基于MATLAB的双闭环直流调速系统设计(共10页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上课程设计说明书 NO.1基于MATLAB的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：F 指导教师：李浚圣 沈 阳 大 学课程设计说明书 NO.2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

2、态响应快、抗干扰能力强等特点，可以很好的满足实际需求。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

3、变化；对电网电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。 Ks a 1/CeU*nUctIdEnUd0Un+-ASR+U*i-IdR R b ACR-UiUPE图1 双闭环直流系统的结构图 沈 阳 大 学课程设计说明书 NO.3U*na Uct-IdLnUd0Un+-b -UiWASR(s)WACR(s)Ks Tss+11/RTl s+1RTmsU*iId1/Ce+E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

4、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: =1.5晶闸管装置放大系数 ks=40；电枢电阻： Ra=0.5 时间常数： Tl=0.03s，Tm=0.18s；励磁电压： Uf=220V励磁电流： If=1.5A动态指标： 1.电流超调量%5%2.空载起动到额定转速时的转速超调量：%10% 电流反馈系数 =0.05 V*min/r转速反馈系数： = 0.00667V*min/r 沈 阳 大 学课程设计说明书 NO.4三相整

5、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 Ton=0.01s；参数设置电流调节器的设计 Wacr（s）=Ki*(1+S)/S =1.013+33.8/s转速调节器的设计Wasr（s）=Kn*(1+S)/S =11.7+134.48/s3 MATLAB仿真MATLAB是矩阵实验室（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和Simulink两大部分。Simulink是MATLAB最重要的组

6、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。Simulink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Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。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

7、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，Simulink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、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。 沈 阳 大 学课程设计说明书 NO.5Simulink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

8、。图3 电流调节器仿真 图4 转速调节器仿真图5 双闭环直流调速系统的数学模型仿真 沈 阳 大 学课程设计说明书 NO.6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。 图6 触发器图7双闭环直流调速系统模型仿真结果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的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 学课程设计说明书 NO.7参 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，MATLAB基础与应用M.北京：北京航空航天大学出版社.20