基于MATLAB的双闭环直流调速系统设计.docx
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基于MATLAB的双闭环直流调速系统设计
基于MATLA啲双闭环直流电机调速系统仿真
学院：
信息工程学院
班级：
11自动化二班
姓名：
梁玉迪
学号：
F1156226
指导教师：
李浚圣
摘要：
实际生产中，生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要有良好的稳态、动态性能，同时，我们希望在电机最大电流限制的条件下，充分利用电机的允许过载能力，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度启动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。
双闭环直流调速系统，具有直流调速系统调速范围广、静差率小、稳定性好以及有良好的动态性能的优点，又有动态响应快、抗干扰能力强等特点，可以很好的满足实际需求。
1双闭环控制系统的工作原理
双闭环调速系统的两个调节器ASR（转速调节器）和ACR（电流调节器）一般都采用PI调节器。
因为PI调节器置既可以保证系统的稳态精度，使系统在稳态运行时得到无静差调速，又能提高系统的稳定性，兼顾快速响应和消除静差两方面的要求。
一般的调速系统要求以稳和准为主，采用PI调节器便能保证系统获得良好的静态和动态性能。
转速调节器的作用：
是调速系统的主调节器，使转速n很快的跟随给定电压Un*变化，如果采用pi调节器，实可现稳态无静差。
保证了系统静态稳定性。
电流调节器的作用：
作为内环调节器，在转速调节过程中，它使得电流跟随其给定电压Ui*变化；对电网电压波动
起及时抗扰作用；起动时保证获得电机允许的最大电流，使系统获得最大加速度起动；当电机过载甚至于堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自我保护作用。
当故障消失时，系统能够自动恢复正常。
保证了系统动态稳定性。
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图2双闭环直流调速系统的数学模型
2双闭环调速系统的主电路各器件的选择和计算
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：
直流电机：
Un=220V，In=136A，Nn=1460r/min，Ce=0.132V*min/，
允许过载倍数：
入=1.5
晶闸管装置放大系数
ks=40
电枢电阻：
Ra=0.5
Q
时间常数：
Tl=0.03s
，Tm=0.18s；
励磁电压：
Uf=220V
励磁电流：
If=1.5A
动态指标：
1.电流超调量S5%
2.空载起动到额定转速时的转速超调量：
S%10%
电流反馈系数
B=0.05V*min/r
转速反馈系数：
a=0.00667V*min/r
沈阳大学
三相整流桥平均失控时间Ts=0.0017s
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;
参数设置
电流调节器的设计Wacr（s）=Ki*（1+tS）/tS=1.013+33.8/s
转速调节器的设计Wasr（s）=Kn*（1+tS）/tS=11.7+134.48/s
3MATLA筋真
MATLAB是矩阵实验室（MatrixLaboratory）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口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。
Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及
仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛
应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。
同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。
Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设
计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。
Simulink可以用连
续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。
为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口（GUI），这个创建过程只需
单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。
Simulink是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。
对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink
提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。
图5双闭环直流调速系统的数学模型仿真
图6触发器
此环节将控制电压限幅转换成导通角来控制六脉
冲触发器，当调节器输出最大限幅值10v时，导通角为0，对应三相全波整流桥输出最大电压加到电动机电枢。
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图7双闭环直流调速系统模型仿真结果
4仿真结果分析
双闭环直流调速系统突加给定由静止启动时，转速和电流的仿真波形所示。
启动过程经历了不饱和、饱和、退饱和三个阶段，即电流上升阶段、恒流升速阶段和转速调节阶段。
在双闭环调速系统中，ASR的作用是对转速的抗扰调节并使之在稳态是无静差,ACR勺作用是过流自动保护和及时抑制电压的波动。
通过仿真可知：
启动时，让转速外环饱和不起作用，电流环起主要作用，调节启动电流保持最大，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流内环跟随电流外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流。
沈阳大学
参考文献
[1]浣喜明，等•电力电子技术[M].北京：
高等教育出版社，2010.
[2]刘启新，等.电机与拖动基础[M].北京：
中国电力出版社，2002.
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浙江大学出版社，2009.
[4]张平等，MATLA基础与应用[M].北京：
北京航空航天大学出版社.2010.
⑸周渊深.交直流调速系统与Matlab仿真[M].北京：
中国电力出版社，2004.
[6]陈伯时.电力拖动自动控制系统（第3版）[M].北京：
机械工业出版社.2005
[7]陈伯时.电力拖动自动控制系统一一运动控制系统（第4版）[M].北京：
机械工业出
版社2009.
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