基于MATLAB的双闭环直流调速系统设计

1、基于MATLAB勺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水平,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、抗干扰水平强等特点,可以很好的满足实际需求.1双闭环限制系统的工作原理双闭环

2、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.由于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,又能提升系统的稳定性,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-一、=.*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

3、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.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直流电机：Un=220V,某品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,根本数据如下：入=1.5In=136A,Nn=1460r/min,Ce=0.132V*min/,允许过载倍数: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6.反5%电流反

4、应系数转速反应系数:2.空载起动到额定转速时的转速超调量：5%c10%B=0.05V*min/ra=0.00667V*min/r三相整流桥平均失控时间Ts=0.0017s电流反应滤波时间常数Toi=0.002s;转速反应滤波时间常数Ton=0.01s;参数设置电流调节器的设计Wacr(s)=Ki*(1+rS)/rS=1.013+33.8/s转速调节器的设计Wasr(s)=Kn*(1+rS)/rS=11.7+134.48/s3MATLA昉真MATLAB!矩阵实验室(MatrixLaboratory)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

5、计算的高级技术计算语言和交互式环境,主要包括MATLAB口Simulink两大局部.Simulink是MATLAEft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.Simulink具有适应面广、结构和流程清楚及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点,并基于以上优点Simulink已被广泛应用于限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

6、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、数字限制及数字信号处理的建模和仿真中.Simulink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局部具有不同的采样速率.为了创立动态系统模型,Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI),这个创立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.Simulink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、限制、信号处理、视频处理和图像处理系统,

7、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图6触发器此环节将限制电压限幅转换成导通角来限制六脉冲触发器,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勺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,迅速到达给定值；稳态运行时,转速负反应外环起主要作用,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.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,2021.2刘启新,等.电机与拖动根底M.北京：中国电力出版社,2002.3刘勤贤.自动限制原理M.杭州：浙江大学出版社,2021.4张平等,MATLAIE础与应用M.北京：北京航空航天大学出版