雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)和仿真實例

1、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)和仿真實例主要內(nèi)容直流電機控制系統(tǒng)仿真PID控制算法應(yīng)用課程實驗報告要求單片機工業(yè)PC可編程控制器直流電機雙閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的目的直流電機雙閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的目的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖？PWM脈寬調(diào)制電路的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖(1) 起動的快速性(2) 提高系統(tǒng)抗擾性能理想電機起動特性負載抗擾特性雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的目的直流電機雙閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真結(jié)論：只要偏差e(t)存在，輸出U就增加；輸出需加限幅措施當e(t)=0時，U=常數(shù)；退飽和過程有超調(diào)具有積分控制作用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)積分調(diào)節(jié)器的 飽和非線性問題直流電機雙閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真對于雙閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)，電流環(huán)按典型I

2、型系統(tǒng)設(shè)計，轉(zhuǎn)速環(huán)按典型II型系統(tǒng)設(shè)計典型I型系統(tǒng)典型II型系統(tǒng)跟隨性能好抗擾性能好ASR和ACR的工程設(shè)計問題直流電機雙閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真電流調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器系統(tǒng)動態(tài)性能：電機起動過程中，電流超調(diào)量為4.3%，轉(zhuǎn)速超調(diào)量為8.3%ASR和ACR的工程設(shè)計問題直流電機雙閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真ASR和ACR的工程設(shè)計問題理解各環(huán)節(jié)輸出量意義、參數(shù)計算依據(jù)調(diào)節(jié)步驟：由內(nèi)到外調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定方法仿真參數(shù)設(shè)置問題直流電機雙閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真直流電機雙閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真Simulink界面參數(shù)表與模型建立直流電機雙閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真?zhèn)鬟f函數(shù)參數(shù)設(shè)置直流電機雙閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真直流電機雙閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真Simulink參

3、數(shù)選擇直流電機雙閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真仿真參數(shù)設(shè)置雙閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)分析(1)起動特性分析ASR從起動到穩(wěn)速，經(jīng)歷了飽和限幅與線性調(diào)節(jié)兩個狀態(tài)ACR從起動到穩(wěn)速，只經(jīng)歷線性調(diào)節(jié)狀態(tài)ASR輸出特性ACR輸出特性電流特性直流電機雙閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真(2)抗擾性能分析 負載突變 電網(wǎng)電壓波動雙閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)分析直流電機雙閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真(3)存在問題分析 仿真結(jié)果與理論設(shè)計具有一定的差距；系統(tǒng)還未調(diào)到最佳狀態(tài)；在實際裝置上應(yīng)用，與理論設(shè)計的分析相差較大。雙閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)分析直流電機雙閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真負載變化的擾動（使Id變化）；交流電源電壓波動的擾動（使Ks變化）；電動機勵磁的變

4、化的擾動（造成Ce 變化 ）；放大器輸出電壓漂移的擾動（使Kp變化）；溫升引起主電路電阻增大的擾動（使R變化）；檢測誤差的擾動（使變化） 。 所有這些因素最終都要影響到轉(zhuǎn)速(4)實際系統(tǒng)其它擾動源 直流電機雙閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真勵磁變化Id變化電源波動Kp變化電阻變化檢測誤差KpKs 1/CeU*nUcUnEnUd0Un+- R 直流電機雙閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真(4)實際系統(tǒng)其它擾動源 直流電機雙閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真+UsUg4M+-Ug3VD1VD2VD3VD4Ug1Ug2VT1VT2VT4VT3132AB4MVT1Ug1VT2Ug2VT3Ug3VT4Ug4橋式可逆PWM變換器H形主電路結(jié)構(gòu)U, iUdE

5、id+UsttonT-UsO正向電動運行波形U, iUdEid+UsttonT0-UsO反向電動運行波形(5)PWM控制方式影響主要內(nèi)容直流電機控制系統(tǒng)仿真PID控制算法應(yīng)用課程實驗報告要求PID調(diào)節(jié)器之所以經(jīng)久不衰，主要有以下優(yōu)點：1. 技術(shù)成熟 ，應(yīng)用廣泛2. 結(jié)構(gòu)簡單，易被人們熟悉和掌握 3. 不需要建立精確數(shù)學模型 4. 對于一般場合，控制效果可以接受 PID調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)PID控制算法的應(yīng)用PID控制率分析PID控制算法的應(yīng)用ty輸出與偏差成比例關(guān)系；過渡過程時間短；但過程終了存在余差；tyty輸出與偏差的積分成比例；過渡過程結(jié)束時無余差；降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；PID控制適用于負荷變化大、

6、容量滯后較大、控制品質(zhì)要求又很高的控制系統(tǒng)。P控制PI控制PID控制PID控制率分析PID控制算法的應(yīng)用PID控制算法的應(yīng)用問題抑制“飽和”，抗積分飽和的PID控制方法作用？“飽和”：引起輸出超調(diào)，甚至產(chǎn)生振蕩，導致不穩(wěn)定。PID控制算法的應(yīng)用算法實現(xiàn)PID控制算法的應(yīng)用PID調(diào)節(jié)器參數(shù)選擇對有自平衡性的系統(tǒng)，應(yīng)選擇包含積分環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)器(如PI,PI,PID);對于無自平衡性的對象，應(yīng)選不含積分環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)器(如P,PD)；對于具有純滯后性質(zhì)的對象，往往要加入微分環(huán)節(jié)。在工程上PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)常常通過實驗來確定，或通過湊試、實驗結(jié)合經(jīng)驗公式來確定。 按先比例、后積分、再微分的步驟在選擇調(diào)節(jié)器參

7、數(shù)前，應(yīng)先確定調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定，并盡可能的消除靜差。PID調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇可通過理論法或?qū)嶒灧ā?PID控制算法的應(yīng)用PID參數(shù)對控制性能的影響AdvantageShortage比例度Kc(bigger)積分時間Ti (shorter)微分Td使系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用增強 Stability Decrease使系統(tǒng)消除余差的速度增強 Stability Decrease微分作用的增強（即Td 增大），從理論上講使系統(tǒng)的超前作用增強，穩(wěn)定性得到加強，但高頻噪聲起放大作用。因而，微分作用不適合于測量噪聲較大的對象。 Stability DecreasePID控制算法的應(yīng)用【例】 考慮一個三階對

8、象模型研究分別采用P、PI、PD、PID控制策略閉環(huán)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)。 PID控制算法的應(yīng)用PID控制特性仿真分析(1) 當只有比例控制時，Kp取值從變化，變化增量為，則閉環(huán)系統(tǒng)的MATLAB程序及階躍響應(yīng)曲線如下： PID控制算法的應(yīng)用Kp=0.2Kp=0.8Kp=1.4Kp=2.0 由曲線可見，當Kp增大時，系統(tǒng)響應(yīng)速度加快，幅值增高。當，Kp達到一定值后，系統(tǒng)將會不穩(wěn)定。PID控制算法的應(yīng)用（2）采用PI控制時（Td0），令Kp=1，Ti=取值從1.5變化，變化增量為，則實現(xiàn)該功能的MATLAB程序及閉環(huán)階躍響應(yīng)曲線為： PID控制算法的應(yīng)用PID控制算法的應(yīng)用Ti=0.7Ti=0.9Ti=1.1Ti=1.5 由曲線可見，當Ti減小時，系統(tǒng)消除偏差速度加快。PID控制算法的應(yīng)用（3）采用PID控制。令 取值從變化，變化增量為，則實現(xiàn)該功能的MATLAB程序及閉環(huán)響應(yīng)曲線如下。 PID控制算法的應(yīng)用可見，當Td增大時，系統(tǒng)的響應(yīng)速度加快，響應(yīng)峰值提高 Td=0.1Td=2.1主要內(nèi)容直流電機控制系統(tǒng)仿真PID控制算法應(yīng)用課