转速闭环控制的直流电动机有静差调速系统仿真

目录

一 绪论............................................................. 2

二 系统的结构与原理 ............................................................................................................... 2

2.1 系统结构及电流 .............................................. 2

2.2 系统静特性 . .................................................................................................................. 2

三 电流截至负反馈环节的设计 ............................................................................................. 2

3.1 电流截止负反馈环节结构设计 .................................. 2

3.2 电流截止负反馈环节参数设计 .................................. 4

四 利用matlab/simulink绘制系统的仿真 ...................................................................... 4

4.1 仿真原理图 . .................................................................................................................. 4

五 总结........................................................................................................................................... 6 参考文献 ........................................................................................................................................ 6

一 绪论

对于单闭环转速调节系统而言存在以下问题：

1. 起动的冲击电流——直流电动机全电压起动时，如果没有限流措施，会产生很大的冲击电流，这不仅对电机换向不利，对过载能力低的电力电子器件来说，更是不能允许的。

2. 闭环调速系统突加给定起动的冲击电流——采用转速负反馈的闭环调速系统突然加上给定电压时，由于惯性，转速不可能立即建立起来，反馈电压仍为零，相当于偏差电压，差不多是其稳态工作值的 1+K 倍。这时，由于放大器和变换器的惯性都很小，电枢电压一下子就达到它的最高值，对电动机来说，相当于全压起动，当然是不允许的。

3. 堵转电流——有些生产机械的电动机可能会遇到堵转的情况。例如，由于故障，机械轴被卡住，或挖土机运行时碰到坚硬的石块等等。由于闭环系统的静特性很硬，若无限流环节，硬干下去，电流将远远超过允许值。如果只依靠过流继电器或熔断器保护，一过载就跳闸，也会给正常工作带来不便。

为解决问题可以电枢串电阻起动；引入电流截止负反馈；加积分给定环节。本设计主要讨论如何采用电流截止负反馈来限制起动电流。

二 系统的结构与原理

2.1 系统结构及电流

考虑到，限流作用只需在起动和堵转时起作用，正常运行时应让电流自由地随着负载增减。如果采用某种方法，当电流大到一定程度时才接入电流负反馈以限制电流，而电流正常时仅有转速负反馈起作用控制转速。这种方法叫做电流截止负反馈，简称截流反馈。 电流截止负反馈环节的I/O特性如图1-2所示。它表明当输入信号俄日正值时，输出输入相等；当为负值时，输出为零。这是一个两段线性环节。

图1-1电流截止负反馈环节的I/O特性

带电流截止负反馈的闭环直流调速稳态结构图如图1-3。

图1-2 带电流截止负反馈的闭环直流调速稳态结构图

由图1-3可写出该系统两段静特性的方程式。

当 Id ≤ Idcr 时，电流负反馈被截止，静特性和只有转速负反馈调速系统的静特性式相同，n =K p K s U n *

C e 1+K -RI d

C e 1+K

。

当 Id > Idcr时，引入了电流负反馈，静特性变成 n =K p K s (U n *)

C e 1+K R +K (-p K s R s )I d

C e

1+K 2.2 系统静特性

带电流截止负反馈闭环调速系统的静特性如图1-4。

图1-3 带电流截止负反馈闭环调速系统的静特性

静特性的两个特点：

（1）电流负反馈的作用相当于在主电路中串入一个大电阻 Kp Ks Rs ，因而稳态速降极大，特性急剧下垂。

（2）比较电压与给定电压的作用一致，好象把理想空载转速提高到

'=n 0

K p K s (U n *+U com )C e 1+K

三 电流截至负反馈环节的设计

3.1 电流截止负反馈环节结构设计

直流调速系统中的电流截止负反馈环节如图2-1，电流反馈信号取自串入电动机电枢回路中的小阻值电阻Rs,IdRs 正比于电流。设Idcr 为临界的截至电流，当电流大于截至电流时，将电流负反馈信号加到放大器的输入端；当电流小于截至电流时，将电流反馈切断。为

实现这一作用，需引入比较电压Ucom 。图2-1a 中用独立的直流电压源作为比较电压，其大小可用电位器调节，相当于调节截至电流。在IdRs 与Ucom 之间串联一个二极管VD ，当IdRs ＞Ucom 时，二极管导通，电流负反馈信号Ui 即可加到放大器上；反之二极管截止，Ui 消失。 显然这一线路中，截止电流I dcr =U com /R s 。

图2-1b 中利用稳压管VS 的击穿电压Ubr 作为比较电压，线路要简单得多，但不能平滑调节截止电流值。

a 利用独立直流电源作比较电压 b 利用稳压管产生比较电压

图2-1 电流截止负反馈环节 a ）

3.2 电流截止负反馈环节参数设计

Idbl应小于电机允许的最大电流，一般取I dbl =(1.5~2)I N 从调速系统的稳态性能上看，希望稳态运行范围足够大，截止电流应大于电机的额定电流，一般取 I dcr ≥(1.1~1.2)I N

3.3 反馈系数的设计 。

U n *10V α===0.01 n 1000

四 利用matlab/simulink绘制系统的仿真

4.1 仿真原理图

带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统仿真模型如图4-1所示。

图4-1 带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统仿真模型

设定仿真时间1s ，在0.5s 时突加负载，转速、电枢电流和转矩的变化情况如图4-2，4-3。

图4-2 转速n 仿真图像

图4-3 电枢电流Id. 转矩T 仿真图像

通过以上仿真结果可以发现，电机大概在0.3s 时稳定，电枢电流为零，此时电机的转速为其空载转速。0.5s 突加负载后，电枢电流上升，并在0.65s 时稳定在固定值，电机转速随着突加负载有下降现象，在0.6s 时达到稳定，稳定值在1000n/min左右, 但没有回升到空载转速，此为静差转速调节的特性。

五 总结

这次课设让我了解并熟悉了MATLAB 软件的仿真使用，对单闭环直流调速系统与带电流截至负反馈的单闭环直流调速系统的区别有了更深一步的认识。对电流截至负反馈的原理结构更加熟悉。通过仿真形象的将带电流截至负反馈的单闭环直流调速系统启动，空载，突加负载，调速的书本知识原理与仿真图像相结合。

参考文献

1. 王兆安，等. 电. 力电子技术[M〕. 北京:机械工业出版社，2000.

2. 张广溢，等. 电机学[M]。重庆:重庆大学出版社，2002.

3. 王军. 自动控制原理[M]。重庆:重庆大学出版社，2008.

4. 周渊深. 交直流调速系统与Flat 1 ab仿真[M].俨比京:中国电力出版社，2004.

5. 陈伯时，电力拖动自动控制系统(第2版)[M].北京:机械工业出版社.2005

6. 陈伯时. 电力拖动自动控制系统一一运动控制系统(第3版) 机械工业出版社.