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電氣傳動課程設(shè)計 題目：轉(zhuǎn)速反饋控制調(diào)速系統(tǒng)的仿真 姓 名 韓雪晴 學 院 信息與電氣工程學院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 年 級 2009級 學 號 20093615531 指導(dǎo)教師 趙枚 一、 概述 調(diào)節(jié)原理 帶轉(zhuǎn)速負反饋的閉環(huán)直流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，中有一臺與電動機通州安裝的測速發(fā)電機TG，引出與被調(diào)量轉(zhuǎn)速成正比的負反饋電壓Ub，與給定電壓UB相比較后，得到轉(zhuǎn)速偏差電壓ΔUb，經(jīng)放大器A，產(chǎn)生電力電子轉(zhuǎn)換器UPE的控制電壓Uc，用以控制電動機轉(zhuǎn)速n 實驗原理圖如下圖 利用MATLAB下的SIMULINK軟件進行系統(tǒng)仿真是十分簡單和直觀的，SIMULINK提供了使用系統(tǒng)模型框圖組態(tài)的仿真平臺，使用SIMULINK進行仿真和分析可以像在紙上繪圖一樣簡單。用戶可以用圖形化的方法直接建立起仿真系統(tǒng)的模型，并通過SIMULINK環(huán)境中的菜單直接啟動系統(tǒng)的仿真過程，同時將結(jié)果在示波器上顯示出來，SIMULINK也實線與MATLAB，C或者FORTRAN之間的數(shù)據(jù)傳遞。所以，掌握強大的SIMULINK工具會大大地增強用戶系統(tǒng)的仿真能力。 二、實驗?zāi)康? 1、 進一步學習利用MATLAB下的SIMULINK來對控制系統(tǒng)進行仿真。 2、 掌握轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的原理。 3、 學會利用工程的方法設(shè)計ACR、ASR調(diào)節(jié)器的方法 三、實驗原理 SIMULINK的簡介： Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，并基于以上優(yōu)點Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計。同時有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于Simulink。 功能： Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具， 是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI) ，這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。 Simulink®是用于動態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計工具。對各種時變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對其進行設(shè)計、仿真、執(zhí)行和測試。. 構(gòu)架在Simulink基礎(chǔ)之上的其他產(chǎn)品擴展了Simulink多領(lǐng)域建模功能，也提供了用于設(shè)計、執(zhí)行、驗證和確認任務(wù)的相應(yīng)工具。Simulink與MATLAB® 緊密集成，可以直接訪問MATLAB大量的工具來進行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù)的定義。 4、 設(shè)計內(nèi)容 1、轉(zhuǎn)速負反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)各環(huán)節(jié)參數(shù)如下： 直流電動機：額定電壓UN=220V，額定電流IdN=55A,額定轉(zhuǎn)速nN=1000r/min； 電動機電動勢系數(shù)Ce=0.129V.min/r； 放大系數(shù)Ks=40,滯后時間常數(shù)Ts=0.00178s,電樞總電阻R=1.0Ω； 電樞回路電磁時間常數(shù)Tl=0.00178s，電力拖動系統(tǒng)機電時間常數(shù)Tm=0.075s。 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α=0.01V.min/r。 對應(yīng)額定轉(zhuǎn)速時的給定電壓U*n=10V. 2、轉(zhuǎn)速環(huán)的MATLAB計算、建立及仿真 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計 確定時間常數(shù) 電流環(huán)等效時間常數(shù) 利用LATLAB仿真內(nèi)容 4、 系統(tǒng)模型編輯窗口 打開simulink主界面，新建一個文件，拉出各個模塊，組成如圖所示 5、 修改模塊參數(shù)，完成模塊連接，比例積分控制的無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型 6、 仿真模塊的運行 選取Kp=0.28，1/τ=3.1。此時系統(tǒng)響應(yīng)無超調(diào)圖像如下 6、 調(diào)節(jié)其參數(shù)的調(diào)整 在控制系統(tǒng)中設(shè)置調(diào)節(jié)器是為了改善系統(tǒng)的靜、動性能。在采用PI調(diào)節(jié)器以后，構(gòu)成的是無靜差調(diào)速系統(tǒng)。利用仿真模型改變比例系數(shù)和積分系數(shù)，可以輕而易舉的得到震蕩、有靜差、無靜差、超大或啟動快等不同的轉(zhuǎn)速曲線。上圖的仿真曲線中反應(yīng)了對給定輸入信號的跟隨性能指標。如果改變PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)，可以得到轉(zhuǎn)速的超調(diào)量不一樣、調(diào)節(jié)時間也不一樣的響應(yīng)曲線。經(jīng)過比較可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和快速性是一對矛盾，必須根據(jù)工程的要求，選擇一個合適的PI參數(shù)。 現(xiàn)調(diào)整參數(shù) 此時Kp=0.85，1/t=15.5，系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的響應(yīng)的超調(diào)較大，但快速性好。仿真圖形如下： 五、小結(jié)與體會 這次課程設(shè)計中，我們學到了許多課堂上學不到的東西，尤其是在Matlab仿真上面有很多自己不懂的地方，我在此用了很多時間和精力。 本次課程設(shè)計讓我對《電力拖動自動控制系統(tǒng)-運動控制系統(tǒng)》的核心內(nèi)容---轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)有了更深的理解，對典型I系統(tǒng)設(shè)計加深了認識。通過matlab的仿真，使我對雙閉環(huán)反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)有了直觀的印象。 六、參考文獻 [1]阮毅.《電力拖動自動控制系統(tǒng)-運動控制系統(tǒng)》.北京：機械工業(yè)出版社2009； [2]洪乃剛.《電力電子和電力拖動控制系統(tǒng)的MATLAB仿真》.北京：機械工業(yè)出版社，2005. [3]黃忠霖《電力電子技術(shù)的MATLAB實踐》國防工業(yè)出版社 2009