雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真

1、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真摘 要：雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是目前直流調(diào)速系統(tǒng)中的主流設(shè)備，具有調(diào)速范圍寬、平穩(wěn)性好、穩(wěn)速精度高等優(yōu)點(diǎn)，在理論和實(shí)踐方面都是比較成熟的系統(tǒng)，在拖動(dòng)領(lǐng)域中發(fā)揮著極其重要的作用。詳細(xì)討論了直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)方法?；谥绷麟姍C(jī)基本方程，建立了直流電機(jī)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，給出了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖并進(jìn)行了仿真研究，仿真結(jié)果驗(yàn)證了控制方案的合理性關(guān)鍵詞：雙閉環(huán) 直流調(diào)速 仿真The simulation of double closed loop DC speed regulating system Abstract: The double loop DC spee

2、d control system is the main equipment in DC speed regulation, with wide speed range, good stability, high accuracy of speed stability, both in theory and practice is relatively mature, plays an extremely important role in the drag in the field. The discussion of DC motor speed control system engine

3、ering design method. Based on the basic equation of DC motor, a DC motor speed current double closed loop speed regulation system, the mathematical model, the dynamic structure of the system and simulation, simulation results confirm the validity of the scheme.Key words: Double closed loop DC speed

4、regulation Simulation1.基本原理和系統(tǒng)建模轉(zhuǎn)速環(huán)電流環(huán)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)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器,分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流,二者之間實(shí)行串聯(lián)連接. 把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR 的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器ACR 的輸入,再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置GT ,TA為電流傳感器,TG 為測(cè)速發(fā)電機(jī). 從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看,電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面,叫做內(nèi)環(huán),轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)在外邊叫做外環(huán),這樣就形了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。如圖所示：2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)速系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)如下:晶閘管三相橋式全控整流電路供電的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng), 系統(tǒng)參數(shù)：直流電動(dòng)機(jī)：220V,136A,1460r/m

5、in,Ce=0.132V/(min/r)，允許過(guò)載倍數(shù)；晶閘管裝置：Ks=40;電樞回路總電阻：R=0.5；時(shí)間常數(shù)：Tl=0.03s,Tm=0.18s;反饋系數(shù)：=0.007，=0.05；反饋濾波時(shí)間常數(shù)：Toi=0.002s，Ton=0.01s。2. 1 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)2. 1. 1 計(jì)算時(shí)間常數(shù)經(jīng)查表,三相橋式電路的平均失控時(shí)間Ts =0. 0017s ,電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)Ti = Ts + Toi = 0. 0037s ,電樞回路的電磁時(shí)間常數(shù)Tl = 0.03s。2. 1. 2 確定電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)和參數(shù)根據(jù)性能指標(biāo)要求i 5 % , 保證穩(wěn)態(tài)無(wú)誤差。把電流環(huán)校正成典型I 型系統(tǒng),其傳

6、遞函數(shù)為:WACR ( s) =Ki (is + 1)/is式中Ki ,i 分別為電流調(diào)節(jié)器的比例放大系數(shù)和領(lǐng)先時(shí)間常數(shù). 其中i = T1 = 0. 03s ,為滿足的要求,應(yīng)取K1Ti = 0. 5 因此: K1 =0.5/ Ti= 74.63s- 1 ,于是可以求得ACR 的比例放大系數(shù)Ki =K1i R/Ks=1.0135故電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)WACR (s) =1.013s+33.7667/s經(jīng)過(guò)校驗(yàn),滿足晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)近似條件,也滿足電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件,設(shè)計(jì)后電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)指標(biāo)i = 4. 3 % 5 %滿足設(shè)計(jì)要求。2. 2 速度調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)2 .2. 1

7、 計(jì)算時(shí)間常數(shù)電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù):2 Ti = 0. 0134s,轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù): Tn = 2 Ti + Ton = 0. 0318s2. 2. 2 確定轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)和參數(shù)在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)時(shí),可以把已經(jīng)設(shè)計(jì)好的電流環(huán)作為轉(zhuǎn)速環(huán)的控制對(duì)象. 為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差,提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié),又考慮到動(dòng)態(tài)要求,因此把轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì)成典型II 型系統(tǒng),其傳遞函數(shù)為:WASR ( s) = Kn(ns + 1)/ns式中Kn ,n 分別為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例放大系數(shù)和領(lǐng)先時(shí)間常數(shù). 取中頻寬h = 5 ,則ASR 的領(lǐng)先時(shí)間常數(shù):n = hTn = 0. 087s ,按Mrmin 準(zhǔn)

8、則確定參數(shù)關(guān)系,轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)放大系數(shù):KN =(h + 1)/2 h2 T2n= 118.67s- 1則ASR 的比例放大系數(shù)為:Kn =KNnCe TmR=( h + 1)Ce Tm/2 hRTn,則Kn =11.7經(jīng)過(guò)校驗(yàn),滿足電流環(huán)傳遞函數(shù)等效條件,也能滿足轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件,轉(zhuǎn)速超調(diào)量n = 8. 3 % 10 % 滿足設(shè)計(jì)要求. 為保證電流調(diào)節(jié)器與轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器中的運(yùn)算放大器工作在線性特性段以及保護(hù)調(diào)速系統(tǒng)的各個(gè)元件、部件與裝置不致?lián)p壞,在電流調(diào)節(jié)器與轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出端設(shè)置了限幅裝置,幅值限制為- 6+ 6。3. Simulink 仿真試驗(yàn)及結(jié)果分析3. 1. 構(gòu)建仿真模型3.

9、2 仿真運(yùn)行 Simulink 仿真模型，輸出示波器，得出轉(zhuǎn)速的仿真曲線改變限幅裝置限幅參數(shù)，仿真結(jié)果如下：3.3 結(jié)果分析：由上訴波形圖分析可知，仿真后的轉(zhuǎn)速輸出雖然時(shí)間相應(yīng)符合要求但是超調(diào)很大，需要對(duì)調(diào)節(jié)器進(jìn)行改進(jìn)。適當(dāng)減小轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)和時(shí)間常數(shù)犧牲調(diào)節(jié)時(shí)間可以減小超調(diào)，4.結(jié)論在工程設(shè)計(jì)時(shí)，首先根據(jù)典型I型系統(tǒng)或典型型系統(tǒng)的方法計(jì)算調(diào)節(jié)器參數(shù)，然后利用MATLAB下的SIMULINK軟件進(jìn)行仿真，靈活修正調(diào)節(jié)器參數(shù)，直至得到滿意的結(jié)果。本文通過(guò)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，對(duì)電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器進(jìn)行的設(shè)計(jì)，選擇了調(diào)節(jié)器的類型，給出了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖并進(jìn)行了仿真和分析。在充分發(fā)揮電機(jī)過(guò)載能力的同時(shí)，可以獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，在實(shí)際工程中有一定的應(yīng)用價(jià)值。