自擬控制系統(tǒng)性能指標(biāo)的要求，調(diào)速范圍、超調(diào)量、動態(tài)速降、調(diào)節(jié)時(shí)間、抗擾性能等。設(shè)計(jì)系統(tǒng)原理圖，電流環(huán)的設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì)、電壓內(nèi)環(huán)設(shè)計(jì)，完成元器件的選擇，計(jì)算選擇合理調(diào)節(jié)器參數(shù)，并進(jìn)行仿真或?qū)嶒?yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)合理性。

1．通過對一個(gè)實(shí)用的帶電壓內(nèi)環(huán)的三環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試來綜合運(yùn)用科學(xué)理論知識，提高學(xué)生工程意識和實(shí)踐技能，達(dá)到素質(zhì)和創(chuàng)新能力進(jìn)一步提升，使學(xué)生獲得控制技術(shù)工程的基本訓(xùn)練。

2．通過系統(tǒng)建模和仿真，掌握用MATLAB / Simulink工具分析設(shè)計(jì)直流電動機(jī)速度控制系統(tǒng)的方法。

3．進(jìn)一步掌握各種直流調(diào)速系統(tǒng)的性能，尤其是動態(tài)性能。

• 理論設(shè)計(jì)：根據(jù)所學(xué)的理論知識和實(shí)踐技能，了解帶電壓內(nèi)環(huán)的基本原理，解決積分調(diào)節(jié)器的飽和非線性問題；采用工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)一個(gè)帶電壓內(nèi)環(huán)的三環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)(含主電路和控制電路,選擇的元器件，系統(tǒng)的電氣原理圖)。
  

2．仿真實(shí)踐：根據(jù)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)，利用MATLAB/Simulink建立各個(gè)組成部分相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，并對系統(tǒng)仿真模型進(jìn)行綜合調(diào)試，分析系統(tǒng)的動態(tài)性能，并進(jìn)行校正，得出正確的仿真實(shí)驗(yàn)波形和合適控制器參數(shù)，為搭建實(shí)際系統(tǒng)提供參考。

微型計(jì)算機(jī)及MATLAB仿真軟件  1套

⑴ 直流電動機(jī)：額定功率3KW，額定電壓220V，額定電流17.5A，GD2=5.3Nm

額定轉(zhuǎn)速1980r/min，Ce =0.13Vmin/r，允許過載倍數(shù)λ =1.5；

⑵ 晶閘管裝置放大系數(shù)：KS=33；

⑶ 電樞回路總電阻：Ra=1.25Ω, Rrec =0.3Ω, RL =0.25Ω；L=180 mH

⑷ 時(shí)間常數(shù)：機(jī)電時(shí)間常數(shù) Tm=0.162s，電磁時(shí)間常數(shù)：TL =0.1s

⑸ 電流反饋系數(shù)：β =0.36V/A（10V/Inom ～10V/1.5Inom）；

⑹ 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：α=0.0067Vmin/r（10V/nnom ～10V/1.5nnom）；

⑺ 反饋濾波時(shí)間常數(shù): Ton =0.02s，Toi =0.002s；

其它未盡參數(shù)可參閱教材中“工程設(shè)計(jì)方法舉例”的有關(guān)數(shù)據(jù)。

⑴　調(diào)速范圍D=10，靜差率S ≤ 5％；穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調(diào)量 σi ≤ 5%,電流脈動系數(shù)Si ≤ 10％；啟動到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速退飽和超調(diào)量 σn≤ 10％，空載起動到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的過渡過程時(shí)間ts ≤ 0.5s。
    ⑵　系統(tǒng)具有過流、過壓、過載和缺相保護(hù)。
    ⑶　觸發(fā)脈沖有故障封鎖能力。
    ⑷　對拖動系統(tǒng)設(shè)置給定積分器。

根據(jù)所提供電動機(jī)參數(shù)，畫出帶電壓內(nèi)環(huán)的三環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，根據(jù)電流超調(diào)量、轉(zhuǎn)速超調(diào)量、電流變化率等指標(biāo)，用工程設(shè)計(jì)方法決定轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、電壓調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)和參數(shù)，并對該調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行simulink仿真。

多閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)工程“最佳”設(shè)計(jì)，是從內(nèi)環(huán)到外環(huán)逐環(huán)進(jìn)行處理與設(shè)計(jì)的。電壓內(nèi)環(huán)的三閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)首先從電壓內(nèi)環(huán)開始設(shè)計(jì)。假設(shè)在電壓反饋回路中已用微分超前網(wǎng)絡(luò)抵消了濾波滯后作用的影響，即設(shè)計(jì)微分超前時(shí)間常數(shù)剛好等于濾波時(shí)間常數(shù)。這樣電壓反饋環(huán)節(jié)變成一個(gè)放大系數(shù)γ的比例環(huán)節(jié)，并假設(shè)在電壓調(diào)節(jié)器給定輸入回路中設(shè)置濾波環(huán)節(jié)，補(bǔ)償了動態(tài)結(jié)構(gòu)圖中微分超前因子（）。這兩種假定在工程上是常用的，也不難實(shí)現(xiàn)。

1.55?

180*/1.25=0.144 S

=0.116 S

積分時(shí)間常數(shù)0.1178

故可得放大系數(shù)

這樣，AVR的傳遞函數(shù)為：=35（0.016S+1）/0.116S

0.0017+0.002=0.0037 S

• 跟隨作用─作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在外環(huán)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)過程中，它的作用使電流緊緊跟隨其給定電壓（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化。
• 抗擾作用─對電網(wǎng)電壓的波動起及時(shí)抗擾的作用。
• 加快動態(tài)過程─在轉(zhuǎn)速動態(tài)過程中，保證獲得電機(jī)允許的最大電流，從而加快動態(tài)過程。
• 過流自動保護(hù)作用─當(dāng)電機(jī)過載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護(hù)作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即恢復(fù)正常。這個(gè)作用對系統(tǒng)的可靠運(yùn)行來說是十分重要的。
  

• 使轉(zhuǎn)速n跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)無靜差。
• 對負(fù)載變化起抗擾作用。
• 其輸出限幅值由最大電流決定，
  

令,將調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)為典型Ⅰ系統(tǒng)

=1.65

由于和一般都比小的多，可以當(dāng)作小慣性群而近似地看作是一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)為

• 速度調(diào)節(jié)─它使轉(zhuǎn)速n很快的跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時(shí)可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用PI調(diào)節(jié)器，則可實(shí)現(xiàn)無靜差。
• 抗擾作用─對負(fù)載變化起抗擾作用。
• 限制電機(jī)最大電流─其輸出限幅值決定電機(jī)允許的最大電流。
  

• 對電網(wǎng)電壓波動起及時(shí)抗擾作用。
• 起動時(shí)保證獲得允許的最大電流。
• 在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中，使電流跟隨其給定電壓變化。
  

2*0.0037+0.02=0.0274

4*0.0274=0.1096

=16.65

式中，─轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)頻率特性特的截止頻率

• 基于數(shù)學(xué)模型的雙閉環(huán)直流調(diào)速控制系統(tǒng)仿真
  

   

圖 6雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)啟動過程的轉(zhuǎn)速和電流波形（從上到下依次是轉(zhuǎn)速和電流）

圖 8 電壓內(nèi)環(huán)的三環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)輸入波形圖

圖 9 電壓內(nèi)環(huán)的三環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)輸入有階段性變化時(shí)轉(zhuǎn)速、電流、電壓波形圖

圖 11 電壓環(huán)加擾動的三閉環(huán)直流調(diào)速控制系統(tǒng)仿真結(jié)果

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2019-3-2 20:16 上傳

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