双闭环直流调速系统的设计与仿真 下载本文

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Ode23tb(stiff/TR-BDF2)采用TR-BDF2算法,即在龙格-库塔法的第一阶段用用梯形法,第二阶段用二阶的backward differentiation formulas算法,在容差比较大时,ode23tb和ode23t都比ode15s好[13]。

2.3 工程设计法

作为工程设计方法,首先要使问题简化,突出主要矛盾。简化的基本思路是,把调节器的设计过程分为两步:

第一步,先选择调节器的结构,以确保系统稳定,同时满足所需的稳态精度。 第二步,再选择调节器的参数,以满足动态性能指标的要求。

这样做,就把稳、快和抗干扰之间互相交叉的矛盾问题分为两步来解决,第一步先解决主要矛盾,即动态稳定性和稳态精度,然后第二步再进一步满足其他动态性能指标。

2.4 直流电动机

在即将进行的仿真设计中,直流电动机是一个不可或缺的部分。众所周知,直流电动机具有良好的启动、制动性能,宜于在宽范围内进行平滑无级调速。并且它在轨钢机、金属切割机床、高层电梯、铁路机车、造纸机、矿井卷场机、挖掘机等需要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛的运用。

在目前知道的范围内,可控直流电源——电动机调速系统,包括直流电动机启动、开环直流调速、单闭环直流调速、双闭环直流调速以及直流脉宽PWM-M等调速系统的仿真[14]。

直流电动机和交流电动机相比,其制造工艺复杂,生产成本高,维修困难,需备有直流电源才能使用。但因直流电动机具有较高的过载能力、较大的启动转矩和良好的启动、制动、平滑的调速性能,可以在很宽范围内平滑调速,能在很短的时间里改变转向,所以直流调速系统在现阶段仍然是自动调速系统的主要形式

[15]

。转

速-电流双闭环直流调速系统具有结构简单,工作可靠,且设计较为方便的特点,是应用非常广泛的一种直流调速系统[16]。

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第三章 简单闭环调速系统的设计与仿真

3.1 单闭环有静差转速负反馈调速系统的建模与仿真

单闭环有静差转速负反馈调速系统由给定信号、速度调节器、同步脉冲触发器、三相整流桥、平波电抗器、直流电动机、速度反馈等环节组成。如图3.1是单闭环有静差转速负反馈调速系统的仿真模型[17]。其中的Subsystem模块如图3.2所示。

图3.1 单闭环有静差转速负反馈调速系统的仿真模型

图3.2 Subsystem模块

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3.1.1.主电路的建模和参数设置

三相对称电压源建模和参数设置。提取交流电压源模块AC Voltage Source(路径为SimPower Systems/Electrical Source/AC Voltage Source),再用复制的方法得到三相电源的另外两个电源模块,并把模块标签分别改为“A”、“B”、“C”,从路径SimPower Systems/Elements/Ground取接地元件Ground,按图1主电路图进行连接。

三相对称电压源参数设置。双击三相交流电压源图标,打开电压源参数对话框,A相交流电压源参数设置:峰值电压为220V,初相位为0°,频率为50Hz,其他默认值如图3.3所示。B相和C相交流电压源设置参数方法:参数设置除了相位相差120°外,其他参数与A相相同,注意B相的初始相位为240°,C相的初始相位为120°,由此可以得到三相对称交流电源。

图3.3 AC Voltage Source模块参数设置对话框

晶闸管整流桥的建模和主要参数设置。取晶闸管整流桥Universal Bridge的路径为SimPower Systems/Power Electronics/Universal Bridge,并将模块标签改为“三相整流桥”然后双击模块图标打开整流桥参数设置对话框,参数设置如图3.4,当采用三相整流桥时,桥臂数取3,电力电子元件选择晶闸管,其他参数设置原则:

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如果针对某个具体交流调速系统进行仿真,对话框中应该取该调速系统中晶闸管元件的实际值。如果不是针对某个具体调速系统的仿真,可以取默认值进行仿真,如果仿真结果不理想,就要适当调整各模块参数。

平波电抗器的建模和参数设置。提取电抗器元件RLC Branch,路径为SimPower/Elements/RLC Branch,由于无单个电感元件,通过参数设置改为纯电感元件,其电抗为1e-3,即电抗值为0.001H。参数设置如图3.5。

图3.4 三相整流桥参数设置对话框

直流电动机的建模和参数设置。提取直流电动机模块DC Machine的路径为SimPower Systems/Machines/DC machine,将模块标签改为直流电动机。直流电动机励磁绕组接直流电源DC Voltage Source,双击此图标。打开参数设置框,电压参数设为220V。电枢绕组经平波电抗器同三相整流桥连接。电动机TL端口接负载转矩。用变量Step表示,其提取路径为Simulink/Sources/Step,参数设置如图3.6,可以看出开始负载转矩为50,在2s后负载转矩变为100,负载转矩模块标签改为“TL”。直流电动机输出m口有4个合成信号,用模块Demux(路径为Simulink/Signal

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