晶闸管直流电动机开环调速系统仿真

1、课程设计题目晶闸管-直流电动机开环调速系统仿真IVUXjs专业小组XX指导教师直流电动机开环调速系统仿真【摘要】本文分析了直流电动机开环调速系统的控制器与被控对象的控制现象，以及开环控 制系统对被控对象的控制的问题。同时给出解决减小扰动的控制方案。本文针对开环控制直流 调速系统中的应用，给出了实验结果，并和闭环控制直流调速系统进行比较，使学生认识到采 用开环控制方案对最基本的控制方案有一定的了解，并对闭环控制的优点有一定的认识。【关删】直流电动机开环调速；调速；仿真1引言直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大X围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反 向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。近年

2、来，高性能交流调速技术发展很快，交流调速系 统有逐步取代直流调速系统的趋势。然而，直流拖动控制系统毕竟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。因此，应该首先很好地掌握直 流拖动控制系统。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（伺 服系统）、X力控制系统、多电机同步控制系统等多种类型，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电力拖动控制系统。在现代生产过程中，许多电机要求在一定的X围内进行速度的平滑调节，并且要求有良好 的稳态、动态性能C而直流电动机开环调速系统具有良好的启动，制动性能，适宜在大

3、X围内 平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到广泛的应用。从控制角度来看, 直流调速还是交流拖动的基础。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量 的数字电路组成，控制系统的硬件非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻 碍的电动机控制技术的发展和应用X围的推广。随着模拟技术的逐渐成熟使得许多控制功能及 算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能够达到 更高的性能，还能节省人力资源和降低系统成本，从而有效提高工作效率C事实上由于电机的容量较大，又要求电流的脉动较小，故采用三相全控桥式整流电路供电方

4、案。为保证供电质量，应采用三相降压变压器将电源电压降低，为避免三次谐波电动势的不 良影响，应采用A/Y接法。2直流电动机开环调速系统原理2.1原理直流开环调速系统的电气原理如图1所示。直流电动机电枢由三相晶闸管整流电路经平波 电抗器L供电，并通过改变触发器移相控制信号氏调节晶闸管的控制角，从而改变整流器的 输出电压实现直流电动机的调速。该系统的仿真模型如图2所示。在仿真中为了简化模型，省略了整流变压器和同步变压器，整流器和触发同步使用同一交 流电源，直流电动机励磁由直流电源直接供电。整流变压器同步变压器触发器6路触发脉冲 KKVT14VI图1直流开环调速系统电气原理3仿真过程3.1仿真原理图3

5、?nchroni:ed6-Poke Generic-L图2直流电动机开环调速系统的仿真模型根据实验原理图在MQtbb软件环境下查找器件.连线，接成入上图所示的线路图。1、具体步骤处 点击图标，打开MatSb软件，点击里的nexvmodel,创建一个文件头为的新文件。b、点击工具栏的，打开元器件库査找新的元器件。Simulink|-Co mmonfy Used Blocks ContinuousF" DiscontinuitiesDiscreteh*Logic and Brt Operations Lookup Tables h Math Operationsih-Mod el Ver

6、ificationH-ModekWide Utilities 事 Ports & Subsystems h* Sign al Attributes h* Sign al Routing h* Sinks-Sourcesr-Us-er-Defined Functions Additional Math & Discrete + ” Aerospace Blockset it亘 di吕Communications Sys-tem. Computer Vision System. Control System Toolbox DSP System Toolbox Data Acqui

7、sition Toolbox EDA Simulator LinkH Commonly Used BlocksDiscontinuitiesSinksModel-WideUtilitiesLogics nd Bit OperationsMath OpGrstionsSignal AttributesLFser-Defined FunctionsDiscreteLookup TablesSignal RoutingSourcesPorts &Subs*ys-temsModel Ver if i cationAdditional Tdsth& Dis.cretGContinuous

8、File Edit View HelpD 色 » Enter search term 刑| 圏 Simulink Library BrowserLibrariesLibrary: SimulinkSearch Results.： (none)Most Frequently Used BlocksEmbedded CoderShowing: Simulink如果不知在哪里找到元器件，可以在里输入元器件的名称，键入ENTER即可査找。2、所用元器件及其参数设置三相交流电源A、E、C首先从Simpowersystes中的Electrical sources电源模块组中选取一个交流电压 源模

9、块AC Voltage Source,再用复制的方法得到三相电源的另两个电压源模块用FomiQt(格 式设定)菜单中Rotate block(Ctrl +R)将模块水平放置，并点击模块标题名称，将模块标签分 别改为“Uq”、“ Ub”、Uc” ,然后从连接器模块Connectors中选取“Ground (output) 元件，按下图进行连接。(1) Uau Block Parameters: UaAC VoHage Source (mask) (link)Ideal sinusoidal AC VoIt age sourceParanLetersPeak ajnplitude (V):220P

10、hase (deg):Measur ement s NoneCancelHelpApply3 Block Para*eters: Universal BridgeUnivGTsal Bridge >nask) (link)This block dzipiement a bridge of selected po-wer electxoaics devices. Series RC snubber circuits are connected in paxallei with each, switch device. Press Kelp for suggested snubbGr val

11、ues wiien the zaodel. is disciGtized. F-ot nost applications the internal inductance Lon of diodes and thyristors should te set toFaraaet&rsNinnbGr of bridg-G arms:7Weasurenents NoneSnufcber resistance Rs (Otas)OKCancelApplyUbg Block Parameters! UbAC Volt age Source (mask) (lirJk)Ideal sinusoida

12、l AC Voltage sourceParametersPeak airiplitude (V):220Phase (deg):-120Frequency (Hz):60Cancel HelpSample t ime:OKApplyUcBlock Parameters: UcAC Voltage Source (mask) (link) Ideal sinusoidal AC Voltage source.ParametersPeai amp lit ud.e (V):220Phase (deg);-240Frequency (Hz):60Sajnple time:0Me asurement

13、 sOK I Cancel Help | | Apply 设置三相电压都为220V,两两之间相位差为120,分别为5 -120.-240。a)6-Pulse Generator同步脉冲触发器包括同步电源和6脉冲触发器两部分。6脉冲触发器从Simpowersystes中选取ExtraLibray中的Contral Blocks中取获得。6脉冲触发器需用三相线电压同步，所以同步电源的任务是将三相交流电源的相电压转换成线电压°"ft Function Block Parameters: Synchronized A Pulse Generator 、Synchrorii zed

14、6-pulse genert or (a22»Use this block to fire the 6 thyristors of 3 S-pulse converter The output is a vector of 6 pulses (0-1) individually synchronized on tho 6 confutation volt aces Pulses arc generated alpha decrees after the metreasine z er er crossings of -the cofruiutation voliaces Paraji

15、etersFrequency of synchronisation voltages (Kz):6DPulse width (degcees):10Double pulsins1 加 | Cancel. | Help Applyc) Universal Bridge三相整流桥起改变输出直流电压的作用。* Block Paramsters: Universal BridesUniversal Bridge (mask) (link)This block inplenent a bridge of selected pover eleclronics devices. Series RC snxi

16、bber circuits are connected in parallel uith each switch device. Ptess Help for sxigested snubber valxies vhan the model is discrelized. For most applications the internal inductance Lon of diodes and thyristots should be sei 1o zeroParairiotersNumber of bridze ams:Snubber resist mcc Rs (Obins)le5Sn

17、ubber capacitance Cs (F)i.n£Power Electronicdevice iThyriytorsRon (Ohns)le-3Lon (H)0Forvard voltage vf (V)0OK Cancel | Help Appl：rd) DC Machine (直流电动机)直流电动机的励磁绕组“F+接直流恒定励磁电源，励磁电源可从电源模块组中选取直流 电压源模块，并将电压参数设置为220V,点数绕组“A+A-”经平波电抗器接晶闸管整流桥 的输出，电动机经TL端口接恒转矩负载，直流电动机的输出参数有转速、点数电流、励磁电 流、电磁转矩，通过“示波器”模块观察

18、仿真输出图形。修改参数电枢电阻和电(Armature resistance and inductance)为0.21 0.0021,励磁电阻和电感(Field resistance and inductance)为14G.7 0,励磁和电枢互(Field-armature mutual inductance)为0.84,转动惯量(Total inertia)为 0.57,粘滞 摩擦系数(Viscous friction coefficient)为 0.5,库仑摩擦转矩(Coulomb friction torque) 为0,初始角速度(initial speed)为0。DC machine (

19、mask) (Link)Innplejnents a (wound-field or perinanent magne七) DC inachine. For the wound-field. DCaccess is provided to the：field connections so that the jnachine can be used, as a separately excited, shunt-conneeled or a series-connected DC machine.Conf i gurat ionParaniet ersAdvancedArmature resis

20、tance and inductance Ra (ohiis) La (H)0. 21 0. 0021Field resistance and inductarice Rf (otuns) Lf (H) 146. 7 0Field-armature mutual inductance Laf (H):0.84Total inertia J (hg.JnA2)0.57Viscous friction, coefficient Bm (M m $)0.5Coulomb friction, torque Tf (N.m)0Initial speed (rad/s);n< IilltHelp |

21、 Applye）直流电源H Block Parameters: DC Voltage SourceDC Voltage Source (mask) (link)Ideal DC voltage source.ParametersAmp lit ude (V):220Measurements NoneOKCancelHelpApplyf）放大器，设放大系数g）阶跃倍号系统在阶跃函数输入作用下的工作条件是比较严峻的，同时比较具有代表性。如果系统在阶跃 函数作用下的性能够满足要求，则在其他形式作用下也能满足要求。Step提供在指定时间处在 两个可定义的水平间的阶跃，当仿真时间小于Steptime则输出Initialvalue当仿真时间大于 或等于Step time不能为0。4 仿真结果当建模和参数设置完成后，即可开始进行仿真，在MATLAE模型窗口单击工具栏的按钮或打 开“Simubtion”菜单命令后，单击“start”，系统开始仿真，仿真结束后可输出仿真结果。 单击“示波器”观察仿真输出图形。观察仿真时间I