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1、安徽建筑工业学院安徽建筑工业学院 毕 业 设 计(论 文) 系系 别别 电子与信息工程学院 专专 业业 电子信息工程 班班 级级 08 建筑电气与智能化(1)班 学生姓名学生姓名 学学 号号 0 设计课题设计课题 某金融广场智能化工程与系统集成的设计与研究 总体方案设计与集成 指导教师指导教师 20122012 年年 6 6 月月 1010 日日 安徽建筑工业学院毕业设计(论文) 摘要 转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能很好、应用最广的直流调速系统。根据晶闸管的 特性,通过调节控制角 大小来调节电压。基于设计题目,直流电动机调速控制器选用了转速、 电流双闭环调速控制电路。在设计中调速系统的
2、主电路采用了三相全控桥整流电路来供电。本文 首先确定整个设计的方案和框图。然后确定主电路的结构形式和各元部件的设计,同时对其参数 的计算,包括整流变压器、晶闸管、电抗器和保护电路的参数计算。接着驱动电路的设计包括触 发电路和脉冲变压器的设计。最后,即本文的重点设计直流电动机调速控制器电路,本文采用转 速、电流双闭环直流调速系统为对象来设计直流电动机调速控制器。为了实现转速和电流两种负 反馈分别起作用,可在系统中设置两个调节器,分别调节转速和电流,即分别引入转速负反馈和 电流负反馈,二者之间实行嵌套联接。从闭环结构上看,电流环在里面,称作内环;转速环在外 边,称做外环。这就形成了转速、电流双闭环
3、调速系统。先确定其结构形式和设计各元部件,并 对其参数的计算,包括给定电压、转速调节器、电流调节器、检测电路、触发电路和稳压电路的 参数计算然后最后采用 MATLAB/SIMULINK 对整个调速系统进行了仿真分析,最后画出了调速控制 电路的电气原理图。 关键词: 双闭环; 转速调节器;电流调节器 安徽建筑工业学院毕业设计(论文) abstract Speed and current double closed-loop D.C governor system is a D.C speed controlled system which has fairly good performance
4、and the most extensive apply. Based on the characteristic of thyristor, it adjusts voltage by regulating the trigger angle “” of SCR. In paper, D.C motor speed controller is using of current and speed double closed-loop speed control circuit. The energy of power circuit is supplied of three-phase fu
5、ll-bridge controlled rectifier. Firstly, determines the entire design the plan and the diagram. Secondly, make sure the structure of power circuit and the design of elements , and calculate the element parameter,including rectifier transformer, thyristor, reactor and protection circuit. Thirdly, act
6、uates the electric circuit the design including to trigger the electric circuit and the pulse.Last, The paper mainly focuses on the design of speed controller circuit. In order to realize the rotational speed and the electric current two kind of negative feedbacks, may establish two regulators in th
7、e system, adjusts the rotational speed and the electric current separately, namely introduces the rotational speed negative feedback and the electric current negative feedback separately, between the two implements the nesting joint.Make sure the structure of the circuit and design the elements firs
8、tly, then, calculate the element parameter, including the settling voltage, speed regulator, current regulator, trigger circuit, detection circuit and Voltage-Stabilizing Circuit. Secondly , the paper simulate the speed control system with MATLAB/SIMULINK. At last draw the electric diagram of the sp
9、eed control circuit. key words:two closed-loop; current regulator ; speed regulator 安徽建筑工业学院毕业设计(论文) 目录 一、前言- 1 - 1、智能建筑概念及系统分类 .- 1 - 2、智能建筑的兴起 .- 1 - 3、智能建筑在国内的发展现状 .- 1 - 4、展望 .- 2 - 二、项目概况- 3 - 三、设计原则- 4 - 四、设计依据- 5 - 五、结构化综合布线- 6 - 5.1、系统概述 .- 7 - 5.1.1 系统总体设计.- 7 - 5.2 系统功能需求分析.- 7 - 5.3 系统详细设
10、计.- 8 - 5.3.1 设备间子系统.- 8 - 5.3.2 管理间子系统.- 9 - 5.3.3 垂直干线子系统- 10 - 5.3.4 水平子系统- 11 - 5.3.5 工作区子系统- 11 - 六、安全防范系统.- 12 - 6.1 系统概述- 12 - 6.1.1 系统总体设计- 12 - 6.2 系统功能需求分析- 13 - 6.3 系统详细设计- 14 - 6.3.1 闭路电视监控系统 .- 14 - 6.3.2 防盗报警系统 .- 15 - 6.3.3 电子巡更系统 .- 16 - 6.3.4 停车管理系统 .- 16 - 七、总结.- 17 - 八、致谢.- 18 - 九
11、、参考文献.- 18 - 安徽建筑工业学院毕业设计(论文) - 1 - 一、前言 1、直流调速系统的概述 三十多年来,直流电机调速控制经历了重大的变革。首先实现了整流器的更新换 代,以晶闸管整流装置取代了习用已久的直流发电机电动机组及水银整流装置使直流 电气传动完成了一次大的跃进。同时,控制电路已经实现高集成化、小型化、高可靠 性及低成本。以上技术的应用,使直流调速系统的性能指标大幅提高,应用范围不断 扩大。直流调速技术不断发展,走向成熟化、完善化、系列化、标准化,在可逆脉宽 调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代。直流调速是指人为地或自动地改变直 流电动机的转速,以满足工作机械的要求。从机
12、械特性上看,就是通过改变电动机的参 数或外加工电压等方法来改变电动机的机械特性,从而改变电动机机械特性和工作特性 机械特性的交点,使电动机的稳定运转速度发生变化。直流电动机具有良好的起、制动 性能,宜于在广泛范围内平滑调速,在轧钢机、矿井卷扬机、挖掘机、海洋钻机、金 属切削机床、造纸机、高层电梯等需要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛的应 用。近年来,交流调速系统发展很快,然而直流拖动系统无论在理论上和实践上都比 较成熟,并且从反馈闭环控制的角度来看,它又是交流拖动控制系统的基础,所以直 流调速系统在生产生活中有着举足轻重的作用。 2、电力电子技术的发展 艺水平的不断提高,电力电子器件在容易
13、和类型等方面得到了很大发展,是电力 电 子技术的又一自上世纪五十年代未第一只晶闸管问世以来,电力电子技术开始登上 现代电气传动技术舞台 ,以此为基础开发的可控硅整流装置, 是电气传动领域的一 次革命,使电能的变换和控制从 旋转变流机组和静止离子变流器进入由电力电子器件 构成的变流器时代,这标志着电力电子的诞生。进入 70 年代晶闸管开始形成由低电 压小电流到高电压大电流的系列产品,普通 晶闸管不能自关断的半控型器件,被称为 第一代电力电子器件。随着电力电子技术理论研究 和制造工次飞跃,先后研制出 GTR.G TO,功率 MOSFET 等自关断全控型第二代电力电子器 件。而以绝缘栅双极晶体管(I
14、GB T)为代表的第三代电力电子器件, 开始向大容易高频率、响 应快、低损耗方向发展 。而进入 90 年代电力电子器件正朝着复台化、标准模块化、智能化、 功率集成的方 向发展, 以此为基础形成一条以电力电子技术理论研究,器件开发研制,应用 渗透 性, 在国际上电力电子技术是竞争最激烈的高新技术领域。进入 90 年代电力电子器 件的研究和开发,已进入高频化,标准模块化,集成化和智能时代。从理论分析和实 验证明电气产品的体积与重量的缩小与供电频率的平方根成反比,也就说, 当我们将 安徽建筑工业学院毕业设计(论文) - 2 - 50Hz 的标准二频大幅的提高之后, 使用这样工频的电气设备的体积与重量
15、就能大大 缩小,使电气设备制造节约材料,运行时节电就更加明显,设备的系统性能亦大为改 善,尤其是对航天工业其意义十分深远的。故电力电子器件的高频化是今后电力电子 技术创新的主导方向,而硬件结构的标准模块是器件发展的必然趋势,目前先进的模 块,已经包括开关元件和与其反向并联的续流二极管在内及驱动保护电路多个单元, 并都以标准化和生产出系列产品,并且可以在一致性与可靠性上达到极高的水平。 3、MATLABMATLAB 在直流电机调速系统中的应用 MATLAB 是矩阵实验室(Matrix Laboratory)的简称,是美国 MathWorks 公司出品的 商业数学软件,用于算法开发、数据可视化、数
16、据分析以及数值计算的高级技术计算 语言和交互式环境,主要包括 MATLAB 和 Simulink 两大部分。 Simulink 是 MATLAB 最重要的组件之一,它提供一个 动态系统建模、仿真和综合分析的集 成环境。在该环境中,无需大量书写程序,而只需要通过简单直观的鼠标操作,就可构造出复 杂的系统。 安徽建筑工业学院毕业设计(论文) - 3 - 第 1 章 晶闸管直流调速系统开环特性 1.1 直流调速系统的动态指标 对于一个调速系统,电动机要不断地处于启动、制动、反转、调速以及突然加减负载的过渡 过程,此时,必须研究相关电机运行的动态指标,如稳定性、快速性、动态误差等。这对于提高 产品质量
17、和劳动生产率,保证系统安全运行是很有意义的。 动态指标代表了系统发生过渡过程时的性能,动态指标分跟随指标和抗扰动指标。 (1)跟随指标:系统对给定信号的动态响应性能,称为“跟随”性能,一般用最大超调量 ,超调时间 ts和震荡次数 N 三个指标来衡量,图 2.1 是突加给定作用下的动态响应曲线。最大 安徽建筑工业学院毕业设计(论文) - 4 - 超调量反映了系统的动态精度,超调量越小,则说明系统的过渡过程进行得平稳。不同的调速系 统对最大超调量的要求也不同。一般调速系统 可允许 10%35%;轧钢机中的初轧机要求小于 10%,连轧机则要求小于 2%5%, ;而在张力控制的卷曲机系统(造纸机) ,
18、则不允许有超调量。 调整时间 ts反映了系统的快速性。例如,连轧机 ts为 0.2s0.5s,造纸机为 0.3s。振荡次数也反映 了系统的稳定性。例如,磨床等普通机床允许震荡 3 次,龙门刨与轧机则允许振荡 1 次,而造纸 机不允许有振荡。 图 2.1 突加给定作用下的动态响应曲线 (2)抗扰指标:对扰动量作用时的动态响应性能,称为“抗扰”性能。一般用最大动态速降 nmax,恢复时间 tf和振荡次数 N 三个指标来衡量。用图 2.2 是突加负载时的动态响应曲线。最大 动态速降反映了系统抗扰动能力和系统的稳定性。由于最大动态速降与扰动量的大小是有关的, 因此必须同时注明扰动量的大小。恢复时间反映
19、了系统的抗扰动能力和快速性。振荡次数 N 同样 代表系统的稳定性与抗扰动能力 图 1.2 突加负载时的动态响应曲线 安徽建筑工业学院毕业设计(论文) - 5 - 跟随指标与抗扰指标都表征系统过渡过程的性能,之所以要分别列出,时由于对同一个调速 系统,其跟随指标和抗扰动指标并不相同,不同的生产机械对这两类指标的要求也是不一样的。 此外,当系统过渡过程结束后,稳态误差反映了系统的准确性。一般来说,总是希望最大超调和 最大动态速降小一点,振荡次数少一些,调整时间及恢复时间短一点,稳态误差小一点,即希望 能达到稳,快,准。 事实上,这些指标要求,在同一系统中往往是相互矛盾的,因此需要具体对象所提出的要
20、求, 首先满足主要方面的性能指标要求,而适当降低其他方面的指标。 3,直流调速系统中调速范围、静差率和额定速降之间的关系:在直流电动机变压调速系统中, 一般以电动机的额定转速 nN作为最高转速,若额定负载下的转速降落为 nN,则按照上面分析的 结果,该系统的静差率应该是最低速时的静差率,即 s ns n s n n N N N )1 ( min 于是,最低转速为: N NN nn n n n s minmin0 而调速范围为: minmin max n n n n D N 将上面的代入上式中,得 min n (式 2.1) )1 (sn sn D N N 式(2.1)表示变压调速系统的调速范围
21、、静差率和额定速降之间所应满足的关系。对于同一 个调速系统, 值一定,由式(2.1)可见,如果对静差率要求越严,即要求 s 值越小时,系统能 够允许的调速范围也越小。一个调速系统的调速范围,是指在最低速时还能满足所需静差率的转 速可调范围。 安徽建筑工业学院毕业设计(论文) - 6 - 1.2 晶闸管电动机直流调速系统存在的问题 图 1.3 V-M 系统的运行范围 晶闸管整流器也有它的缺点。首先,由于晶闸管的单向导电性,它不允许电流反向,给系统 的可逆运行造成困难。由半控整流电路构成的 V-M 系统只允许单象限运行(图 1.3a),全控整流 电路可以实现有源逆变,允许电动机工作在反转制动状态,
22、因而能获得二象限运行(图 1.3b)。 必须进行四象限运行时(图 1.3c),只好采用正、反两组全控整流电路,所用变流设备要增加一 倍。 晶闸管的另一个问题是对过电压、过电流和过高的 与 都十分敏感,其中任一指标超 dt du dt di 过允许值都可能在很短的时间内损坏器件,因此必须有可靠的保护电路和符合要求的散热条件, 而且在选择器件时还应留有适当的余量。现代的晶闸管应用技术已经成熟,只要器件质量过关, 装置设计合理,保护电路齐备,晶闸管装置的运行是十分可靠的。 最后,谐波与无功功率造成的“电力公害”是晶闸管可控整流装置进一步普及的障碍。当系统 处于深调速状态,即在较低速运行时,晶闸管的导
23、通角很小,使得系统的功率因数很低,并产生 较大的谐波电流,引起电网电压波形畸变,殃及附近的用电设备,这就是所谓的“电力公害”。在 这种情况下,必须添置无功补偿和谐波滤波装置。 安徽建筑工业学院毕业设计(论文) - 7 - 1.3 晶闸管开环直流调速系统与开环机械特性 图 1.4 晶闸管直流调速系统电气原理图 图 1.5 闸管触发与整流装置动态结构图 晶闸管直流调速系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、平波电抗器、电动机-发电机组等 组成。在本系统中,整流装置的主电路为三相桥式电路,控制电路可直接由给定电压 Ug作为触发 器的移相控制电压 Uct,改变 Ug的大小即可改变控制角 ,从而获得可调电
24、压,以实现直流电动 机的调速。系统原理如图 1.4。 1,系统的组成及调节原理 系统的组成图如 2.5,调节改变移相角 改变 Udn 改变 * n U 2,触发脉冲的相位控制 调节触发装置 GT 输出脉冲的相位,即可很方便地改变可控整流器 VT 输出瞬时电压 ud 的波形,以及输出平均电压 Ud 的数值。如果把整流装置内阻移到装置外边,看成是其负载电路 电阻的一部分,那么,整流电压便可以用其理想空载瞬时值 ud0 和平均值 Ud0 来表示,瞬时电 安徽建筑工业学院毕业设计(论文) - 8 - 压平衡方程: (式 2.2) dt di LRiEu d dd 0 式中 E 为电动机反电动势;id为
25、整流电流瞬时值;L 为主电路总电感;R 主电路等效电阻; 对 ud0 进行积分,即得理想空载整流电压平均值 Ud0 。用触发脉冲的相位角 控制整流电压 的平均值 Ud0 是晶闸管整流器的特点。Ud0 与触发脉冲相位角 的关系因整流电路的形式而异, 对于一般的全控整流电路,当电流波形连续时,Ud0 = f () 可用下式表示: (式 2.3)a m U m U md cossin 0 式中 a 为从自然换相点算起的触发脉冲控制角;Um为 = 0 时的整流电压波形峰值;m 为交 流电源一周内的整流电压脉波数;对于三相全波整流电路,其中 U2 是整流变压器二次侧额定相电 压的有效值,Um=,m=6,
26、。 2 6UaUUdcos34 . 2 20 当 0 0 ,晶闸管装置处于整流状态,电功率从交流侧输送到直流侧; 当 /2 60.1,稳态精度和动态稳定性在这里不矛盾。 下面从原始系统的开环对数频率特性来分析研究闭环传递函数 ) 1)(1( )( 2 sTsTTsT K sW mlms 在一般情况下,因此项有两个负实根,令其为和。 lm T4T ) 1( 2 sTsTT mlm1 /1 T 2 /1 T 也就是说,可将该项分解为两个因式 ) 1)(1(1 21 2 sTsTsTsTT mlm 于是开环传递函数变成 ) 1)(1)(1( )(W 21 sTsTsT K s s ,在这里,是成立的
27、。代入上式并分解sTl015 . 0 sTm19 . 0 sTs00167 . 0 lm T4T 因式,得 ) 1016 . 0 )(1174 . 0 (119 . 0 00285 . 0 1 22 sssssTsTT mlm 根据稳态参数计算的结果,闭环系统的开环放大系数已取为 安徽建筑工业学院毕业设计(论文) - 30 - 53.62 1329 . 0 01222 . 0 1740 e ps C KK K 于是闭环系统的开环传递函数为 ) 100167 . 0 )(1016 . 0 )(1174 . 0 ( 53.62 )( sss sW 相应的开环对数幅频及相频特性如图,其中三个转折频率
28、分别为 11 1 1 75. 5 174 . 0 11 ss T 11 2 2 5 . 62 016 . 0 11 ss T 11 3 3 600 00167 . 0 11 ss T 利用 margin 命令函数 n1=0 62.53;d1=0.174 1;s1=tf(n1,d1); n2=0 1;d2=0.016 1;s2=tf(n2,d2); n3=0 1;d3=0.00167 1;s3=tf(n3,d3); sys=s1*s2*s3; margin(sys) 得出原始闭环调速系统的频率特性如图 18: 图 18 原始系统的伯德图 由图可见,相角裕度 =12.9deg,幅值增益裕度 GM=
29、6.14dB,都是正值,所以闭环系统稳定。 4.34.3 无静差调速系统无静差调速系统 4.3.14.3.1 PIPI 串联校正的设计串联校正的设计 本系统的 PI 调节器设计如下。根据原始系统对数幅频和相频特性图可知: 安徽建筑工业学院毕业设计(论文) - 31 - 21 2 1 2 2 1 1 2 2 1 1 2 log20)(log20log40log20log20 ccc K 因此 211 K c 代入数据,得 11 1 9 . 149 5 . 6275 . 5 53.62 ss c 按上述方法,取,并使,取,在特性sTKpi174 . 0 1 1 22 5 . 62/1 sT c 1
30、 2 60 s c 上查得相应的,因而。dBL 5 . 31 1 dBL 5 . 31 2 从图上看出 pi p p pi K K K K Llog20 /1 /1 log20 2 58.37,57 . 1 log, 5 . 31log20 pi p pi p pi p k K dB K K dB K K 已知,因此17 p K452 . 0 58.37 17 pi K 而 s s K T pi 385 . 0 452 . 0 174 . 0 1 PI 调节器的传递函数为 s s sWpi 385 . 0 1174 . 0 )( 最后,选择 PI 调节器的参数。已知,KR40 0 则,取。KK
31、RKR pi 08.1840452 . 0 01 KR08.18 1 ,取,FF R C oi 63 . 9 10 40 385 . 0 3 1 FC6 . 9 1 验证晶间管和整流装置的传递函数是否满足近似成一阶惯性环节的条件,这个条件是: 。现在,校正后系统的截止频率,而 s c T3 1 1 2 60 s c 1 200 00167 . 0 3 1 3 1 s sTs 显然,上述近似条件是成立的,设计有效。 根据上述分析,加上 PI 校正后整个系统的开环传递函数为: 安徽建筑工业学院毕业设计(论文) - 32 - 1 /1 1 1 )( 2 sTsTT C sT K s sK sW ml
32、m e s s pi op 代入数据得 01222 . 0 119 . 0 00285 . 0 1329 . 0 1 00167 . 0 1 40 385 . 0 1385 . 0 452 . 0 )(W 2 ssss s s op ) 100167 . 0 )(1016 . 0 ( 8 . 41 sss 图 19 校正后的伯德图 从图可知,GM=24dB 和 =56.5deg 都是正值,系统稳定。 图 20 闭环调速系统的 PI 调节器串联校正 (1)原始系统的对数幅频特性 (2)校正环节添加部分的对数幅频和相频特性 (3)校正后系统的对数幅频和相频特性 从图 20 的对比中可以看出:校正后
33、的系统的仰卧频段的斜率变陡,说明校正后的系统的稳态 精度变好了(即静差率变小) ;校正后的截止频率变小了,说明 PI 校正牺牲了系统的快速性。 4.3.24.3.2 无静差调速系统的仿真模型无静差调速系统的仿真模型 从上面的分析可以知,只要系统中含有积分环节,该系统就是无静差的。无静差调速系统的 安徽建筑工业学院毕业设计(论文) - 33 - 稳态结构图如图 21,仿真模型如图 22。 图 21 无静差调速系统的稳态结构图 根据系统稳态结构图(如图 21),选择仿真模块:使用 constant 模块作为转速给定电压,ramp 模块作为负载扰动,并用 staturation 模块限幅,选择 Ga
34、in 模块作为传递函数模块,sum 模块作 为信号综合点,integrator 模块作为积分器,最后加上示波器。由此建立有静差调速系统的数学 模型,并用 MATLAB 软件对系统进行仿真。 图 22 无静差调速系统的 MATLAB 仿真模型 4.3.34.3.3 主要元件的参数设置主要元件的参数设置 转速给定电压、负载扰动、限幅值、传递函数、信号综合点等模块的参数设置与有静差调速系 统的参数设置相同。 将有静差调速系统系统中的 Kp 比例环节换成积分环节,参数设置:分子为0.174 1, 分母为 0.385 0。stop time 为 3.0。 4.3.44.3.4 仿真结果及分析仿真结果及分
35、析 (1)其中给定为 18V,给定和负载同时作用时的输出波形如图 23 所示 图 23 有静差调速系统给定和负载 图 24 无静差调速系统给定和负载 同时作用时的稳态特性 同时作用时的稳态特性 与有静差调速系统输出波形图相比较可知,加入无积分环节后,波形变得平滑了。 安徽建筑工业学院毕业设计(论文) - 34 - 4.44.4 有静差调速系统和无静差调速系统的动态分析设计有静差调速系统和无静差调速系统的动态分析设计 4.4.14.4.1 有静差调速系统的仿真模型有静差调速系统的仿真模型 有静差调速系统的动态结构如图 25 所示,将前述静态比例环节 Ks 换为。 1sT K s s 图 25 采
36、用比例调节器的闭环有静差调速系统结构图 仿真模型如图 26,其中微分环节的设置如图所示。 根据系统稳态结构图(如图 25),选择仿真模块:使用 constant 模块作为转速给定电压,ramp 模块作为负载扰动,并用 staturation 模块限幅,选择 Gain 模块作为传递函数模块,sum 模块作 为信号综合点,Derivative 模块作为微分器,最后加上示波器。由此建立有静差调速系统的数学 模型,并用 MATLAB 软件对系统进行仿真。图 26 为添加恒定负载时的仿真模型。 图 26 单闭环直流调速系统添加恒定负载时的动态仿真模型 4.4.24.4.2 参数设置参数设置 转速给定电压
37、、负载扰动、传递函数、信号综合点等模块的参数设置与有静差调速系统的参数 设置相同。其它参数设置如图所示。 4.4.34.4.3 仿真结果及分析仿真结果及分析 1.图 27 为给定电压时的输出特性。VUn18 * 图 28 为给定电压时的输出特性。VUn20 * 安徽建筑工业学院毕业设计(论文) - 35 - 图 27 有静差调速系统当给定作为 图 28 有静差调速系统当给定作为 时的动态输出特性 时的动态输出特性VUn18 * VUn20 * 2.从图 27 和图 28 中可以看出有静差调速系统的转速对于给定电压具有很好跟随性,给定电 压越大,最终转速越高。且动态模型中,转速会慢慢趋于稳定。
38、3., , 时的转速输出如图 29 所示。此时仿真参数 stop time 设VUn18 * 17 p K30 p K 为 1.0s。从图中可以看出,速度趋于稳定的时间约为 0.5s。但是当 Kp 增大到 40 时,波形变得发 散,说明 Kp 不能一直增大,否则会变得不稳定。 17 p K30 p K 图 29 给定为 18V 额定电流下的有静差调速系统的动态特性 4. 图 30 为用 Ramp 模块加上 staturation 模块限幅作为负载扰动。 图 30 给定为阶跃函数时的有静差调速系统的动态系统 5.图 31 为给定电压时的输出特性。VUn18 * 安徽建筑工业学院毕业设计(论文)
39、- 36 - 图 32 为给定电压时的输出特性。VUn20 * 图 31 有静差调速系统当给定作为 图 32 有静差调速系统当给定作为 时的动态输出特性 时的动态输出特性VUn18 * VUn20 * 6.从图 31 和图 32 中也可以看出有静差调速系统的转速对于给定电压具有很好跟随性,给定 电压越大,最终转速越高。且动态模型中,转速会慢慢趋于稳定。 7., , 时的转速输出如图 33 所示。此时仿真参数 stop time 设VUn18 * 17 p K30 p K 为 0.5s。从图中可以看出,速度趋于稳定的时间约为 0.45s。但是当 Kp 增大到 40 时,波形变得 发散,说明 Kp
40、 不能一直增大,否则会变得不稳定。 17 p K30 p K 图 33 给定为阶跃函数下的有静差调速系统的动态特性 8. 无静差调速系统的动态仿真模型如图 34 所示。将有静差调速系统的比例控制器换成比例积 分控制器。有静差调速系统的输出特性如图 35 所示无静差调速系统的输出特性如图 36 所示。此 时仿真参数 stop time 设为 2.0s。 安徽建筑工业学院毕业设计(论文) - 37 - 图 34 无静差调速系统的动态仿真模型 图 35 有静差调速系统 图 36 无静差调速系统 与有静差调速系统的输出特性对比可知,由于无静差调速系统中将比例环节改为积分环节, 波形波动不大,能够较快达
41、到稳定速度。 综上所述,对于单闭环直流调速系统,为了达到较高的调速性能,需采用 PI 调节器,使波形 在较短时间内达到稳定速度。 安徽建筑工业学院毕业设计(论文) - 38 - 第五章 结论 一个调速系统的调速范围,是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调范围。 开环特性与闭环特性调速过程比较: 开环系统调节过程为 Id n 。 闭环系统调节过程为 Id n Un UnUcUdon。 反馈控制系统的规律是: 一方面能够有效地抑制一切被包在负反馈环内前向通道上的扰动作 用;另一方面,则紧紧地跟随着给定作用,对给定信号的任何变化都是唯命是从的。从而闭环调 速系统可以获得比开环调速系统硬得多的稳态
42、特性,从而在保证一定静差率的要求下,能够提高 调速范围,为此所需付出的代价是,须增设电压放大器以及检测与反馈装置。 采用积分调节器,当转速在稳态时达到与给定转速一致,系统仍有控制信号,保持系统稳定 运行,实现无静差调速。而比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状;积分调节器的输出则 包含了输入偏差量的全部历史。从无静差的角度突出地表明了积分控制优于比例控制的地方,但 是另一方面,在控制的快速性上,积分控制却又不如比例控制;在同样的阶跃输入作用之下,比 例调节器的输出可以立即响应,而积分调节器的输出却只能逐渐地变。但比例积分控制综合了比 例控制和积分控制两种规律的优点,又克服了各自的缺点,扬长避
43、短,互相补充。比例部分能迅 速响应控制作用,积分部分则最终消除稳态偏差。 P控制器是具有比较控制规律的控制器,实质上是一个具有可调增益的放大器,在信号变换过 程中,P控制器只改变信号的增益而不影响其相位。降低增益,使系统的稳定性改善,但使系统的 稳态精度变差。PI控制器是具有比例积分控制规律的控制器,在串联校正时,PI控制器相当于在系 统中增加了一个位于原点的开环极点,同时也增加了一个位于s左半平面的开环零点,位于原点的 极点可以提高系统的型别,以消除或减小系统的稳态误差,改善系统的稳态性能,而增加的负实 零点则用来减小系统的阻尼程度,缓和PI控制器极点对系统稳定性及动态过程产生的不利影响。
44、将使系统的稳态性能得到明显的改善,但使系统的稳定性变差。PI校正使系统的相位后移。PID控 制器是具有比例积分微分控制规律的控制器,其控制器简单易懂,使用中不需精确的系统模型等 先决条件,因而成为应用最为广泛的控制器。此比例积分微分校正兼顾了系统稳态性能和动态性 能的改善。使系统在低频段相位后移,而在中、高频段相位前移。 安徽建筑工业学院毕业设计(论文) - 39 - 参考文献 1莫正康,电力电子应用技术M,上海:机械工业出版社机械工业出版社 2001-8 2吴新开,电子测试、仿真与制作技术M,中南大学出版社学出版社 2009-12 3王连英,基于 Multisim 10 的电子仿真实验与设计
45、M,北京,北京邮电大学出版社北京邮电 大学出版社 2009-8 4丁伟等,Multisim 10 计算机仿真在电子电路设计中的应用M,电子工业出版社业出版社 2009-7 5卢艳红,基于 Multisim 10 的电子电路设计、仿真与应用M,人民邮电出版社电出版社 2009-9 6李传琦,电力电子技术计算机仿真实验M,电力工业出版社 2006-2 致谢 毕业设计终于做完了,在这过程中虽然碰到了许多的难题,但是通过查阅资料和不断的探索 仿真软件在加上蔡老师的指导,最终还是完成啦。 因此我要感谢所有教过我的老师和曾经在学习中给予我鼓励和帮助的同学们。没有大家的帮 助我就不可能这么顺利的完成毕业设计
46、。特别是蔡炯炯老师,是你一步一步的教会了我matlab软 件的使用。使我对开环、闭环不可逆直流调速系统的原理、组成结构和开环、闭环方式下的转速 性能差异。有了更深一步的了解。对我以后的工作和知识的拓展都有着莫大的帮助。之所以能这 么快的完成毕业设计,是因为有老师和同学们的鼎力相助。 大学生活即将悄然的结束了,马上踏上社会,新的生活起点即将开始。 安徽建筑工业学院毕业设计(论文) - 40 - 智能建筑的概念最初进入国内时间并不晚,大体上在 80 年代中以后,中国科学院 计算技术研究所就曾进行了“智能化办公大楼可行性研究”,对智能办公楼的发展进 行了探讨。国内第一座大型智能建筑通常被认为是北京发
47、展大厦,并在此后短短几年 时间里,相继建成了深圳的地王大厦、北京西客站等一大批高标准的智能大厦。而且 不仅在北京、广州等东部大城市出现了智能建筑,即便在乌鲁木齐这样远离沿海的西 部中型城市也建造了智能大厦。智能建筑在国内的发展迎来了高潮。 但中国的智能建筑远不如想像中的乐观,还存在着诸多问题。主要表现在工程建 设水平不高,工程质量不能令人满意,设计意图跟不上用户的需求,建设投资思路保 守。如某些开发商只片面的考虑成本降低.而不去深刻的剖析用户的心理和社会的发展.跟 不上科技进步的步伐;某些智能建筑工程因投资资金、系统整合等原因无法竣工,导致 工程延期、投资浪费;有的建筑物虽然已投入使用,但智能化的功能名存实亡.不能正 常工作。其实,出现这样的问题并不偶然。因为首先打出“智能建筑”旗号的是房地 产开发商,他们中的绝大多数其实并不真正懂得智能建筑,需要的仅仅是这块金字招 牌为其房地产商品大大增值。而真正最早进入这个市场的是系统集成商,他们多半由 原先承担通信或网络工程的公司转变而来,这样的切入本是顺理成章之事,不过,缺 乏对建筑行业的了解却成为他们发展壮大的主要障碍。与此同时,建筑事业的主力军 ,即建筑工程的设计和施工安装两支队伍却显得技术准备不足。尽管其中某些设备系 统原本就是他们的专长,如空调,照明等,但在新的要求下也不免措手不及。正是上 述几个关键问题没有解决好,阻碍
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