基于MATLAB的雙閉環(huán)直流電機調(diào)速系統(tǒng)仿真

1、基于matlab的雙閉環(huán)直流電機調(diào)速系統(tǒng)仿真李明陽 （紫金學(xué)院）摘要：實際生產(chǎn)中，生產(chǎn)機械要求在一定的范圍內(nèi)進行速度的平滑調(diào)節(jié)，并且要有良好的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)性能，同時，我們希望在電機最大電流限制的條件下，充分利用電機的允許過載能力，使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度啟動，到達穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后，又讓電流立即降下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運行。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，具有直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速范圍廣、靜差率小、穩(wěn)定性好以及有良好的動態(tài)性能的優(yōu)點，又有動態(tài)響應(yīng)快、抗干擾能力強等特點，可以很好的滿足實際需求。1 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作原理 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個調(diào)節(jié)器asr（轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器）和acr（電流調(diào)節(jié)器）一

2、般都采用pi調(diào)節(jié)器。因為pi調(diào)節(jié)器置既可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，使系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運行時得到無靜差調(diào)速，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，兼顧快速響應(yīng)和消除靜差兩方面的要求。一般的調(diào)速系統(tǒng)要求以穩(wěn)和準為主，采用pi調(diào)節(jié)器便能保證系統(tǒng)獲得良好的靜態(tài)和動態(tài)性能。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用：是調(diào)速系統(tǒng)的主調(diào)節(jié)器，使轉(zhuǎn)速n很快的跟隨給定電壓變化，如果采用pi調(diào)節(jié)器，實可現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無靜差。保證了系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性。電流調(diào)節(jié)器的作用：作為內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器，在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中，它使得電流跟隨其給定電壓變化；對電網(wǎng)電壓波動起及時抗擾作用；起動時保證獲得電機允許的最大電流，使系統(tǒng)獲得最大加速度起動；當電機過載甚至于堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最大值，起快速的自我

3、保護作用。當故障消失時，系統(tǒng)能夠自動恢復(fù)正常。保證了系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性。 ks a 1/ceu*nuctidenud0un+-asr+u*i-idr r b acr-uiupe雙閉環(huán)直流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖u*na uct-idlnud0un+-b -uiwasr(s)wacr(s)ks tss+11/rtl s+1rtmsu*iid1/ce+e雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的主電路各器件的選擇和計算某晶閘管供電的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，整流裝置采用三相橋式電路，基本數(shù)據(jù)如下：直流電機: un=220v， in=136a， nn=1460r/min， ce=0.132v*min/，允許過載倍數(shù)

4、: =1.5晶閘管裝置放大系數(shù) ks=40；電樞電阻： ra=0.5 時間常數(shù)： tl=0.03s，tm=0.18s；勵磁電壓： uf=220v勵磁電流： if=1.5a動態(tài)指標： 1.電流超調(diào)量%5%2.空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量：%10% 電流反饋系數(shù) =0.05 v*min/r轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)： = 0.00667v*min/r三相整流橋平均失控時間 ts=0.0017s電流反饋濾波時間常數(shù) toi=0.002s；轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù) ton=0.01s；參數(shù)設(shè)置電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計 wacr（s）=ki*(1+s)/s =1.013+33.8/s轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計wasr（s）=

5、kn*(1+s)/s =11.7+134.48/s3 matlab仿真電流調(diào)節(jié)器仿真 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器仿真雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型仿真雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)模型仿真此環(huán)節(jié)將控制電壓限幅轉(zhuǎn)換成導(dǎo)通角來控制六脈沖觸發(fā)器，當調(diào)節(jié)器輸出最大限幅值10v時，導(dǎo)通角為0，對應(yīng)三相全波整流橋輸出最大電壓加到電動機電樞。另外需要注意的是系統(tǒng)包含非線性元素，需要在在選項中使用剛性解算器ode15s，或ode23tb。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)模型仿真結(jié)果4 仿真結(jié)果分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定由靜止啟動時，轉(zhuǎn)速和電流的仿真波形所示。啟動過程經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三個階段，即電流上升階段、恒流升速階段和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。在雙

6、閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，asr的作用是對轉(zhuǎn)速的抗擾調(diào)節(jié)并使之在穩(wěn)態(tài)是無靜差，acr的作用是過流自動保護和及時抑制電壓的波動。通過仿真可知：啟動時，讓轉(zhuǎn)速外環(huán)飽和不起作用，電流環(huán)起主要作用，調(diào)節(jié)啟動電流保持最大，使轉(zhuǎn)速線性變化，迅速達到給定值；穩(wěn)態(tài)運行時，轉(zhuǎn)速負反饋外環(huán)起主要作用，使轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)速給定電壓的變化而變化，電流內(nèi)環(huán)跟隨電流外環(huán)調(diào)節(jié)電機的電樞電流以平衡負載電流。參 考 文 獻1浣喜明，等.電力電子技術(shù)m.北京：高等教育出版社，2010.2劉啟新，等.電機與拖動基礎(chǔ)m.北京：中國電力出版社，2002.3劉勤賢.自動控制原理m.杭州：浙江大學(xué)出版社，2009.4張平 等，matlab基礎(chǔ)與應(yīng)用m.北京：北京航空航天大學(xué)出版社.2010.5周淵深.交直流調(diào)速系統(tǒng)與matlab