文档介绍：湖南科技大学
电子与电气技术实验教学中心
实验报告
实验课程:电力拖动自动控制系统
实验内容:带电流截止负反馈的转速闭环的数字式直流调速系统的仿真与设计

院系:信息与电气工程学院
专业:电气工程及其自动化
班级:电气三班
学号:
姓名:
实验指导教师:
实验日期: 实验室名称:数字电路室
带电流截止负反馈的转速闭环的数字式直流调速系统的仿真与设计
摘要: 到目前为止,虽然在交流电动机的调速问题方面已经解决,但是在速度调节要求却较高,本文主要介绍转速闭环直流调速系统的工作原理,并在此基础上对转速闭环直流电动机的调速系统进行分析,借助MATLAB/SIMULINK 建立起仿真图并进行仿真与分析。论文中给出了各个物理量的波形并对波形进行了分析从而对转速闭环调速系统的稳定性方面得出了一些结论。该调速控制系统可以实现平滑的调速,且具有良好的动静态调速性能,仿真结果验证了系统设计的有效性、可行性。
关键词: 转速闭环调速系统; 直流电动机; MATLAB 仿真
一、引言
在分析电压负反馈电流补偿直流调速系统的基础上,本文提出在主电路中增加了串联的取样电感,用来提取电枢自感电动势产生的压降。改进后的电流正反馈能补偿由电枢内阻和自感电动势产生的压降,提高了动态电流变化时电流补偿的精度。根据转速、电流双闭环调速系统的设计方法,用Simulink做了带电流补偿的电压负反馈直流调速系统仿真,仿真结果证明,增加取样电感后可以消除电流补偿的滞后,在忽略参数变化的影响下精确地补偿电枢压降,改进后的电压负反馈电流补偿能够获得跟转速负反馈同样的效果。电机是一种将电能转换成机械能的设备。到目前为止,虽然交流电动机的调速问题已经解决,但是在速度调节要求较高,正、反转和启、制动频繁或多单元同步协调运转的生产机械上,仍采用直流电动机。
二、课程设计的目的:
①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,进行运动系统的初步设计。
②学会应用MATLAB软件,建立数学模型对控制系统进行仿真研究,掌握系统参数对系统性能的影响;
③在理论设计与仿真研究的基础上,应用Protel进行控制系统的印刷板的设计,为毕业设计打下基础。
三、程设计课题:
带电流截止负反馈的转速闭环的数字式直流调速系统的仿真与设计

直流电动机(2):
输出功率为:10Kw 电枢额定电压220V
电枢额定电流 50A 额定励磁电流2A
额定励磁电压110V

电机机电时间常数2S
额定转速 970rpm
环境条件:
电网额定电压:380/220V;
电网电压波动:10%;
环境温度:-40~+40摄氏度;
环境湿度:10~90%.
控制系统性能指标:
电流超调量小于等于5%;
空载起动到额定转速时的转速超调量小于等于30%;
调速范围D=20;
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四、转速负反馈的闭环直流调速系统的原理
该系统由转速给定环节为Un*,放大倍数为KP的放大器、移相触发器CF、晶闸管整流器和直流电动机M、测速发电机TG等组成。带转速负反馈的直流调速系统的稳态特性方程为:K=KPKSKa/Ce,KP为放大器放大倍数;KS为晶闸管整流器放大倍数;Ce为电动机电动势常数; 为转速反馈系数;R 为电枢回路总电阻。式可以看到,如果适当增大放大器放大倍数KP电机的转速降△n 将减小,电动机有更好的保持速度稳定的性能。
为了获得良好的静、动态性能,转速和电流两个调节器一般都采用 P I 调节器,这样构成的双闭环直流调速系统的电路原理图示于下图。图中标出了两个调节器输入输出电压的实际极性,它们是按照电力电子变换器的控制电压Uc为正电压的情况标出的,并考虑到运算放大器的倒相作用。
1 电截止负反馈
为了解决反馈闭环调速系统的起动和堵转时电流过大问题,系统
中必须有自动限制电枢电流的环节。根据反馈控制原理,要维持哪一个物理量基本不变,就应该引入那个物理量的负反馈。那么引入电流负反馈,应该能够保持电流基本不变,使它不超过允许值。但是这种作用只应在起动和堵转时存在,在正常运行时又得取消,让电流自由地随着负载增减,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,简称截流反馈。为了实现截流反馈,须在系统中引入电流截止负反馈环节。如图1所示,电流反馈信号取自串人电动机电枢回路的小阻值电阻RS,IdRS正比于电流。设Idcr为临界的截止电流,当电流大于Idcr时将电流负反馈信号加到放大器的输入端,当电流小于