電力拖動自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計

1、<p>　　電力拖動自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計</p><p>　　基于轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的matlab7.1仿真</p><p>　　基于轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的matlab7.1仿真</p><p>　　學(xué)院班級：自動化學(xué)院09電本二</p><p>　　指導(dǎo)老師： xxx </p>&

2、lt;p>　　姓 名： xx </p><p>　　學(xué) 號： 20091041xxx </p><p>　　日 期： 2012-6-14 </p><p>　?。ㄒ唬┗谵D(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的 matlab7.1 仿真</p><p><b>　　設(shè)計思路<

3、/b></p><p>　　轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制可以降低轉(zhuǎn)速降落，降低轉(zhuǎn)差率，擴(kuò)大調(diào)速范圍。根據(jù)自動控制原理，采用了PI調(diào)節(jié)器，加大比例系數(shù)可以減少靜差，積分環(huán)節(jié)的加入有助于消除系統(tǒng)靜差。但Kp過大時，會使動態(tài)品質(zhì)變壞；而在Kp不變的情況下，積分時間過小，將使穩(wěn)定性降低，振蕩加劇等。</p><p>　　總的來說，matlab只需要調(diào)節(jié)兩個參數(shù)：</p><p>　　

4、（1）比例系數(shù)Kp，參數(shù)由小到大調(diào)節(jié)</p><p>　　（2）積分系數(shù)Ki（1/τ），1/τ參數(shù)是倒數(shù)，所以由小到大調(diào)節(jié)（下面把Ki定義為Ti）</p><p>　　系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)參數(shù)設(shè)置</p><p>　　1、直流電動機(jī)：額定電壓 U N?? 220V</p><p>　　額定電流 I dN?? 55 A</p><p

5、>　　額定轉(zhuǎn)速 nN?? 1000r/ min</p><p>　　電動機(jī)電勢系數(shù) Ce?? 0.192V?? min/ r</p><p>　　2、晶閘管整流裝置輸出電流可逆，裝置的放大系數(shù) K s?? 44</p><p>　　滯后時間常數(shù) Ts?? 0.00167s</p><p>　　3、電樞回路總電阻 R?? 1.0?<

6、/p><p>　　電樞回路電磁時間常數(shù) Tl?? 0.00167s</p><p>　　電力拖動系統(tǒng)機(jī)電時間常數(shù) Tm?? 0.075s</p><p>　　4、轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)???? 0.01V?? min /r</p><p>　　對應(yīng)額定轉(zhuǎn)速時的給定電壓 U n?? 10V</p><p>　　PI 調(diào)節(jié)器的直暫定為

7、Kp=0.56 ,Ti=1/τ=11.43</p><p>　　三、比例積分控制的直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真框圖</p><p>　　四、建立 matlab 仿真模塊</p><p><b>　　仿真圖初值效果</b></p><p><b>　　1.系統(tǒng)框圖</b></p><p>

8、;<b>　　參數(shù)設(shè)計</b></p><p>　　在本例中，額定轉(zhuǎn)速的給定是10V，所以修改step time=1,final time=10</p><p>　　PI調(diào)節(jié)器的比例環(huán)節(jié)的Kp初值=0.56，積分時間Ti初值=11.43</p><p>　　把積分飽和值改為-10～10，鍵入傳遞函數(shù)模塊數(shù)據(jù)，鍵入增益比值，仿真時間修改為0～0.

9、6s。如下圖所示。</p><p><b>　　效果圖如下：</b></p><p><b>　　超調(diào)量大</b></p><p>　　調(diào)節(jié)比例積分參數(shù)Kp，Ti</p><p>　?。?）比例系數(shù)Kp，參數(shù)一般是由小到大調(diào)節(jié)</p><p>　?。?）積分系數(shù)Ki（1/τ）

10、，因?yàn)槭堑箶?shù)，所以參數(shù)一般是由小到大調(diào)節(jié)</p><p>　　1.只調(diào)節(jié)kp時，由小變大調(diào)節(jié)，會發(fā)現(xiàn)加大kp，會加快系統(tǒng)的響應(yīng)，但超調(diào)量大。</p><p>　　只調(diào)節(jié)Ti時，由大變小調(diào)節(jié)，會發(fā)現(xiàn)靜差變小，甚至消除靜差，實(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)速。</p><p>　　同時調(diào)節(jié)參數(shù)kp，Ti，發(fā)現(xiàn)要消除靜差，就要犧牲快速性；因?yàn)闆]有引進(jìn)微分，所以會存在一定的超調(diào)，是不可避免的。

11、當(dāng)kp=0.8，Ti=14時響應(yīng)的超調(diào)略微小，快速性適中。</p><p><b>　　與暫定值比較</b></p><p>　?。ǘ┗谵D(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的 matlab7.1 仿真</p><p><b>　　一、設(shè)計思路</b></p><p>　　設(shè)計轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速

12、系統(tǒng)的原則是先內(nèi)環(huán)后外環(huán)。</p><p>　　1、從電流環(huán)（內(nèi)環(huán)）開始，對其進(jìn)行必要的變換和近似處理，然后根據(jù)電流環(huán)的控制要求確定把它校正成哪一類典型系統(tǒng)。</p><p>　　2、再按照控制對象確定電流調(diào)節(jié)器的類型，按動態(tài)性能指標(biāo)要求確定電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)。</p><p>　　3、電流環(huán)設(shè)計完成后，把電流環(huán)等效成轉(zhuǎn)速環(huán)（外環(huán)）中的一個環(huán)節(jié)，再用同樣的方法設(shè)計轉(zhuǎn)速

13、環(huán)。</p><p>　　總體來說：matlab 仿真主要做：</p><p>　?。?）電流調(diào)節(jié)器（內(nèi)環(huán)）</p><p>　?。?）把電流環(huán)等效成轉(zhuǎn)速環(huán)（外環(huán)）</p><p>　　二、系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)參數(shù)設(shè)置</p><p>　　雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，整流裝置采用三相橋式電路的參數(shù)</p><p&g

14、t;　　1、直流電動機(jī)：220V，136A，1460r/min，Ce=0.132Vmin/r，允許過載倍數(shù)λ=1.5；</p><p>　　2、晶閘管裝置放大系數(shù)：Ks=40；</p><p>　　3、電樞回路總電阻：R=0.5Ω；</p><p>　　4、時間常數(shù)：Ti=0.03s， Tm=0.18s；</p><p>　　5、電流反饋系數(shù)

15、：β=0.05V/A（≈10V/1.5IN）、α=0.07Vmin/r（≈10V/nN）</p><p>　　電流環(huán)、轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計</p><p>　　設(shè)計電流調(diào)節(jié)器，要求超調(diào)量бi《5%。</p><p>　　（1）時間常數(shù)（由上圖可知Ts）三相橋式電路的平均失控時間Ts=0.00167s。</p><p>　?。?）電流濾波時間常數(shù) To

16、i。由上表知道 Tsmax=3.33，為了基本濾平波頭，應(yīng)有(1~2)Toi=3.33ms,因此我們?nèi)?Toi=2ms=0.002s.</p><p>　?。?）電流環(huán)小時間常數(shù)之和TΣi。按小時間常數(shù)近似處理，取TΣi=Ts+Toi=0.00367s。</p><p>　?。?）各模塊的設(shè)置（除 ACR 模塊）</p><p>　　1/(Tois+1)=1/(0.

17、002s+1);</p><p>　　Ks/(Tss+1)=40/(0.00167s+1);</p><p>　　(1/R)/(Tls+1)=(1/0.5)/(0.03s+1)=2/(0.03s+1);</p><p>　　R/Tms=0.5/0.18s;</p><p>　　β/(Tois+1)=0.05/(0.002s+1)</p&

18、gt;<p>　　（5）ACR 參數(shù)設(shè)置</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)為：τi=Tl=0.03s。</p><p>　　電流環(huán)開環(huán)增益：要求σi≦5%時，按上表可得KT=0.5，</p><p>　　那么 ACR 的比例關(guān)系為：</p><p>　　那么ACR的傳遞函數(shù)為：</p><p>

19、　　化簡：WACR（S）=Ki+Ki/τis </p><p>　　（6）ACR模塊的matlab 7.1參數(shù)為</p><p>　　Ki=1.013； </p><p>　　Ki/τis=1.013/0.03s=33.767/s </p><p>　　電流環(huán)的matlab仿真模塊（我以matlab7.1為例） </p><

20、;p><b>　　設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器</b></p><p><b>　?。?）確定時間常數(shù)</b></p><p>　　電流環(huán)的等效時間常數(shù)1/KI。由上面可知取KITΣi=0.5，則 1/KI=2TΣi=0.0074s </p><p>　　轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)Ton=0.01s </p><p>

21、;　　轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)TΣn=1/KI+Ton=0.0174s </p><p><b>　?。?）模塊設(shè)置</b></p><p>　　1）函數(shù)式為α/(Tons+1)=0.007/(0.01s+1) </p><p>　　2）函數(shù)式1/Ce=1/0.132=7.576 </p><p>　?。?）ASR的模塊其傳遞函

22、數(shù)為</p><p>　　化簡的WASR(S)=Kn+Kn/τns </p><p>　　（4）ASR參數(shù)設(shè)置</p><p>　　取h=5，則ASR的超前時間常數(shù)為</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益： </b></p><p>　　ASR的比例系數(shù)為 </p><p

23、>　?。?）ASR模塊的matlab參數(shù)為</p><p><b>　　Kn=11.7 </b></p><p>　　Kn/τns=134.5/s </p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)的matlab仿真模塊（我以matlab7.1為例） </p><p>　　轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真框圖（雙閉環(huán)）</p

24、><p>　　建立 matlab 仿真模塊</p><p><b>　　電流環(huán)仿真</b></p><p><b>　?。?）系統(tǒng)框圖</b></p><p><b>　　參數(shù)設(shè)計</b></p><p>　　在本例中，額定轉(zhuǎn)速的給定是10V，所以修改ste

25、p time=1,final time=10</p><p>　　把電流環(huán)調(diào)節(jié)器的參數(shù)鍵入，把積分飽和值改為-10～10，鍵入傳遞函數(shù)模塊數(shù)據(jù)，鍵入增益比值，仿真時間修改為0～0.6s。如下圖所示。</p><p><b>　　效果圖</b></p><p><b>　　轉(zhuǎn)速環(huán)仿真</b></p><p

26、><b>　　系統(tǒng)框圖</b></p><p><b>　　參數(shù)設(shè)計</b></p><p>　　在本例中，額定轉(zhuǎn)速的給定是10V，所以修改step time=1,final time=10</p><p>　　空載，step1是用來輸入負(fù)載電流的</p><p>　　把電流環(huán)調(diào)節(jié)器的參數(shù)保持

27、KT=0.5不變，把轉(zhuǎn)速環(huán)參數(shù)鍵入，把積分飽和值改為-10～10，鍵入傳遞函數(shù)模塊數(shù)據(jù)，鍵入增益比值，仿真時間修改為0～0.7s。如下圖所示。</p><p><b>　　效果圖</b></p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　1.通過比例積分控制的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真，利用matlab的si

28、mulink軟件進(jìn)行十分簡單和直觀的。一開始遇到的問題倒是不多，主要是在調(diào)節(jié)比例積分參數(shù)的時候，翻閱了電力拖動運(yùn)動控制和計算機(jī)控制系統(tǒng)兩本書，以及進(jìn)行關(guān)鍵字的百度，我本來是認(rèn)為比例參數(shù)應(yīng)該是由小變大，積分參數(shù)是由大變小的，一時之間只是對著書去仿真，就沒多想了，后面發(fā)現(xiàn)因?yàn)榉e分參數(shù)在這里是倒數(shù)，所以也是由小變大的去調(diào)節(jié)的。原本是想降低超調(diào)量，乃至于消除，可是在調(diào)節(jié)的過程中一直達(dá)不到效果，翻閱了相關(guān)書籍才發(fā)現(xiàn)，沒有微分作用，是不可能消除超調(diào)

29、量的。而比例積分的作用是快速響應(yīng)系統(tǒng)，積分的作用是消除靜差，在比例積分的環(huán)節(jié)中，始終調(diào)節(jié)不到無靜差，因?yàn)橛袃蓚€變量需要調(diào)節(jié)，積分環(huán)節(jié)是以犧牲快速性來消除靜差的，這恰好與比例環(huán)節(jié)矛盾，比例環(huán)節(jié)是Kp越大，響應(yīng)系統(tǒng)的快速性越好，所以在比例積分中，調(diào)節(jié)無靜差是需要犧牲時間的。</p><p>　　2.通過轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)，同樣是運(yùn)用了PI調(diào)節(jié)器。雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，一開始我一直調(diào)不出空載波形，也不知道怎

30、樣去設(shè)置階躍step來達(dá)到效果。搞了很久都沒進(jìn)展，也特別糾結(jié)于飽和值的設(shè)置參數(shù)，現(xiàn)在弄懂了就覺得之前斷斷續(xù)續(xù)搞了好幾個小時沒弄出來真可悲，真的是懂了的人覺得沒什么，對于一開始不懂的人來說，真是比喝水還困難。平時很少是自己獨(dú)立做完課程設(shè)計的，都是分組一起做的，所以自己做，還是有點(diǎn)難度，重點(diǎn)還是一開始沒人做這兩個，沒得問比較悲哀。雖然說是做課本上的例題，相對來說，比較輕松簡單，但可能是自己對于simulink本身并不熟悉，所以在理解上面增加