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

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matlab軟件的simnlink,對設(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)一步說明雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的可行性與優(yōu)越性。對計(jì)算過程做了著重重視,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 仿真中圖分類號:TG156文獻(xiàn)標(biāo)志碼:DESIGN AND RESEAR

2、CH Of DOUBLE-LOOP DC MOTOR SPEED CONTROLSYSTEM BASED ON MATLAB-SIMULINKName(xxx College ,Nanjing 210000,Jiangsu ,China Abstract:According to the practical appliance and the parameters given , make a design of the double-loop DC motor speed control system, calculating the other parameters that are ne

3、eded 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 speed control system,as wel

4、l 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)

5、歷來在工業(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)算過程,詳細(xì)地描述了各所需參數(shù)的計(jì)算過程,列寫詳細(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)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。

6、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。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、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

7、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恒定磁場之下的電勢常數(shù)7507600.0881.8375N N N e N U I R C n -=恒定磁場之下的電勢常數(shù)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21328.603(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 03000

8、N 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 34493.33 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)來看,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)*100.2667375nm 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

9、 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):5<7.908<10,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),要求抗擾動性能好,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 =s 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)22112N nn e m n R h K K

10、C T h T +=e mn nC T h K h R T +=+=3、驗(yàn)證近似條件cn n T =1111=27.51cn on i T T 均滿足要求 4、校核退飽和時(shí)的超調(diào)量 計(jì)算啟動時(shí)間 查表查表知 2.1= m a x C 0.812b C = 8.8v t0.4794e 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)中取勵磁電流0f I =6060 1.82/0.231822 3.1475e af E f f C L K I I =449.8GD J g =供電電源

11、電壓有效值2UN 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 R =0.031 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 =0.79 *nmN

12、U n = 0.0267 *imNU I = 0.0088 2n i on T T T =+0.02734 12e mn 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 24GD J g= 33.8929 9.55LN e N T C I =13209.53 max 2 2.34cos30N d oU I R U += 415.82

13、五、仿真結(jié)果及分析5. 1 系統(tǒng)動態(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)用工具對系統(tǒng)進(jìn)行了仿真； 通過轉(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 直流拖動控制系統(tǒng) 機(jī)械工業(yè)出版 社，1999 8 朱仁初 萬伯任 電力拖動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊 機(jī)械工業(yè)出 版社，1994 參 考 文 獻(xiàn) 1 張崇巍， 等.運(yùn)動控制系統(tǒng)M.武漢： 武漢理工大學(xué)出版社， 2004. 2 楊懷林.基于Matlab/Sim