單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真研究【基于MATLAB軟件的仿真】《論文》

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1、單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真研究【基于MATLAB軟件的仿真】《論文》1引言調(diào)速方法通常有機械的、電氣的、液壓的、氣動的幾種，僅就機械與電氣調(diào)速方法而言，也可采用電氣與機械配合的方法來實現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)。電氣調(diào)速有許多優(yōu)點，如可簡化機械變速機構(gòu)，提高傳動效率，操作簡單，易于獲得無極調(diào)速，便于實現(xiàn)遠距離控制和自動控制，因此，在生產(chǎn)機械中廣泛采用電氣方法調(diào)速。1.1直流調(diào)速系統(tǒng)的概述由于直流電動機具有極好的運動性能和控制特性，盡管它不如交流電動機那樣結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、制造方便、維護容易，但是長期以來，直流調(diào)速系統(tǒng)一直占據(jù)壟斷地位。就目前來看，直流調(diào)速系統(tǒng)仍然是自動調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。在我國許多工業(yè)部門，

2、如海洋鉆探、紡織、軋鋼、礦山、采掘、金屬加工、造紙以及高層建筑等需要高性能可控電力拖動的場合，仍然廣泛采用直流調(diào)速系統(tǒng)。而且，直流調(diào)速系統(tǒng)在理論上和實踐上都比較成熟，從控制技術(shù)的角度來看，它又是交流調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)。隨著GTO晶閘管、GTR、P-MOSFET、IGBT和MCT等全控型功率器件的問世，這些有自斷能力的器件逐步取代了原來普通晶閘管系統(tǒng)所必須的換向電路，簡化了電路的結(jié)構(gòu)，提高了效率和工作頻率，降低了噪聲，縮小了電力電子裝置的體積和重量。諧波成分大、功率因素差的相控變流器逐步被斬波器或脈沖寬度調(diào)制器所代替，明顯的擴大了電動機控制的調(diào)速范圍，提高了調(diào)速精度，改善了快速性、效率和功率因素。P

3、WM電源終將取代晶閘管相控式可控功率電源，成為電源的主流。隨著信息、控制與系統(tǒng)學科以及電力電子的發(fā)展，電力拖動系統(tǒng)獲得了迅猛發(fā)展，從旋轉(zhuǎn)交流機組到水銀整流器靜止交流裝置、晶閘管整流裝置，再到眾多集成電力模塊。目前完全數(shù)字化的控制裝置已成功應(yīng)用于生產(chǎn)，以微機作為控制系統(tǒng)的核心部件，并具有控制、檢測、監(jiān)視、故障診斷及故障處理等多功能電氣傳動系統(tǒng)正處在形成和不斷完善之中。1.2本章小結(jié)本章介紹了直流調(diào)速系統(tǒng)的研究前景及其優(yōu)點。2單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)2.1開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及其特性2.1.1V-M系統(tǒng)簡介晶閘管-電動機調(diào)速系統(tǒng)(簡稱V-M系統(tǒng))，其控制系統(tǒng)原理圖如圖2.1所示。圖2.1V-M開環(huán)控制系統(tǒng)原理圖

4、其主要包括電力主電路和控制電路兩部分，V-M直流開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的主電路由晶閘管變流器VT，電抗器L以及直流電動機M組成。圖中VT是晶閘管的可控整流器，它可以是單相或三相的半波、全波、半控、全控等類型。通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓來移動觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流電壓從而實現(xiàn)平滑調(diào)速。開環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，成本低。在對靜差率要求不高的場合，它也能實現(xiàn)一定范圍內(nèi)的無級調(diào)速。但是，許多生產(chǎn)機械常對靜差率有一定的要求，以滿足工藝的需求。在這些情況下，開環(huán)系統(tǒng)是不能滿足的。2.1.2V-M系統(tǒng)的開環(huán)機械特性當電流連續(xù)時，V-M系統(tǒng)的機械特性方程式為(2.1)式中是電機在額定磁通下的電動勢系數(shù)，改變控制角，

5、得一簇平行直線。當電流斷續(xù)時，由于負載電流較小或回路電感量小而使電動機電樞電流斷續(xù)，此時機械特性方程要復(fù)雜得多(2.2)(2.3)式中是阻抗角，q是一個電流脈波的導(dǎo)通角。當阻抗角j值已知時，對于不同的控制角a，可用數(shù)值解法求出一族電流斷續(xù)時的機械特性。對于每一條特性，求解過程都計算到為止，當時，電流便連續(xù)了。對應(yīng)于的曲線是電流斷續(xù)區(qū)與連續(xù)區(qū)的分界線。下圖是完整的V-M系統(tǒng)的機械特性圖，如圖2.2所示。圖2.2完整的V-M系統(tǒng)機械特性綜上所述，改善電動機的運行特性，常在主電路串聯(lián)較大的平波電抗器或避免在輕載下運行，以保證晶閘管電流連續(xù)，使系統(tǒng)工作在機械特性曲線狀態(tài)。2.2單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)在直流

6、電動機調(diào)速系統(tǒng)中，輸入電壓信號記做。直流電動機是被控對象，直流電動機轉(zhuǎn)速n是被調(diào)量，如果被控量n與輸入電壓信號之間通過反饋環(huán)節(jié)聯(lián)系在一起形成閉合回路，則構(gòu)成閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，如果只有一個反饋環(huán)節(jié)，稱為單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。根據(jù)自動控制原理，反饋控制的閉環(huán)系統(tǒng)是被調(diào)量的偏差進行控制的系統(tǒng)，只要被調(diào)量出現(xiàn)偏差，它就會自動產(chǎn)生糾正偏差的作用。轉(zhuǎn)速降落正是由負載引起的轉(zhuǎn)速偏差，顯然，閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)該能夠大大減少轉(zhuǎn)速降落。轉(zhuǎn)速反饋控制的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，其原理如圖2.3所示。與電動機同軸安裝一臺測速發(fā)電機，從而引出與被調(diào)量轉(zhuǎn)速成正比的負反饋電壓，與給定電壓相比較后，得到轉(zhuǎn)速偏差電壓，經(jīng)過放大器，產(chǎn)生電力電子變換器所需

7、的控制電壓，用以控制電機的轉(zhuǎn)速。圖2.3采用轉(zhuǎn)速負反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖2.2.1單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性分析對閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性分析先作如下假設(shè):(1)忽略各種非線性因素，假定各環(huán)節(jié)輸入輸出都呈線性關(guān)系。(2)假定只工作在V-M系統(tǒng)開環(huán)機械特性的連續(xù)段。(3)忽略直流電源和電位器的內(nèi)阻。電壓比較環(huán)節(jié):放大器:晶閘管整流與觸發(fā)裝置:V-M系統(tǒng)開環(huán)機械特性:測速發(fā)電機:其中，--放大器的電壓放