双闭环DC调速系统设计与Simulink仿真
本次课程设计主要针对的是某PWM斩波电路供电的双闭环直流调速系统,该系统应用于运动控制系统,尤其适用于静态和动态性能优良的场合。系统的核心组成部分包括电流环和转速环,其中转速环作为外环,通过PI调节器确保电机转速迅速跟随给定电压并保持稳定,实现无静差控制;电流环作为内环,通过PI调节器控制电流跟随给定电压,从而实现对电机电流和转速的有效调节。 设计目标是基于浙江理工大学拖动系统课程,利用Simulink工具箱进行仿真,以一个具体的直流电动机为例,其参数如下:电枢电阻2.581 Ω,电枢电感0.028 H,励磁电阻281.3 Ω,励磁电感156 H,互感0.9483 H,转动惯量0.02215 kg·m²,额定励磁电压240 V,额定电枢电压300 V,额定转速1750 r/min,额定功率3765 W,过载倍数1.7,开关频率5 KHz。设计过程涉及电机参数计算、电机开环模型建立,以及电力电子变换器、电流检测和速度检测环节的考虑。 设计思路是采用双闭环控制架构,通过转速调节器(ASR)和电流调节器(ACR)协同工作,转速调节器为主导,能够有效抗负载变化和电网波动,提供电流限制,同时电流调节器保证电流跟随给定值,保护电机在过载或堵转时免受损害。电力电子变换器负责将电网电压转换为适合电机运行的电压,电流反馈和转速反馈用于实时调整控制策略。 在建模和调节器设计部分,首先基于给定的电机参数,如电动机的电枢电阻、电感和磁通,计算出电机在额定励磁条件下的转矩系数、电动势系数,进而确定额定电枢电流和额定负载转矩。然后,通过电磁时间常数和机电时间常数来构建电机传递函数模型,描绘电机的动态特性。电力电子器件的参数选择则要考虑电网电压的稳定性,以保证系统的正常运行。 整个设计过程包括理论学习、参数计算、模型建立和仿真验证,旨在深入理解双闭环直流调速系统的工作原理,以及如何通过Simulink工具箱进行实际的系统仿真,从而提升对电机控制技术的实践能力。通过此次课程设计,学生可以熟练掌握双闭环控制策略在直流电机调速系统中的应用,并为实际工程中的直流电机控制提供理论基础。
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