转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真

1、综合训练项目一目：转速一、电流反馈控制直流调速系统的5k,真学 期:专 业班 级:姓 名:学 号: 指导教师:辽宁工程技术大学成绩评定表评定标准评定指标标准评定合格不合格调节器设计方案正确性仿真模型搭建参数选择仿真结果设计报告答辩内容充实图表清晰答辩效果总成绩日期年 月日题目：转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真目的： 通过仿真，学生可以对各模块性能、电路连接情况有所了解并直观地看到仿真结果；通过对仿真参数进行调整，可以使学生了解参数变化对系统性能的影响。要求： 针对知识单元二的转速、电流双闭环直流调速系统的调节器工程设计方法，利用 MATLAB/simulink 中的电力系统工具箱搭建系统仿

2、真模型，验证调节器工程设计方法得到的参数并合理调节参数，利用该模型学生可以分析双闭环直流调速系统的启动性能、系统突加减变负载运行工况下的速度、电流及转矩变化情况以及系统抗电网电压等各种扰动下的速度响应。任务: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：直流电动机：220V , 136A , 1460r/min , Ce=0.132V min/r,允许过 载倍 数 1.5；晶闸管装置放大系数ks 40 ；电枢回路总电阻R 0.5 ， Ts 0.0017s， 电磁时间常数Tl 0.03s， 机电时间常数Tm 0.18s，电流反馈滤波时间常数Toi 0.002s ,电流

3、反馈系数0.05V/A,转速反馈系数0.05V?min/ r， 要求转速无静差，空载起动到额定转速时的转速超调量n 10% 。1 、采用工程设计方法设计电流调节器和速度调节器,建立各自的动态数学模型；2、用MATLAB/Simulink 仿真软件建立电流环仿真模型；3、分析电流环不同参数下的仿真曲线；4、用MATLAB 建立转速环仿真模型；5、分析转速环空载启动、满载启动、抗扰波形图仿真曲线；6、针对仿真模型进行演示答辩，考查其掌握程度工程设计方法来设计转速、电流双闭环调速系统的两个调节器。按照设计多环控制系统先内环后外环的一般原则， 从内环开始，逐步向外扩展，在双闭环系 统中应该先设计电流调

4、节器，然后再把整个电流环看做是转速调节器中的一个环 节，在设计转速调节器。双闭环调速系统结构框图如下图所示：电流调节器（内环）把电流环等效成转速环（外环）增加了滤波环节：电流滤波、转速滤波和两个给定信号的滤波环节， 由于电 流检测信号中常含有交流分量，为了不使它影响到调节器的输入，需加低通滤波。 这样的滤波环节传递函数可用一阶惯性来表示其滤波时间常数Toi按需要选定，以滤平电流检测信号为准，然而在抑制交流分量的同时滤波环节也延迟了反馈信 号的作用，为了平衡这个延迟作用，在给定信号通道上加入一个同等时间常数的 惯性环节，其意义是让给定信号和反馈信号经过相同的延时，使二者在时间上得到恰当的配合，从

5、而带来设计上的方便。ASR一、电流调节器的设计:Ks/Rs(T1S 1)(Ts 1)电流环化简后的结构框图其中Ti Ts Toi （近似处理） 式（1-1）1、电流调节器结构的选择首先考虑把电流环校正成哪一类典型系统。 从稳态要求上看，希望电流无静 差，以得到理想的堵转特性，由上图可以看出采用典型 I型就够了。再从动态要 求上看，实际系统不允许电枢电流突加控制时有太大的超调， 以保证电流在动态 过程中不超过允许值，而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要的因素。 为此, 电流环应以跟随性能为主，即应选用典型 I系统。电流环控制对象是双惯性型的，要校正成典型I系统，显然应采用PI型的电流调节器，其

6、传递函数可以写成：Wacr（s） Ki（ is 1） 式（1-2）is式中Ki-电流调节器的比例系数i-电流调节器的超前时间常数。为了让调节器零点与控制对象的大时间常数极点对消，选择i = T （电磁时间常数） 式（1-3）所以i=0.03另：KiKiKsiR式（1-4 ）有题意可知：Ks=40 ;=0.05 ; R=0.5 ; i =0.03 ;K, ： R,所以 KiKJ_±R 0.0075Ki 式（1-5）Ks1）、当超调量0% 时：KiT i 0.25 式（1-6）由式（1-1）得：Ti Ts L =0.0017+0.002=0.0037由式（1-5 ）和（1-6 ）得：Ki

7、0.25*0.0075Ti0.507=0.03Wacr（S）0.015s 0.5070.03s仿真模型为:toaJ仿真波形为:2501current电流曲线200150100500.020.060.04 t/(s)0.08可见图像是没有超调的;2）、当超调量1.5% 时:KiTi0.39 式(1-7)由式(1-1 )得：T i Ts Toi =0.0017+0.002=0.0037由式（1-5 ）和（1-7 ）得：Ki0.39*0.0075Ti0.791=0.03Wacr ( s)0.024s 0.7910.03s仿真模型为:仿真波形为:可见是有一点超调的；3）、当超调量4.3% 时：KiTi

8、 0.50 式（1-8 ）由式(1-1)得：Ti Ts % =0.0017+0.002=0.0037由式（1-5 ）和（1-8 ）得：Ki0.50*0.0075Ti1.014=0.03Wacr ( S)0.03s 1.0140.03s仿真模型为:仿真波形为:currentJT! i /250200A 150 e u 10050 000.020.040.060.08t/（s）电流曲线可见超调变大；4）、当超调量 9.5% 时：KiTi 0.69 式（1-9 ）由式（1-1）得：Ti Ts % =0.0017+0.002=0.0037由式（1-5 ）和（1-9 ）得：Ki0.69*0.0075Ti

9、1.399=0.03WACR （ S）0.042s 1.3990.03s仿真模型为:仿真波形为:可见超调变大;5）、当超调量 16.3%时：KiTi 1.0 式（1-9）由式(1-1)得：Ti Ts % =0.0017+0.002=0.0037由式（1-5 ）和（1-9 ）得：Ki1.0*0.0075Ti2.027=0.03Wacr ( S)0.061s 2.0270.03s仿真模型为:3d11仿真波形为:可见超调变大；二、转速调节器的设计电流环等效闭环传递函数WcliId(s)*Ui(s)/Is 1Ki因此电流环在转速环接入转速环内，电流环等效环节的输入量应为 5(s),中应等效为：Id(s

10、)Wcli(s)*Ui(s)1，、 一 .取 9.5% 时：KIT i 0.69 ; 一 0.00536 式(2-1 ) Ki转速环化简后的框图为:转速环化简后结构图1其中T nTon （小惯性环节近似计算）式（2-2 ） Ki为了实现转速无静差，在负载扰动作用点前必须有一个积分环节， 它应该包含在转速调节器ASR中，现在扰动作用点后面已经有了一个积分环节，因此转速环开环传递函数应共有两个积分环节,所以应该设计成典型II型系统，这样的系统同时也能满足动态抗扰性能好的要求。因此ASR也应该采用PI调节器，其传递函数为:Wasr(S)Kn( ns ”式(2-3)ns式中Kn-转速调节器的比例系数;

11、n-转速调节器的超前时间常数则调速系统的开环传递函数为Kn( ns 1) Wn(s)ns*CeTms(T ns 1)Kn R( ns 1) c r- 2,r- n CeTms (T ns 1)令转速开环增益KnKn R 式(2-4 )n CeTmn hTn1由式（2-2 ）知T n Ton题中没有给出Ton ，我们不妨取0.002 Ki因此Tn 0.00536 0.002 0.00736;式（2-5）所以：n 0.00736h 式（2-6）因为Knh 1由式 2-4）知 Kn 2hTnnCeTm因为n hTn所以Kn（h 1） CeTm2hRTn由题意可知：0.05; Ce 0.132; Tm 0.18;0.05; R=0.5 ;再由式（2-5 ）知Tn 0.00736 ；.1,、所以 Kn 3.23（1 h）式（2-7）一般h=5时：由式（2-6）和式（2-7 ）得n 0.0368 ;Kn 3.876 ;Wasr（S）0.1426s 3.8760.0368s仿真模型为:空载仿真设计：设置load阶跃信号Initial value 的值为0; Final value的值为0;进行仿真空载仿真图:满载仿真设计：设置load阶跃信号的Step time为0,; Initial value 的值为0;Final value的值为136 ;