基于Matlab双闭环直流调速系统的仿真陈中.docx
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基于Matlab双闭环直流调速系统的仿真陈中
速调节系统中的一个环节,再设计转速调节器。
2双闭环调速系统的建模步骤
2.1转换环节的建模
根据双闭环调速系统的动态结构框图可知，当电流调节器ACR输出最大限幅时，整流桥输出最大电压值Uao（max）,即电流调节器输岀信号与整流桥输出电压成正比，但在Matlab中同步触发器的输入信号为导通角a,整流桥山。
输出电压与导通角a的关系为：
Ud（FUdo（max）cosa
由上式可知,在仿真过程中电流调节器的ACR输出信号不能直接同步触发器的输入端，必须经过适当转换，使得ACR的输出信号同整流桥的输出电压对应，即ACR输出信号为0时,整流桥的输出电压为0,ACR输出达到限幅"；（10V）时，整流桥输出电压为最大值Udo（max）,转换模块如图3所示。
图3转换环节建模
根据转换模块可以得到,当电流调节器ACR输出电压为0时，同步
6脉冲触发器的输入信号a为90°,整流桥输出电压为0;当电流调节
器ACR输出电压为最大限幅（10V）时,同步6脉冲触发器的输入信号为
0°，整流桥输出电压为Udo（max）0
2.2同步6脉冲触发器的建模
同步触发器包括同步电源和6脉冲触发器两部分。
6脉冲触发器可从模块中获得，在其参数的设置过程中，同步合成电压设置为50Hz。
6脉冲触发器需用三相线电压同步，所以同步电源的作用是将三相交流电源的相电压转化成线电压，同步电源与6脉冲触发器及封装后的子系统如图4所示。
同步6脉冲絶发器
图4同步触发器和封装后的子系统符号
2.3电动机本体模块参数的设置
实际的电动机互感的参数与直流电动机的类型有关，也与励磁绕
于Matlab双闭环直流调速系统的仿真-陈中
基于Matlab双闭环直流调速系统的仿真
摘要:
根据双闭环直流调速系统原理，釆用工程设计方法系统的动、静态性能指标设计调节器参数，并运用Matlab的Simulink和PowerSystem工具箱、系统电气原理结构图的仿真方法，实现了转速电流双闭环直流调速系统的建模与仿真。
本文突出介绍了调速系统的建模和调节器、直流电机模块互感等参数的设置，给出了直流可逆调速系统的仿真模型和仿真结果，根据仿真结果验证仿真模型以及调节器参数设置是否正确。
关键词:
双闭环;参数设置;互感;仿真
在双闭环直流电动机调速系统中，调节器参数的设置根据工程设
计方法可以实现。
在实际仿真中，由于直流电机有很多类型，釆用
Matlab中直流电机通用模块并设置互感参数来代替各种类型的直流
电机，并验证系统设计参数的正确性。
本文通过Matlab的工具箱中
PI调节器和直流电机模块，根据调速系统数学模型建立以及设置调
节器参数的基础上，，对此系统进行仿真，根据仿真的结果可以验证模型及参数设置是否正确。
1双闭环直流调速系统的工作原理
双闭环直流调速系统原理框图如图1所示,该系统主电路采用三相桥式晶闸管装置电路。
转速调节器ASR设置输出限幅，以限制最大起动电流，控制电路采用典型的转速、电流双闭环系统。
根据系统运行的需要，当给定电压后,ASR输出饱和，电机以最大的允许电流起动，使得电机转速很快上升，达到给定的速度后转速超调,ASR退饱和,电机电枢电流下降,经过两个调节器的调节作用，使系统很快得到稳
图1双闭环调速系统原理桩图
双闭环调速系统的实际动态结构框图如图2所示,该系统包括转速调节器、电流调节器、电机的数学模型外，还包括滤波环节,包括电流滤波、转速滤波和两个给定信号的滤波环节，其目的是经过给定信号和反馈信号相同的延时，使二者在时间上得到恰当的配合，从而使设计更加方便。
当按工程设计方法来设计转速、电流调节器时，应根据先内环后
外环的通用原则，首先设计电流调节器,然后把整个电流环看作是转
速调节系统中的一个环节,再设计转速调节器。
2双闭环调速系统的建模步骤
2.1转换环节的建模
根据双闭环调速系统的动态结构框图可知，当电流调节器ACR输出最大限幅时，整流桥输出最大电压值Uao（max）,即电流调节器输出信号与整流桥输出电压成正比，但在Matlab中同步触发器的输入信号为导通角a,整流桥6。
输出电压与导通角a的关系为：
Udo=Udo（max）cosa
由上式可知,在仿真过程中电流调节器的ACR输出信号不能直接同步触发器的输入端，必须经过适当转换，使得ACR的输出信号同整流桥的输出电压对应，即ACR输出信号为0时,整流桥的输出电压为0,ACR输出达到限幅〃：
（10V）时,整流桥输出电压为最大值Udo（max）,转换模块如图3所示。
图3转换环节建模
根据转换模块可以得到,当电流调节器ACR输出电压为0时，同步
6脉冲触发器的输入信号a为90。
整流桥输出电压为0;当电流调节
器ACR输出电压为最大限幅（10V）时,同步6脉冲触发器的输入信号为
0°,整流桥输出电压为Uao（max）o
2.2同步6脉冲触发器的建模
同步触发器包括同步电源和6脉冲触发器两部分。
6脉冲触发器可从模块中获得，在其参数的设置过程中，同步合成电压设置为50Hzo6脉冲触发器需用三相线电压同步，所以同步电源的作用是将三相交流电源的相电压转化成线电压，同步电源与6脉冲触发器及封装后的子系统如图4所示。
GxtslatlSynchronized
6-PulseGenerator
同步6脉冲触发器
图4同步触发器和封装后的子系统符号
2.3电动机本体模块参数的设置
实际的电动机互感的参数与直流电动机的类型有关，也与励磁绕
组和电枢绕组的绕组数有关，从Matlab中的直流电动机模块可以看
出其类型为他励直流电动机，其互感参数公式为：
Laf=30C•/开If
C・=（Ux~IxRa）/tlx
If=Uf/Rf
C•为电动机常数,6、乩分别为励磁电压和励磁电阻。
6、乩、In.
m、If分别为电动机额定电压、电枢电阻、额定电流、额定转速和励
磁电流。
在具体仿真时,首先根据电动机的基本数据，写入电动机本体模块中对应参数，至于电动机本体模块的互感参数，则由电动机常数和励磁电流，改为由公式⑵得到即可。
3仿真举例
直流电动机:
220V,55A,1000r/min,C.=0.1925V・min/r,允许过载倍数X=1・5;晶闸管装置放大系数Ks=44;电枢回路总电阻R=1.0Q;时间常数Ti=0.017s,T«=0.075s;电流反馈系数P=0.121V/A（^10V/1.5In）o转速反馈系数a二0.OlVmin/r（lOV/nN）,Toi=2ms=0.002so转速滤波时间常数Ton=0.Olso试按工程设计方法设计电流、转速调节器，并校验转速超调量的要求能否得到满足。
设计要求:
设计电流调节器，要求电流超调量OiW5%o要求转速无静差，转速超调量onW20%o
电流调节器ACR参数计算如下：
根据电流超调量OiW5%要求电流环按I型系统设计。
三相桥
式电路平均失控时间TS=0.0017s,电流环小时间常数为Tei=TS+Toi=0.0037s;电流调节器超前时间常数：
ti=l/Ki=Ti=0.03s；电流环开环增益Kt取KiTei=135.1s_1,因此，于是ACR的比例系数：
Kp=（KiTiR）/（KsP）=1.013
转速调节器ASR参数计算如下：
为了加快转速的调节，转速环按典型n型系统设计，选中频段宽度h二5o
转速环小时间常数Tm=2TEi+Ton，则ASR的超前时间常数为
Tn=l/Ki=hTEn=0.087,转速环的开环增益Kx=（h+l）/（2h27^）=396.4S2,于是可得ASR的比例系数为Kp=（（h+1）BC.TJ/（2haR^）=11.7
双闭环调速系统仿真模型如图5所示。
图S頑闭坏点派调速系统的仿真棋型
ASR、ACR釆用PI模块,其参数设置就根据以上所求得数值，输出限幅均为［10,-10］。
其它环节参数设置:
电源A、B、C设置峰值电压为220V,频率为50Hz,相位分别为0°、240°和120°。
整流桥为系统默认值。
由于电动机输出信号是角速度3,故把其转化成转速（n=603/2兀）。
电动机参数如图6所示。
图6茂济电动机的參救设糧
4仿真结果
仿真结果如图7所示。
1200
图7収用坏自济调速糸统的仿典结果
42r警・4-9••十
根据仿真结果可以得出，在电机起动过程中，当给定信号为10V时，电流调节器作用下电机电枢电流接近最大值，使得电机以最优时间准则开始上升，在0.25s左右时转速超调，电流很快下降，在1.6s时达到稳态，在稳态时转速为1000r/min,整个变化曲线同实际情况基本吻合。
5总结
本文主要工作是搭建双闭环直流调速系统模型，调节转速调节器、电流调节器、电机本体模块等参数。
根据仿真结果可以看出模型以及参数设置的正确性。
参考文献:
[1]陈伯时•电力拖动自动控制系统运动控制系统[M].3版.北京:
机械
工业出版社,2003.
[2]周渊深.交宜流调速系统与Matlab仿真[M]•北京:
中国电力出版社,2003.
[3]王忠礼.MATLAB应用技术在电气工程与自动化专业中的应用[M].
北京:
清华大学出版社,2007.
[4]马志源.电力拖动控制系统[M]・北京:
科学出版社,2004。
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