电力拖动自动控制系统课程设计.docx
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电力拖动自动控制系统课程设计.docx
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电力拖动自动控制系统课程设计
电力拖动自动控制系统课程设计
电力拖动自动控制系统课程设计
基于转速负反馈闭环调速系统的matlab7.1仿真
基于转速、电流反馈控制直流调速系统的matlab7.1仿真
学院班级:
自动化学院09电本二
指导老师:
xxx
姓名:
邹xx
学号:
20091041xxx
日期:
2012-6-14
(一)基于转速负反馈闭环调速系统的matlab7.1仿真
一、设计思路
转速闭环控制可以降低转速降落,降低转差率,扩大调速范围。
根据自动控制原理,采用了PI调节器,加大比例系数可以减少静差,积分环节的加入有助于消除系统静差。
但Kp过大时,会使动态品质变坏;而在Kp不变的情况下,积分时间过小,将使稳定性降低,振荡加剧等。
总的来说,matlab只需要调节两个参数:
(1)比例系数Kp,参数由小到大调节
(2)积分系数Ki(1/τ),1/τ参数是倒数,所以由小到大调节(下面把Ki定义为Ti)
二、系统的各环节参数设置
1、直流电动机:
额定电压UN=220V
额定电流IdN=55A
额定转速nN=1000r/min
电动机电势系数Ce=0.192V⋅min/r
2、晶闸管整流装置输出电流可逆,装置的放大系数Ks=44
滞后时间常数Ts=0.00167s
3、电枢回路总电阻R=1.0∧
电枢回路电磁时间常数Tl=0.00167s
电力拖动系统机电时间常数Tm=0.075s
4、转速反馈系数〈=0.01V⋅min/r
5、对应额定转速时的给定电压Un=10V
6、PI调节器的直暂定为Kp=0.56,Ti=1/τ=11.43
三、比例积分控制的直流调速系统的仿真框图
四、建立matlab仿真模块
模块
地方
数目
Step(阶跃输入模块)
Source组
1个
Sum(加法器模块)
MathOperations组
3个
Gain(增益模块)
MathOperations组
4个
TransferFcn(控制器模块)
Continuous组
3个
Integrator(积分模块)
Continuous组
1个
Scope(示波器模块)
Sinks组
2个
五、仿真图初值效果
1.系统框图
2.参数设计
(1)在本例中,额定转速的给定是10V,所以修改steptime=1,finaltime=10
(2)PI调节器的比例环节的Kp初值=0.56,积分时间Ti初值=11.43
(3)把积分饱和值改为-10~10,键入传递函数模块数据,键入增益比值,仿真时间修改为0~0.6s。
如下图所示。
(4)效果图如下:
超调量大
六、调节比例积分参数Kp,Ti
(1)比例系数Kp,参数一般是由小到大调节
(2)积分系数Ki(1/τ),因为是倒数,所以参数一般是由小到大调节
1.只调节kp时,由小变大调节,会发现加大kp,会加快系统的响应,但超调量大。
2.只调节Ti时,由大变小调节,会发现静差变小,甚至消除静差,实现无静差调速。
3.同时调节参数kp,Ti,发现要消除静差,就要牺牲快速性;因为没有引进微分,所以会存在一定的超调,是不可避免的。
当kp=0.8,Ti=14时响应的超调略微小,快速性适中。
七、与暂定值比较
(二)基于转速、电流反馈控制直流调速系统的matlab7.1仿真
一、设计思路
设计转速、电流反馈控制直流调速系统的原则是先内环后外环。
1、从电流环(内环)开始,对其进行必要的变换和近似处理,然后根据电流环的控制要求确定把它校正成哪一类典型系统。
2、再按照控制对象确定电流调节器的类型,按动态性能指标要求确定电流调节器的参数。
3、电流环设计完成后,把电流环等效成转速环(外环)中的一个环节,再用同样的方法设计转速环。
总体来说:
matlab仿真主要做:
(1)电流调节器(内环)
(2)把电流环等效成转速环(外环)
二、系统的各环节参数设置
双闭环直流调速系统,整流装置采用三相桥式电路的参数
1、直流电动机:
220V,136A,1460r/min,Ce=0.132Vmin/r,允许过载倍数λ=1.5;
2、晶闸管装置放大系数:
Ks=40;
3、电枢回路总电阻:
R=0.5Ω;
4、时间常数:
Ti=0.03s,Tm=0.18s;
5、电流反馈系数:
β=0.05V/A(≈10V/1.5IN)、α=0.07Vmin/r(≈10V/nN)
三、电流环、转速环的设计
1.设计电流调节器,要求超调量бi《5%。
(1)时间常数(由上图可知Ts)三相桥式电路的平均失控时间Ts=0.00167s。
(2)电流滤波时间常数Toi。
由上表知道Tsmax=3.33,为了基本滤平波头,应有(1~2)Toi=3.33ms,因此我们取Toi=2ms=0.002s.
(3)电流环小时间常数之和TΣi。
按小时间常数近似处理,取TΣi=Ts+Toi=0.00367s。
(4)各模块的设置(除ACR模块)
1/(Tois+1)=1/(0.002s+1);
Ks/(Tss+1)=40/(0.00167s+1);
(1/R)/(Tls+1)=(1/0.5)/(0.03s+1)=2/(0.03s+1);
R/Tms=0.5/0.18s;
β/(Tois+1)=0.05/(0.002s+1)
(5)ACR参数设置
电流调节器超前时间常数为:
τi=Tl=0.03s。
电流环开环增益:
要求σi≦5%时,按上表可得KT=0.5,
那么ACR的比例关系为:
那么ACR的传递函数为:
化简:
WACR(S)=Ki+Ki/τis
(6)ACR模块的matlab7.1参数为
Ki=1.013;
Ki/τis=1.013/0.03s=33.767/s
电流环的matlab仿真模块(我以matlab7.1为例)
模块
地方
数目
Step(阶跃输入模块)
Source组
1个
Sum(加法器模块)
MathOperations组
3个
Gain(增益模块)
MathOperations组
2个
TransferFcn(控制器模块)
Continuous组
5个
Integrator(积分模块)
Continuous组
1个
Scope(示波器模块)
Sinks组
1个
2.设计转速调节器
(1)确定时间常数
电流环的等效时间常数1/KI。
由上面可知取KITΣi=0.5,则1/KI=2TΣi=0.0074s
转速滤波时间常数Ton=0.01s
转速环小时间常数TΣn=1/KI+Ton=0.0174s
(2)模块设置
1)函数式为α/(Tons+1)=0.007/(0.01s+1)
2)函数式1/Ce=1/0.132=7.576
(3)ASR的模块其传递函数为
化简的WASR(S)=Kn+Kn/τns
(4)ASR参数设置
取h=5,则ASR的超前时间常数为
转速环开环增益:
ASR的比例系数为
(5)ASR模块的matlab参数为
Kn=11.7
Kn/τns=134.5/s
转速环的matlab仿真模块(我以matlab7.1为例)
模块
地方
数目
Step(阶跃输入模块)
Source组
2个
Sum(加法器模块)
MathOperations组
6个
Gain(增益模块)
MathOperations组
5个
TransferFcn(控制器模块)
Continuous组
6个
Integrator(积分模块)
Continuous组
2个
Scope(示波器模块)
Sinks组
1个
四、转速、电流反馈控制的直流调速系统的仿真框图(双闭环)
五、建立matlab仿真模块
1.电流环仿真
(1)系统框图
(2)参数设计
在本例中,额定转速的给定是10V,所以修改steptime=1,finaltime=10
把电流环调节器的参数键入,把积分饱和值改为-10~10,键入传递函数模块数据,键入增益比值,仿真时间修改为0~0.6s。
如下图所示。
(3)效果图
2.转速环仿真
(1)系统框图
(2)参数设计
在本例中,额定转速的给定是10V,所以修改steptime=1,finaltime=10
空载,step1是用来输入负载电流的
把电流环调节器的参数保持KT=0.5不变,把转速环参数键入,把积分饱和值改为-10~10,键入传递函数模块数据,键入增益比值,仿真时间修改为0~0.7s。
如下图所示。
(3)效果图
(三)总结
1.通过比例积分控制的转速负反馈闭环调速系统的仿真,利用matlab的simulink软件进行十分简单和直观的。
一开始遇到的问题倒是不多,主要是在调节比例积分参数的时候,翻阅了电力拖动运动控制和计算机控制系统两本书,以及进行关键字的XX,我本来是认为比例参数应该是由小变大,积分参数是由大变小的,一时之间只是对着书去仿真,就没多想了,后面发现因为积分参数在这里是倒数,所以也是由小变大的去调节的。
原本是想降低超调量,乃至于消除,可是在调节的过程中一直达不到效果,翻阅了相关书籍才发现,没有微分作用,是不可能消除超调量的。
而比例积分的作用是快速响应系统,积分的作用是消除静差,在比例积分的环节中,始终调节不到无静差,因为有两个变量需要调节,积分环节是以牺牲快速性来消除静差的,这恰好与比例环节矛盾,比例环节是Kp越大,响应系统的快速性越好,所以在比例积分中,调节无静差是需要牺牲时间的。
2.通过转速、电流反馈控制的直流调速系统,同样是运用了PI调节器。
双闭环结构比较复杂,一开始我一直调不出空载波形,也不知道怎样去设置阶跃step来达到效果。
搞了很久都没进展,也特别纠结于饱和值的设置参数,现在弄懂了就觉得之前断断续续搞了好几个小时没弄出来真可悲,真的是懂了的人觉得没什么,对于一开始不懂的人来说,真是比喝水还困难。
平时很少是自己独立做完课程设计的,都是分组一起做的,所以自己做,还是有点难度,重点还是一开始没人做这两个,没得问比较悲哀。
虽然说是做课本上的例题,相对来说,比较轻松简单,但可能是自己对于simulink本身并不熟悉,所以在理解上面增加了点难度。
不过觉得最重要的是自己收获了知识,也对simulink的操作多了一层熟悉。
...
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- 电力 拖动 自动控制系统 课程设计