直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)-文庫(kù)吧在線文庫(kù)

　　

【正文】 不同。 Nonliner． closed— loop direct identification of a DC motor with load. for low speed two對(duì)此，我們得向他們作出最真摯的謝意與敬意。在我做畢設(shè)期間，他們都給予我很大的幫助。只要電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行，就必須有控制電壓 Uc，因而也必須有轉(zhuǎn)速偏差電壓。 sisotool(sope) 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)論文 第 34 頁(yè) 共 36頁(yè) 查看其階躍響應(yīng)： 單位階躍響應(yīng) 由圖可知：系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn)速為： 1390rpm。 查看其零極點(diǎn)圖： 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)論文 第 33 頁(yè) 共 36頁(yè) 系統(tǒng)的右半平面沒(méi)有極點(diǎn)，故系統(tǒng)是穩(wěn)定的，符合以上分析。 s1=tf(k1,d1)。 d2=[ 1]。 h=20*log10(g1)。wbT? 根據(jù)以上串聯(lián)遲后校正設(shè)計(jì)步驟，寫(xiě)出以下程序，求出校正器的傳遞函數(shù)。 ( 39。 ② 截止頻率 Wc 越高，則系統(tǒng)的快速性越好。 對(duì)于帶電力電子變換器的直流 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于傳函階次較低，一般采用 PID 調(diào)節(jié)器的串聯(lián)校正方案就能完成校正任務(wù)。 bode(s1)。 den=conv(conv([ 1],[ 1]),[ 1])。 基于經(jīng)典控制理論的穩(wěn)態(tài)分析 設(shè)繞動(dòng) Idl=0，則閉環(huán)直流調(diào)速的閉環(huán)傳函是 32( 1 )()11 1 1cl m l s m l sK p K sC e kWsT T T T T T Tm TsS S Sk k k???? ? ?? ? ? 由此可知，其特征方程為 32 101 1 1m l s m l sT T T T T T T m T sS S Sk k k?? ? ? ?? ? ? 可根據(jù)三階系統(tǒng)的勞斯赫爾維 茨判據(jù)，系統(tǒng)的充分必要條件為 2()m l slsT T T TsK TT??? () 將所得數(shù)據(jù)帶入上式中，可得： K 而穩(wěn)態(tài)調(diào)速指標(biāo)要求 K,因此閉環(huán)系統(tǒng)是不穩(wěn)定的 。 所以，設(shè)計(jì)步驟流程圖如下： 計(jì)算所需參數(shù) 建立帶比例放大器的閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真得出需改進(jìn)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器 驗(yàn)證校正后的系統(tǒng)是否滿足要求 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)論文 第 17 頁(yè) 共 36頁(yè) 設(shè)計(jì)原理 帶比例放大的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理圖與穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 由圖可知：轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)關(guān)系如下： 電壓比較環(huán)節(jié) ： *n n nU U U? ? ? 放大器： c p nU K U?? 電力電子變換器： 0d s cU KU? 調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)機(jī)械特性： 0ddU I Rn Ce?? 測(cè)速反饋環(huán)節(jié)： Un n?? 整理后可得系統(tǒng)的靜特性方程式： *(1 )P s n dK K U RIn Ce k CeR??? () 其中 /p s eK K K C?? 如果斷開(kāi)反饋回路，當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，系統(tǒng)的機(jī)械特性方程式為： 0ddU I Rn Ce?? 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)論文 第 18 頁(yè) 共 36頁(yè) 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降落分別為： Nop IRn Ce?? (1 )dcl RIn Ce k?? ? 它們之間的關(guān)系為： 1 opcl nn k???? 將各個(gè)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)帶入穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖中，即可得其動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖： 3 參數(shù)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)完系統(tǒng)框圖后，就可以用已知的傳遞函數(shù)結(jié)合設(shè)計(jì)中要求給定的進(jìn)行對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)和穩(wěn)態(tài)參數(shù) 的計(jì)算。 ⑵ Simulink 特點(diǎn) ① 豐富的可擴(kuò)充的預(yù)定義模塊庫(kù) 、 交互式的圖形編輯器來(lái)組合和管理直觀的模塊圖以設(shè)計(jì)功能的層次性來(lái)分割模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜設(shè)計(jì)的管理 。 數(shù)字信號(hào)處理 (DSP Blocks)模塊工具箱，包括信號(hào)源庫(kù)、信號(hào)漏 (終端庫(kù) )、通用 DSP 庫(kù)、數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)、濾波器庫(kù)、頻譜分析庫(kù)及演示庫(kù)。是用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計(jì)中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)論文 第 15 頁(yè) 共 36頁(yè) 工具。在該環(huán)境中，無(wú)需大量書(shū)寫(xiě)程序，而只需要通過(guò)簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。 9）源程序的開(kāi)放性。 8）功能強(qiáng)大的工具箱是 MATLAB 的另一特色。 4）程序限制不嚴(yán)格，程序設(shè)計(jì)自由度大。 MATLAB 求解下列方程，并求解矩陣 A的特征值。可以說(shuō)，用 MATLAB 進(jìn)行科技開(kāi)發(fā)是站在專(zhuān)家的肩膀上。 MATLAB 最突出的特點(diǎn)就是簡(jiǎn)潔。 0及以上版本， Acrobat Reader 中可以方便地瀏覽。X） 1997 年推出 5。另一類(lèi)是數(shù)學(xué)分析型軟件 ,Mathematica,Maple等 ,這類(lèi)軟件以符號(hào)計(jì)算見(jiàn)長(zhǎng) ,能給出解析解和任意精確解 ,其缺點(diǎn)是處理大量數(shù)據(jù)時(shí)效率較低 .MathWorks公司順應(yīng)多功能需求之潮流 ,在其卓越數(shù)值計(jì)算和圖示能力的基礎(chǔ)上 ,又率先在專(zhuān)業(yè)水平上開(kāi)拓了 其符號(hào)計(jì)算 ,文字處理 ,可視化建模和實(shí)時(shí)控制能力 ,開(kāi)發(fā)了適合多學(xué)科 ,多部門(mén)要求的新一代科技應(yīng)用軟件 競(jìng)爭(zhēng) ,MATLAB 以經(jīng)占據(jù)了數(shù)值軟件市場(chǎng)的主導(dǎo)地位 。除具備卓越的數(shù)值計(jì)算能力外，它還提供了專(zhuān)業(yè)水平的符號(hào)計(jì)算，文字處理 ，可視化建模仿真和實(shí)時(shí)控制等功能。 （ 1）輸入與輸出關(guān)系 dtUCRU i??? 00 1 圖 16 比例系數(shù)可調(diào)的比例調(diào)節(jié)器 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)論文 第 9 頁(yè) 共 36頁(yè) 輸入與輸出特性曲線如圖 17b 所示。要實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差調(diào)速，則需要在控制電路中包含有積分環(huán)節(jié)，在調(diào)速系統(tǒng)中，通常采用包含積分環(huán)節(jié)的比例 積分調(diào)節(jié)器。 下面分析閉環(huán)后使機(jī)械特性變硬的物理實(shí)質(zhì)。 圖 12 具有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)論文 第 5 頁(yè) 共 36頁(yè) 系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程 當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 n 由于某種原因（例如機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL增加）而下降時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋環(huán)節(jié)將進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，其調(diào)節(jié)過(guò)程如下： TL↑→ n↓ → Ufn↓ →Δ U↑ =UsnUfn → Uk↑ →脈沖前移→ Ud↑ → n↑ 由此可見(jiàn)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋環(huán)節(jié)是通過(guò)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓 Ufn的下降，使偏差電壓Δ U增加，經(jīng)過(guò)放大后，提高晶閘管的輸出電壓 Ud，使轉(zhuǎn)速 n 回升，從而減小穩(wěn)態(tài)速降。 這時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性為： nnC RIUCKC RIUKC RIUn oedce tre dctre ddo ????????? ??? ???? （ ） 其中 ?edCRIn ??? —— 系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)穩(wěn)態(tài)速降。直流電動(dòng)機(jī)各物理量間的基本關(guān)系式如下： nKedtdnJTTiKTedtdiLRiueGLedTedaddd????????? 當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)， did/dt=0， dn/dt=0，上式可寫(xiě)成 nKEdtdnJTTICTERIUeGLedaTeddd???????? 或 ?? e ddde K RIUKEn ??? 2）晶閘管整流電路 作用：把不變的交流電變換成可控的直流電。但歸納起來(lái)有以下三個(gè)方面。 ⑵ 直流調(diào) 速系統(tǒng)的供電方式 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)論文 第 2 頁(yè) 共 36頁(yè) 調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的電樞供電電壓需要有專(zhuān)門(mén)的可控直流電源。直流電動(dòng)機(jī)雖不如交流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制 造方便、維護(hù)容易、價(jià)格便宜等，但是由于直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)性能和調(diào)速性能，可以方便地在很寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)速，因此在軋鋼機(jī)、礦井卷?yè)P(yáng)機(jī)、挖掘機(jī)、大型起重機(jī)、金屬切削機(jī)床、造紙機(jī)等調(diào)速性能要求較高的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。 （ 2）改變電樞回路電阻 —— 串電阻調(diào)速。 60 年代初，大功率晶閘管投入使用，采用晶閘管可控整流器向直流電動(dòng)機(jī)供電，隨著晶閘管變流技術(shù)的日漸成熟，使直流調(diào)速系統(tǒng)更加完善。不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機(jī)械則要求起、制動(dòng)盡可能 地平穩(wěn)。 2． 基本工作原理 圖 11是最簡(jiǎn)單的晶閘管 — 直流電動(dòng)機(jī)開(kāi) 環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。它在開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)圖 11 的基礎(chǔ)上增加了轉(zhuǎn)速檢測(cè)環(huán)節(jié)（測(cè)速發(fā)電機(jī) TG 和反饋電位器 RP2）和放大環(huán)節(jié)。 （ 2） 靜特性方程式 根據(jù)圖 63所示轉(zhuǎn)速負(fù)反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)框圖可得到系統(tǒng)的靜特性方程式為 conmtrp dmsnnmtrp mtrp nnKKK RIKUKKKKKKn ??????? ? ?? 11 （ ） 式中的Δ nc為閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降， Kn=KpKtrKmα n為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放 大倍數(shù)。閉環(huán)系統(tǒng)靜特性就是在每條開(kāi)環(huán)機(jī)械特性上取得一個(gè)相應(yīng)的工作點(diǎn)，再由這些點(diǎn)集合而成。 （ 3） 比例系數(shù)可調(diào) 的比例調(diào)節(jié)器 電路如圖 16 所示。 圖 17 積分調(diào)節(jié)器 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)論文 第 10 頁(yè) 共 36頁(yè) （ 2）特點(diǎn) ① 輸出量立即響應(yīng)輸入量的變化 —— 響應(yīng)快。 1983 年春天 ,Cleve Moler 到 Standford 大學(xué)講學(xué) ,MATLAB 深深地吸引了工程師 John Little 敏銳地覺(jué)察到 MATLAB 在工程領(lǐng)域的廣闊前景 .同年 ,他和 Cleve Moler,Steve Bangert 一起 ,用 C 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了第二代專(zhuān)業(yè)版 .這一代的 MATLAB 語(yǔ)言同時(shí)具備了數(shù)值計(jì)算和數(shù)據(jù)圖示化的功能 。 MathWorks公司 1993年推出了 MATLAB 4。 X較 MATLAB 4。在國(guó)內(nèi)，特別是工程界， MATLAB 一定會(huì)盛行起來(lái)。語(yǔ)言簡(jiǎn)潔緊湊，使用方便靈活，庫(kù)函數(shù)極其豐富。即使有部分源代碼，用戶(hù)也會(huì)感到麻煩，且不能保證運(yùn)算的穩(wěn)定性。 2）運(yùn)算符豐富。 MATLAB 還具有較強(qiáng)的編輯圖形界面的能力。功能性工具箱用于多種學(xué)科。 Simulink工具箱的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是他不給出任何新的函數(shù)。為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型， Simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶(hù)接口 (GUI) ，這個(gè)創(chuàng)建過(guò)程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶(hù)可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。 通常在通信系統(tǒng)仿真模型中使用的工具箱除了 Simulink 之外，還有一些以Simulink 為基礎(chǔ)的模塊工具箱。在第一階段中首先要進(jìn)行環(huán)節(jié)庫(kù)框圖的建立，從各種庫(kù)中查找到需要的圖標(biāo)后進(jìn)行排列；然后把各環(huán)節(jié)的端口按框圖連接起來(lái)；最后進(jìn)行環(huán)節(jié)參數(shù)的設(shè)定。 ⑥ 圖形化的調(diào)試器和剖析器來(lái)檢查仿真結(jié)果，診斷設(shè)計(jì)的性能和 異常行為 可訪問(wèn) MATLAB從而對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析與可視化，定制建模環(huán)境，定義信號(hào)參數(shù)和測(cè)試數(shù)據(jù) 。 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)論文 第 19 頁(yè) 共 36頁(yè) 靜態(tài)參數(shù)計(jì)算 A 額定負(fù)載時(shí)的穩(wěn)態(tài)速降 為 了滿足調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)，額定負(fù)載時(shí)的穩(wěn)態(tài)速降應(yīng)為 ： 5. 26 / m i n(1 )Ncl nsnrDs? ? ?? B 閉環(huán)系統(tǒng)應(yīng)有的開(kāi)環(huán)放大系數(shù) 先計(jì)算電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)系數(shù) 2 2 0 5 5 0 . 5 0 . 1 9 2 5 . m in /1000N N aNU I RC e V rn? ? ?? ? ? 則開(kāi)環(huán)系統(tǒng)額定速降為： 5 5 1 2 8 5 . 7 / m in0