带电流截至负反馈的转速单闭环直流调速系统

PAGEPAGE2《运动控制系统》专业课程实践训练报告题目：带电流截至负反馈的转速单闭环直流调速系统学院：电气工程学院专业班级：姓名：学号：指导教师：目录1.设计的目的和意义 42.设计内容 52.1设计参数 52.2设计任务 52.3原理 63.闭环直流调速系统稳态参数的计算 63.1基本参数的计算 63.2计算转速负反馈环节的反馈系数和参数 73.3计算运算放大器的放大系数和参数 73.4判断系统的稳定性计算 73.5PI调节器设计 84.MATLAB的仿真 94.1单闭环直流系统的结构图 94.2加入PI调节器后仿真，经调整系数后仿真波形 94.3加入电流截止负反馈后仿真波形 104.4加入负载后 106.分析总结 127.参考文献 12带电流截至负反馈的转速单闭环直流调速系统摘要本次设计主要介绍了单闭环不可逆直流调速系统的方案比较及其确定，主电路设计控制电路等。设计的内容符合国家有关经济技术政策，包括可靠性、经济性等方面。设计中进行了计算，主要设备调试，关于主电路设计和控制电路设计是基础部分，对晶闸管和电机的调试是非常重要的部分。为了提高直流调速系统的动态、静态性能，通常采用闭环控制系统（主要包括单闭环、双闭环）。而在对调速指标要求不高的场合，采用单闭环即可。闭环系统较之开环系统能自动侦测把输出信号的一部分拉回到输入端，与输入信号相比较，其差值作为实际的输入信号；能自动调节输入量，能提高系统稳定性。关键词转速单闭环，负反馈，直流调速系统AbstractThisdesignmainlyintroducesthesingleclosed-loopirreversibledcspeedcontrolsystemschemecomparisonanddetermined,themaincircuitdesigncontrolcircuit,etc.Designcalculation,themainequipmentdebugging,aboutthemaincircuitdesignandcontrolcircuitdesignisabasicpartofthyristorandmotordebuggingisaveryimportantpart.Theclosed-loopsystemcomparedwithopenloopsystemcanautomaticallydetecttheoutputsignalpartbacktoinput,comparedwiththeinputsignal,thedifferencevalueastheactualinputsignal.Canautomaticallyadjusttheinputamount,canimprovethesystemstability.Keywords：Speedsingleclosed-loop，Negativefeedback，DCspeedcontrolsystem1.设计的目的和意义电力拖动是利用电动机拖动生产机械的工作机构使之运转的一种方法。由于各种生产机械的工作性质和加工工艺不同，对电动机的控制要求也不同。要使电动机按照生产机械的要求正常、安全、高效、节能地运转，必须配备由一定的电器组成的控制线路。通过笨设计，可以了解单闭环不可逆直流调速系统的原理，组成及其各主要单元部件的原理。掌握交、直流电机的基本结构、原理、运行特性，交、直流电动机的机械特性及起动、调速、制动、反转的基本理论和计算方法。了解选择电动机的原则和方法。学习低压电器基础知识，具备使用有关手册，图表资料的初步能力。学会分析电力拖动与自动控制系统中电动机的机械特性，各种运行状态及控制特性，掌握它们的基本原理和相应计算方法。通过实验、实习等教学环节，深化专业理论，增强动手能力，具备初步的电力拖动制动系统的调试能力。掌握电力拖动控制理论和线路分析方法，具备排除一般故障的能力。2.设计内容2.1设计参数电动机：额定数据为10kv，220v,52A，1460r/min，电枢电阻RS=0.5Ω,飞轮力矩GD2=10N.m2。晶闸管装置：三相桥式可控整流电路，整流变压器Y/Y联结，二次线电压E2t=230v,触发整流环节的放大系数Ks=40。V-M系统主电路总电阻R=1Ω。测速发电机：永磁式，ZYS231/110型；额定数据为23.1w，110v，0.18A，1800r/min。系统静动态指标：稳态无静差，调速指标D=10，s≤5。电流截止负反馈环节：要求加入合适的电流截止负反馈环节，使电动机的最大电流限制（1.5-2）IN。2.2设计任务分析论证确定系统的组成，画出系统组成的原理框图；对转速单闭环直流调速系统进行稳态分析及参数设计计算；绘制原系统的动态结构图;动态稳定性判断，校正，选择转速调节器并进行设计；绘制校正后系统的动态结构图；应用MATLAB软件对转速单闭环直流调速系统进行仿真，验证所设计的调节器是否符合设计要求；加入电流截止负反馈环节；应用MATLAB软件对带电流截至负反馈的转速单闭环直流调速系统进行仿真，完善系统。2.3原理2.3.1闭环调速系统组成原理与电动机同轴安装一个测速发电机，从而产生与转速成正比的负反馈电压Un，与给定电压Un*相比较后，得到转速偏差电压，经过放大器A,产生电力电子变换器UPE所需的控制电压Uc，用以控制电动机的转速。2.3.2P电流截止负反馈的作用是在电动机发生超载或堵转的时候电流截止负反馈和给定信号相比较抵消。使电动机处于停止运行状态，以保护电机。3.闭环直流调速系统稳态参数的计算3.1基本参数的计算3.1.1额定负载时的稳态速降应为:7.68r/min3.1.2闭环系统应有的开环放大系数计算电动机的电动势系数：闭环系统额定速降为：闭环系统的开环放大系数为：49.93.2计算转速负反馈环节的反馈系数和参数测速发电机的电动势：转速反馈电压：16.05V（α=α2Cetgα2取0.18）转速反馈系数为：3.3计算运算放大器的放大系数和参数运算放大器放大系数Kp为:12.27运算放大器型号：R0=40KΩ，R1=490.8KΩ3.4判断系统的稳定性计算电枢回路的总电感为17.70mH系统中各环节的时间常数：电磁时间常数Tl:0.018S机电时间常数Tm:0.158S晶闸管装置的滞后时间常数Ts:0.00167S计算出开环放大系数应满足的稳定条件为K≤103.48，又因为K=40.6，所以系统稳定。3.5PI调节器设计原始系统的开环传递函数原始闭环系统的开环传递函数Wc2=119.82s-1L1=31.5dBKpi=0.3265τ=0.4227PI调节器的传递函数为Wpi(s)=(0.13799s+1)／0.42s4.MATLAB的仿真4.1单闭环直流系统的结构图图1仿真结构图MATLAB的仿真结果：图2图34.2加入PI调节器后仿真，经调整系数后仿真波形图4仿真结构图图5图64.3加入电流截止负反馈后仿真波形图7仿真结构图图8图94.4加入负载后图10仿真结构图图11图126.分析总结通过本次设计可知道，单闭环不可逆直流调速系统最终能较好地运行，从零开始加给定电压，速度从零开始上升，系统能够正常地启动，使速度升至给定的速度值。如果从零开始升速启动的过程中出现了过流报警现象，而此时的转速并不高，负荷也不是很大的时候，这时虽然各个单元都已经调试好，但并不等于整个系统参数就已经很好，这是不同的，因为系统的各个单元模块之间有一定的耦合关系，系统所能表现出来的性能和各个单元模块之间都有很大的关系，它们的参数会互相牵制，一旦某个参数整定得不合理就有可能使得系统的性能大大降低，所以在此显得了系统调试的必要性和相关性。我认为速度环的PI参数，稍微偏那么一点，系统表现出来的现象会很