基于MATLAB的双闭环直流调速系统设计.docx

1、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

2、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

3、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。Id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=0.5Q时间常数：Tl=0.03s，Tm=0.18s；励磁电压：U

4、f=220V励磁电流：If=1.5A动态指标：1.电流超调量S 5%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 =0.05 V*mi n/r转速反馈系数：a = 0.00667V*mi n/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 To n=0.01s;参数设置电流调节器的设计 Wacr (s) =Ki*(1+ t S)/ t S =1.013+33.8/s转速调节器的设计 Wasr (s) =Kn*(1+ t S)/ t S =11.7+134.48/s3 MATLA筋真MATLAB是矩

5、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。 Simuli nk 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 Simuli nk已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和

6、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。 Simuli nk 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， Simuli nk 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、

7、直接明了的方式，而且用 户可以立即看到系统的仿真结果。Simuli nk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。Onooooooou aa20DO80旳弭2020 1 .1 .1nriie jf u图7双闭环直流调速系统模型仿真结

8、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，2002.3刘勤贤.自动控制原理M.杭州：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. 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.20057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.沈阳大学