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转速电流双闭环控制的直流调速系统仿真分析

时间:2017-5-2 4:47:56 点击:

  核心提示:转速电流双闭环控制的直流调速系统仿真分析...

    随着电器工业化的不断普及与发展,双闭环控制的系统依然发挥着它不可磨灭的作用。双闭环直流调速系统实现了智能化和数字化,更加方便了工业控制技术的生产和制作。依据转速、电流双闭环直流调速系统的基本原理我们对其进行了工程化的设计和数学建模。系统模型分两部分组成,一部分是由晶闸管所控制的直流电动机所组成的主电路系统,而另外一部分则是由转速电流调节器所组成的控制电路。直流电动机控制电路,就是本次设计的主电路,它通过三相可控晶闸管整流来进行电路整流,通过PI调节器来进行控制,从而改变了了直流电动的电枢电压,因此进行调压调速。为了分别调节转速和电流,控制电路分别被引入了两个PI调节器来调节转速电流。这样一来,转速和电流负反馈就被引入了。为了使转速电流双闭环直流调速系统的正常运行,还需要控制电力电子变换器UPE,它是利用电流调节器的输出去控制的。然后进行模型的仿真,通过波形图的分析,显示转速电流双闭环控制的直流调速系统,拥有一个稳定的静动态特性。

1绪论

1.1论文选题的背景

直流调速系统在现代自动控制系统中发展研究的比较早。与交流调速相比,虽然交流变调速技术发展,非常迅速,同时技术也越来越成熟,更受用户欢迎的是交流电动机有良好的经济性和简单的维护性。但是直流电动机调速系统的优良的调速性是交流调速器所不能比拟的。单闭环系统对那些系统动态性能要求较高的则难以满足要求。若采用PI调节器,引入转速负反馈就可以有效的实现转速无静差。为了实现在允许条件下的最快启动,我们需要获取一段电流时刻保持在最大值的过程,想要得到近似的恒流过程,我们只需利用电流负反馈即可。因为在电机的启动过程中只能存在电流负反馈,所以转速负反馈就不能加入调节器的输出端,稳态状态时情况却又恰恰相反,此时只要有转速负反馈就可以了。因此考虑以上因素,我们选择双闭环直流调速系统。其次采用工程设计方法对双闭环系统的设计基于双闭环的电气原理图的SIMULINK的仿真,它能够直接明了的分析出直流调速系统的动态抗干扰性能。然后我们根据要求建立合适的SIMULINK的仿真模型。最终由仿真波形分析并进行合理的调试,合理规划结构从而去解决系统中的各种干扰和不稳定,从而达到建立更加简便实用的工程设计方法的可能。

1.2本课题研究的历史及发展情况

双闭环直流调速系统期国外兴起起源于上世纪七十年代,并且在二十一世纪初随着发展技术的日趋成熟,双闭环直流调速系统实现了智能化和数字化,更加方便了工业控制技术的生产和制作。

就目前而言,许多发达国家都在电气数字化下足了功夫,双闭环控制系统已经广泛应用到各类机器仪表。虽然我国在直流调速系产品上小有成就,但是离发达国家的水平还是有一定的差距,这主要体现在产品的功能性和实用性。但是国外进口设备价格的偏高,却为国产的控制直流调速产品带来更广阔的前景和发展空间。

    就国内而言,我国的双闭环控制系统经历了几十年的发展与蜕变,也已经逐步趋向于成熟,但是离发达国家还有一定的差距,我们任需要不断的努力去创新,去追赶,向着电气数字化的目标去奋斗。

1.3本课题研究的意义

双闭环直流调速系统拥有良好的调速性能,不仅如此该系统将静动态特性控制的恰到好处,在现代化的电气数字化的背景下已经成为被广泛采用的调速系统,它对电气工业化生产起到了推进作用。电力拖动自动控制系统的重要基础也是根据该系统的控制规律去衍生的。

1.4课题研究内容

第一章:探索了本课题研究的背景,讨论双闭环控制系统的研究现状和发展情况,并简要的介绍了本课题所使用的软件发展概括。为下文的仿真实验分析作铺垫。

第二章:本章介绍了双闭环直流调速系统的基本组成、结构和工作原理,分析了双闭环系统的基本公式和数学建模。为接下来的MATLAB仿真打下基础。

第三章:对转速电流双闭环直流调速器中的具体器件进行设计,为仿真做足准备工作。

第四章:基于数学模型对本课题利用MATLAB软件进行仿真与分析,从而基本了解MATLAB软件在电气工程设计中的应用。

第五章:对本次课题研究做一个最终的总结,分析在本次实验仿真过程中遇到的问题以及处理方法。

 

2双闭环直流调速系统的基本原理及数学建模

2.1双闭环直流系统的组成与工作原理

目前转速电流双闭环控制的直流调速系统在现代控制系统得到了广泛的应用。对于单闭环系统很难满足对系统动态性能要求较高的系统。尤其是很难满足系统稳定时转速无静差,这就是在系统中加入了PI调节往往也很难满足要求。想要在允许条件下实现最快启动,那么我们需要克服的是如何保持恒流过程中获得电流的最大值。根据反馈控制原理,为了保持摸个物理量基本不变,我们可采用该量的负反馈。那么为了得到近似的恒流过程,我们可以采用电流负反馈来得到。所以,我们期望达到的控制是启动过程中有且仅有电流负反馈,而没有转速负反馈,这样一来,稳定状态时,电流负反馈将不再起作用,同时系统里只存在转速负反馈。

因此,我们可以在系统中添加设置两个调节器来引入两种反馈——转速负反馈和电流负反馈。从而通过这两个调节器,我们可以是转速和电流的两个负反馈分别达到作用。如图1所示,将两者进行嵌套(或串级)联接。这样一来,该系统可以很直观的去分成两个部分去看:由于转速环在外边,则称为外环;从封闭的结构里看,电流环在内部,很显然称为内环;由此该整体就称为转速电流双闭环控制的调速系统。

 

作者:双闭环控制 来源:双闭环控制
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