雙閉環(huán)可逆直流調(diào)速系統(tǒng)

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1、.摘要本文以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，采用工程設(shè)計(jì)方法對最常用的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并用MATLAB/Simulink軟件對系統(tǒng)進(jìn)行了仿真。首先對雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)采用常規(guī)PID控制進(jìn)行設(shè)計(jì)，電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器都采用了PID控制器，并分別對電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)性能和抗擾動(dòng)性能進(jìn)行了仿真分析。其次，由于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器起主要作用，所以對轉(zhuǎn)速環(huán)采用模糊控制，并設(shè)計(jì)了模糊控制器，對雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，并與常規(guī)PID控制進(jìn)行了對比，仿真結(jié)果表明，模糊控制有良好的動(dòng)態(tài)特性，很強(qiáng)的抗干擾能力。關(guān)鍵詞：直流調(diào)速PID控制模糊控制系統(tǒng)

2、仿真..目錄摘要I1緒論11.1課題研究背景11.2直流調(diào)速系統(tǒng)的國內(nèi)外研究概況11.4研究雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的目的和意義22直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)32.1直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與調(diào)速32.2直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)82.3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成122.4直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型132.5可控硅整流裝置的數(shù)學(xué)模型152.6本章小結(jié)163常規(guī)PID控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)173.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)方法173.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)203.3設(shè)計(jì)實(shí)例243.4Matlab仿真303.5仿真結(jié)果分析333.6本章小結(jié)334結(jié)論34..1緒

3、論1.1課題研究背景直流調(diào)速是現(xiàn)代電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中發(fā)展較早的技術(shù)。就目前而言，直流調(diào)速系統(tǒng)仍然是自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的主要形式，在許多工業(yè)部門，如軋鋼、礦山采掘、紡織、造紙等需要高性能調(diào)速的場合得到廣泛的應(yīng)用。然而傳統(tǒng)雙閉環(huán)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)多數(shù)采用結(jié)構(gòu)比較簡單、性能相對穩(wěn)定的常規(guī)PID控制技術(shù)，在實(shí)際的拖動(dòng)控制系統(tǒng)中，由于電機(jī)本身及拖動(dòng)負(fù)載的參數(shù)(如轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)并不像模型那樣保持不變，而是在某些具體場合會(huì)隨工況發(fā)生改變；與此同時(shí)，電機(jī)作為被控對象是非線性的，很多拖動(dòng)負(fù)載含有間隙或彈性等非線性的因素。因此被控制對象的參數(shù)發(fā)生改變或非線性特性，使得

4、線性的常參數(shù)的PID控制器往往顧此失彼，不能使得系統(tǒng)在各種工況下都保持與設(shè)計(jì)時(shí)一致的性能指標(biāo)，常常使控制系統(tǒng)的魯棒性較差，尤其對模型參數(shù)變化范圍大且具的非線性環(huán)節(jié)較強(qiáng)的系統(tǒng)，常規(guī)PID調(diào)節(jié)器就很難滿足精度高、響應(yīng)快的控制指標(biāo)，往往不能有效克服模型參數(shù)變化范圍大及非線性因素的影響[1]。模糊控制是智能控制的一個(gè)重要分支，在自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)的很多領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，它不依賴于被控制對象的精確的數(shù)學(xué)模型，而是將專家的經(jīng)驗(yàn)及知識轉(zhuǎn)化為語言控制規(guī)則，用這些控制規(guī)則去控制被控系統(tǒng)，能克服各種非線性因素的影響，對被控制對象的參數(shù)具有較強(qiáng)的魯棒性，針對直流電動(dòng)機(jī)

5、這種參數(shù)可能發(fā)生較大變化的被控對象，采用模糊控制具有重大的研究意義[2]。1.2直流調(diào)速系統(tǒng)的國內(nèi)外研究概況隨著各種處理器的出現(xiàn)和發(fā)展，國外對直流調(diào)速系統(tǒng)的研究也在不斷的進(jìn)步和完善，80年代該方面的研究達(dá)到最盛的時(shí)期。大型的直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)一般均采用晶閘管觸發(fā)脈沖，研究人員對控制算法作了大量的研究：提出模糊PID算法、自適應(yīng)PID算法、內(nèi)?？刂频乃惴ê虸-P控制器取代PI調(diào)節(jié)器的算法等。目前，國外一些電氣公司，如瑞典的ABB，德國的西門子、AEG，日本的三菱、東芝，美國的GE、西屋等，均已開發(fā)出多個(gè)數(shù)字直流調(diào)速裝置，有較成熟的標(biāo)準(zhǔn)化、系列

6、化、模板化的應(yīng)用產(chǎn)品。..從20世紀(jì)60年代初隨著我國第一只硅晶閘管試制成功以來，晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用和迅速的發(fā)展。目前，我國主要采用綜合性最優(yōu)控制、補(bǔ)償PID控制、PID算法優(yōu)化等方法研究數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)。伴隨各式新型控制器件的迅速發(fā)展，直流電動(dòng)機(jī)晶閘管調(diào)速系統(tǒng)正向大功率發(fā)展，并實(shí)現(xiàn)控制單元小型化、集成化、標(biāo)準(zhǔn)化、積木式組合化。對某些中小功率裝置，正在做到使電動(dòng)機(jī)和控制設(shè)備組合一體化。特別是近年來，全數(shù)字化直流調(diào)速裝置在國外各廠家竟相推出，使得直流調(diào)速系統(tǒng)在理論和實(shí)踐方面都邁上了一個(gè)新臺階[3]。1.3研究雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的

7、目的和意義雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是性能很好，應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)。采用該系統(tǒng)可獲得優(yōu)良的靜、動(dòng)態(tài)調(diào)速特性。此系統(tǒng)的控制規(guī)律，性能特點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法是各種交、直流電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)[5]。通過對轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的了解，使我們能夠更好的掌握調(diào)速系統(tǒng)的基本理論及相關(guān)內(nèi)容，在對其各種性能加深了解的同時(shí)，能夠發(fā)現(xiàn)其缺陷之處，通過對該系統(tǒng)不足之處的完善，可提高該系統(tǒng)的性能，使其能夠適用于各種工作場合，提高其使用效率。并以此為基礎(chǔ)，再對交流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行研究，最終掌握各種交、直流調(diào)速系統(tǒng)的原理，使之能夠應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域。1.4論文

8、的主要研究內(nèi)容本課題以直流電動(dòng)機(jī)為對象，用傳統(tǒng)PID控制和模糊控制對雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真和性能對比，驗(yàn)證控制方案的合理性。主要完成如下工作：（1）數(shù)學(xué)模