zlj交直流调速实训报告

交直流调速实训报告

一．实训题目： 双闭环直流调速系统的MATLAB建模与仿真

二．实训目的：

1．了解双闭环直流调速系统

2．掌握MATLAB软件的使用方法

3．使用MATLAB构建双闭环调速系统的仿真模型

4.绘制出电流、转速波形曲线

三．电机参数：

额定电压 U=220V 额定电流 I=136A 转速

n=1500r/min

晶闸管装置放大倍数 Ks=62.5 电枢回路总电阻

Ra=0.863

电流反馈系统 =0.028V/A 转速反馈系统

=0.0041V/(r/min)

电流调节器参数 Kc=1.15 c=0.028s

转速调节器参数 Ks=20.12 s=0.092s

双闭环直流调速系统与单闭环直流调速系统的区别也是针对控

制电路和控制参数。双闭环直流调速系统包括电流反馈环和转速反馈环两个闭环系统，它比单闭环直流调速系统又增加了一个电流反馈环部分，实现电动机对电流的调节作用。

电流转速双闭环直流调速系统分别采用两个有限幅的PI调节器

进行电流环和转速环的调节。控制电路由给定信号、转速PI调节器、

电流PI调节器、限幅器、偏置、反向器、转速反馈、电流反馈等环

节构成。本例中给定值设置为120rad/s。

转速反馈系数设为1，转速PI调节器的比例系数设为40，积分

系数设为0.01。电流反馈系数设为0.25，电流PI调节器的比例系数

设为10，积分系数设为0.1 。

四、实验内容：

1. 双闭环系统的组成

调速系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流。结

构原理图如图1所示，图中符号的意义分别为：ASR-转速调节器；

ACR-电流调节器；TG-测速发电机；TA-电流互感器；UPE-电力电

子变换器U*n；-转速给定电压；Un-转速反馈电压；U*i-电流给

定电压；Ui-电流反馈电压。

2. 转速、电流双闭环调节系统的特点

在双闭环调速系统中，若将转速反馈和电流反馈信号同

时引入一个调节器的输入端，则两种反馈量会互相牵制，不

可能获得理想效果，因此在系统中设置了两个调节器，分别

控制转速和电流，并且将两个调节器实行串级连接。转速负

反馈的闭环在外面称外环，电流负反馈的闭环在里面称为内

环，两调节器作用互相配合，相辅相成。

为了使转速、电流双闭环调速系统具有良好的静、动态

性能。电流、转速两个调节器一般采用PI调节器，且均采用

负反馈。考虑触发装置的控制电压为正电压，运算放大器又

具有倒相作用。

转速调节器的输入为转速给定信号U*n和转速反馈信

号Ufn，比较后的偏差信号ΔU=U*n-Ufn。转速调节器的输

出作为电流给定信号U*i，与电流反馈信号比较后偏差信号

ΔUi=U*i-Ufi，其电流调节器的输出信号Uct为触发移相电

路的控制信号。转速调节器ASR的输出限幅电压值U*im决

定了电流调节器ACR的给定电流的最大值，该值完全取决

与电动机的过载能力和系统对最大加速度的需要。电流调节

器ACR输出ACR输出正限幅值+Uctm则表示对触发装置最

小控制角αmin的限制或对晶闸管装置输出电压最大值Ud

的限制。

五、 转速、电流双闭环调速系统的工作原理

1．双闭环调速系统静态特性

双闭环系统采用PI调节器，则其采稳态时输入偏差信

号一定为零，即给定与反馈信号的差值为零，属无静差调节。

（1） 电流调节环

电流调节环的给定信号是速度调节器的输出信号U*i，电

流调节环的反馈信号采用自交流电流互感器或霍尔电流传

感器，其值Ufi=βId,β为电流反馈系数，则

ΔU=U*i-Ufi=0

U*i=Ufi=βId

Id=U*i/βU*i一定的条件下，在电流调节器的作用下，输出

电流保持为U*i/值，而由电网电压波动引起的电流波动将被

有效限制。此外，由于限幅的作用，速度调节器的最大输出

只能是限幅值U*im调整反馈环节的反馈系数，可使电动机

的最大电流对应的反馈信号等于输入限幅值，即

Idm取值应考虑电动机允许过载能力和系统允许最大加速

度，一般为额定电流的1.5~2倍。

（2）转速调节环

转速调节环给定信号U*n，反馈信号，则稳态时

ASR的给定输入由稳压电源提供，其幅值不可能太大，一般

在十几伏以下，当给定为最大值时，电动机应达到最高转速，

一般为电动机的额定转速。则ASR 的输出为触发装置的控

制电压

当U*n为定值时，ASR可使电动机转速恒定，克服负载

扰动的影响，其调节过程如下：

双闭环系统的正常工作段

当负载过大时，其负载转矩比电动机电流最大允许值

Idm所产生的电磁力矩还大，电动机拖不动负载，产生堵转，

转速下降至零，转速调节器输入偏差4Un=Un*为最大值，

ASR饱和，输出为限幅值Uim*，ASR失去调节作用。系统

仅靠电流调节器的限幅值作用，使Id=Uim*/&恒流调节，呈

下垂特性。

双闭环条数系统的静态性在负载电流小于Idm时转速无

静差，转速负反馈起主要调节作用，工作段静特性很硬，而

在负载达到Idm时，转速调节器饱和，系统表现为电流无静

差调节系统，具有过电流的制动保护作用，静特性为下垂特

性。双闭环系统的静特性比带电流截止负反馈的单闭环系统

静特性好。

2．双闭环系统起动过程分析

双闭环调速系统突加给定电压后，其转速和电流在起动

过程中的波形在第Ⅰ、Ⅱ阶段转速调节器饱和，第Ⅲ阶段转

速调节器退出饱和，第Ⅲ阶段转速调节器退出饱和，发挥线

性调节作用。

第Ⅰ阶段 0~t1是电流上升阶段。系统突加给定电压后，

由于电动机的机械惯性较大转速和转速反馈量增长较慢，则

ASR的输入偏差电压的数值较大，转速调节器的放大倍数较

大，其输出很快达到饱和输出限幅值。这电压加在ACR的

输入端，作为最大电流的给定值，使ACR的输出首先靠比

例部分的作用迅速增大，触发脉冲从 90°初始相位快速前

移，强迫电枢电流迅速上升。随着电流反馈信号的上升。逐

渐减小，ACR的输出信号的比例部分随之减小，而积分部分

逐渐积累增加。

在比例、积分两部分共同作用下。ACR的输出的上升使

整流电压成比例增加，从而保证电流迅速增大，直到最大值。

当Id≈Idm,Ufi≈Uim时，ACR的作用时Id不再增加，保持动态

平衡。这一阶段的特点是ASR因阶跃非顶作用而迅速饱和，

而ACR一般为不饱和，以保证电流环的调节作用，强迫电路

上升，并达到Idm。

第Ⅱ阶段 t1～t2是恒流升速阶段，即升速时保持最大电流

给定。该阶段从电流上升到Idm开始，直至转速上升到给定

值对应的转速额定值为止，是起动的主要阶段。在此期间，

Ufn<Un，ASR一直处于饱和状态，输出限幅不变，相当于转

速环开环，系统表现为在恒值最大电流给定作用下的电流调

节系统，基本上保持电流恒定。

第Ⅲ阶段 为t2以后转速调节阶段。T2时刻，转速已达到

给定值，转速调节器的给定电压与反馈电压相平衡，输入偏

差为零，但其输出由于PI的积分作用还维持在限幅值，电动

机仍在最大电流下继续加速，使转速产生超调，同时ASR

的输入端出现负偏差电压，使转速调节 …… 此处隐藏：4376字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……