基于matlab的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真研究

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1、基于MATLAB的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真研究基于MATLAB的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真研究摘要：本次的實驗內(nèi)容介紹了雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理及組成，并且分別對電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器進行了分析，而且對電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)模型的建立和參數(shù)的設(shè)計，運用MATLAB計算機軟件對其進行了仿真研究，并得出實驗結(jié)果。關(guān)鍵詞：雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電流環(huán)轉(zhuǎn)速環(huán)計算機仿真一、研究要求1、掌握雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理及組成2、掌握雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真研究方法二、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理2.1、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的介紹許多生產(chǎn)機械，由于加工和運行的要求，使電動機經(jīng)常處于起

2、動、制動、反轉(zhuǎn)的過渡過程中，因此起動和制動過程的時間在很大程度上決定了生產(chǎn)機械的生產(chǎn)效率。為縮短這一部分時間，僅采用PI調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)速負反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，其性能還不很令人滿意。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)較單閉環(huán)相比具有動態(tài)響應(yīng)快、抗干擾能力強等優(yōu)點，具有良好的抗擾性能，它對于被反饋環(huán)的前向通道上的一切擾動作用都能有效的加以抑制。具有單閉環(huán)不能比擬的優(yōu)勢2.2、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實行串級連接，如1圖所示，即把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電

3、流調(diào)節(jié)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。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)速環(huán)在外面，叫做外環(huán)。這樣就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。該雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個調(diào)節(jié)器ASR和ACR一般都采用PI調(diào)節(jié)器。因為PI調(diào)節(jié)器作為校正裝置既可以保證系統(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，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；作為控制器時又能兼顧快速響應(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。圖1轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖2.3系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)性能指標(biāo)12基于MATLA

4、B的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真研究2.3.1系統(tǒng)的靜態(tài)性能指標(biāo)首先，畫出其穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，如圖2所示圖2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖由于當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時，輸出達到限幅值，輸入量的變化不再影響輸出量，除非有反向的輸入信號使調(diào)節(jié)器退出飽和。即飽和的調(diào)節(jié)器暫時隔斷了輸入和輸出之間的聯(lián)系，相當(dāng)于該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)，當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時，PI調(diào)節(jié)器工作在線性調(diào)節(jié)狀態(tài)。為了實現(xiàn)電流的實時控制和快速跟隨，希望電流調(diào)節(jié)器不進入飽和狀態(tài)，因此，對于靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況2.3.1.1轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和這時，兩個調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時，他們的輸入偏差

5、電壓都是零。Un*=Un=αn=αn0→n==n0，Ui*=Ui=βId由于ASR不飽和，Ui*

6、Ⅱ型系統(tǒng)。又因為典型一型系統(tǒng)跟隨性能好，故選擇典型一型系統(tǒng)進行下一步設(shè)計。2、動態(tài)性能指標(biāo)跟隨性能指標(biāo)：（1）上升時間tr：在典型的階躍響應(yīng)跟隨過程中，輸出量從零起第一次上升到穩(wěn)態(tài)值經(jīng)過的時間稱為上升時間。它表示動態(tài)響應(yīng)的快速性。（2）超調(diào)量：σ在典型的階躍響應(yīng)跟隨過程中，輸出量超出穩(wěn)態(tài)值的最大偏離量與穩(wěn)態(tài)值之比，用百分數(shù)表示，叫做超調(diào)量。超調(diào)量反映系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性。超調(diào)量越小，則相對穩(wěn)定性越好，即動態(tài)響應(yīng)比較平穩(wěn)。（3）調(diào)節(jié)時間：ts在階躍響應(yīng)曲線的穩(wěn)態(tài)值附近，取±5%（或±2%）的范圍作為允許誤差帶，以響應(yīng)曲線達到并不再超出該誤差帶所需

7、的最短時間，定義為調(diào)節(jié)時間。三、參數(shù)設(shè)計3.1基本參數(shù)如下：直流電動機：220V，136A，1460r/min.Ce=0.132Vmin/r.允許過載倍數(shù)為1.5；晶閘管裝置放大系數(shù)：Ks=40；Ts=0.0017s；電樞回路總電阻：；時間常數(shù)：；電流反饋系數(shù)：；電流反饋濾波時間常數(shù)：；電流反饋系數(shù)：；轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α=0.007vmin/r轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù)：設(shè)計要求：設(shè)計電流調(diào)節(jié)器，要求電流無靜差，電流超調(diào)量。轉(zhuǎn)速無靜差，空載起動到額定負載轉(zhuǎn)速時轉(zhuǎn)速超調(diào)量。并繪制雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖。設(shè)計多環(huán)控制系統(tǒng)的一般原則是：從內(nèi)環(huán)開始，一環(huán)

8、一環(huán)地逐步向外擴展。故設(shè)計此系統(tǒng)需要的是：先從電流環(huán)入手，首先設(shè)計好電流調(diào)節(jié)器，然后把整個電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)，再設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)如下圖4圖4雙閉環(huán)