word文档带电流截止负反馈环节的单闭环直流调速系统设计

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带电流截止负反馈环节的单闭环直流调速系统设计1设计目的(1)了解带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统的工作原理,熟悉组成环节及每个环节的作用。(2)应用所学的交、直流调速系统的基本知识与工程设计方法,结合生产实际,确定系统的性能指标与实现方案,进行运动控制系统的初步设计。(3)应用计算机仿真技术,通过在MATLAB软件上建立运动控制系统的数学模型,对控制系统进行性能仿真研究,掌握系统参数对系统性能的影响。2设计参数采用晶闸管三相桥式全控整流电路供电,基本数据如下:直流电动机UN=220V,IN=65A,nN=1000r/min,电枢电阻Ra=0.15Ω,电枢电感La=0.0002H,励磁电压Uf=220V,励磁电流If=1.5A,电枢绕组和励磁绕组互感Laf=0.82H,供电电源电压U2=130V;晶闸管装置Ts=0.00167s,放大系数Ks=40;电枢回路总电阻R=0.5Ω;电枢回路总电感L=15mH;电动机轴上的总飞轮惯量GD2=12.5N·m2;转速调节器最大给定值*nmU=10V;3设计任务(1)分析电流截止负反馈环节的工作原理,画出系统稳态结构图;(2)在MATLAB中建立带电流截止负反馈环节的单闭环直流调速系统;(3调节控制器参数,确定最佳调节参数。将Simulink仿真模型,以及启动过程中的电流、转速波形图附在设计说明书中。比较带电流截止负反馈环节和不带电流截止负反馈环节启动过程的差异。4设计要求1.稳态指标:转速无静差;2.动态指标:启动电流的最大值150A。空载启动到额定转速的转速超调量σn≤15%。4设计基本内容4.1问题的提出在转速反馈控制直流调速系统中存在一个问题,在启动、制动过程和堵转状态时,电枢电流会过大。为了解决反馈闭环调速系统的起动和堵转时电流过大的问题,系统中必须有自动限制电枢电流的环节。引入电流负反馈,可以使它不超过允许值。但这种作用只应在起动和堵转时存在,在正常的稳速运行时深圳山特电源有限公司广告为您提供逆变器等产品的报价与购买咨询服务,配电方案与技术支持,欢迎致电!查看详情>又得取消,让电流随着负载的增减而变化。这样的当电流大到一定程度时才出现的电流负反馈,叫做电流截止负反馈。4.2电流截止负反馈环节为了实现截止负反馈,必须在系统中引入电流负反馈截止环节。电流负反馈截止环节的具体线路有不同形式,但是无论哪种形式,其基本思想都是将电流反馈信号转换成电压信号,然后去和一个比较电压Ucom进行比较。最简单的是在电动机电枢回路串入一个小阻值的电阻Rs,IdRs是正比于电流的电压信号,用它去和比较电压Ucom进行比较。当IdRs>Ucom,电流负反馈信号Ui起作用,当IdRs≤Ucom,电流负反馈信号被截止。比较电压Ucom可以利用独立的电源,在反馈电压IdRs和比较电压Ucom之间串接一个二极管组成电流负反馈截止环节,如图1所示;也可以利用稳压管的击穿电压Ubr作为比较电压,组成电流负反馈截止环节,如图2所示。图1利用独立直流电源作比较电压图2利用稳压管产生比较电压4.3带电流截止负反馈环节的单闭环直流调速系统的组成带电流截止负反馈环节的单闭环直流调速稳态系统结构框图及原理图如图3和图4现货供应山社闭环步进电机,高精度二相四线闭环步进电机广告日本山社闭环步进电机及步进电机驱动器,性能稳定,质量可靠,现货,查看详情>图3带电流截止负反馈的闭环直流调速稳态系统结构框图图4含电流截止负反馈的转速负反馈原理图4.4PI调节器参数计算闭环直流调速系统稳态参数的计算1)额定负载时的稳态速降应为:150r/minmin/15015.01000rnnNNcl2)闭环系统应有的开环放大系数:计算电动机的电动势系数:0.2125V.min/r+-UU++-MTG+-RP2nRP1*nR0R0RbalcVTVSUiTALIdR1C1UnUd-+TGKpKs1/CeαRsR——UfnUfiUgn—IdRs-UbjnUc△UnUdoUbj电流变送器首选深圳微浩-值得信赖广告深圳微浩长期坚持电流变送器在物联,工控,配电领域的领先地位:查看详情>V.min/r2125.0100015..065220NaNNnRIUCe开环系统额定速降为:152.9r/minmin/9.1522125.05.065rCeRInNop闭环系统的开环放大系数为:0.019019.011509.1521clopnnK3)计算转速负反馈环节的反馈系数转速反馈系数为:0.01V.min/r.r0.01V.min/100010NnmnU4)判断系统的稳定性计算:电枢回路的总电感为15mH系统中各环节的时间常数:电磁时间常数Tl:0.03SSRLTl03.05.0015.0机电时间常数Tm:0.0386SSCeCmRGDTm0386.0029.22125.03755.05.123752晶闸管装置的滞后时间常数Ts:0.00167S5.2400167.003.0200167.0)00167.003.0(0386.02)(slsslmTTTTTTK计算出开环放大系数应满足的稳定条件为K≤24.5,又因为K=0.019,所以系统稳定。6)PI调节器设计原始系统的开环传递函数)1)(1()(2sTsTTsTKsWmlmsSTSTSTKlms03.0,0386.0,00167.0,019.0其由于Tm>4Ts因此分母中的二次项可以分解成两个一次项之积,T1=0.0386S,T2=0.03S,减速步进电机_英士达机电广告Instar齿轮箱步进电机,具有高效率和紧凑尺寸特别适合用于自动化应用。查看详情>原始闭环系统的开环传递函:)100167.0)(103.0)(10386.0(019.0)(ssssW参数计算:260386.01111T3303.01212T60000167.01313TlT0.0328.1piKPI调节器的传递函数为Wpi(s)=(0.0384s+1)/0.03s4.4电流截至负反馈环节参数计算ARUUIsncomdb1501AIRUINScomdcr782.1由上面两个公式联立可得:Ucom=15VRs=0.1387.心得体会通过本次设计,我了解了带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统的工作原理,熟悉组成环节及每个环节的作用。熟悉了对MATLAB软件的运用,在每个环节的参数运算及设定中,更进一步的理解了课堂所学知识,更对带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统的应用和工作原理有了本质上的认识。加强了自己的思考与动手能力。在大学的课堂的学习只是在给我们灌输专业知识,指导我们学习的方向。如果我们想把所学的用到我们现实的生活中去,则必须要有扎实的理论基础,此次的设计为我奠定了一个理论基础,0386.01TKpi

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日期:2020-11-04
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