双闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告3657

双闭环直流调速系统的设计与仿真1、实验目的1．熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本原理。2．掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法.3．掌握调节器的工程设计及仿真方法.2、实验内容1．调节器的工程设计2．仿真模型建立3．系统仿真分析3、实验要求用电机参数建立相应仿真模型进行仿真4、双闭环直流调速系统组成及工作原理晶闸管直流调速系统由三相调压器，晶闸管整流调速装置,平波电抗器，电动机-发电机组等组成。U本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制回路可直接由给定电压ct作为触U发器的移相控制电压，改变ct的大小即可改变控制角,从而获得可调的直流电压和转速,以满足实验要求。为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器,分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈,二者之间实行嵌套联接，如图4。1。把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流的输出去控制电力电子变换器UPE。在结构上，电流环作为内环,转速环作为外环，形成了转速、电流双闭环调速系统。为了获得良好的静、动态特性，转速和电流两个调节器采用PI调节器.TALIV+iUcU*dMMiUPnU++d--nnTGT图4。1转速、电流双闭环调速系统5、电机参数及设计要求5.1电机参数直流电动机：220V，136A，1460r/min，=0.192V•min/r，允许过载倍数=1.5，晶闸管装置放大系数：=40电枢回路总电阻:R=0。5时间常数:=0。00167s，=0。075s电流反馈系数：=0。05V/A要求电流超调量5％，转速无静差，空载起动到额定转速时的转速超调量电流调节器超前时间常数：==0.03s。电流环开环增益：要求5％时,取=0。5，因此于是，ACR的比例系数为的近似条件是否满足：因为3)校验小时间常数近似处理是否满足条件：（1）确定转速1）电流环等效时间常数为=0。0074s；2）电流滤波时间常数根据所用测速发电机纹波情况，取=0。01s；3）转速环小时间常数=+；（2）转速调节器的结构选择由于设计要求转速无静差，转速调节器必须含有积分环节；又根据动态设计要求，应按，所以转速调节器的比例系数为简化条件是否满足：由于近似处理是否满足条件：由于〉,而==515.2rpm，因此=8。31％〈10％能满足设计要求。7、仿真模型的建立利用MATLAB上的SIMULINK仿真平台，建立仿真模型。如图7.1为电流环的仿真模控系制统的仿真模型.型，图7。2为加了转速环之后的双闭环_当阶跃响应无超调，但上升时间长。图8.2无超调的仿真结果当=2。027,=67。567时，电流环阶跃响应超调大，但上升时间短。当=11。7,=134。48时，图7.2中“step1”中“steptime”值为0，“finalvalue”值为图8。4转速环空载高速起动波形图当=11。7,=134。48时，图7。2中“step1”中“steptime"值为0，“finalvalue”值退饱和超调量减小.为136,代表满载状态，此时系统起动时图8。5转速环满载高速起动波形图当=11.7，=134。48时，图7。2中“step1”中“steptime”值为1，“finalvalue”值为10，加入扰动瞬间系统曲线有波动,但迅速恢复稳定。图8。6转速环的抗扰波形图通过以上仿真分析，与理想的电动机起动特性相比，仿真的结果与理论设计具有差距。为什么会出现上述情况，从理论的设计过程中不难看出，因为在“典型系统的最佳设计法”时，将一些非线性环节简化为线性环节来处理，输出特性近似为线性环节等.经过大量仿真调试，改变电流和转速环调节器的参数，兼顾电流、转速超调量和起动时间性能指标.利用MATLAB上的SIMULINK仿真平台对直流调速系统进行理论设计与调试，系统的性能分析过程简单且直观。通过对系统进行仿真，可以准确地了解