自控课程设计 - 图文(3)

图7转速随时间变化图 图8电枢电流随时间变化图

图9励磁电流随时间

变化图 图10负载转矩随时间变化图

三、在题二的基础上建立直流电动机转速负反馈系统仿真模型，观察在不同放大器放大倍数时对转速变化的影响；

（1)绘制仿真线路

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图11 直流电动机转速负反馈系统仿真图

（2）仿真结果

图12转速随时间变化图 图13负载转矩随时间变化图

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图14 U=5时的移相控制信号 图15 U=5时转速随时间变化图

四、在题三的基础上交流直流电动机带电流截止负反馈的仿真模型，观察转速和电流的动态响应过程。

（1)绘制仿真线路

图16交流直流电动机带电流截止负反馈的仿真图

（2）仿真结果

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图17 转速响应 图18电流响应

五、自动控制原理课程设计大作业-直流电动机拖动自动控制系统的校正

某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据如下：直 流电动机：220V、17A、1460r/min、Ce=0.132 V·min/r，允许过载倍数λ =1.5。 晶闸管装置放大系数Ks=22 ； 电枢回路总电阻： R=1.6Ω ； 时间常数Tl =0.03s ， Tm=0.18s ；

电流反馈系数：β=0.3922V/A(≈10V/1.5V/IN)； 转速反馈系数： α=0.007V·min/r(≈10V/nN) 。

设计一转速电流双闭环控制的调速系统，设计指标为电流超调量σi%≤5% ，空载起动到额定转速时的转速超调量σn%≤10% 。取电流反馈滤波时间常数 Toi=0.002s ，转速反馈滤波时间常数Ton=0.01s。 取转速调节器和电流调节器的饱和值为12V， 输出限幅值为10V，额定转速时转速给定 U*n=10V 。仿真观察系统的转速、电流响应和设定参数变化对系统响 应的影响。 要求：

（1）根据转速电流双闭环控制的直流调速系统动态结构图，按传递函数构建仿真模型； （2）按工程方法设计和选择转速和电流调节器参数，ASR 和 ACR 都采用 PI 调节器。 （3）设定模型仿真参数，仿真时间 10s，并在 6s时突加 1/2 额定负载，观察控制系统电流、 转速响应。

（4）修改调节器参数，观察在不同参数条件下，双闭环系统电流和转速的响应，修改转速 给定，观察电动机在同步转速时的工作情况。

（5）使用 Power System模块建立直流电机双闭环系统仿真模型，并与传递函数模型运行结 果进行比较。

（1） 转速电流双闭环控制的直流调速系统动态结构图

1）反馈控制闭环调速系统动态数学模型（转速反馈） ①额定励磁下直流电动机等效模型

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图19直流电动机等效电路

如图 19 绘出了直流电动机的等效电路图，其中电枢回路电阻 R 和电感 L 包含整流装置 内阻和平波电抗器电阻与电感在内，规定的正方向如图所示。

由图可以列出以下微分方程如下： Udo=RId+L·dId/dt+E(主电路，假设电流连续) E=Cen(额定励磁下的感应电动势)

Te-TL=GD2dn/375dt(牛顿力学定律，忽略粘性摩擦)

Te=CmId(额定励磁下的电磁转矩)

式中：Tl为包括电机空载转矩在内的负载转矩，单位为 Nm； Ce 为直流电动机在额定磁通下电动势转速比；

Cm=30Ce/π 为直流电动机在额定磁通下转矩电流比；

GD2 为电力拖动系统运动部分折算到电机轴上的飞轮力矩，单位为 Nm2；定义下列时

间常数：

Tl=L/R —电枢回路电磁时间常数，单位为 s；

Tm=GDR/(375CmCe) —电力拖动系统机电时间常数，单位为 s。

代人微分方程，并整理后得

Udo-E=R(Id+TldId/dt)

Id-Idl=TmE/(Rdt)

式中：Id=Tl/Cm为负载电流。

在零初始条件下，取等式两侧的拉氏变换，得电压与电流之间的传递函数

Id(s)/[Udo(s)-E(s)]=1/[R(Tl(s)+1] （1）

电流与电动势之间的传递函数为

E(s)/[Id(s)-Idl(s)]=R/(Tm·s) （2） 式（1）和（2）的结构图分别如下

图20式（1）的结构图 图21式（2）的结构图

将图 20和图 21合起来，并考虑到n=E/Ce ，即得额定励磁下直流电动机的动态结构如 下图：

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