魏少晨 自动化0901 运动控制系统仿真.doc

运动控制系统仿真 ————单闭环电压负反馈和带电流正反馈调速系统的建模与仿真 电控学院 自动化0901班 魏少晨 0906050116 2012/7/10 一 控制对象电机参数： 调速系统的基本数据如下:晶闸管三相桥式全控整流电路供电的双闭环直流调速系统,直流电动机:220V,136A,1460r/min,电枢电阻Ra=0.2Ω,允许过载倍数λ= 1.5;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力矩:GD2= 22.5N·m2,晶闸管装置:放大系数Ks=40,电流反馈系数:β=0.05V/A,转速反馈系数:α=0.007Vmin/r,滤波时间常数:Toi=0.002s ,Ton=0.01s，γ=0.0455。 二 设计要求： (1)稳态指标:转速无静差; (2)动态指标:电流超调量σi≤5%,空载起动到额定转速的转速超调量σn≤10% 三 实验对象参数的设定: 如上图所示，参数的设定值为：=0.4 ，k=40 ，T=0.03s，T=0.18s，=7.58，Gain2=0.015，Gain3=0.006，Gain4=0.3，Gain5=2.8 三相桥式电路平均失控时间T=0.00167s 四 设计思路： 对调速系统来说，转速负反馈是闭环系统的基本反馈形式，但是，要实现转速负反馈必须有转速检测装置，如测速发电机等。对模拟量控制来说，就是采用测速发电机作为反馈检测器件，安装测速发电机时，要求其轴和主电机轴严格同心，这不仅增加了设备成本，也增添了维护上的困难，对于调速指标要求不高的系统来说，可以采用电机端电压负反馈的方法来代替测速发电机的速度反馈方法，从而使系统加以简化，但是，电压负反馈调速系统不能克服电枢压降所造成的转速降落，调速性能不如转速负反馈，因此，在电压负反馈的同时，对电枢压降加以补偿，即进行电流补偿控制。 原理图如上图所示 为了对调速系统进行稳定性和动态品质分析，须建立系统的数学模型。通常先根据系统中各环节的物理规律，列写出描述该环节动态过程的微分程，进而求出各环节的传递函数，然后，组成系统的动态结构图并求出系统的传递函数。下面将分别给出闭环调速系统各环节的传递函数和闭环调速系统的传递函数。 他励直流电动机的等值电路 由它励直流电动机电压公式可得： U=R*I+L+E 可以推出： E=U-R*I-L 将E乘以电压反馈系数γ后反馈到给定电压端，与给定电压相减，得到偏差电压。 对于电流正反馈部分如下图： 整个系统的闭环传递函数为： 该系统的临界稳定条件是： 故可以推出： 电流正反馈可以用来补偿一部分静差，以提高调速系统的稳态性能。但是，不能指望电流正反馈来实现无静差，因为这时系统已经达到了稳定的边缘。 五 系统建模仿真： 系统的建模仿真图如下： 仿真结果波形： 带额定负载时的转速波形，U=10V，K=0.4，K=40，γ=0.045， β=0.006. 带额定负载时的电流波形：U=10V，K=0.4，K=40，γ=0.045， β=0.006. 六 结论： 本次单闭环电压负反馈和带电流正反馈调速系统的建模与仿真试验基本达到了规定的设计要求，因此可以得出电压负反馈与电流正反馈控制原理对调速指标要求不高（D≤20, S≥10%）的情况下，在实际应用中还是可行的。 电压负反馈与经典的转速反馈相比，不需要转速反馈测量装置，这就很大程度的简化了系统的结构，对调速精度要求不高的系统中可以实现。但是从静特性方程式上可以看出，电压负反馈环把被反馈环包围的变流器内阻等引起的稳态速降减1/(k+1)倍，而由电枢电阻引起的速降仍和开环系统一样，因为扰动量处在电压负反馈环外，系统对它引起的转速降落无抑制作用，同样，对于电动机励磁变化所造成扰动，电压负反馈电压负反馈也无法无法克服，因此，电压负反馈调速成系统的稳态速降比同等放大系数的转速负反馈系统要大些，即稳态性能要差一些。在实际系统中，为了尽可能减小稳态速降，电压反馈应尽量靠近电动电枢两端。因此，在电压负反馈的同时，对电枢压降加以补偿，即进行电流补偿控制。 七 实习心得： 本次实习使我获益匪浅。首先，在将近两个礼拜的实习中我熟悉并掌握