电子文档交易市场
安卓APP | ios版本
电子文档交易市场
安卓APP | ios版本

双闭环直流电动机调速系统仿真课程实验指导书

22页
  • 卖家[上传人]:小**
  • 文档编号:88210456
  • 上传时间:2019-04-20
  • 文档格式:PDF
  • 文档大小:638.10KB
  • / 22 举报 版权申诉 马上下载
  • 文本预览
  • 下载提示
  • 常见问题
    • 1、 控制系统数字仿真与 CAD 控制系统数字仿真与 CAD“双闭环控 制直流电动机调速系统”数字仿真实验 “双闭环控 制直流电动机调速系统”数字仿真实验 实验指导书 实验指导书 一、 实验目的 一、 实验目的 1. 熟悉 Matlab/Simulink 仿真环境; 2. 掌握 Simulink 图形化建模方法; 3. 验证 “直流电动机转速/电流双闭环 PID 控制方案”的有效性。 二、 实验内容 二、 实验内容 1. “双闭环直流电动机调速系统”的建模 2. 电流环调节器设计 3. 电流环动态跟随性能仿真实验 4. 转速环调节器设计 5. 转速环动态抗扰性能仿真实验 6. 系统动态性能分析 (给出仿真实验结果与理论分析结果的对比分析结论) 三、 实验步骤 1、系统建模 三、 实验步骤 1、系统建模 A控制对象的建模 建立线性系统动态数学模型的基本步骤如下: (1)根据系统中各环节的物理定律,列写描述据该环节动态过程的微分方程; (2)求出各环节的传递函数; 1 (3)组成系统的动态结构图并求出系统的传递函数。 下面分别建立双闭环调速系统各环节的微分方程和传递函数。 B额定励磁下的直流电

      2、动机的动态数学模型 图 1 给出了额定励磁下他励直流电机的等效电路,其中电枢回路电阻 R 和电感 L 包含整流装置内阻和平波电抗器电阻与电感在内,规定的正方向如图所示。 图 1 直流电动机等效电路 由图 1 可列出微分方程如下: 0 d dd dI URILE dt (主电路,假定电流连续) e EC n (额定励磁下的感应电动势) 2 375 eL GDdn TT dt (牛顿动力学定律,忽略粘性摩擦) emd TC I (额定励磁下的电磁转矩) 定义下列时间常数: l L T R 电枢回路电磁时间常数,单位为 s; 2 375 m em GD R T C C 电力拖动系统机电时间常数,单位为 s; 代入微分方程,并整理后得: 0 () d ddl dI UER IT dt m ddL TdE II Rdt 式中,/ dLLm ITC负载电流。 在零初始条件下,取等式两侧得拉氏变换,得电压与电流间的传递函数 0 ( )1/ ( )( )1 d dl IsR UsE sTs (1) 电流与电动势间的传递函数为 ( ) ( )( ) ddLm E sR IsIsT s (2) 0( )d

      3、 Us ( )E s 1/ 1 l R Ts ( ) d Is ( ) d Is ( ) dL Is m R T s ( )E s 2 a) b) m R T s 1/ 1 l R Ts 1 e C 0( )d Us( ) d Is ( ) dL Is ( )E s( )n s c) 图2 额定励磁下直流电动机的动态结构图 a) 式(1)的结构图 b)式(2)的结构图 c)整个直流电动机的动态结构图 C晶闸管触发和整流装置的动态数学模型 在分析系统时我们往往把它们当作一个环节来看待。这一环节的输入量是触发 电路的控制电压Uct,输出量是理想空载整流电压Ud0。把它们之间的放大系数Ks 看成常数,晶闸管触发与整流装置可以看成是一个具有纯滞后的放大环节,其滞后 作用是由晶闸管装置的失控时间引起的。 下面列出不同整流电路的平均失控时间: 表1 各种整流电路的平均失控时间(f=50Hz) 整流电路形式 平均失控时间Ts/ms 单相半波 10 单相桥式(全波) 5 三相全波 3.33 三相桥式,六相半波 1.67 用单位阶跃函数来表示滞后,则晶闸管触发和整流装置的输入输出关系为 0 1() ds

      4、cts UK UtT 按拉氏变换的位移定理,则传递函数为 0( ) ( ) s T s d s ct Us K e Us (3) 由于式(3)中含有指数函数 s T s e,它使系统成为非最小相位系统,分析和设计 都比较麻烦。为了简化,先将 s T s e按台劳级数展开,则式(3)变成 0 2233 ( ) 11 ( ) 1 2!3! s s T s dss s T s ct sss UsKK K e Use T sT sT s L 考虑到Ts很小,忽略其高次项,则晶闸管触发和整流装置的传递函数可近似成 3 一阶惯性环节 0( ) ( )1 ds cts UsK UsT s (4) 其结构图如图3所示。 ( ) ct Us 0( )d Us s T s s K e ( ) ct Us 0( )d Us 1 s s K T s a) b) 图3 晶闸管触发和整流装置的动态结构图 a) 准确的结构图 b)近似的结构图 D比例放大器、测速发电机和电流互感器的动态数学模型 比例放大器、测速发电机和电流互感器的响应都可以认为是瞬时的,因此它们 的放大系数也就是它们的传递函数,即 ( ) ( )

      5、ct p n Us K Us (5) ( ) ( ) n Us n s (6) ( ) ( ) i d U s Is (7) E双闭环控制直流电动机调速系统的动态数学模型 根据以上分析,可得双闭环控制系统的动态结构图如下 1/ 1 l R Ts m R T s 1 e C1 s s K T s ( ) ACR Ws( ) ASR Ws n U i U ct U 0d U dL I d I n n U i U 图4 双闭环控制系统的动态结构图 4 2、实验系统参数 2、实验系统参数 系统中采用三相桥式晶闸管整流装置,基本参数如下: 直流电动机:220V,13.6A,1480r/min, e C =0.131V/(r/min) , 允许过载倍数=1.5。 晶闸管装置:76 s K 。 电枢回路总电阻:R=6.58。 时间常数: l T =0.018s, m T =0.25s。 反馈系数:=0.00337V/(r/min) ,=0.4V/A。 反馈滤波时间常数: oi T =0.005s, on T =0.005s。 3.PID 调节器参数设计 3.PID 调节器参数设计 设计多闭环控制系统

      6、的一般原则是:从内环开始,一环一环地逐步向外扩展。 在这里是:先从电流环入手,首先设计好电流调节器,然后把整个电流环看作是转 速调节系统中的一个环节,再设计转速调节器。 双闭环控制系统的动态结构图绘于图5,它增加了滤波环节,包括电流滤波、 转速滤波和两个给定滤波环节。 其中Toi为电流反馈滤波时间常数,Ton为转速反馈滤波时间常数 1/ 1 l R Ts m R T s 1 e C1 s s K T s ( ) ACR Ws( ) ASR Ws n U i U ct U 0d U dL I d I n 1 1 oi T s 1 on T s 1 oi T s 1 1 on T s 图5 双闭环控制系统的动态结构图 (1)电流调节器的设计 5 对于电力拖动控制系统,电流环通常按典型型系统来设计。要把内环校正成 典型型系统,显然应该采用PI调节器,其传递函数可以写成 1 ( ) i ACRi i s WsK s (8) 式中 Ki电流调节器的比例系数; i 电流调节器的超前时间常数。 为了让调节器零点对消掉控制对象的大时间常数(极点) ,选择 il T (9) 一般情况下,希望超调量%5%

      7、时,取阻尼比=0.707,0.5 Ii K T,得: 1 2 I i K T , ( isoi TTT ) (10) 又因为 is I i K K K R (11) 得到 0.5 2 ill iI ssisi RTRTR KK KKTKT (12) (2)转速调节器的设计 对于电力拖动控制系统,转速环通常希望具有良好的抗扰性能,因此我们要把 转速环校正成典型型系统。 要把转速环校正成典型型系统,ASR也应该采用PI调节器,其传递函数为 1 ( ) n ASRn n s WsK s (13) 式中 Kn电流调节器的比例系数; n 电流调节器的超前时间常数。 转速开环增益 n N nem KR K C T (14) 按照典型型系统的参数选择方法, nn hT , (2 nion TTT ) (15) 22 1 2 N n h K h T (16) 考虑到式(14)和(15) ,得到ASR的比例系数 6 (1) 2 em n n hC T K h RT (17) 一般以选择h=5为好所以: 5 nn T , 2 6 50 N n K T (18) 经过如上设计,得到的双闭环控制系统从理论上讲

      8、有如下动态性能: 电动机起动 过程中电流的超调量为4.3%,转速的超调量为8.3%。 (3)ACR和ASR的理论设计及结果 电流环的设计 电流环的设计具体设计步骤如下: a,确定时间常数 整流装置滞后时间常数Ts 按表1,三相桥式电路的平均失控时间Ts=0.00167s。 电流滤波时间常数Toi=0.005s。 电流环小时间常数 i T取0.001670.0050.00667s isoi TTT 。 b,选择电流调节器结构 电流调节器选择PI型,其传递函数为 1 ( ) i ACRi i s WsK s (19) c,选择电流调节器参数 ACR超前时间常数:0.018s il T。 ACR的比例系数为 0.018 6.58 74.960.292 0.4 76 i iI s R KK K (20) d,校验近似条件 由电流环截止频率,晶闸管装置传递函数近似条件,忽略反电势对电流环影响 的条件,小时间常数近似处理条件等考虑得 电流调节器传递函数为 7 0.01810.0181 ( )0.292 0.0180.062 ACR ss Ws ss (21) 转速环的设计 具体设计步骤如下: a,

      9、确定时间常数 按小时间常数近似处理,取20.013340.0050.01834s nion TTT 。 b,选择转速调节器结构 由于设计要求无静差,转速调节器必须含有积分环节;又根据动态要求,应按 典型型系统设计转速环。故ASR选用PI调节器,其传递函数为 1 ( ) n ASRn n s WsK s (22) c,选择转速调节器参数 按典型型系统最佳参数的原则,取h=5,则ASR的超前时间常数为 5 0.01834s0.0917s nn hT 转速开环增益 2-2 222 16 1/s356.77s 22 25 0.01834 N n h K h T 于是,ASR的比例系数为 (1)6 0.4 0.131 0.25 19.33 22 5 0.00337 6.58 0.01834 em n n hC T K h RT d,校验近似条件 从转速环截止频率,电流环传递函数简化条件,小时间常数近似处理条件等考 虑得: 转速调节器传递函数为 0.091710.09171 ( )19.33 0.09170.005 ASR ss Ws ss (23) ASR输出限幅值的确定 当ASR输出达到限幅值U*im, 转速外环呈开环状态, 转速的变化对系统不再产 生影响。双

      《双闭环直流电动机调速系统仿真课程实验指导书》由会员小**分享,可在线阅读,更多相关《双闭环直流电动机调速系统仿真课程实验指导书》请在金锄头文库上搜索。

      点击阅读更多内容
    最新标签
    发车时刻表 长途客运 入党志愿书填写模板精品 庆祝建党101周年多体裁诗歌朗诵素材汇编10篇唯一微庆祝 智能家居系统本科论文 心得感悟 雁楠中学 20230513224122 2022 公安主题党日 部编版四年级第三单元综合性学习课件 机关事务中心2022年全面依法治区工作总结及来年工作安排 入党积极分子自我推荐 世界水日ppt 关于构建更高水平的全民健身公共服务体系的意见 空气单元分析 哈里德课件 2022年乡村振兴驻村工作计划 空气教材分析 五年级下册科学教材分析 退役军人事务局季度工作总结 集装箱房合同 2021年财务报表 2022年继续教育公需课 2022年公需课 2022年日历每月一张 名词性从句在写作中的应用 局域网技术与局域网组建 施工网格 薪资体系 运维实施方案 硫酸安全技术 柔韧训练 既有居住建筑节能改造技术规程 建筑工地疫情防控 大型工程技术风险 磷酸二氢钾 2022年小学三年级语文下册教学总结例文 少儿美术-小花 2022年环保倡议书模板六篇 2022年监理辞职报告精选 2022年畅想未来记叙文精品 企业信息化建设与管理课程实验指导书范本 草房子读后感-第1篇 小数乘整数教学PPT课件人教版五年级数学上册 2022年教师个人工作计划范本-工作计划 国学小名士经典诵读电视大赛观后感诵读经典传承美德 医疗质量管理制度 2 2022年小学体育教师学期工作总结 2022年家长会心得体会集合15篇
    关于金锄头网 - 版权申诉 - 免责声明 - 诚邀英才 - 联系我们
    手机版 | 川公网安备 51140202000112号 | 经营许可证(蜀ICP备13022795号)
    ©2008-2016 by Sichuan Goldhoe Inc. All Rights Reserved.