基于MATLAB的多环直流调速系统建模与仿真毕业设计任务书
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《电力电子技术》课程设计说明书直流调速系统设计院、部:电气与信息工程学院学生姓名:***指导老师:陆秀令职称:教授专业:电气工程及其自动化班级:电气本1101班学号: ***********摘要直流调速系统有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点,所以获得了广泛应用。
本文从直流电动机的工作原理入手,建立双闭环直流调速系统的数学模型。
然后按照自动控制原理,利用SIMULINK对系统进行了各种参数给定下的仿真,通过仿真获得了参数整定的依据。
整流电路就是把交流电能转换为直流电能的电路。
大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。
它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。
整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。
整流电路的种类有很多,有半波整流电路、单相桥式半控整流电路、单相桥式全控整流电路、三相桥式半控整流电路、三相桥式全控整流电路等。
在理论分析和仿真研究的基础上,本文设计了一套实验用双闭环直流调速系统。
对系统的性能指标进行了实验测试,表明所设计的双闭环调速系统运行稳定可靠,具有较好的静态和动态性能,达到了设计要求。
采用MATLAB软件中的控制工具箱对直流电动机双闭环调速系统进行计算机辅助设计,并用SIMULINK进行动态数字仿真,同时查看仿真波形,以此验证设计的调速系统是否可行。
关键词:直流调速系统;调节器;双闭环系统;仿真;整流目录摘要1 整流电路与双闭环直流调速系统的工作原理 (1)1.1双闭环直流调速系统的介绍 (1)1.2三相桥式全控整流电路的原理 (2)2 系统设计方法及步骤 (6)2.1三相桥式整流电路仿真模型建立和参数设置 (6)(1)三相桥式全控整流电路的分析 (6)(2)三相桥式整流电路的仿真 (6)2.2系统设计参数 (7)(1)直流电机控制系统设计参数 (7)(2) 环境条件 (7)2.3电流环设计 (7)(1)确定时间常数 (7)(2) 选择电流调节器结构 (7)2.4转速环设计 (7)(1) 确定时间常数 (7)(2) 选择转速调节器结构 (7)3 Matlab和Simulink简介 (8)3.1 Matlab简介 (8)3.2 Simulink简介 (8)4 Simulink环境中的系统模型、仿真结果及分析 (10)4.1带阻感性负载三相桥式全控整流电路的仿真分析 (10)4.2直流调速系统的仿真 (11)(1) 开环直流调速系统的仿真 (11)(2) 单闭环有静差转速负反馈调速系统的建模与仿真 (12)(3) 双闭环直流调速系统定量仿真 (14)5 三相桥式全控整流直流不可逆调速系统的电气原理总图 (16)总结 (17)参考文献1 整流电路与直流调速系统的工作原理1.1 双闭环直流调速系统的介绍双闭环调速系统的工作过程和原理:启动阶段,电动机的实际转速低于给定值,速度调节器的输入端存在一个偏差信号,经放大后输出的电压保持为限幅值,速度调节器工作在开环状态,速度调节器的输出电压作为电流给定值送入电流调节器, 此时则以最大电流给定值使电流调节器输出移相信号,直流电压迅速上升,电流也随即增大直到等于最大给定值, 电动机以最大电流恒流加速启动。
基于MATLAB的双闭环直流调速系统设计目录1、绪论 (3)2、设计方案论证 (4)3、系统仿真 (8)4、心的体会 (9)5、参考文献 (9)1.绪论对于一般的调速系统来说,采用PI 调节器的单闭环直流调速系统(单闭环系统)可一以在保证系统稳定的前提下实现转速无净差。
但是如果对系统的动态性能要求较高,例如要要求快速起动、制动,突加负载动态速降小等等。
此时仅凭单闭环系统已经很难满足要求。
这主要是因为单闭环系统不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程。
为了能很好地解决这个问题,我们引入了转速、电流双闭环直流调速系统组成的双闭环直流调速系统。
在系统中分别设置两个调节器,分别调节转速和电流,即分别引入转速负反馈和电流负反馈。
两者之间实行嵌套(或者称为串级)联接。
如图1所示把转速调节器的输出当作电流调节器的输入,再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE 。
从闭环 结构上看,电流环在里面,称为内环;转速环在外边,称为外环。
这样就形成了转速、电 流双闭环调速系统。
双闭环直流调速系统的原理图如图1。
图1 转速、电流双闭环直流调速系统TGnASRACRU *n + -U nU iU*i+-U cTAVM+-U dI dUPL-MT2.设计方案论证 2.1.设计要求直流电动机的技术参数如下:220V 、136A 、1460r/min 、e C =0.312min V r ∙、 允许过载倍数λ=1.5,晶闸管装置的放大倍数SK =40,失控时间s T =0.0017s,电枢回路总电路R=0.5Ω,时间常数L T =0.03s, m T =0.18s,电流反馈系数β=0.05V/A ,转速反馈系数α=0.007min V r ∙。
设计要求:稳态指标无净差,动态指标,i σ%不大于5%,n σ%不大于10%2.2.具体设计方法系统无净差则ss e =0,因此选用I 型系统,采用双闭环直流调速系统,先设计电流环,再设计转速环。
基于Matlab的双闭环调速系统设计报告目录一、摘要 (2)二、总体方案设计 (3)1、控制原理2、控制结构图三、参数计算 (5)1、静态参数设计计算2、动态参数设计计算四、稳定性分析 (8)1、基于经典自控理论得分析2、利用MATLAB辅助分析A、利用根轨迹分析B、在频域内分析奈氏曲线:bode图利用单输入单输出仿真工具箱分析用Simulink仿真五、系统校正 (14)1、系统校正的工具2、调节器的选择3、校正环节的设计4、限流装置的选择六、系统验证 (15)1、分析系统的各项指标2、单位阶跃响应3、Simulink仿真系统验证系统运行情况七、心得体会 (20)八、参考文献 (20)一、摘要运动控制课是后续于自动控制原理课的课程,是更加接近本专业实现应用的一门课程。
直流电动机具有良好的起、制动性能,宜于在大范围内平滑调速,在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。
由于直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟,而且从控制的角度来看,它又是交流拖动控制系统的基础。
所以加深直流电机控制原理理解有很重要的意义。
本设计首先进行总体系统设计,然后确定各个参数,当明确了系统传函之后,再进行稳定性分析,在稳定的基础上,进行整定以达到设计要求。
另外,设计过程中还要以matlab为工具,以求简明直观而方便快捷的设计过程。
二、总体方案设计1、控制原理根据设计要求,所设计的系统应为单闭环直流调速系统,选定转速为反馈量,采用变电压调节方式,实现对直流电机的无极平滑调速。
所以,设计如下的原理图:图1、单闭环直流调速系统原理图转速用与电动机同轴相连的测速电机产生的正比于转速的电压信号反馈到输入端,再与给定值比较,经放大环节产生控制电压,再通过电力电子变换器来调节电机回路电流,达到控制电机转速的目的。
这里,电压放大环节采用集成电路运算放大器实现,主电路用晶闸管可控整流器调节对电机的电源供给。
所以,更具体的原理图如下:图2、单闭环直流调速系统具体原理图2、控制结构图有了原理图之后,把各环节的静态参数用自控原理中的结构图表示,就得到了系统的稳态结构框图。
基于MATLAB的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真直流电机双闭环调速系统是一种常见的控制系统,常用于工业生产中对电机速度的精确控制。
本文将基于MATLAB软件进行直流电机双闭环调速系统的设计与仿真,包括系统设计、参数设置、控制策略选择、系统仿真以及性能分析等方面。
文章将以1200字以上的篇幅进行详细阐述。
一、系统设计直流电机双闭环调速系统由速度环和电流环构成。
速度环控制系统的输入为速度设定值和电机实际速度,输出为电机期望电压;电流环控制系统的输入为速度环输出的电压和电机实际电流,输出为电机实际电压。
通过控制电机的期望电压和实际电压,达到对电机速度的调控。
二、参数设置在进行系统仿真之前,需要确定系统中各个参数的值。
包括电机的额定转矩、额定电压、电感、电阻等参数,以及控制环节的比例增益、积分增益、微分增益等参数。
这些参数的选择会影响系统的稳定性和动态性能,需要根据实际情况进行调整。
三、控制策略选择常见的控制策略包括PID控制、PI控制、PD控制等。
在直流电机双闭环调速系统中,可以选择PID控制策略。
PID控制器由比例环节、积分环节和微分环节组成,可以提高系统的稳定性和响应速度。
四、系统仿真在MATLAB中进行直流电机双闭环调速系统的仿真,可以使用Simulink模块进行搭建。
根据系统设计和参数设置,搭建速度环和电流环的控制器,连接电机实际速度和电机实际电流的反馈信号,输入速度设定值和电机期望电流,输出电机期望电压。
通过仿真可以得到系统的动态响应曲线,评估系统的性能。
五、性能分析在仿真结果中,可以分析系统的静态误差、超调量、调整时间等指标,评估系统的控制性能。
通过参数调整和控制策略更改等方式,可以优化系统的控制性能,使系统达到更好的调速效果。
总结:本文基于MATLAB软件对直流电机双闭环调速系统进行了设计与仿真。
通过系统设计、参数设置、控制策略选择、系统仿真以及性能分析等步骤,可以得到直流电机双闭环调速系统的动态响应曲线,并通过参数调整和控制策略更改等方式,优化系统的控制性能。
基于MATLAB的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真《机电控制系统分析与设计》课程大作业之一基于MATLAB 的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真1 计算电流和转速反馈系数β=U im∗dm=10V=1.25Ωα=U nm∗=10=0.02V∙min/r2 按工程设计法,详细写出电流环的动态校正过程和设计结果根据设计的一般原则“先内环后外环”,从内环开始,逐步向外扩展。
在这里,首先设计电流调节器,然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节,再设计转速调节器。
电流调节器设计分为以下几个步骤:a 电流环结构图的简化1)忽略反电动势的动态影响在按动态性能设计电流环时,可以暂不考虑反电动势变化的动态影响,即∆E ≈0。
这时,电流环如下图所示。
2) 等效成单位负反馈系统如果把给定滤波和反馈滤波两个环节都等效地移到环内,同时把给定信号改成U *i (s ) /β ,则电流环便等效成单位负反馈系统。
3) 小惯性环节近似处理由于T s 和 T 0i 一般都比T l 小得多,可以当作小惯性群而近似地看作是一个惯性环节,其时间常数为T ∑i = T s + T oi 简化的近似条件为ois ci 131T T ≤ω电流环结构图最终简化成图。
b 电流调节器结构的选择 1) 典型系统的选择:从稳态要求上看,希望电流无静差,以得到理想的堵转特性,采用 I 型系统就够了。
从动态要求上看,实际系统不允许电枢电流在突加控制作用时有太大的超调,以保证电流在动态过程中不超过允许值,而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要的因素,为此,电流环应以跟随性能为主,应选用典型I 型系统 2) 电流调节器选择电流环的控制对象是双惯性型的,要校正成典型 I 型系统,显然应采用PI型的电流调节器,其传递函数可以写成ss K s W i i i ACR )1()(ττ+=K i — 电流调节器的比例系数;τi — 电流调节器的超前时间常数3) 校正后电流环的结构和特性为了让调节器零点与控制对象的大时间常数极点对消,选择则电流环的动态结构图便成为图a 所示的典型形式,其中a) 动态结构图:b) 开环对数幅频特性c. 电流调节器的参数计算电流调节器的参数有:K i 和 τi ,其msT l8i==τRK K K i siI τβ=中 τi 已选定,剩下的只有比例系数 K i , 可根据所需要的动态性能指标选取。
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y制造系统自动化技术大作业——基于MATALAB的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真院系:机电工程学院班级:学号:姓名:日期:2013.07.02©哈尔滨工业大学第一部分 设计任务书设计参数:设一转速、电流双闭环直流调速系统,采用双极式H 桥PWM 方式驱动,已知电动机参数为:额定功率200W ; 额定转速48V ; 额定电流4A ; 额定转速=500r/min ; 电枢回路总电阻8=R Ω; 允许电流过载倍数λ=2; 电势系数=e C 0.04Vmin/r ; 电磁时间常数=L T 0.008s ; 机电时间常数=m T 0.5;电流反馈滤波时间常数=oi T 0.2ms ; 转速反馈滤波时间常数=on T 1ms ;要求转速调节器和电流调节器的最大输入电压==**im nmU U 10V ; 两调节器的输出限幅电压为10V ; PWM 功率变换器的开关频率=f 10kHz ; 放大倍数=s K 4.8。
试对该系统进行动态参数设计,设计指标: 稳态无静差; 电流超调量≤i σ5%;空载起动到额定转速时的转速超调量σ ≤ 25%; 过渡过程时间=s t 0.5 s 。
第二部分 设计说明书一、稳态参数计算电流反馈系数:)/(25.14210A V I U nom im =⨯==*λβ转速反馈系数:)min/(02.050010r V n U nom nm ===*α二、电流环设计1、确定时间常数已知PWM 功率变换器的开关频率kHz f 10=,则s T s 0001.0=。
取电流滤波时间常数0.0002oi s τ=,按电流环小时间常数环节的近似处理方法,取s T T T oi s i 0003.00002.00001.0=+=+=∑2、选择电流调节器结构电流环可按典型I 型系统进行设计。
摘要摘要直流调速系统的在工业中的应用很广泛,也是交流调速系统的基础。
直流调速系统用双闭环结构时控制效果最好,为此本文对双闭环直流调速系统进行了研究,重点对控制部分展开研究。
分析调速系统的稳态和动态结构,建立双闭环直流调速系统的数学模型,通过全面分析根据双闭环直流调速系统的控制要求将电流和转速都设计为比例积分调节器,并设计了电流和转速调节器的参数。
对经典双闭环系统进行分析的同时,为了能得到合理的设计参数,用MATLAB软件对电流环和转速环的设计举例进行了仿真,通过比较说明了直流调速系统的特性。
关键词:双闭环直流调速系统;比例积分调节器;MATLABIABSTRACTDC servo system is widely used in the industry,and is the fadation of AC servo System.The DC servo system can be controled well with double-closed system.In this paper double-closed loop DC servo system is studied,the importance of zhe study is the control section.analysis of the static and dynamic of speed control system,and establishing a double-closed loop DC system mathematical model. PI controler is designed for both the current and speed regulator,and design current and speed regulator parameters. When analysis of the classical double-loop system,in order to get a reasonable design parameters. MATLAB software has been selected to simulate parameters of the system which has been choosen,with a comparison to show the characteristics ofDC Control system.KEY WORDS:Double-closed loop DC servo system ;PI controller;MATLABII目录目录第一章绪论 (1)1.1 课题背景、发展及意义 (1)1.2 课题的主要任务及内容 (1)1.3论文的内容安排及主要工作 (5)第二章直流调速系统理论研究和方案确定 (6)2.1双闭环调速系统的工作原理 (6)2.1.1 转速控制的要求和调速指标............................................... 错误!未定义书签。
河南城建学院本科毕业设计(论文)摘要毕业设计 [论文] 题目:基于MATLAB的多环直流调速系统建模与仿真河南城建学院本科毕业设计(论文)摘要摘要该文对开环转速、单闭环转速、电流双闭环及多环直流调速系统进行了计算机仿真研究。
直流调速系统是一个复杂的自动控制系统,在设计和调试过程中有大量的参数需要计算和调整。
他借助于MATLAB6.5软件,对一些典型的直流电机控制系统进行了仿真研究,实现了不同模型的动态仿真,对系统作了稳态和动态性能指标分析。
对同一种直流电机调速系统,可以采取纯由传递函数模块搭建系统模型仿真、基于电气原理图结构搭建混合模块的系统模型仿真和编程仿真,并阐述了各种方法的特点。
利用Simulink中仿真功能对系统进行了仿真,仿真的结果证明了该方法的可行性、合理性。
利用仿真技术可以很大程度地减少多环直流调速系统设计和调试强度。
关键词:直流电机调速开环单闭环多环河南城建学院本科毕业设计(论文)摘要AbstractThis paper provides a research about the simulation of open-loop single closed loop and speed and current double closed and many loops DC speed control system.In the complex system designed ,there are many parameters that need to be calculated and adjusted. The study on a couple of typical DC control systems with MATLAB 6.5 has bean carried out by the author and the system simulation based on different MATLAB model has been realized, including the simulation of the system model which is purely constructed by the transfer function blocks, the simulation of the system model which is made up of hybrid Simulink blocks and the simulation of the system model coming from MATLAB programming and the features of the above ways are illustrated. The analyze of dynamic and stable performance and index of these DC machine control systems is also done in this study. The system simulation model is built with the MATLAB software.The result of the simulation is practical and reasonable. The design work can be much reduced when using the simulation technology.Keywords:DC machine speed regulation open-loop single-loop many loops目录摘要 .............................................................. I I Abstract ........................................................... I II 1 绪论 . (1)1.1 课题研究的意义及目的 (1)1.2 直流调速系统国内外发展现状及趋势 (1)1.3 本论文研究主要内容及创新 (2)2 直流电动机 (4)2.1 直流电动机基本原理 (4)2.1.1 直流电机的基本构成 (4)2.1.2 直流电机的工作原理 (4)2.2 直流电动机的调速方法 (5)2.2.1 调速的定义 (5)2.2.2 调速的指标 (7)3 直流电动机的调速系统 (10)3.1 开环直流调速系统的工作原理 (10)3.1.1 开环调速系统组成及原理 (10)3.1.2 晶闸管-电动机系统的机械特性 (10)3.2 单闭环直流调速系统的工作原理 (11)3.2.1单闭环直流调速系统的介绍 (11)3.2.2 单闭环调速系统的稳态特性 (12)3.2.3 单闭环有静差调速系统 (16)3.3 双闭环直流调速系统的工作原理 (20)3.3.1 双闭环直流调速系统的介绍 (20)3.3.2 双闭环直流调速系统的组成 (21)3.3.3 各变量的稳态工作点和稳态参数计算 (23)3.3.4 双闭环直流调速系统的数学模型 (24)3.4 三闭环直流调速系统的工作原理 (26)3.4.1 三闭环直流调速系统的介绍 (26)3.4.2 三闭环直流调速系统的数学模型 (27)3.4.3 三闭环调速系统的建模步骤 (27)4 直流调速系统建模与仿真 (29)4.1 直流调速系统建模 (29)4.1.1 参数的计算 (29)4.1.2 直流调速系统的建模的方法 (31)4.2 直流调速系统的建模与仿真 (32)4.2.1 开环调速系统 (32)4.2.2 转速单闭环调速系统 (33)4.2.3 转速电流双闭环调速系统 (35)4.2.4 三闭环直流调速系统 (36)总结 (40)参考文献 (41)致谢 (43)附录 (1)1 绪论1.1 课题研究的意义及目的电动机是将电能转化为机械能的动力转换设备。