轉速電流雙閉環(huán)直流調速

1、電力拖動控制課程論文題 目 轉速電流雙閉環(huán)直流調速 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 姓 名 陳 琪 班 級 06 電氣 學 號 06312109 執(zhí)行學期 2008-2009-2 基于MATLAB的轉速電流雙閉環(huán)直流調速的仿真報告摘要：本文分析了轉速電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)采用常規(guī)PI調節(jié)器進行速度控制是存在的輸出限幅和轉速超調的問題，并給了解決超調問題的各種控制方案。本文針對內?？刂圃陂]環(huán)直流調速系統(tǒng)中的應用，給出了實驗結果，并和常規(guī)PI調節(jié)器進行速度控制時的系統(tǒng)進行比較，使學生認識到采用合適的控制方案不僅可以成功消除電機在起動過程中的轉速超調，而且使系統(tǒng)獲得良好的動態(tài)和靜態(tài)性能。關鍵詞：雙閉環(huán)直

2、流調速系統(tǒng);限幅；調節(jié)器；Matlab仿真Abstract: This paper analyzes the current two-speed closed-loop DC speed control system using conventional PI regulator for speed control is there and the speed limiter output overshoot, and to resolve the overshoot of the various control programs. In this paper, internal model

3、control for DC drive system in the closed-loop application, the experimental results and conventional PI regulator speed control system when compared to enable students to understand how to use the appropriate control scheme can not only successfully removed from the electrical In the start-up speed

4、 in the process of overshoot, and allowing the system to obtain good dynamic and static performance. Key words: Double Loop DC Motor Control systems; limiter; regulator; Matlab simulation前言在現代化的工業(yè)生產過程中，許多生產機械要求在一定的范圍內進行速度的平滑調節(jié)，并且要求有良好的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)性能。而直流調速系統(tǒng)調速范圍廣、靜差率小、穩(wěn)定性好，過載能力大，能承受頻繁的沖擊負載，可實現頻繁的無極快速起制動和反轉等

5、良好的動態(tài)性能，能滿足生產過程自動化系統(tǒng)中各種不同的特殊運行要求。在高性能的拖動技術領域中，相當長時期內基本幾乎都采用直流電力拖動系統(tǒng)。開環(huán)直流調速由于自身的缺點幾乎不能滿足生產過程的要求，在應用廣泛的雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的PID控制已經得到比較成熟的應用，但是受電動機負載等非線性因素的影響，傳統(tǒng)的控制策略在實際應用中難以保持設計是的性能。由于模擬控制技術的日漸成熟，又由于模糊控制不依賴于被控對象的精確數字模型，能夠克服非線性因素的影響，對調節(jié)對象參數變化具有較強的魯棒性，所以將模糊控制與傳統(tǒng)的PID控制結合可以起到滿意的控制效果，在此基礎上提出自調整因子模糊控制器，根據控制的誤差值，通

6、過適當的調節(jié)規(guī)則來調整一些控制參數值，從而用于高精度直流調速系統(tǒng)中，具有響應快、超速小，對系統(tǒng)參數及結構變化適應性強的優(yōu)點。實際上，由于主電路電感的作用，電流不能突跳，為了實現在允許條件下最快啟動，關鍵是要獲得一段使電流保持為最大值的恒流過程，按照反饋控制規(guī)律，電流負反饋就能得到近似的恒流過程。問題是希望在啟動過程中只有電流負反饋，而不能讓它和轉速負反饋同時加到一個調節(jié)器的輸入端，到達穩(wěn)態(tài)轉速后，又希望只要轉速負反饋，不要電流負反饋發(fā)揮主作用，因此需采用雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)。這樣就能做到既存在轉速和電流兩種負反饋作用又能使它們作用在不同的階段。一、 轉速電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的原理1、 原理為了

7、實現轉速和電流兩種負反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設置兩個調節(jié)器分別調節(jié)轉速和電流，即分別引進轉速負反饋和電流負反饋。二者之間實行嵌套聯(lián)接，把轉速調節(jié)器的輸出當做電流調節(jié)器的輸入，再用電流調節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從閉環(huán)結構上看，電流環(huán)在里面，稱作內環(huán)；轉速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。這就形成了轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)。為了獲得良好的靜、動態(tài)性能，轉速和電流兩個調節(jié)器一般都采用PI調節(jié)器，它們的輸出都是帶限幅作用的，轉速調節(jié)器ASR的輸出限幅電壓決定了電流給定電壓的最大值，電流調節(jié)器ACR的輸出限幅電壓限制了電力電子變換器的最大輸出電壓。2、 各參數的理論計算a、電流環(huán)的控制對象是雙慣性型的，

8、傳遞函數可以寫成：由上式可以看出，電流調節(jié)器的參數是和，其中已經選定，可根據動態(tài)性能指標選取。在一般情況下，希望電流超調量，查表知，可選擇，則，再由公式推導得b、轉速調節(jié)器的傳遞函數是：轉速調節(jié)器的參數包括 Kn 和 tn。按照典型型系統(tǒng)的參數關系，有，因此。至于中頻寬 h 應選擇多少，要看動態(tài)性能的要求決定.無特殊要求時，一般可選擇h=5為好。二、仿真過程1、仿真原理圖根據實驗原理圖在Matlab軟件環(huán)境下查找器件、連線，接成入上圖所示的線路圖。3、 具體步驟a、點擊圖標，打開Matlab軟件，在工具欄里根據提示點擊，再點擊matlab help，打開一個對話框，點擊里的newmodel，創(chuàng)

9、建一個文件頭為的新文件。b、點擊工具欄的，打開元器件庫查找新的元器件。如果不知在哪里找到元器件，可以在里輸入元器件的名稱，鍵入ENTER即可查找。4、 所用元器件及其參數設置a、 GOUND(output) 點擊 找到b、 三相交流電源V1、V2、V3設置三相電壓都為220V，兩兩之間相位差為120，分別為0、-120、-240。c、 Voltage Measurement（電壓測量表）m1、m2、m3d、 Constent（信號發(fā)生器）輸入一個信號，參數值各不一樣，以一種情況為例。e、 Synchronized 6-pulse generator同步6脈沖觸發(fā)器，由Fcn將ACR輸出轉換成脈

10、沖控制角。而輸入端Block 用于控制觸發(fā)脈沖的輸出，在該端置“0”，則有脈沖輸出；如果設置為“1”，則沒有脈沖輸出，整流器也不會工作。f、 Universal Bridge普通的橋電路起著過載保護作用，防止電流過大燒壞電機。g、DC Machine（直流電動機）F+和F-是直流電機勵磁繞組的連接端，A+和A-是電機電樞繞組的聯(lián)結端，TL是電機負載轉矩的輸入端。m端用于輸出電機的內部變量和狀態(tài)，在該端可以輸出電機轉速、電樞電流、勵磁電流和電磁轉矩四項參數。修改參數電樞電阻和電感（Armature resistance and inductance）為0.210.0021，勵磁電阻和電感（Fie

11、ld resistance and inductance）為146.70，勵磁和電樞互感（Field-armature mutual inductance）為0.84，轉動慣量（Total inertia）為0.572，粘滯摩擦系數（Viscous friction coefficient）為0.01，庫侖摩擦轉矩（Coulomb friction torque）為1.9，初始角速度(initial speed)為0.1。h、直流電源修改Amplitude即改變了電壓源的幅值。這里此模塊用作直流電動機的勵磁電源，幅值為220V。i、PI調節(jié)器分別作為轉速調節(jié)器ASR和電流調節(jié)器ACR，ASR的

12、輸出作為ACR的輸入，起到限幅的作用。 j、Gain（雙擊Gain可修改增益）k、Saturation（反饋深度）l、Sum（加法器）在List of Signs欄目描述加法器三路輸入的符號，其中|表示該路沒有信號，所以用|+-取代原來的符號，得到動態(tài)結構框圖中所需的減法器模塊了。m、Demux（分接器）n、scope（示波器）o、仿真環(huán)境參數設置點擊選中第三個，設置環(huán)境參數。5、 仿真結果根據上面的步驟查找器件，連線，即可畫出原理圖，運行之后，得到如下波形。以下波形分別為轉速n，電樞電流Ia，勵磁電流If，轉矩T三、分析從上圖仿真的波形可以看出，它非常接近于理論分析的波形。從波形中也可以看出

13、，在啟動中轉速調節(jié)器經歷了不飽和，飽和，退飽和三種情況，整個動態(tài)過程分為三個階段：電流上升階段、恒流升速階段、轉速調節(jié)階段。第一階段突加電壓，電樞電流迅速上升，速度調節(jié)器的輸入很快達到限幅值。第二階段，ASR始終飽和，轉速環(huán)相當于開環(huán)，保持電流恒定，拖動系統(tǒng)恒加速，轉速線形增加。第三階段，當轉速達到給定值之后，轉速調節(jié)器和電流調節(jié)器的給定電壓與反饋電壓平衡，輸入偏差為零，但是由于積分作用，其輸出還很大，所以出現超調。轉速超調之后，轉速調節(jié)器輸入端出現負偏差電壓，使它退出飽和狀態(tài)，進入線形調節(jié)階段，使速度恒定不變，實際仿真結果基本上符合理論分析。轉速調節(jié)器的作用是調速系統(tǒng)的主導調節(jié)器，它使轉速

14、n 很快地跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時可減小轉速誤差，如果采用PI調節(jié)器，則可實現無靜差；它對負載變化起抗擾作用；其輸出限幅值決定電機允許的最大電流。電流調節(jié)器的作為內環(huán)的調節(jié)器，在外環(huán)轉速的調節(jié)過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓變化；它對電網電壓的波動起及時抗擾的作用。在轉速動態(tài)過程中，保證獲得電機允許的最大電流，從而加快動態(tài)過程。實驗中存在一定的誤差，由于參數的設定，線路的連接，還有仿真參數的選擇。四、我的感受這次抽到的是直流系統(tǒng)的調速實驗，在前兩周的電力拖動的實訓課上，這個實驗已經在實驗課臺上實際接線調試過了。那時的感覺是接線比較復雜，調節(jié)比較困難，一共有九個電位器，需調節(jié)它們使達到要求。這次用Matlab軟件進行仿真，相對來說實驗現象觀看的沒有那么形象，但是調節(jié)起來比較方便，沒有很大麻煩。但是對于參數計算，我不是很了解，抽象的沒有具體的好把握一點，但是工作效率提高了。這次仿真結束，我又學習了一種課題的實驗方法，用兩種不同的形式解決了同一個問題，讓