双闭环直流调速系统的设计与仿真.doc

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1、双闭环直流调速系统的设计及其仿真班级：自动化学号：姓名：目录1前言…………………………………………………………………31.1课题研究的意义…………………………………………………………31.2课题研究的背景…………………………………………………………32总体设计方案…………………………………………………………32.1MATLAB仿真软件介绍…………………………………………………32.2设计目标…………………………………………………………………42.3系统理论设计…………………………………………………………52.4仿真实验……………………………………

2、…………………………92.5仿真结果……………………………………………………………103结论……………………………………………………………124参考文献……………………………………………………………131前言1.1课题研究的意义现代运动控制技术以各类电动机为控制对象，以计算机和其他电子装置为控制手段，以电力电子装置为弱电控制强电的纽带，以自动控制理论和信息处理理论为基础，以计算机数字仿真和计算机辅助设计为研究和开发的工具。直调调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。就目前而言，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式，在许多工业部门，如轧

3、钢、矿山采掘、纺织、造纸等需要高性能调速的场合得到广泛的应用。且直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大围平滑调速，在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。由于直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。所以加深直流电机控制原理理解有很重要的意义[1]。1.2课题研究的背景电力电子技术是电机控制技术发展的最重要的助推器,电力电机技术的迅猛发展,促使了电机控制技术水平有了突破性的提高。从20世纪60年代第一代电力电子器件-晶闸管(SCR)发明至今,已经历了第二代有自关断能力的

4、电力电子器件-GTR、GTO、MOSFET,第三代复合场控器件-IGBT、MCT等,如今正蓬勃发展的第四代产品-功率集成电路(PIC)。每一代的电力电子元件也未停顿,多年来其结构、工艺不断改进,性能有了飞速提高,在不同应用领域它们在互相竞争,新的应用不断出现。同时电机控制技术的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、自动控制技术和微机应用技术的最新发展成就。正是这些技术的进步使电动机控制技术在近二十多年发生了天翻地覆的变化[2]。2总体设计方案2.1MATLAB仿真软件介绍本设计所采用的仿真软件是MATLAB。MATLAB是

5、美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。MATLAB应用非常之广泛！MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。主要的优势特点为：①高效的数值计算及符号计算功能，能使用户从繁杂的数学运算分析中解脱出来；②具有完备的图

6、形处理功能，实现计算结果和编程的可视化；③友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言，使学者易于学习和掌握；④功能丰富的应用工具箱(如信号处理工具箱、通信工具箱等)，为用户提供了大量方便实用的处理工具。2.2设计目标设计一个双闭环直流调速系统，利用晶闸管供电，整流装置采用三相桥式电路，调速围D=10，要求:静差率≤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%[1][3]。直流电动机数据：额定功率：29.92KW，额定电压：220V，额定电流：136A，额定转速：1460r/m，C

7、e=0.132V·min/r允许过载倍数：λ=1.5晶闸管装置放大系数：Ks=40电枢回路总电阻：R=1Ω时间常数：机电时间常数：Tm=0.18s电磁时间常数:Tl=0.03s电流反馈系数：β=0.05V/A转速反馈系数：α=0.007V·min/r转速反馈滤波时间常数：Ton=0.005s，Toi=0.005sh=52.3系统理论设计：在双闭环系统中应该首先设计电流调节器，然后把整个电流环看作转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器。这样的系统能够实现良好的静态和稳态性能，结构简单，工作可靠，设计和调试方便，达到本课程设计的要求。图1双闭环直

8、流调速系统的动态结构图2.3.1电流调节器设计(1)确定时间常数整流装置滞后时间常数Ts：三相电路的平均失控时间Ts=0.0017s电流