電流曲線(xiàn)，由仿真結(jié)果可以看出ASR調(diào)節(jié)器經(jīng)過(guò)了不飽和、飽和、退飽和三個(gè)階段，最后穩(wěn)定運(yùn)行于給定轉(zhuǎn)速。 4 器件選擇 晶閘管的選擇主要是根據(jù)整流器的運(yùn)行條件，計(jì)算晶閘管電壓、電流值，選出晶閘管的型號(hào)規(guī)格。 額定電壓的選擇要分析電路運(yùn)行時(shí)晶閘管可能承受的最大電壓值，并考慮實(shí)際情況留有足夠的裕量，通?？煽紤]2~3倍的安全裕量，按計(jì)算值算出晶閘管的標(biāo)準(zhǔn)電壓等級(jí)值。額定電流通?？紤]1.5~2倍的安全裕量。 晶閘管的串聯(lián)使用不僅要挑選型號(hào)相同的器件，還要采取均壓措施，通常在串聯(lián)元件上并聯(lián)阻值相等的電阻實(shí)現(xiàn)均壓。元件兩端并聯(lián)阻容吸收電路

28、。 晶閘管的并聯(lián)使用應(yīng)采用同型號(hào)的晶閘管，而且要采取均流措施。方法有電阻均流法和電抗均流法 晶閘管保護(hù)分為過(guò)電流保護(hù)和過(guò)電壓保護(hù)。電流保護(hù)有快速熔斷器保護(hù)、電子線(xiàn)路控制的過(guò)電流保護(hù)、過(guò)電流繼電器保護(hù)、直流快速開(kāi)關(guān)。過(guò)電壓保護(hù)包括交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)和直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)、晶閘管換相過(guò)電壓保護(hù)。交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)有阻容吸收保護(hù)和非線(xiàn)性電阻保護(hù)方式。直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)措施一般采用壓敏電阻作過(guò)電壓保護(hù)。晶閘管換相過(guò)電壓保護(hù)通常在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護(hù)電路。 總結(jié) 一開(kāi)始接觸這個(gè)課程設(shè)計(jì)時(shí)，覺(jué)得并不會(huì)很困難，無(wú)論是參數(shù)計(jì)算還是動(dòng)態(tài)仿真都能在教材

29、中找到相關(guān)的資料，覺(jué)得完成課設(shè)并不會(huì)需要太多時(shí)間。但在真正的設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，參數(shù)的計(jì)算并不會(huì)太過(guò)復(fù)雜，只需要花一定時(shí)間，以認(rèn)真細(xì)致的態(tài)度對(duì)待就可以。而動(dòng)態(tài)仿真過(guò)程中卻出現(xiàn)了一系列問(wèn)題。由于教材中是介紹使用原理圖進(jìn)行仿真，于是我也利用Matlab的Simulink功能將相關(guān)模塊一樣的畫(huà)下來(lái)，參數(shù)也一樣地設(shè)置，卻無(wú)法進(jìn)行仿真，這個(gè)問(wèn)題一直無(wú)法解決，直到后面發(fā)現(xiàn)可以利用動(dòng)態(tài)函數(shù)進(jìn)行仿真。于是我放棄原本想法，改用動(dòng)態(tài)函數(shù)進(jìn)行仿真。相對(duì)于原理圖仿真，動(dòng)態(tài)函數(shù)比較簡(jiǎn)單些，只需要在Matlab中畫(huà)下相關(guān)傳遞函數(shù)模塊，并進(jìn)行連線(xiàn)即可。仿真也能夠?qū)崿F(xiàn)。在調(diào)速系統(tǒng)中，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)具有較廣泛的應(yīng)用。作為自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)課，學(xué)好電機(jī)學(xué)及電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)等相關(guān)知識(shí)，并熟練掌握其控制規(guī)律及設(shè)計(jì)方法，將使我們受益匪淺。而本次課設(shè)在這方面起到極大作用。 通過(guò)本次課設(shè)，學(xué)會(huì)使用Matlab進(jìn)行動(dòng)態(tài)函數(shù)的分析使用，學(xué)會(huì)對(duì)雙閉環(huán)調(diào)整系統(tǒng)限幅值采用三種不同方法得到不同結(jié)果，最重要的是學(xué)會(huì)遇到問(wèn)題時(shí)尋找方法解決，從而得到最好的結(jié)果。 16