直流無靜差調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計與Matlab實現(xiàn)_有靜差直流自動調(diào)速系統(tǒng)
發(fā)布時間:2020-02-16 來源: 短文摘抄 點擊:
摘要:本文討論了直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計方法,建立并對比了有靜差與無靜差調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,用Matlab仿真軟件對系統(tǒng)性能進行了仿真分析。結(jié)果表明,采用PI調(diào)節(jié)器的無靜差調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)與穩(wěn)態(tài)性能得到了明顯改善。
關(guān)鍵詞:調(diào)速系統(tǒng);靜差;PI調(diào)節(jié)器;Matlab
中圖分類號:TP303 文獻標(biāo)識碼:A
1 概述
在生產(chǎn)中,很多設(shè)備都需要用直流電機進行拖動。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量,提高生產(chǎn)效率,要求這些設(shè)備在不同的場合能以不同的速度工作,或者要求在變化的負(fù)載下能保持設(shè)定的速度。在調(diào)整生產(chǎn)設(shè)備的速度時,不僅要求能保證達到最高與最低速度,還要求有一定的調(diào)速精度,而直流調(diào)速系統(tǒng)便可實現(xiàn)這一動態(tài)與穩(wěn)態(tài)性能要求。
2 問題的提出
2.1 控制系統(tǒng)組成及原理
2.1.1 閉環(huán)有靜差調(diào)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成原理
該原理如圖1所示。該系統(tǒng)由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR、晶閘管觸發(fā)器AT、晶閘管整流器UR、直流電動機M和測速發(fā)電機TG組成。
從圖1中可見,這種調(diào)速系統(tǒng)是一種典型的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。當(dāng)用戶需要負(fù)載以一定的速度運動時,可以通過調(diào)節(jié)指令信號電位計,產(chǎn)生一定的指令信號電壓,再通過綜合校正及電壓放大裝置ASR對指令信號進行一定的變換處理,進一步通過功率放大及供電裝置的放大處理,產(chǎn)生相應(yīng)的可調(diào)電壓并加到直流電機M的電樞兩端,電機在該電壓作用下以一定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動,并通過減速傳動機構(gòu)拖動負(fù)載運動。與此同時,與電機相連的測速電機TG測得電機的轉(zhuǎn)速,并通過反饋電位計變換成相應(yīng)的反饋電壓,在綜合校正裝置中與指令信號進行比較,產(chǎn)生一定的誤差信號,進一步調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速,以保證負(fù)載的轉(zhuǎn)速等于所要求的轉(zhuǎn)速。
該系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)如圖2所示,其中Kc為比例控制器系數(shù),Ks為晶閘管觸發(fā)與整流裝置電壓放大系數(shù),Ts為品閘管整流電路的延遲時間常數(shù),Td為電機的電磁時間常數(shù),Rd為電樞電阻,Tm為機電時間常數(shù),Ce為反電勢常數(shù),Ksf為速度反饋系數(shù)。
從圖中可知,這是一個三階系統(tǒng),考慮到Ts很小可忽略,該系統(tǒng)是0型系統(tǒng),從閉環(huán)傳遞函數(shù)可看出該系統(tǒng)相當(dāng)于由比例環(huán)節(jié)和二階振蕩環(huán)節(jié)串聯(lián)而成。因而當(dāng)輸入階躍信號Un(s)=1/s時,穩(wěn)態(tài)誤差ess=1/(1+Kp)。
如果還考慮系統(tǒng)在擾動信號IL(s)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差,則系統(tǒng)總的穩(wěn)態(tài)誤差還會進一步加大。一般可通過增大來減小穩(wěn)態(tài)誤差,但會造成超調(diào)量增加,使系統(tǒng)平穩(wěn)性變差。當(dāng)系統(tǒng)對動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能要求很高,甚至要求穩(wěn)態(tài)誤差為0時,就必需改進調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu),于是在比例調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上引入積分調(diào)節(jié)器,形成PI控制無靜差調(diào)速系統(tǒng)。
2.1.2閉環(huán)無靜差調(diào)速
為了維持負(fù)載以一定的速度運動,必須保持電機兩端有一定的電壓,為此要求綜合校正放大裝置ASR產(chǎn)生一定的控制信號。圖1所示的有靜差調(diào)速系統(tǒng)的ASR里沒有積分環(huán)節(jié),穩(wěn)態(tài)時反饋與指令信號之間必定要產(chǎn)生并保持一定的誤差信號。
若ASR中含有積分環(huán)節(jié),穩(wěn)態(tài)時所需要的控制指令信號可以由積分環(huán)節(jié)產(chǎn)生,無需由誤差信號提供,從而可保證穩(wěn)態(tài)時誤差信號為零,這便構(gòu)成了如圖3所示的無靜差調(diào)速系統(tǒng)。圖3由于積分環(huán)節(jié)的引入,系統(tǒng)的型別由原來的0型變成了1型,而1型系統(tǒng)當(dāng)輸入階躍信號Un(s)=1/s時,穩(wěn)態(tài)誤差ess=0,還可證明系統(tǒng)在擾動信號IL(s)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差也為0(證明從略),因此單閉環(huán)無靜差調(diào)速系統(tǒng)總的穩(wěn)態(tài)誤差為0。圖3所示電路的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。
2.2 控制系統(tǒng)仿真分析
在用數(shù)學(xué)分析方法對系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能進行綜合分析的基礎(chǔ)上,為直觀起見,我們采用Matlab對系統(tǒng)動態(tài)、穩(wěn)態(tài)及綜合性能進行仿真分析。根據(jù)圖2和圖4,在Matlab下用simulink工具箱建立系統(tǒng)CAD仿真模型,在控制系統(tǒng)輸入端加階躍信號,通過輸出的階躍響應(yīng)曲線就可直觀地比較閉環(huán)有靜差調(diào)速與無靜差調(diào)速系統(tǒng)動、穩(wěn)態(tài)性能的差異。
設(shè)Td=0.03s,Tm=0.2s,Ks=0.03s,Rd=0.5,Ce=0.132V/r•min,Ksf=0.07,Ts=0.00167s,將以上參數(shù)代入動態(tài)結(jié)構(gòu)圖并進行仿真,結(jié)果如圖5所示。
圖6中曲線I、II分別為有靜差和無靜差調(diào)速控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線?梢钥闯,有靜差系統(tǒng)是穩(wěn)定的,調(diào)節(jié)時間也基本符合工程要求,但系統(tǒng)存在一定的穩(wěn)態(tài)誤差;采用PI調(diào)節(jié)器后,系統(tǒng)(無靜差)的超調(diào)量雖有增大但也符合要求,穩(wěn)態(tài)誤差為0,控制精度得到改善,調(diào)節(jié)時間基本上沒有受到影響,若再適當(dāng)選擇系統(tǒng)參數(shù),可進一步改善動態(tài)性能?梢姡捎脽o靜差調(diào)速后系統(tǒng)的動態(tài)、穩(wěn)態(tài)性能得到了優(yōu)化。將Matlab應(yīng)用于直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計,仿真結(jié)果直觀,參數(shù)調(diào)試方便,可以非常方便地分析系統(tǒng)參數(shù)對直流調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)與穩(wěn)態(tài)性能的影響,并通過調(diào)整各參數(shù)使系統(tǒng)性能最優(yōu)。
參考文獻
[1]曾勵.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計[M].北京:高等教育出版社,2004.
[2]邱曉林.基于Matlab的動態(tài)模型與系統(tǒng)仿真[M].西安:西安交通大學(xué)出版社,2003.
[3]何衍慶等.控制系統(tǒng)分析、設(shè)計和應(yīng)用――Matlab語言的應(yīng)用[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2003.
[4]陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2004.
相關(guān)熱詞搜索:調(diào)速 設(shè)計 系統(tǒng) 直流無靜差調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計與Matlab實現(xiàn) 單閉環(huán)無靜差直流調(diào)速系統(tǒng) 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實驗
熱點文章閱讀