zlj交直流调速实训报告

1、交直流调速实训报告一实训题目： 双闭环直流调速系统的MATLAB建模与仿真二实训目的： 1了解双闭环直流调速系统2掌握MATLAB软件的使用方法3使用MATLAB构建双闭环调速系统的仿真模型4.绘制出电流、转速波形曲线三电机参数：额定电压 U=220V 额定电流 I=136A 转速 n=1500r/min晶闸管装置放大倍数 Ks=62.5 电枢回路总电阻Ra=0.863电流反馈系统 =0.028V/A 转速反馈系统 =0.0041V/(r/min)电流调节器参数 Kc=1.15 c=0.028s转速调节器参数 Ks=20.12 s=0.092s双闭环直流调速系统与单闭环直流调速系统的区别也是针

2、对控制电路和控制参数。双闭环直流调速系统包括电流反馈环和转速反馈环两个闭环系统，它比单闭环直流调速系统又增加了一个电流反馈环部分，实现电动机对电流的调节作用。 电流转速双闭环直流调速系统分别采用两个有限幅的PI调节器进行电流环和转速环的调节。控制电路由给定信号、转速PI调节器、电流PI调节器、限幅器、偏置、反向器、转速反馈、电流反馈等环节构成。本例中给定值设置为120rad/s。 转速反馈系数设为1，转速PI调节器的比例系数设为40，积分系数设为0.01。电流反馈系数设为0.25，电流PI调节器的比例系数设为10，积分系数设为0.1 。四、实验内容：1. 双闭环系统的组成调速系统中设置了两个调

3、节器，分别调节转速和电流。结构原理图如图1所示，图中符号的意义分别为：ASR-转速调节器；ACR-电流调节器；TG-测速发电机；TA-电流互感器；UPE-电力电子变换器U*n；-转速给定电压；Un-转速反馈电压；U*i-电流给定电压；Ui-电流反馈电压。2. 转速、电流双闭环调节系统的特点在双闭环调速系统中，若将转速反馈和电流反馈信号同时引入一个调节器的输入端，则两种反馈量会互相牵制，不可能获得理想效果，因此在系统中设置了两个调节器，分别控制转速和电流，并且将两个调节器实行串级连接。转速负反馈的闭环在外面称外环，电流负反馈的闭环在里面称为内环，两调节器作用互相配合，相辅相成。为了使转速、电流双

4、闭环调速系统具有良好的静、动态性能。电流、转速两个调节器一般采用PI调节器，且均采用负反馈。考虑触发装置的控制电压为正电压，运算放大器又具有倒相作用。 转速调节器的输入为转速给定信号U*n和转速反馈信号Ufn，比较后的偏差信号U=U*n-Ufn。转速调节器的输出作为电流给定信号U*i，与电流反馈信号比较后偏差信号Ui=U*i-Ufi，其电流调节器的输出信号Uct为触发移相电路的控制信号。转速调节器ASR的输出限幅电压值U*im决定了电流调节器ACR的给定电流的最大值，该值完全取决与电动机的过载能力和系统对最大加速度的需要。电流调节器ACR输出ACR输出正限幅值+Uctm则表示对触发装置最小控制

5、角min的限制或对晶闸管装置输出电压最大值Ud 的限制。 五、 转速、电流双闭环调速系统的工作原理1双闭环调速系统静态特性 双闭环系统采用PI调节器，则其采稳态时输入偏差信号一定为零，即给定与反馈信号的差值为零，属无静差调节。（1） 电流调节环 电流调节环的给定信号是速度调节器的输出信号U*i，电流调节环的反馈信号采用自交流电流互感器或霍尔电流传感器，其值Ufi=Id,为电流反馈系数，则U=U*i-Ufi=0U*i=Ufi=IdId=U*i/U*i一定的条件下，在电流调节器的作用下，输出电流保持为U*i/值，而由电网电压波动引起的电流波动将被有效限制。此外，由于限幅的作用，速度调节器的最大输出

6、只能是限幅值U*im调整反馈环节的反馈系数，可使电动机的最大电流对应的反馈信号等于输入限幅值，即Idm取值应考虑电动机允许过载能力和系统允许最大加速度，一般为额定电流的1.52倍。（2）转速调节环转速调节环给定信号U*n，反馈信号，则稳态时ASR的给定输入由稳压电源提供，其幅值不可能太大，一般在十几伏以下，当给定为最大值时，电动机应达到最高转速，一般为电动机的额定转速。则ASR 的输出为触发装置的控制电压当U*n为定值时，ASR可使电动机转速恒定，克服负载扰动的影响，其调节过程如下：双闭环系统的正常工作段当负载过大时，其负载转矩比电动机电流最大允许值Idm所产生的电磁力矩还大，电动机拖不动负载

7、，产生堵转，转速下降至零，转速调节器输入偏差4Un=Un*为最大值，ASR饱和，输出为限幅值Uim*，ASR失去调节作用。系统仅靠电流调节器的限幅值作用，使Id=Uim*/&恒流调节，呈下垂特性。 双闭环条数系统的静态性在负载电流小于Idm时转速无静差，转速负反馈起主要调节作用，工作段静特性很硬，而在负载达到Idm时，转速调节器饱和，系统表现为电流无静差调节系统，具有过电流的制动保护作用，静特性为下垂特性。双闭环系统的静特性比带电流截止负反馈的单闭环系统静特性好。2双闭环系统起动过程分析双闭环调速系统突加给定电压后，其转速和电流在起动过程中的波形在第、阶段转速调节器饱和，第阶段转速调节器退出饱

8、和，第阶段转速调节器退出饱和，发挥线性调节作用。第阶段 0t1是电流上升阶段。系统突加给定电压后，由于电动机的机械惯性较大转速和转速反馈量增长较慢，则ASR的输入偏差电压的数值较大，转速调节器的放大倍数较大，其输出很快达到饱和输出限幅值。这电压加在ACR的输入端，作为最大电流的给定值，使ACR的输出首先靠比例部分的作用迅速增大，触发脉冲从 90初始相位快速前移，强迫电枢电流迅速上升。随着电流反馈信号的上升。逐渐减小，ACR的输出信号的比例部分随之减小，而积分部分逐渐积累增加。在比例、积分两部分共同作用下。ACR的输出的上升使整流电压成比例增加，从而保证电流迅速增大，直到最大值。当IdIdm,U

9、fiUim时，ACR的作用时Id不再增加，保持动态平衡。这一阶段的特点是ASR因阶跃非顶作用而迅速饱和，而ACR一般为不饱和，以保证电流环的调节作用，强迫电路上升，并达到Idm。第阶段 t1t2是恒流升速阶段，即升速时保持最大电流给定。该阶段从电流上升到Idm开始，直至转速上升到给定值对应的转速额定值为止，是起动的主要阶段。在此期间，UfnUn，ASR一直处于饱和状态，输出限幅不变，相当于转速环开环，系统表现为在恒值最大电流给定作用下的电流调节系统，基本上保持电流恒定。第阶段 为t2以后转速调节阶段。T2时刻，转速已达到给定值，转速调节器的给定电压与反馈电压相平衡，输入偏差为零，但其输出由于P

10、I的积分作用还维持在限幅值，电动机仍在最大电流下继续加速，使转速产生超调，同时ASR的输入端出现负偏差电压，使转速调节器退出饱和状态，ASR输出电压也为ACR的给定电压，从限幅值降下来，主电路电流也随之迅速减小。但是，由于Id仍大于负载电流，转速继续上升，直至Id=Idl，转矩Te=Tl，转速n达到峰值。此后在负载力矩的作用下，电动机开杀减速，当n达到给定值时，系统进入稳态运行状态。在这一阶段中，ASR和ACR都不饱和，共同担当调节作用。转速调节处于外环，起主导作用促使转速迅速趋于给定值，并使系统稳定；电流调节器的作用则是力图使Id尽快跟随ASR的输出的变化，也就是电流内环的调节过程是由转速外

11、环支配，形成了一个电流随动系统。系统起动后进入稳态时，转速等于给定值，电流等于负载电流，ASR和ACR的输入偏差电压均为零。综上所述，双闭环系统起动过程的特点如下： 转速环出现饱和开环和退饱和闭环两种状态。转速开环时，系统为恒值电流调节单环系统。转速闭环时，系统为无静差调速系统，电流内环为电流随动系统。 转速环从开环到闭环发挥调节作用，其转速一定出现超调，只有靠超调才能使ASR退饱和，才能进行线性调节。 恒电流转速上升阶段，取Id为Idm，充分发挥了电动机的过载能力，实现了电流受限条件下的最短时间控制即“时间最优控制”。六、双闭环调速系统的动态抗扰动性能单闭环调节系统对于被包含在反馈环内的一切

12、扰动量都有抑制作用。这些扰动量最终要反映到被调量上，由测出被调量的偏差而进行调节，根据系统的静态特性，扰动被抑制。但从系统的动态特性上看，对于作用点离被调量较远的扰动量，还存在不能及时调节的问题。由于电网电压波动所引起的扰动作用，先要经受电磁惯性的阻挠才能影响电枢电流，再经过机电惯性的滞后才能反映到转速上来，等到转速反馈产生调节作用，时间已经比较高。而在双闭环调速系统中，由于电网电压扰动被包围在电流环之内，当电压波动时，可以通过电流反馈得到及时调节，不必等到影响到转速后才在系统中有所反应。因此，在双闭环调速系统中，由电网电压波动引起的动态转速降落会比单闭环系统中小得多。至于负载变化引起的扰动，

13、负载扰动作用在电流环之后，只能靠转速调节器来产生抗扰动作用。因此，在突加（减）负载时，必然会引起动态转速降落（升）。为了减小动态转速降落（升），必须在设计ASR时，要求系统具有良好的抗扰动指标。对于双闭环系统，扰动对系统的影响与扰动的作用点有关，扰动作用于内环的主通道中，将不会明显的影响转速，如电网电压扰动，扰动作用与外环主通道中，则必须通过转速调节器调节才能克服扰动引起的影响，如负载扰动，扰动如果作用于反馈通道中，如测速发电机励磁电流变化引起的扰动，调节系统（包括单闭环）则无法克服它引起的偏差。七、双闭环调速系统中两个调节器的作用（1） 转速调节器的作用 使转速n跟随给定电压变化，实现转速无

14、静差调节。 对负载变化其抗扰动作用。 其饱和输出限幅值作为系统允许最大电流的给定，起饱和非线性控制作用，以实现系统在最大电流约束下的起动过程。（2） 直流调节器的作用 起动时，实现最大允许电流条件下的恒流升速调节时间最优。 在转速调节过程中，使电流跟随其给定电压变化。 对电网电压波动及时起抗扰动作用。 当电动机过载甚至于堵转使，限制电枢电流的最大值，从而起到快速的安全保护作用。如果故障消失，系统能自动恢复正常。八、转速、电流双闭环调速系统工程设计方法的基本思路一般直流调速系统动态参数的工程设计包括：确定预期典型系统、选择调节器形式、计算调节器参数。设计结果应满足生产机械工艺要求提出的静态与动态

15、性能指标。具有转速反馈和电流反馈的双闭环系统属于多环控制系统。目前都采用由内向外，一环包围一环的系统结构。每一环都设有本环的调节器，构成一个完整的闭环系统。这种结构为工程设计及调试工作带来了极大的方便。设计多环系统的一般方法是有内环向外环，一环一环地设计。对双闭环的调速系统而言，先从内环（电流环）开始，根据电流控制要求，确定把电流环校正为哪种典型系统，按照调节对象选择调节器及其参数。设计完电流环之后，就把电流环等效成一个小惯性环节，作为转速环的一个组成部分，然后用同样的方法再完成转速环设计。 九、任务具有转速反馈和电流反馈的双闭环系统属于多环控制系统、双环系统的动态结构。目前都采用由内向外，一

16、环包围一环的系统结构。每一环都设有本环的调节器，构成一个完整的闭环系统。这种结构为工程设计及调试工作带来了极大的方便。设计多环系统的一般方法是由内环向外环，一环一环地设计。对双闭环的调试系统而言，先从内环开始，根据电流控制要求，确定把电流环校正为哪种典型系统，按照调节对象选择调节器及其参数。设计完电流环之后，就把电流环等效成一个小惯性环节，作为转速环的一个组成部分，然后用同样方法再完成转速换设计。某电机参数为：额定电压Un=220V 额定电流In=136A 额定转速N=1500r/min 晶闸管装置放大倍数Ks=62.5 电枢回路总电阻R=0.863欧姆 电流反馈系数B=0.028V/A 转速

17、反馈系数a=0.0041/(r/min) Ts=0.005s 电流调节系数参数Kc=1.15 Tc=0.028s 转速调节器参数Ks=20.12 Ts=0.092s 任务要求：构建模型并绘出电流、转速曲线抗扰性能负载扰动 阶跃时刻6s 初值1N*m 终止值15N*m 绘制图形实训心得在此次的实训中，在整个的实习中我学习了很多的东西，使我眼界打开，感受颇深。我学会了很多知识，对双闭环直流调速系统的MATLAB建模与仿真，有了更多了解。 这是第一次接触MATLAB这个软件，感到十分束手无策。在老师的安排下，借阅到了相关书籍，在借阅的书籍中发现了MATLAB这个软件原来如此复杂，很难掌握。在建立仿真模块的时候，元件的选择和参数的修改成为了一大难题。因为对各个元件并不是很了解，所以改参数时出现了很大问题，在这上浪费了很多时间。但是在老师的指导加上和同学的细心帮助下，我终于克服了种种困难，结合课件，对程序的反复核对，