基于MATLAB的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計

1、基于MATLAB勺雙閉環(huán)直流電機調(diào)速系統(tǒng)仿真學(xué)院:信息工程學(xué)院班級:11自動化二班姓名:梁玉迪學(xué)號:F1156226指導(dǎo)教師：李浚圣摘要：實際生產(chǎn)中,生產(chǎn)機械要求在一定的范圍內(nèi)進行速度的平滑調(diào)節(jié),并且要有良好的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)性能,同時,我們希望在電機最大電流限制的條件下,充分利用電機的允許過載水平,使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度啟動,到達穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后,又讓電流立即降下來,使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡,從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運行.雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng),具有直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速范圍廣、靜差率小、穩(wěn)定性好以及有良好的動態(tài)性能的優(yōu)點,又有動態(tài)響應(yīng)快、抗干擾水平強等特點,可以很好的滿足實際需求.1雙閉環(huán)限制系統(tǒng)的工作原理雙閉環(huán)

2、調(diào)速系統(tǒng)的兩個調(diào)節(jié)器ASR轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和ACR電流調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器.由于PI調(diào)節(jié)器置既可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度,使系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運行時得到無靜差調(diào)速,又能提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性,兼顧快速響應(yīng)和消除靜差兩方面的要求.一般的調(diào)速系統(tǒng)要求以穩(wěn)和準(zhǔn)為主,采用PI調(diào)節(jié)器便能保證系統(tǒng)獲得良好的靜態(tài)和動態(tài)性能.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用：是調(diào)速系統(tǒng)的主調(diào)節(jié)器,使轉(zhuǎn)速n很快的跟隨給定電壓Un*變化,如果采用pi調(diào)節(jié)器,實可現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無靜差.保證了系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性.電流調(diào)節(jié)器的作用：作為內(nèi)-一、=.*環(huán)調(diào)節(jié)器,在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中,它使得電流跟隨其給定電壓Ui變化；對電網(wǎng)電壓波動起及時抗擾作用；起動時保證獲得電機允許的最大電流,使系統(tǒng)

3、獲得最大加速度起動；當(dāng)電機過載甚至于堵轉(zhuǎn)時,限制電樞電流的最大值,起快速的自我保護作用.當(dāng)故障消失時,系統(tǒng)能夠自動恢復(fù)正常.保證了系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性.圖2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的主電路各器件的選擇和計算直流電機：Un=220V,某品閘管供電的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng),整流裝置采用三相橋式電路,根本數(shù)據(jù)如下：入=1.5In=136A,Nn=1460r/min,Ce=0.132V*min/,允許過載倍數(shù):晶閘管裝置放大系數(shù)ks=40電樞電阻:Ra=0.5時間常數(shù):Tl=0.03s,Tm=0.18s；勵磁電壓:Uf=220V勵磁電流:If=1.5A動態(tài)指標(biāo):1.電流超調(diào)量6.反5%電流反

4、應(yīng)系數(shù)轉(zhuǎn)速反應(yīng)系數(shù):2.空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量：5%c10%B=0.05V*min/ra=0.00667V*min/r三相整流橋平均失控時間Ts=0.0017s電流反應(yīng)濾波時間常數(shù)Toi=0.002s;轉(zhuǎn)速反應(yīng)濾波時間常數(shù)Ton=0.01s;參數(shù)設(shè)置電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計Wacr(s)=Ki*(1+rS)/rS=1.013+33.8/s轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計Wasr(s)=Kn*(1+rS)/rS=11.7+134.48/s3MATLA昉真MATLAB!矩陣實驗室(MatrixLaboratory)的簡稱,是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件,用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值

5、計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境,主要包括MATLAB口Simulink兩大局部.Simulink是MATLAEft重要的組件之一,它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境.在該環(huán)境中,無需大量書寫程序,而只需要通過簡單直觀的鼠標(biāo)操作,就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng).Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清楚及仿真精細(xì)、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點,并基于以上優(yōu)點Simulink已被廣泛應(yīng)用于限制理論和數(shù)字信號處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計.同時有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于Simulink.Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具,是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計環(huán)境,是

6、實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包,被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字限制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中.Simulink可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模,它也支持多速率系統(tǒng),也就是系統(tǒng)中的不同局部具有不同的采樣速率.為了創(chuàng)立動態(tài)系統(tǒng)模型,Simulink提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI),這個創(chuàng)立過程只需單擊和拖動鼠標(biāo)操作就能完成,它提供了一種更快捷、直接明了的方式,而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果.Simulink是用于動態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計工具.對各種時變系統(tǒng),包括通訊、限制、信號處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng),

7、Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對其進行設(shè)計、仿真、執(zhí)行和測試.圖3電流調(diào)節(jié)器仿真圖4轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器仿真圖5雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型仿真圖6觸發(fā)器此環(huán)節(jié)將限制電壓限幅轉(zhuǎn)換成導(dǎo)通角來限制六脈沖觸發(fā)器,當(dāng)調(diào)節(jié)器輸出最大限幅值10V時,導(dǎo)通角為0,對應(yīng)三相全波整流橋輸出最大電壓加到電動機電樞.圖7雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)模型仿真結(jié)果4仿真結(jié)果分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定由靜止啟動時,轉(zhuǎn)速和電流的仿真波形所示.啟動過程經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三個階段,即電流上升階段、恒流升速階段和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段.在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中,ASR勺作用是對轉(zhuǎn)速的抗擾調(diào)節(jié)并使之在穩(wěn)態(tài)是無靜差,ACR勺作用是過流自動保護和及時抑制電壓的波動.通過仿真可知：啟動時,讓轉(zhuǎn)速外環(huán)飽和不起作用,電流環(huán)起主要作用,調(diào)節(jié)啟動電流保持最大,使轉(zhuǎn)速線性變化,迅速到達給定值；穩(wěn)態(tài)運行時,轉(zhuǎn)速負(fù)反應(yīng)外環(huán)起主要作用,使轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)速給定電壓的變化而變化,電流內(nèi)環(huán)跟隨電流外環(huán)調(diào)節(jié)電機的電樞電流以平衡負(fù)載電流.參考文獻1浣喜明,等.電力電子技術(shù)M.北京：高等教育出版社,2021.2劉啟新,等.電機與拖動根底M.北京：中國電力出版社,2002.3劉勤賢.自動限制原理M.杭州：浙江大學(xué)出版社,2021.4張平等,MATLAIE礎(chǔ)與應(yīng)用M.北京：北京航空航天大學(xué)出版