[优秀毕业设计精品]基于matlab的双闭环直流调速系统的设计与仿真

电子与信息工程学院本科毕业论文论文题目基于MATLAB的双闭环直流调速系统的设计与仿真学生姓名学号专业电气工程及其自动化班级指导教师2011年5月A1A2I摘要直流调速系统的在工业中的应用很广泛，也是交流调速系统的基础。直流调速系统用双闭环结构时控制效果最好，为此本文对双闭环直流调速系统进行了研究，重点对控制部分展开研究。分析调速系统的稳态和动态结构，建立双闭环直流调速系统的数学模型，通过全面分析根据双闭环直流调速系统的控制要求将电流和转速都设计为比例积分调节器，并设计了电流和转速调节器的参数。对经典双闭环系统进行分析的同时，为了能得到合理的设计参数，用MATLAB软件对电流环和转速环的设计举例进行了仿真，通过比较说明了直流调速系统的特性。关键词双闭环直流调速系统；比例积分调节器；MATLABXXXA3A0A3A4A5A6IIABSTRACTDCSERVOSYSTEMISWIDELYUSEDINTHEINDUSTRY，ANDISTHEFADATIONOFACSERVOSYSTEMTHEDCSERVOSYSTEMCANBECONTROLEDWELLWITHDOUBLECLOSEDSYSTEMINTHISPAPERDOUBLECLOSEDLOOPDCSERVOSYSTEMISSTUDIED,THEIMPORTANCEOFZHESTUDYISTHECONTROLSECTIONANALYSISOFTHESTATICANDDYNAMICOFSPEEDCONTROLSYSTEM,ANDESTABLISHINGADOUBLECLOSEDLOOPDCSYSTEMMATHEMATICALMODELPICONTROLERISDESIGNEDFORBOTHTHECURRENTANDSPEEDREGULATOR，ANDDESIGNCURRENTANDSPEEDREGULATORPARAMETERSWHENANALYSISOFTHECLASSICALDOUBLELOOPSYSTEM，INORDERTOGETAREASONABLEDESIGNPARAMETERSMATLABSOFTWAREHASBEENSELECTEDTOSIMULATEPARAMETERSOFTHESYSTEMWHICHHASBEENCHOOSEN,WITHACOMPARISONTOSHOWTHECHARACTERISTICSOFDCCONTROLSYSTEMKEYWORDSDOUBLECLOSEDLOOPDCSERVOSYSTEMPICONTROLLERMATLABA8A9III目录第一章绪论111课题背景、发展及意义112课题的主要任务及内容1第二章直流调速系统理论研究和方案确定321双闭环调速系统的工作原理3211转速控制的要求和调速指标3212调速系统的动态性能指标422双闭环调速系统的动态分析5221直流电机动态模型5222调速系统的双闭环调节原理723双闭环调速系统的起动过程分析724转速、电流双闭环直流调速系统9241稳态结构图9242双闭环调速系统组成10第三章双闭环直流调速系统的调节器设计1331按工程设计方法设计双闭环系统的调节器13311系统设计对象13312系统设计原则1332转速电流调节器结构的确定1333电流调节器设计14331电流环结构图的简化14332电流调节器结构的选择15333电流调节器的参数计算16334电流调节器的实现17335设计举例1734转速调节器设计19341电流环的等效闭环传递函数19342转速调节器结构的选择20343转速调节器参数的计算22344转速调节器的实现22345设计举例23XXXA7A10A7A11A12A13IV第四章双闭环直流调速系统仿真2541电流环系统仿真25411电流环仿真模型25412饱和上限设置25413仿真结果26414仿真结果分析2842转速环系统仿真28421转速环仿真模型28422设置输入量个数29423仿真结果29424仿真结果分析31第五章总结33致谢34参考文献35附录36A14A15A16A17A121第一章绪论11课题背景、发展及意义随着科技的发展，控制技术的发展正在影响着人类生活的各个G7053面，在电G8680G1268动G20058G3507，G11013G1122直流电动G7438G1867G7389G7509好的G17828行性能和控制特性，G3252此在要求G20652G17227G451制动转G11709，G5567速响应和G4497速G5242调节G14551G3272的电G8680G1268动中，G1185广泛G18331用直流电动G7438G1328为G6203行电G7438的直流调速系统。直流电动G7438G1867G7389G1260G14403的调速特性，调速G5191G9381，G7053G1427，G7143G1122在G3835G14551G3272G1881G5191G9381调速，过G17745能G2159G3835，能G2475G20069G13333的G1926G1999G17139G17745，G2499G4466G10628G20069G13333的G7092G13435G5567速G17227制动和G2465转，能G9397G17287生G1147过G12255G14270动G2282系统中各G12193G993同的特G8542G17828行要求，G6164G1209直流调速系统G14279G1182G1185G9994G15999广泛G3332用G1122G14270动控制要求较G20652的各G12193生G1147部G19388，是调速系统的G1039要G5430G5347。直流电动G7438的调速性能很好，G17227动转G11709较G3835，特G2047是调速性能为交流电动G7438G6164G993G2462的，G3252此，在对电动G7438的G7477随性能和G17227动性能要求较G20652的生G1147G7438G7812G990面，G3835都G1363用直流电动G7438进行G6314动。在工G12255G4466G17353中，G7389G16780G3822生G1147G7438G7812要求在G980G4462的G14551G3272G1881进行速G5242的G5191G9381调节，并G1000要求G7389G14403好的G19757，动态性能。G11013G1122直流电动G7438G1867G7389G7509好的G17828行性能和控制特性，在G6117G3281G16780G3822工业部G19388，G3926G17723G19062，G11731G4677G18331G6508，G9035G8927G19087G6518，G18341G4658G2164工，G13454G13467G12573G3342合G1185G9994G2356G7389重要G3332G1313。G13792G1000直流调速系统在理G16782G990和G4466G17353G990都比较G6116G10099，G1186控制技术的G16294G5242G7481G11487，G4439G2460是交流调速系统的基础。G3252此，直流调速系统的应用研究G1867G7389G4466G19481G5859G1053。12课题的主要任务及内容在工业G20058G3507中，G4466G19481的G1268动系统并G993G3926模型G18039G7691G980G6116G993G2476，电G7438本G17535的参数和G6314动G17139G17745的参数G11G3926转动G5827G18339G12在G7588G1135应用G3342合G1147生G2476G2282，G993能G1363系统在各G12193G5785况下都保持设计时的性能指标G13792直流电G7438G1328为伺服系统的G6203行元件在跟踪性能G7053面的要求比G980般的调速系统G20652G1000严格得G3822，G13792G1000需要更强的抗干扰能G2159；对整个系统的控制精G5242G451响应速G5242G7389了更G20652的要求。G3252此需要找到G980G12193更G1260的控制参数G7481改进直流调速系统的控制效果。XXXA18A19A18A20A21A222关G1122工G12255设计直流电G7438调速系统是G980个G20652阶系统,其设计非常复杂。本设计利用阶次G1260G2282的原理对系统的工G12255设计G7053法进行了分析。设计电G7438调速系统时应综合考虑各G7053面的G3252素,按全局最G1260的观点正确选择合理的阶次4。工G12255设计G7053法的基本思路是先选择调节器的结构，G1209确保系统的稳G4462性，同时G9397G17287G6164需要的稳态精G5242；再选择调节器的参数，G1209G9397G17287动态性能指标。应用到双环调速系统中，先G1186电流环入手，按G990述原则设计好电流调节器，G9994后把整个电流环G11487G1328是转速调节系统中的G980个G12573效环节，再设计转速调节器。为此本G16782文对双闭环直流调速系统进行MATLAB仿真与研究。本课题的目的是研究直流调速系统特性，分析系统的设计要求，通过分析将两调节器都设计为PI调节器，并对两调节器的设计举例进行了仿真，分析仿真结果，G6518讨直流调速系统的最G1260控制参数。EQUATIONCHAPTERNEXTSECTION1A23A24A25A26A27A28A29A30A31A32A33A34A35A36A37A38A39A403第二章直流调速系统理论研究和方案确定21双闭环调速系统的工作原理211转速控制的要求和调速指标生G1147工艺对控制系统性能的要求经G18339G2282和折算后G2499G1209表达为稳态和动态性能指标。设计任务书中给出了本系统调速指标的要求。深刻理解这G1135指标的含G1053是必要的，也G7389助G1122G6117们构想后面的设计思路。在G1209下四项中，前两项G4658G1122稳态性能指标，后两项G4658G1122动态性能指标1调速G14551G3272生G1147G7438G7812要求电动G7438提供的最G20652转速和最低转速之比叫做调速G14551G3272，即MINMAXNND（21）其中MAXN和MINNG980般指电动G7438额G4462G17139G17745时的最G20652转速和最低转速。NNNMAX，则MINMAXNNDMINNNN（22）2G19757差率当系统在G7588G980转速下G17828行时，G17139G17745G11013理想空G17745增G2164到额G4462值时G6164对应的转速降落NN，与理想转速N0之比，称G1328G19757差率S，即0NNSN（23）G19757差率是用G7481衡G18339调速系统在G17139G17745G2476G2282时转速的稳G4462G5242。G4439和G7438G7812特性的硬G5242G7389关，特性越硬，G19757差率越小，转速的稳G4462G5242就越G20652。XXXA41A42A41A43A44A454图21G993同转速下的G19757差率G3926图21G6164示NA46A47NA46A48。，两者的G7438G7812特性硬G5242相同，但G11013G1122理想空G17745转速G993G980G7691，G19757差率G3252此也G993同，显G9994SA49NO，则UNUN，ASR将G17876出G20293和G10378态。242双闭环调速系统组成双闭环直流调速系统组G6116结构图G3926图29G6164示，把转速调节器的G17767出当G1328电流调节器的G17767入，再用电流调节器的G17767出G2447控制电G2159电G4388G2476G6454器UPE。G1186闭环结构G990G11487，电流环在G18336面，称G1328G1881环；转速环在G3818边，称G1328G3818环。这就G5430G6116了转速G451电流双闭环A151A152A153A154A155A156A157A158A159A160A161A162A163A164A165A166A167A16811调速系统。AG54G53转速调速器，AG38G53电流调节器，TG测速发电G7438TA电流互感器，G56PEG980电G2159电G4388G2476G2282器图2G16G28转速G451电流双闭环直流调速系统组G6116结构图XXXA169A170A169A171A161A17212A151A173A153A174A175A176A154A155A156A157A158A159A177A156A178A179A180A18113第三章双闭环直流调速系统的调节器设计31按工程设计方法设计双闭环系统的调节器311系统设计对象双闭环调速系统的G4466G19481动态结构图G3926下图31，G4439与前述的图29G993同之处在G1122增G2164了滤G8886环节，G2265G6336电流滤G8886G451转速滤G8886和两个给G4462G1461G2507的滤G8886环节。其中T0I电流G2465G20316滤G8886时G19400常数T0N转速G2465G20316滤G8886时G19400常数图3G161双闭环直流调速系统的动态结构图312系统设计原则系统设计的G980般原则“先G1881环后G3818环”，即G1186G1881环开G3999，逐步G2533G3818扩展。在这G18336，首先设计电流调节器，G9994后把整个电流环G11487G1328是转速调节系统中的G980个环节，再设计转速调节器。32转速电流调节器结构的确定G980般说G7481典型型系统在动态跟随性能G990G2499G1209做到G17241调小，但抗忧性能差。G13792典型型系统的G17241调G18339相对要G3835G980G1135G13792抗扰性能G2376比较好。基G1122此，在转速电流双闭环调速系统中，电流环G980个重要G1328用是保持电G7542电流在动态过G12255中G993G17241过G1813G16780值，即能否抑制G17241调是设计电流环首先考虑的G19394题，G6164G1209G980般电流环G3822设计为型系统，电流调节器的设计应G1209此为G19492G4462G7477件，设计为PI调节器。G14279G1122转速环，稳态G7092G19757差是最根本的要求，G6164G1209转速环通常设计为型系统。在双闭环调速系统中，整流G16025G13634G9394后时G19400常数TS和电流滤G8886时G19400常数TOIG980般都比电G7542G3250路电G11925时G19400常数TL小很G3822，G2499将前两者G17829似为G980个G5827性环XXXA182A183A182A184A185A18614节，取TITSTOI。这G7691，经过小G5827性环节的G17829似处理后，电流环的控制对象是G980个双G5827性环节，要将其设计G6116典型型系统，同理，经过小G5827性环节的G17829似处理后，转速环的G15999控对象G5430G5347为WA187A188A189K/STS1G3926前G6164述，转速环应设计G6116型系统，G6164G1209转速调节器也就设计G6116PI型调节器。33电流调节器设计331电流环结构图的简化在设计电流调节器时G2465电动势与电流G2465G20316的G1328用相互交叉，给设计工G1328G5114G7481麻烦。转速的G2476G2282往往比电流G2476G2282G5942得G3822，对电流环G7481说，G2465电动势是G980个G2476G2282较G5942的扰动，在按动态性能设计电流环时，G2499G1209G7254G993考虑G2465电动势G2476G2282的动态影响，忽略G2465电动势对电流环G1328用的G17829似G7477件是（31）G5347中CI电流环开环G20069率特性的截G8502G20069率在按动态性能设计电流环时，G2499G1209G7254G993考虑G2465电动势G2476G2282的动态影响，即E0。这时，电流环G3926图32（A）G6164示。G14521把给G4462滤G8886和G2465G20316滤G8886同时G12573效G3332移到环G1881前G2533通道G990，再把给G4462G1461G2507改G6116UIS/,则电流环G12573效G6116G2345G1313G17139G2465G20316系统,G3926下图32（B）G6164示。G13792TS和T0IG980般都比TL小得G3822，G2499G1209G17829似为G980个G5827性环节，其时G19400常数为TA190ITSTOI（32）简G2282的G17829似G7477件为（33）则最后G2499将电流环结构图小G