直流调速仿真

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,直流调速仿真,基于matlab7/simulink6环境,Email:,2010.4,1,内容提要,双闭环工程设计传递函数仿真,直流调速Simulink电气仿真,2,内容提要,双闭环工程设计传递函数仿真,电流环仿真,转速环仿真,仿真文件包已发布blog可下载,仿真中参数取于教材P68,3,4,5,内容提要,双闭环工程设计传递函数仿真,直流调速Simulink电气仿真,6,内容提要,直流调速Simulink电气仿真,Simulink中电力电子工具箱SimPowerSystems介绍,SimPowerSystems工具箱DC Motor Model分析,SimPowerSystems工具箱自带直流调速例程分析,7,双闭环工程设计传递函数仿真,工程设计方法电流环仿真,在工程设计方法中存在三种不同传递函数形式,分别是,教材P59 图3-12虚线框内,教材P61 图3-15典形I型,教材P62-63 电流环等效闭环传函,8,-,I,dL,U,d0,U,n,+,-,-,+,-,U,i,ACR,1,/R,T,l,s+,1,R,T,m,s,U,*,i,U,c,K,s,T,s,s+,1,I,d,1,C,e,+,E,T,0i,s+,1,1,T,0i,s+,1,ASR,1,T,0n,s+,1,T,0n,s+,1,U,*,n,n,电流内环,转速、电流双闭环调速系统。,9,K,I,s,(,T,i,s+,1),I,d,(,s,),+,-,U,*,i,(,s,),校正后电流环的结构和特性,校正成典型I型系统的电流环,a) 动态结构图:,b) 开环对数幅频特性:,0,L,/dB,ci,-20dB/dec,/,s,-1,-40dB/dec,T,i,10,电流环等效闭环传函,典型I型传一阶惯性,11,wi.mdl,电流环的三种形式,只标出参数名，数据未录入，用只于分析图不能运行仿真,12,13,14,wi2.mdl,代入参数的电流环,15,16,Wi2.mdl运行结果,曲线,黄色-曲线1 紫色-曲线2 淡蓝-曲线3,结论：三种情况反映出不同简化模型Step的结果存在一定的差别,不足：PI中的饱和处理不完全到位，大家可自修正改进,17,18,wi3.mdl,模块化封装的电流环,只针对电流环第一种形式仿真，参数与结果同wi2.mdl一样,优点：参数通过变量形式传给模块内部，方便参数的批量修改，参数有名称更直观易理解,超调4.6%5%与设计理论一致,19,20,21,22,23,24,双闭环工程设计传递函数仿真,工程设计方法转速环仿真,转速环实际指双闭环，内部有电流环基础上完成,在工程设计方法中转速存在三种不同传递函数形式,分别是,教材P59 图3-12 电流环转速环都不简化,教材P63 图3-18a 电流环有简化，转速环不简化,教材P63 图3-18c 电流环转速环都简化,25,-,I,dL,U,d0,U,n,+,-,-,+,-,U,i,ACR,1,/R,T,l,s+,1,R,T,m,s,U,*,i,U,c,K,s,T,s,s+,1,I,d,1,C,e,+,E,T,0i,s+,1,1,T,0i,s+,1,ASR,1,T,0n,s+,1,T,0n,s+,1,U,*,n,n,电流内环,双闭环调速系统的动态结构图,教材P59 图3-12 电流环转速环都不简化,26,教材P63 图3-18a 电流环有简化，转速环不简化,27,教材P63 图3-18c 电流环转速环都简化,n,(,s,),+,-,U,*,n,(,s,),校正后成为典型,II,型系统,28,wn.mdl,教材P59 图3-12 电流环转速环都不简化仿仿真,29,30,31,32,33,wn.mdl仿真结果分析,可看到转速典线与书中相比超调更大，是由于ASR PI调节器的饱和环节没设计好，后面将有改进分析。,转速起动出现反转，是出于仿真开始就给TL，这时电流还没上去Te40rpm，这是因为IdL给定较大.减小IdL或增大电机惯量可减小反转最大转速。,不足与建议： ACR PI调节器的饱和环节还没改进，可参照ASR PI调节器的饱和环节改进,37,ACR PI调节器的饱和环节,wn.mdl中的情况,38,39,ACR PI调节器的饱和环节,wn2.mdl中的情况,40,41,wn3.mdl,教材P63 图3-18a 电流环有简化，转速环不简化,在wn.mdl中存在的问题ASR PI调节器存在的问题没改进,转速给定从120rpm加大到1200rpm,42,43,44,45,wn3.mdl仿真结果分析,反转仍有但不明显,电流环被简化后ACR PI的饱和问题不存在。,用没改进的ACR PI超调比wn.mdl小,46,wn4.mdl,教材P63 图3-18c 电流环转速环都简化,典型II型无饱和限幅,47,48,49,wn4.mdl仿真结果分析,转速波动很大，这是没大饱和限幅的现象。与教材P65一致,50,Simulink中电力电子工具箱,SimPowerSystems 是在 Simulink环境下进行电力电子系统建模和仿真的先进工具。,使用标准电气符号进行电力系统的拓扑图形建模和仿真。,为建立详细的电力系统模型提供了广泛全面的模块库。,标准的 AC 和 DC 电机模型模块；变压器；传输线；信号和脉冲发生器；HVDC 控制；IGBT模块和大量设备模型，有断路器，二极管，IGBT，GTO，MOSFET和晶闸管；,51,特点,计算电流和电压的稳态解,设定或恢复初始电流/电压状态,电力机械的潮流计算,提供了扩展的电气系统网络设备模块，如电力机械，功率电子元件，控制测量模块和三相元器件。,52,特点,使用 功能强大的Simulink变步长积分器和过零检测功能，给出高度精确的电力系统仿真计算结果。,为快速仿真和实时仿真提供了离散化和信息矢量化方法,提供多种分析方法，可以,计算电路的状态空间表达,53,SimPowerSystems强大功能,电源 AC 和 DC 电压源，受控电压源和受控电流源。,电流回路元器件包含RLC支路和负载、线性和饱和变压器、电路分离器、传输线模型,电力机械包含完整或简化形式的异步电机，同步电机，永磁同步电机，直流电机，激磁系统和水力和蒸气涡轮-调速系统模型。,电力电子元器件二极管，简化/复杂晶闸管，GTO，开关，MOSFET，IGBT 和通用型桥接管模型。,54,SimPowerSystems强大功能,控制和测量模块电压、电流和电抗测量，RMS测量，有效和无功功率计算，计时器，万用表，傅立叶分析，HVDC控制，总谐波失真，abc 到 dq0 和 dq0 到 abc 轴系变换，三相V-I测量，三相脉冲和信号发生，三相序列分析，三相 PLL 和连续/离散同步6-，12-脉冲发生器。,三相网络元器件三相 RLC 负载和支路，断路器和故障点，三相电抗，型传输线， 电压源，6-脉冲二极管和晶闸桥管，整流二极管，Y-/Y-/Y-/Y-Y-可配置三相变压器，分析器和测量。,55,电源,56,电流回路元器件,57,58,电力机械,59,电力电子元器件,60,控制和测量模块,61,求解技术,通过 SimPowerSystems 的测量模块可以将电气系统模型信号转变为 Simulink 模型信号，并在示波器中显示。电机和电力电子模块的测量输出端也可以直接输出 Simulink 模型信号。 Simulink中一些变步长的求解技术是专门用来针对刚性系统进行建模仿真，Simulink的过零检测功能确保了能够以足够的机械精度来检测和处理系统中的中断过程。 此外，SimPowerSystems还利用了Simulink中的加速器的加速功能，以显著地提高仿真的速度或者减少仿真的时间。,62,直流调速Simulink电气仿真,Simulink中电力电子工具箱SimPowerSystems介绍,SimPowerSystems工具箱DC Motor Model分析,SimPowerSystems工具箱自带直流调速例程分析,63,DC Machine,TL负载转矩,M测量输出,A+ A-电枢回路,F+ F-励磁回路,64,电机参数,Ra,La,Rf,Lf,Laf,J,Bm,Tf ,65,第一层内部结构,66,第二层内部结构,67,直流调速Simulink电气仿真,Simulink中电力电子工具箱SimPowerSystems介绍,SimPowerSystems工具箱DC Motor Model分析,SimPowerSystems工具箱自带直流调速例程分析,68,例程1 starting a DC Motor,打开方法:,Start-,Demos-,Simulink-,SimPowerSystems-,Starting a DC Motor-,69,直流电机变阻启动,70,2.8 4.8 6.8,71,w rad/s,72,Ia,73,Te,74,w-Ia,75,76,例程2,Chopper-Fed DC Motor Drive,打开方法:,Start-,Demos-,Simulink-,SimPowerSystems-,Chopper-Fed DC Motor Drive,77,78,79,80,GTO Chopper,81,82,83,84,85,