开环直流调速控制系统与仿真

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1、《计算机仿真及应用B》答卷学号：姓名:班级••任课老师:《计算机仿真及应用B》答卷学号：姓名:班级••任课老师:开环直流调速控制系统的仿真1、开环直流调速控制系统的组成开环控制系统是根据给定的控制量进行控制，而被控制量在整个控制过程中对控制量不产生任何影响。对于被控制量相对于其预期似可能出现的偏差，开环控制系统不具备修正能力。而直流调速开环控制系统通常是采用调节电枢电压方案，具体实现在20世纪60年代晶闸管整流器的应用而采用由晶闸管整流器和电动机(V-M)系统实现开环或闭环控制调速系统。2、幵环直流调速控制系统

2、仿真(1)基于数学模型的开环直流调速系统仿真。①开环直流调速控制系统数学模型。开环直流调速控制系统主要包括给定信号、晶闸管触发装罝及整流环节、平波电抗器和直流电动机等4个环节。这里所说的基于数学模型的系统仿真主要是指基于传递函数的matlab下的Simulink下的实现，再通过机理法可以建立开环直流调速控制系统动态结构图，如图1-1所示。然后，根据系统I直接给出各个环节的传递函数及参数。可以得到系统I开环控制的动态结构阁，如阁1-2所示。!l(S)②开环直流调速系统仿真实现。Ult(S)C►Ks―►—►1/Ra

3、——►►R{1►n(s)T，s+1▲T^1CeTmSce<■图1-1开环直流调速控制系统动态结构图Un(S)€——230.0017S+JUj(s)1/0.080.025s+lh(s)Il⑸0.080.185x0.8sn(s)0.185<图1-2系统I的开环系统动态结构图根据系统I的开环系统动态结构图及其参数值，在matlab的Simulink环境可以轻松的建立系统的仿真结构，如图1-3所示。电动机的转速输出动态曲线，如图1-4所示。Gain图1-3系统I仿真模型图1-4电动机转速输出曲线通过改变给定信号的大小，

4、来实现对电机输出转速的控制与调节的目的。在仿真系统中的实现过程就是改变系统给定的阶跃信号的大小。但是开环控制系统的最大的缺点就是：无法实现的电网电压的波动以及电机负载变化等扰动信号对转速影响。巾于负载的增加，使电动机的转速降低，而在系统稳定之后转速并没有恢复到原系统输出伉。（2）基于电气原理阁的系统仿真。基于电气原理图实现系统的仿真实现主要过程是依据系统原理图，根据具体实现的不同功能，将整个系统划分力若干子模块，通过matlab巾SimPowerSystems工具箱电气元件以及其他工具箱中的模块，组合实现子模块

5、的仿真与建模，最终再依据电气原理图的电气连接实现各个子模块的连接即实现整个系统的建模。幵环直流调速控制系统原理阁，如阁2-5所示，下面分别介绍各模型及参数。①三相对称交流电源模型。从SimPowerSystems工具箱巾ElectricalSources（电源）库巾选择AC.VoltageSources（交流电压源）模诀，参数没置如图2-1所示，即相电压峰值220V，频率50Hz。初始相位0a,并将模块标签改为A,表示为三相对称交流电源A相。通过复制得到两个电压源模块，更改二者参数初始相位为120°和240Q,

6、即为B、C相电源，同样将标签改为B、C。在connectors库中选择Busbar和输岀型接地模块，进行相应连接得到三朴I对称交流电源。②晶闸管整流器模型。从SimPowcrSystcmsT具箱中的PowerElectronics库屮选取UniversalBridge模块，并将模诀标签改为SCR，然dd?模块图标，打开BlockParameters：UniversalBridge对话框进行参数设置，如图2-2所示，此参数一般要参考实际选収交流装置。图2-1A相电压源参数设置图2-2晶闸管整流器模彻参数设罝①直流

7、电动机模型。直流电动机固有参数是以某电动机铭牌标示的电动机数据计算而获得，这些数据是建立电动机模型的基础。已知某直流电动机调速系统（简称系统I）,控制系统主冋路与直流电动机的主要参数如下。•电动机：Pnom=150kW;nnom=1000r/min；Inom=700A;Ra=0.05Q。•主冋路：Rd=0.08；Ld=2mH;全控桥式整流m=6。•负载及电动机转动惯量：GD2=125kg*m2。计算得到此直流电动机的相关参数如下。UnnmInomRn220—700*0.05•电势常数：Cc===0.185V/(

8、r*minnnom10000.185=0.18kg*mA。1.03Cc•转矩常数：cm=1.03Ld2*IO-3==0.025soRd0.08GD2R(,125*0.08375CmCc375*0.18*0.18电磁吋间常数：Td=机电时间常数：Td==0.8so下面为直流电动机参数设置。电动机模型位于SimpowerSystems工具箱下machines库巾的DCmachines模型的