自動控制課程設(shè)計-----單閉環(huán)無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)仿真研究

1、<p>　　《自動控制》課程論文</p><p>　　姓名： </p><p>　　學(xué)號： 14082101440(35) </p><p>　　2011年 12月 15日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b&g

2、t;　　1 緒論2</b></p><p>　　1.1 選題依據(jù)2</p><p>　　1.2 題目要求介紹2</p><p>　　1.3 論文主要完成的工作2</p><p><b>　　2 系統(tǒng)原理2</b></p><p>　　2.1 系統(tǒng)簡介2</p>

3、<p>　　2.2 系統(tǒng)的整體設(shè)計3</p><p>　　2.2.1 轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)速環(huán)節(jié)簡介3</p><p>　　2.2.2 無靜差調(diào)速環(huán)節(jié)簡介4</p><p>　　2.2.3 電流截止負(fù)反饋簡介4</p><p>　　2.3 參數(shù)計算4</p><p>　　2.4 系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖5<

4、;/p><p><b>　　3 系統(tǒng)仿真5</b></p><p>　　3.1 仿真軟件MATLAB簡介5</p><p>　　3.2 仿真模型6</p><p>　　3.3 系統(tǒng)仿真圖6</p><p><b>　　4 總結(jié)7</b></p><p

5、><b>　　參考文獻(xiàn)8</b></p><p>　　單閉環(huán)無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)仿真研究</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1 選題依據(jù)</b></p><p>　　在生產(chǎn)中，很多設(shè)備都需要用直流電機(jī)進(jìn)行拖動。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，

6、提高生產(chǎn)效率，要求這些設(shè)備在不同的場合能以不同的速度工作，或者要求在變化的負(fù)載下能保持設(shè)定的速度。在調(diào)整生產(chǎn)設(shè)備的速度時，不僅要求能保證達(dá)到最高與最低速度，還要求有一定的調(diào)速精度，而單閉環(huán)無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)便可實(shí)現(xiàn)這一動態(tài)與穩(wěn)態(tài)性能要求。</p><p>　　1.2 題目要求介紹</p><p>　　第1組電動機(jī)參數(shù)：功率，額定電壓，額定電流，額定轉(zhuǎn)速，電樞電阻，主電路總電阻，。最大給定電

7、壓，整定電流反饋電壓。要求系統(tǒng)調(diào)速范圍D=20，靜差率≤10%，，。</p><p>　　1.3 論文主要完成的工作</p><p>　　單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成和各環(huán)節(jié)的介紹；</p><p>　　參數(shù)計算，依據(jù)以上參數(shù)和指標(biāo)要求完成單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)計算</p><p>　　畫出調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖和靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><

8、;p>　　根據(jù)參數(shù)計算結(jié)果，在MATLAB上仿真實(shí)現(xiàn)，檢驗調(diào)速系統(tǒng)的動，靜態(tài)性能指標(biāo)。論文中要附有調(diào)速系統(tǒng)在啟動過程中電流和轉(zhuǎn)速變化的仿真圖，如有需要，應(yīng)加入電流截止負(fù)反饋。</p><p>　　根據(jù)驗證的結(jié)果討論，你設(shè)計的系統(tǒng)是否達(dá)到設(shè)計要求，有哪些地方可以改進(jìn)。</p><p>　　參考文獻(xiàn)，不少于10篇，格式請參考畢業(yè)論文中的要求。</p><p>&l

9、t;b>　　2 系統(tǒng)原理</b></p><p><b>　　2.1 系統(tǒng)簡介</b></p><p>　　為了提高直流調(diào)速系統(tǒng)的動靜態(tài)性能指標(biāo)，通常采用閉環(huán)控制系統(tǒng)(包括單閉環(huán)系統(tǒng)和多閉環(huán)系統(tǒng))。對調(diào)速指標(biāo)要求不高的場合，采用單閉環(huán)系統(tǒng)，而對調(diào)速指標(biāo)較高的則采用多閉環(huán)系統(tǒng)。按反饋的方式不同可分為轉(zhuǎn)速反饋，電流反饋，電壓反饋等。在單閉環(huán)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速單

10、閉環(huán)使用較多。 在本設(shè)計中，轉(zhuǎn)速單閉環(huán)實(shí)驗是將反映轉(zhuǎn)速變化的電壓信號作為反饋信號，經(jīng)“速度變換”后接到“速度調(diào)節(jié)器”的輸入端，與“給定”的電壓相比較經(jīng)放大后，得到移相控制電壓UCt，用作控制整流橋的“觸發(fā)電路”，觸發(fā)脈沖經(jīng)功放后加到晶閘管的門極和陰極之間，以改變“三相全控整流”的輸出電壓，這就構(gòu)成了速度負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)。電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨給定電壓變化，電機(jī)最高轉(zhuǎn)速由速度調(diào)節(jié)器的輸出限幅所決定，速度調(diào)節(jié)器采用P（比例）調(diào)節(jié)對階躍輸入有穩(wěn)態(tài)誤差，要

11、想消除上述誤差，則需將調(diào)節(jié)器換成PI(比例積分)調(diào)節(jié)。這時當(dāng)“給定”恒定時，閉環(huán)系統(tǒng)對速度變化起到了抑制作用，當(dāng)電機(jī)負(fù)載或電源電壓波動時，電機(jī)的轉(zhuǎn)速能穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)變化。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)的整體設(shè)計</p><p>　　圖1 帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)無靜差調(diào)速系統(tǒng)原理圖</p><p>　　2.2.1 轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)速環(huán)節(jié)簡介</p>

12、<p>　　同開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)一樣，轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中電機(jī)的轉(zhuǎn)速大小受轉(zhuǎn)速給定電壓Un*控制，給定電壓為零時，電機(jī)停止；給定電壓增大時，電機(jī)轉(zhuǎn)速升高；給定電壓減小時，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降。</p><p>　　以升速控制為例，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)原理分析如下：</p><p>　　當(dāng)然，轉(zhuǎn)速上升，轉(zhuǎn)速反饋電壓會升高，但其升值小于給定電壓增值，電壓差總體上是增大的，轉(zhuǎn)速是上升的。</p>

13、<p>　　2.2.2 無靜差調(diào)速環(huán)節(jié)簡介</p><p>　　圖2無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　調(diào)速系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài)時，轉(zhuǎn)速反饋與轉(zhuǎn)速給定的值相等，調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓等于零，這種調(diào)速系統(tǒng)稱為無靜差調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器為比例調(diào)節(jié)器時可實(shí)現(xiàn)有靜差調(diào)速；若要實(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)速，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器應(yīng)采用PI調(diào)節(jié)器。&

14、lt;/p><p>　　2.2.3 電流截止負(fù)反饋簡介</p><p>　　直流電動機(jī)全電壓起動時，如果沒有采取專門的限流措施，會產(chǎn)生很大的沖擊電流，這不僅對電動機(jī)換向不利，對于過載能力低的晶閘管等電力電子器件來說，更是不允許的。系統(tǒng)中必須設(shè)有自動限制電樞電流的環(huán)節(jié)。根據(jù)反饋控制的基本概念，要維持某個物理量基本不變，只要引入該物理的負(fù)反饋就可以了。所以，引入電流負(fù)反饋能夠保持電流不變，使它不超

15、過允許值。但是，電流負(fù)反饋的引入會使系統(tǒng)的靜特性變得很軟，不能滿足一般調(diào)速系統(tǒng)的要求，電流負(fù)反饋的限流作用只應(yīng)在起動和堵轉(zhuǎn)時存在，在正常運(yùn)行時必須去掉，使電流能自由地隨著負(fù)載增減。這種當(dāng)電流大到一定程度時才起作用的電流負(fù)反饋叫做電流截止負(fù)反饋。</p><p><b>　　2.3 參數(shù)計算</b></p><p><b>　　（1）閉環(huán)靜態(tài)速降</b&

16、gt;</p><p>　　（2）系統(tǒng)開環(huán)放大倍數(shù)</p><p><b>　　由于</b></p><p><b>　　故</b></p><p>　?。?） 調(diào)節(jié)器放大系數(shù)</p><p>　　2.4 系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如下所示</p><p>　

17、　圖3 無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖(Id<Idcr)</p><p><b>　　3 系統(tǒng)仿真</b></p><p>　　3.1 仿真軟件MATLAB簡介</p><p>　　MATLAB 軟件的Simulink 仿真平臺是基于模型化圖形組態(tài)的動態(tài)系統(tǒng)仿真軟件，利用這種仿真工具，不需要運(yùn)行實(shí)際系統(tǒng)，只要建立數(shù)學(xué)仿真模型，模仿被控

18、對象的運(yùn)行狀態(tài)及其隨時間變化的過程，就可以確定系統(tǒng)的輸出狀態(tài)，通過對仿真模型運(yùn)行過程的觀察和設(shè)計，能夠得到系統(tǒng)的參數(shù)特征，以此來估計和推斷實(shí)際系統(tǒng)的真實(shí)參數(shù)，可以方便地完成調(diào)試過程，而且能直觀地得到系統(tǒng)輸出響應(yīng)曲線。利用Simulink 軟件仿真，能對調(diào)節(jié)器的參數(shù)進(jìn)行更為方便的調(diào)整，可以更為直觀地觀察系統(tǒng)仿真的結(jié)果，從而加深對工程設(shè)計方法的理解。</p><p><b>　　3.2 仿真模型</b

19、></p><p>　　圖4 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真模型</p><p>　　圖5 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)校正仿真模型</p><p><b>　　3.3 系統(tǒng)仿真圖</b></p><p>　　圖6 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)校正后起動過程電流波形圖</p><p>　　圖7 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)加入PI校正后起動過程

20、轉(zhuǎn)速波形圖</p><p><b>　　4 總結(jié)</b></p><p>　　通過對單閉環(huán)無靜差直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計，復(fù)習(xí)和鞏固了專業(yè)知識，使自己能更加熟練地運(yùn)用自控理論分析和解決問題。 設(shè)計過程中，涉及的MATLAB仿真技術(shù)，使自控原理中的各參數(shù)得以更直觀的反映，更重要的是MATLAB為系統(tǒng)設(shè)計與整定提供了一個十分強(qiáng)大而簡便的工具，幫助我們解決了復(fù)雜運(yùn)算、測繪等問

21、題，使設(shè)計者更加集中精力解決相關(guān)的控制問題，也使控制過程的脈絡(luò)更加清晰。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 陳伯時. 電力拖動自動控制系統(tǒng)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004</p><p>　　[2] 唐樹森. 運(yùn)動控制講義[J]. 華中科大出版社，2004</p><p>

22、　　[3] 胡壽松. 自動控制原理[M]. 科學(xué)出版社，2001</p><p>　　[4] 黃忠霖. 自動控制原理的MATLAB實(shí)現(xiàn)[M]. 國防工業(yè)出版社，2006</p><p>　　[5] 樊 京. MATLAB控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例[M]. 清華大學(xué)出版社，2001</p><p>　　[6] 姚 俊，馬松輝. Simulink建模與仿真[M].西安：西安

23、電子科技大學(xué)出版社,2002</p><p>　　[7] 周淵深. 交直流調(diào)速系統(tǒng)與Matlab仿真(第一版)[M]. 中國電力出版社，2004</p><p>　　[8] 張立勛. 直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計及仿真[J]. 應(yīng)用科技出版社, 2005(6)</p><p>　　[9] 于 群. MATLAB/Simulink電力系統(tǒng)建模與仿真[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社，2