基于Matlab-Simulink仿真的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的(精)

1、x x 學(xué)院學(xué)報(bào)Journal of xxx College基于 Matlab-Simulink 仿真的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究姓名(xxx 大學(xué),江蘇 ,南京 210000摘要 :根據(jù)實(shí)際應(yīng)用要求以及給定參數(shù) ,對(duì)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行 設(shè)計(jì) ,計(jì)算其控制系統(tǒng)的參數(shù) ,并通過(guò) matlab軟件的 simnlink, 對(duì)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行仿真 , 以驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性 ,并分析仿真結(jié)果 ,從而進(jìn)一步說(shuō)明雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的可行性與 優(yōu)越性。對(duì)計(jì)算過(guò)程做了著重重視 ,詳細(xì)精煉 ,可以為高校學(xué)生參與調(diào)速研究提供細(xì) 節(jié)性的指導(dǎo)。關(guān)鍵詞 :雙閉環(huán)直流調(diào)速 matlab 仿真中圖分類(lèi)號(hào) :TG15

2、6文獻(xiàn)標(biāo)志碼 :DESIGN AND RESEARCH Of DOUBLE-LOOP DC MOTOR SPEED CONTROLSYSTEM BASED ON MATLAB-SIMULINKName(xxx College ,Nanjing 210000,Jiangsu ,ChinaAbstract:According to the practical appliance and the parameters given , make a design of the double-loop DC motor speed control system, calculating the othe

3、r parameters that are needed in the control system we design .I make a simulation of the control system through Matlab-simulink to ensure the preciseness of it. Besides, there is a deep analyse about the characters of the designed system to account for the feasibility of the double-loop DC motor spe

4、ed control system,as well as the supriorities of it . I make stronge emphysis on specific calculation of the parameters, it can supply a guide for college student who are in research of the speed control system in details.Key words: double-loop;DC machine speed control ; matlab ;simulation0 引言 *直流電動(dòng)

5、機(jī)因其性能宜于在廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速 ,其調(diào)速控制系統(tǒng)歷來(lái)在工業(yè) 控制中占有極其重要的地位。最典型的一種直流調(diào)速系統(tǒng)就是轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào) 速系統(tǒng)。本文依據(jù)穩(wěn)、準(zhǔn)、快的設(shè)計(jì)要求 ,采用工程設(shè)計(jì)法對(duì)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行 了設(shè)計(jì),又利用 Matlab 中的 Simulink 實(shí)用工具對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)助仿真分析 ,意在突出雙 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)越性。本文注重具體的計(jì)算過(guò)程 ,詳細(xì)地描述了各所需參數(shù)的計(jì) 算過(guò)程 ,列寫(xiě)詳細(xì)計(jì)算公式 ,可以為諸多高校學(xué)生的調(diào)速研究提供詳細(xì)指導(dǎo)。 1雙閉 環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)雙閉環(huán)就是依靠轉(zhuǎn)速和電流形成兩個(gè)反饋回路 ,可以使系統(tǒng)的穩(wěn)定性能及穩(wěn)態(tài) 精度大大提。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)

6、反饋分別起作用 ,在系統(tǒng)中設(shè)置轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié) 器 ASR 、電流調(diào)節(jié)器 ACR 分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流。二者之間實(shí)行嵌套連接 ;ASR 的 輸出作為 ACR 的輸入,而 ACR 的輸出作為電力電子變換器 UPE的控制信號(hào)。從閉 環(huán)結(jié)構(gòu)上看 ,電流環(huán)在里面 ,叫做內(nèi)環(huán) ;轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊 ,叫做外環(huán)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1 所 示。2控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖3系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算3.1系統(tǒng)各主要參數(shù)計(jì)算1、銘牌數(shù)據(jù) 額定功率455P kw =額定電壓750N U V = 額定電流 760N I A =額定轉(zhuǎn)速/min375N n r =電機(jī)飛輪轉(zhuǎn)矩223751328.603N e TT C C GD kg m R ? = 2、

7、派生參數(shù)效率345510100%79.82%750760N N N P U I ? =? =?電樞電阻a R 給定位 0.088 整流電路電樞rec R 給定為 0.14 回 路總電阻a rec L R R R R 給=+定+ 為 0.14 恒定磁場(chǎng)之下的電勢(shì)常數(shù)7507600.0881.8375N N N e N U I R C n -? =恒定磁場(chǎng)之下的電勢(shì)常數(shù)9.559.55 1.8217.381T e C C =? =電樞電感 77500.004605222375760D N a N N K U L pn I ? = =?回路總電感L 題 中給定位 4.34 mH系統(tǒng)飛輪轉(zhuǎn)矩21328

8、.603(GD =已經(jīng)計(jì)算電磁時(shí)間常數(shù)34.3410T 0.0310.14L L R -? =機(jī)電時(shí)間常數(shù)2T 375m e TGD R C C ? = 題中給定為 0.1123、系統(tǒng)參數(shù)可控調(diào)壓裝置等效時(shí)間常數(shù) s T 03000N 4P 45510-76093.339.55 1.82375s sN T e e N I L T U T T I I C C C n=? =-= ?N 30U 1.82375 1.57600.14842.14493.33 4.34100.00192842.1s e N s s C n I R I L T U -=+=? +? =? = =根據(jù)實(shí)際調(diào)試結(jié)果及參考數(shù)據(jù)

9、來(lái)看 ,在具體的實(shí)際系統(tǒng)下 s T =0.00167s 最合適可控調(diào)壓裝置等效時(shí)間常數(shù) s K 給定為 85 速度反饋系數(shù)100.2667 375nm N U n =電流反饋系數(shù)100.0087721.5760im N U I ?=速度反饋和給定濾波時(shí)間常數(shù)on T 給定為 0.02電流反饋和給定濾波時(shí)間常數(shù)oi T 給定為 0.0023.2電流環(huán)的設(shè)計(jì)1、選擇典型 I 型或選擇近似 II 典型系統(tǒng)的依據(jù) :L L 0.0317.9080.001670.002i s oi T T T T T =+57.90810,要求給定響應(yīng)快 ,跟隨性能好 ,超調(diào)量小,則設(shè)計(jì)成 I 型系統(tǒng),要求抗擾 動(dòng)性能

10、好,則設(shè)計(jì)成典型 II 型系統(tǒng),此處選擇 II 型系統(tǒng)。2、校正環(huán)節(jié) PI 調(diào)節(jié)器的選擇近似處理后,按典型 II 型系統(tǒng)且按 min Mr 準(zhǔn)則設(shè)計(jì),取最佳參數(shù)0.031i l T =11136.24220.00367I i K T?=0.0310.14136.240.790.008885L i Is T R K K K ? =? =?3.3速度環(huán)設(shè)計(jì)1、校正環(huán)節(jié)選擇 PI 調(diào)節(jié)器220.003670.020.02734n i on T T T? += =+=2、速度環(huán)按典型 II 型系統(tǒng)設(shè)計(jì) ,且按 min Mr 準(zhǔn)則設(shè)計(jì)50.027340.1367n n hT?= =22112N nn e

11、 m n R h K K C T h T +=12510.00881.820.11210.531250.02670.140.01734e mn nC T h K h R T +=+= =? 160.540.136721.946cn N n K3、驗(yàn)證近似條件1154.49550.00367cn n T =?1111查表=27.5132320.003670.02cn on i T T? 均滿(mǎn)足要求 4、校核退飽和時(shí)的超調(diào)量 計(jì)算啟動(dòng)時(shí)間 查表知 2.1 = m a x C 0.812b C ?= 8.8v tT = *22 1.823750.1120.4794(1.507600.148.88.8

12、0.027340.24060.47940.24040.72e m aN v n s v C n T t Z I R t T t t t? =-?=? =+=+=3.4其他參數(shù)計(jì)算 :7501075f f fU R I =直流電機(jī)在此系統(tǒng)中取勵(lì)磁電流 0f I =6060 1.82/0.231822 3.1475e af E f f C L K I I ? = =? 21328.60333.8929449.8GD J g =?9.559.55 1.8276013209.56LN e N T C I =? =供電電源電壓有效值 2Umax 2750661.80.14415.822.34cos30

13、2.34cos30N d o oU I R U ?+? =?4參數(shù)匯總計(jì)算公式或給定值參數(shù)值匯總 000N P -9.55N T e e NT T I I C C C n = 93.44 N N N e NU I R C n -=1.82 a rec L R R R R =+ =+0.14 max 2 2.34cos30N d oU I R U +? =? 415.85 T L L R0.031 2T 375m e T GD R C C?=0.112 i T =s oi T T +0.00367i L T =0.031 12I i K T =136.24 L i I s T RK K K =0

14、.79 *nmN U n = 0.0267 *imNU I = 0.0088 2n i on T T T0.02734 12e m n nC T h K h R T +=10.531 cn N n K ? =21.946 *2(e maN C n T t Z I R?=- 0.4794 8.8v n t T =0.2406 2s v t t t =+0.72 f f fU R I =10 60/2eaf E f fC L K I I = 0.2318 2 4GD J g= 33.8929 9.55LN e N T C I =13209.53 max 2 2.34cos30+? = ? 415.

15、82五、仿真結(jié)果及分析5. 1 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 （圖 3圖 3 5. 2 系統(tǒng)仿真模型 （圖 4圖 4 5. 3 系統(tǒng)仿真曲線 （圖 5圖5x x 學(xué)院學(xué)報(bào)期 4 楊威 張金棟 主編 電力電子技術(shù) ,重慶大學(xué)出版社， 六、結(jié) 論 本文采用工程設(shè)計(jì)法， 設(shè)計(jì)了雙閉環(huán)直流調(diào)速系 統(tǒng)； 并結(jié)合 Simulink 實(shí)用工 具對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真； 通過(guò)轉(zhuǎn)速仿真圖像可以直觀的看到， 試駕負(fù)載后， 系統(tǒng)能 夠準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)預(yù)定的轉(zhuǎn)速，并具有較好的快速 性， 穩(wěn)定性； 而且超調(diào)量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要 求， 這就進(jìn) 一步驗(yàn)證了雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)越性。 2002 5 王兆安，黃俊 電力電子 技術(shù)，第四版 ,機(jī)械工業(yè)出版社， 2008 6 黃俊 王兆安 電力電子變流技術(shù) 第三版,機(jī) 械工業(yè)出版 社， 2005 7 張東力 陳麗蘭 仲偉峰 直流拖動(dòng)控制系統(tǒng) 機(jī)械工業(yè)出版 社， 1999 8 朱仁初 萬(wàn)伯任 電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出 版社， 1994 參 考文 獻(xiàn) 1 張崇巍， 等.運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) M.武漢： 武漢理工大學(xué)出版社， 2004