zlj交直流调速实训报告

交直流调速实训报告 一．实训题目： 双闭环直流调速系统的 MATLAB 建模与仿真 二．实训目的： 1．了解双闭环直流调速系统 2．掌握 MATLAB 软件的使用方法 3．使用 MATLAB 构建双闭环调速系统的仿真模型 4.绘制出电流、转速波形曲线 三．电机参数： 额定电压 U=220V 额定电流 I=136A 转速 n=1500r/min 晶闸管装置放大倍数 Ks=62.5 电枢回路总电阻 Ra=0.863 电流反馈系统 =0.028V/A 转速反馈系统 =0.0041V/(r/min) 电流调节器参数 Kc=1.15 c=0.028s 转速调节器参数 Ks=20.12 s=0.092s 双闭环直流调速系统与单闭环直流调速系统的区别也是针对控 制电路和控制参数。 双闭环直流调速系统包括电流反馈环和转速反馈 环两个闭环系统， 它比单闭环直流调速系统又增加了一个电流反馈环 部分，实现电动机对电流的调节作用。 电流转速双闭环直流调速系统分别采用两个有限幅的 PI 调节器 进行电流环和转速环的调节。控制电路由给定信号、转速 PI 调节器、 电流 PI 调节器、限幅器、偏置、反向器、转速反馈、电流反馈等环 节构成。本例中给定值设置为 120rad/s。 转速反馈系数设为 1，转速 PI 调节器的比例系数设为 40，积分 系数设为 0.01。电流反馈系数设为 0.25，电流 PI 调节器的比例系数 设为 10，积分系数设为 0.1 。 四、实验内容： 1. 双闭环系统的组成 调速系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流。结 构原理图如图1 所示， 图中符号的意义分别为： ASR-转速调节器； ACR-电流调节器；TG-测速发电机；TA-电流互感器；UPE-电力电 子变换器 U*n；-转速给定电压；Un-转速反馈电压；U*i-电流给 定电压；Ui-电流反馈电压。 2. 转速、电流双闭环调节系统的特点 在双闭环调速系统中，若将转速反馈和电流反馈信号同 时引入一个调节器的输入端，则两种反馈量会互相牵制，不 可能获得理想效果，因此在系统中设置了两个调节器，分别 控制转速和电流，并且将两个调节器实行串级连接。转速负 反馈的闭环在外面称外环，电流负反馈的闭环在里面称为内 环，两调节器作用互相配合，相辅相成。 为了使转速、电流双闭环调速系统具有良好的静、动态 性能。电流、转速两个调节器一般采用 PI 调节器，且均采用 负反馈。考虑触发装置的控制电压为正电压，运算放大器又 具有倒相作用。 转速调节器的输入为转速给定信号 U*n 和转速反馈信 号 Ufn，比较后的偏差信号ΔU=U*n-Ufn。转速调节器的输 出作为电流给定信号 U*i，与电流反馈信号比较后偏差信号 ΔUi=U*i-Ufi，其电流调节器的输出信号 Uct 为触发移相电 路的控制信号。 转速调节器 ASR 的输出限幅电压值 U*im 决 定了电流调节器 ACR 的给定电流的最大值，该值完全取决 与电动机的过载能力和系统对最大加速度的需要。电流调节 器 ACR 输出 ACR 输出正限幅值+Uctm 则表示对触发装置最 小控制角αmin 的限制或对晶闸管装置输出电压最大值 Ud 的限制。 五、 转速、电流双闭环调速系统的工作原理 1．双闭环调速系统静态特性 双闭环系统采用 PI 调节器，则其采稳态时输入偏差信 号一定为零， 即给定与反馈信号的差值为零， 属无静差调节。 （1） 电流调节环 电流调节环的给定信号是速度调节器的输出信号 U*i， 电 流调节环的反馈信号采用自交流电流互感器或霍尔电流传 感器，其值 Ufi=βId,β为电流反馈系数，则 ΔU=U*i-Ufi=0 U*i=Ufi=βId Id=U*i/βU*i 一定的条件下，在电流调节器的作用下，输出 电流保持为 U*i/值，而由电网电压波动引起的电流波动将被 有效限制。此外，由于限幅的作用，速度调节器的最大输出 只能是限幅值 U*im 调整反馈环节的反馈系数，可使电动机 的最大电流对应的反馈信号等于输入限幅值，即 Idm 取值应考虑电动机允许过载能力和系统允许最大加速 度，一般为额定电流的 1.5~2 倍。 （2）转速调节环 转速调节环给定信号 U*n，反馈信号，则稳态时 ASR 的给定输入由稳压电源提供，其幅值不可能太大，一般 在十几伏以下， 当给定为最大值时， 电动机应达到最高转速， 一般为电动机的额定转速。则 ASR 的输出为触发装置的控 制电压 当 U*n 为定值时， ASR 可使电动机转速恒定， 克服负载 扰动的影响，其调节过程如下： 双闭环系统的正常工作段 当负载过大时，其负载转矩比电动机电流最大允许值 Idm 所产生的电磁力矩还大， 电动机拖不动负载， 产生堵转， 转速下降至零，转速调节器输入偏差 4Un=Un*为最大值， ASR 饱和，输出为限幅值 Uim*，ASR 失去调节作用。系统 仅靠电流调节器的限幅值作用，使 Id=Uim*/&恒流调节，呈 下垂特性。 双闭环条数系统的静态性在负载电流小于Idm时转速无 静差，转速负反馈起主要调节作用，工作段静特性很硬，而 在负载达到 Idm 时，转速调节器饱和，系统表现为电流无静 差调节系统，具有过电流的制动保护作用，静特性为下垂特 性。双闭环系统的静特性比带电流截止负反馈的单闭环系统 静特性好。 2．双闭环系统起动过程分析 双闭环调速系统突加给定电压后，其转速和电流在起动 过程中的波形在第Ⅰ、Ⅱ阶段转速调节器饱和，第Ⅲ阶段转 速调节器退出饱和，第Ⅲ阶段转速调节器退出饱和，发挥线 性调节作用。 第Ⅰ阶段 0~t1 是电流上升阶段。系统突加给定电压后， 由于电动机的机械惯性较大转速和转速反馈量增长较慢，则 ASR 的输入偏差电压的数值较大， 转速调节器的放大倍数较 大，其输出很快达到饱和输出限幅值。这电压加在 ACR 的 输入端，作为最大电流的给定值，使 ACR 的输出首先靠比 例部分的作用迅速增大，触发脉冲从 90°初始相位快速前 移，强迫电枢电流迅速上升。随着电流反馈信号的上升。逐 渐减小，ACR 的输出信号的比例部分随之减小，而积分部分 逐渐积累增加。 在比例、积分两部分共同作用下。ACR 的输出的上升使 整流电压成比例增加， 从而保证电流迅速增大， 直到最大值。 当 I d≈Idm,Ufi≈Uim 时，ACR 的作用时 I d 不再增加，保持动态 平衡。这一阶段的特点是 ASR 因阶跃非顶作用而迅速饱和， 而 ACR 一般为不饱和，以保证电流环的调节作用，强迫电路 上升，并达到 I dm。 第Ⅱ阶段 t 1～t2 是恒流升速阶段，即升速时保持最大电流 给定。该阶段从电流上升到 Idm开始，直至转速上升到给定 值对应的转速额定值为止，是起动的主要阶段。在此期间， UfnUn，ASR 一直处于饱和状态，输出限幅不变，相当于转 速环开环，系统表现为在恒值最大电流给定作用下的电流调 节系统，基本上保持电流恒定。 第Ⅲ阶段 为 t2以后转速调节阶段。T2时刻，转速已达到 给定值，转速调节器的给定电压与反馈电压相平衡，输入偏 差为零，但其输出由于 PI的积分作用还维持在限幅值，