雙閉環(huán)直流電機(jī)調(diào)速的matlab仿真

1、雙閉環(huán)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與MATLAB仿真1.1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標(biāo)生產(chǎn)工藝對控制系統(tǒng)性能的要求經(jīng)量化和折算后可以表達(dá)為穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。設(shè)計(jì)任務(wù)書中給出了本系統(tǒng)調(diào)速指標(biāo)的要求。深刻理解這些指標(biāo)的含義是必要的，也有助于我們構(gòu)想后面的設(shè)計(jì)思路。在以下四項(xiàng)中，前兩項(xiàng)屬于穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)，后兩項(xiàng)屬于動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)調(diào)速范圍 D 生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比叫做調(diào)速范圍，即nmax（ 1-1）nmin靜差率 s 當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，負(fù)載由理想空載增加到額定值 所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落，與理想空載轉(zhuǎn)速之比，稱作靜差率，即-n om 100% （ 1-2 ） n

2、。靜差率是用來衡量調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化下轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度的。跟隨性能指標(biāo)在給定信號 R（t）的作用下，系統(tǒng)輸出量C（t）的變化情況可用跟隨性能指標(biāo)來描述。具體的跟隨性能指標(biāo)有下列各項(xiàng)：上升時(shí)間tr，超調(diào)量二，調(diào)節(jié)時(shí)間ts.抗擾性能指標(biāo)此項(xiàng)指標(biāo)表明控制系統(tǒng)抵抗擾動(dòng)的能力，它由以下兩項(xiàng)組成：動(dòng)態(tài)降落 Qmax %，恢復(fù)時(shí)間tv.調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)基本方面在理解了本設(shè)計(jì)需滿足的各項(xiàng)指標(biāo)之后，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)在權(quán)衡這些基本指標(biāo)，即1） 動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性與靜態(tài)準(zhǔn)確性對系統(tǒng)放大倍數(shù)的要求；2） 起動(dòng)快速性與防止電流的沖擊對電機(jī)電流的要求。采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI 調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下 ， 實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，

3、解決了第一個(gè)問題。但是，如果對系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如要求快速啟制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等等，則單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。這主要是因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來控制動(dòng)態(tài)過程中的電流和轉(zhuǎn)矩。在電機(jī)最大電流受限的條件下，希望充分利用電機(jī)的允許過載能力， 最好是 在過渡過程中始終保持電流為允許的最大值，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)態(tài)后，又讓電流立即降低下來，使轉(zhuǎn)速馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，只有電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的，但它只是在超過臨界電流Ider 值以后，靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，并不能很理想的控制電流的動(dòng)態(tài)波形。帶電

4、流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)的電流和轉(zhuǎn)速波形如圖1-1a 所示。a）b）圖 1-1 調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)過程的電流和轉(zhuǎn)速波形a）帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的啟動(dòng)過程b）理想快速啟動(dòng)過程當(dāng)電流從最大值降低下來以后，電機(jī)轉(zhuǎn)矩也隨之減小，因而加速過程必然拖長。對于經(jīng)常正反轉(zhuǎn)運(yùn)行的調(diào)速系統(tǒng)，盡量縮短起制動(dòng)過程的時(shí)間是提高生產(chǎn)率 的重要因素。為此，在電機(jī)最大電流 （轉(zhuǎn)矩）受限的條件下 ,希望充分地利用電機(jī)的 過載能力 ，最好是在過渡過程中始終保持電流 （轉(zhuǎn)矩）為允許的最大值 ，使電力拖動(dòng) 系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動(dòng) ，到達(dá)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后 ，又讓電流立即降低下來 ，使轉(zhuǎn) 矩馬上與負(fù)載平衡 ，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)

5、運(yùn)行 .這樣的理想起動(dòng)過程波形如圖 1-1b 所示 , 起動(dòng)電流呈方形波，而轉(zhuǎn)速是線性增長的。這是在最大電流 （轉(zhuǎn)矩）受限的條件下， 調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的啟動(dòng)過程。實(shí)際上，由于主電路電感的作用，電流不能突變，圖1-1b 所示的理想波形只能得到近似的逼近，不能完全的實(shí)現(xiàn)。問題是希望在啟動(dòng)過程中只有電流負(fù)反饋，而不能讓它和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋同時(shí)加到一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入端，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，希望只有轉(zhuǎn)速反饋，基不再靠電流負(fù)反饋發(fā)揮主要作用而雙閉環(huán)系統(tǒng)就是在這樣的礎(chǔ)上產(chǎn)生的。調(diào)速系統(tǒng)的雙閉環(huán)調(diào)節(jié)原理見圖 1-2 :圖 1-2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖2.1 設(shè)計(jì)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器基本數(shù)據(jù)1、

6、直流電動(dòng)機(jī)參數(shù)計(jì)算已知某直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，控制系統(tǒng)主回路與直流電動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)如下：電動(dòng)機(jī)： Pnom =150 kwUnom =220 Vlnom =700 ALd=2mH2 2Nnom =1000 rpmRd=0.08 QRa=0.05QGD =125Kg? m=1.5m=6計(jì)算得到此直流電動(dòng)機(jī)的相關(guān)參數(shù)：電勢常數(shù)：C =U nom -1 際=22°-700 0.05 = 0.185V 心 mim 1) n nom 1000轉(zhuǎn)矩常數(shù)： CMC0.1851.030.18kg mA1.03Ld2 10電磁時(shí)間常數(shù)：Tdd0.025sRd0.08機(jī)電時(shí)間常數(shù)：TmGD 2Rdc c0

7、.8s375CCM110.0 017s晶閘管整流裝置滯后時(shí)間常數(shù) :Ts26502mf選取轉(zhuǎn)速輸出限幅值： Uk m =1CV，可以計(jì)算得到晶閘管裝置放大系數(shù)：s5 Unom=23K °U km啟動(dòng)電流： Idm =1.5l nom = 1050A選取電流調(diào)節(jié)器輸出限幅值：Um =10V ，可以得到電流反饋系數(shù)：亠仏 =0.0095V/A1 dm選取電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)：Tfi =0.002選取轉(zhuǎn)速最大給定值：Unm 二 10V得到轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：二仏二0.01V / （r min ）nn om取轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)：Tfn =0.01sEjS +1電流調(diào)節(jié)器采用PI 調(diào)節(jié)器： WAC

8、R *7袞 A124-i = 0.025s，PI調(diào)節(jié)器： WASR = K n ns 1 ns轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用En =5T n = 0.087 s，K 2. 雙閉環(huán)直流調(diào)速控制系統(tǒng)仿真2.1 、基于數(shù)學(xué)模型的雙閉環(huán)直流調(diào)速控制系統(tǒng)仿真TransferTransferFcn3Fcn21K-K-0.01s+1GainGainlTransferintegraterScopeFcnTransferFcn5圖 2-1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖 2-2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電流和轉(zhuǎn)速曲線啟動(dòng)過程的第一階段是電流上升階段，突加給定電壓，ASR的輸入很大，其輸出很快達(dá)到限幅值，電流也很快上升，接近其最大值。第

9、二階段，ASR飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流給定作用下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，電流基本上保持不變，拖動(dòng)系統(tǒng)恒加速，轉(zhuǎn)速線形增長。第三階段，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到給定值后。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的給定與反饋電壓平衡，輸入偏差為零，但是由于積分作用，其輸出還很大，所以出現(xiàn)超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR輸入端出現(xiàn)負(fù)偏差電壓，使它退出飽和狀態(tài)，進(jìn)入線性調(diào)節(jié)階段，使轉(zhuǎn)速保持恒定，實(shí)際仿真結(jié)果基本上反映了這一點(diǎn)?？偨Y(jié)這次仿真設(shè)計(jì)讓我學(xué)習(xí)到很多。雖然結(jié)束了，但這只能是一個(gè)開始。今后作為技術(shù)人員，要學(xué)習(xí)的規(guī)范，如何的不斷提高自己的綜合能力與專業(yè)水平是我未來很多年的職業(yè)生涯里都要認(rèn)真考慮與學(xué)習(xí)的一個(gè)重要問題，在設(shè)計(jì)仿真過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，使自己學(xué)到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛