雙閉環(huán)直流電機調(diào)速的matlab仿真-

1、雙閉環(huán)直流電機調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計與MATLAB 仿真1.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理1.1.1轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標生產(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為穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能指標。設(shè)計任務(wù)書中給出了本系統(tǒng)調(diào)速指標的要求。深刻理解這些指標的含義是必要的,也有助于我們構(gòu)想后面的設(shè)計思路。在以下四項中,前兩項屬于穩(wěn)態(tài)性能指標,后兩項屬于動態(tài)性能指標1.1.1.1調(diào)速范圍D 生產(chǎn)機械要求電動機提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比叫做調(diào)速范圍,即min max n n D =(1-11.1.1.2靜差率s 當系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運行時,負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,

2、即%1000=n n s nom (1-2靜差率是用來衡量調(diào)速系統(tǒng)在負載變化下轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度的。1.1.1.3跟隨性能指標在給定信號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來描述。具體的跟隨性能指標有下列各項:上升時間r t ,超調(diào)量,調(diào)節(jié)時間s t .1.1.1.4抗擾性能指標此項指標表明控制系統(tǒng)抵抗擾動的能力,它由以下兩項組成:動態(tài)降落%max C ,恢復(fù)時間v t .1.1.2調(diào)速系統(tǒng)的兩個基本方面在理解了本設(shè)計需滿足的各項指標之后,我們會發(fā)現(xiàn)在權(quán)衡這些基本指標,即1動態(tài)穩(wěn)定性與靜態(tài)準確性對系統(tǒng)放大倍數(shù)的要求;2起動快速性與防止電流的沖擊對電機電流的要求。采用轉(zhuǎn)速

3、負反饋和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,實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差,解決了第一個問題。但是,如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高,例如要求快速啟制動,突加負載動態(tài)速降小等等,則單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。這主要是因為在單閉環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來控制動態(tài)過程中的電流和轉(zhuǎn)矩。在電機最大電流受限的條件下,希望充分利用電機的允許過載能力,最好是在過渡過程中始終保持電流為允許的最大值,使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動,到達穩(wěn)態(tài)后,又讓電流立即降低下來,使轉(zhuǎn)速馬上與負載相平衡,從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運行。在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中,只有電流截止負反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的,但它只是在超過臨界電流I dcr 值以

4、后,靠強烈的負反饋作用限制電流的沖擊,并不能很理想的控制電流的動態(tài)波形。帶電流截止負反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動時的電流和轉(zhuǎn)速波形如圖1-1a 所示。nI d n I dl t 0I dlab圖1-1調(diào)速系統(tǒng)啟動過程的電流和轉(zhuǎn)速波形a帶電流截止負反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的啟動過程b理想快速啟動過程當電流從最大值降低下來以后,電機轉(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)運行的調(diào)速系統(tǒng),盡量縮短起制動過程的時間是提高生產(chǎn)率的重要因素。為此,在電機最大電流(轉(zhuǎn)矩受限的條件下,希望充分地利用電機的過載能力,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,使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動,

5、到達穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后,又讓電流立即降低下來,使轉(zhuǎn)矩馬上與負載平衡,從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運行.這樣的理想起動過程波形如圖1-1b 所示,起動電流呈方形波,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過程。實際上,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,不能完全的實現(xiàn)。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(zhuǎn)速負反饋同時加到一個調(diào)節(jié)器的輸入端,到達穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后,希望只有轉(zhuǎn)速反饋,不再靠電流負反饋發(fā)揮主要作用,而雙閉環(huán)系統(tǒng)就是在這樣的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。nI d n0t1.1.3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)

6、調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖2.1設(shè)計雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器2.1.1基本數(shù)據(jù)1、直流電動機參數(shù)計算已知某直流電動機調(diào)速系統(tǒng),控制系統(tǒng)主回路與直流電動機的主要參數(shù)如下:電動機:P nom =150kw U nom =220v I nom =700AL d =2mH N nom =1000rpm R d =0.08Ra=0.05GD 2=125Kg ·m 2=1.5m=6計算得到此直流電動機的相關(guān)參數(shù):電勢常數(shù):/(185.0100005.07002201-=-=-=mim r V n R I U C nom a nom nom 轉(zhuǎn)矩常數(shù):mA kg C C M =18.0185

7、.0電磁時間常數(shù):s R L T d d d 025.008.01023=-機電時間常數(shù):s R GD T Md m 8.02=晶閘管整流裝置滯后時間常數(shù):s mf T s 0017.05062121=選取轉(zhuǎn)速輸出限幅值:V U km 10=,可以計算得到晶閘管裝置放大系數(shù):2305.1=kmnom s U U K 啟動電流:AI I nom dm 10505.1=選取電流調(diào)節(jié)器輸出限幅值:V U im 10=,可以得到電流反饋系數(shù):A V I U dmim /0095.0=選取電流反饋濾波時間常數(shù):002.0=fi T 選取轉(zhuǎn)速最大給定值:V U nm10=*得到轉(zhuǎn)速反饋系數(shù):min /(0

8、1.01-*=r V n U nomnm 取轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù):sT fn 01.0=電流調(diào)節(jié)器采用PI 調(diào)節(jié)器:s s K W i i i ACR 1+=s i 025.0=,24.12=i s l i T K R T K 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用PI 調(diào)節(jié)器:s s K W n n nASR 1+=s T n n 087.05=,6.6021=+=n m n T R T C h h 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 圖2-1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動態(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)速曲線啟動過程的第一階段是電流上升階段,突加給定電壓,ASR的輸

9、入很大,其輸出很快達到限幅值,電流也很快上升,接近其最大值。第二階段,ASR飽和,轉(zhuǎn)速環(huán)相當于開環(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,拖動系統(tǒng)恒加速,轉(zhuǎn)速線形增長。第三階段,當轉(zhuǎn)速達到給定值后。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)負偏差電壓,使它退出飽和狀態(tài),進入線性調(diào)節(jié)階段,使轉(zhuǎn)速保持恒定,實際仿真結(jié)果基本上反映了這一點?？偨Y(jié) 這次仿真設(shè)計讓我學(xué)習(xí)到很多。雖然結(jié)束了，但這只能是一個開始。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) 生涯里都要認真考慮與學(xué)習(xí)的一個重要問題， 在設(shè)計仿真過程中， 我通過查閱大量有關(guān)資料， 與同學(xué)交流經(jīng)驗和自學(xué)，使自己學(xué)到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。