轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真

轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)仿真摘要轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)是靜、動(dòng)態(tài)性能優(yōu)良、應(yīng)用最廣泛的直流調(diào)速系統(tǒng)，對于需要快速正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行的調(diào)速系統(tǒng)，縮短起動(dòng)、制動(dòng)過程的時(shí)間成為提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。為了使轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，可在系統(tǒng)里設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，組成串級控制。本文介紹了雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的基本原理，而且用Simulink對系統(tǒng)進(jìn)行仿真。關(guān)鍵詞：雙閉環(huán)調(diào)速、轉(zhuǎn)速、電流、Simulink一、設(shè)計(jì)的題目及任務(wù)（一）概述本次仿真設(shè)計(jì)需要用到的是Simulink仿真方法，Simulink是Matlab最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)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)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn)Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。（二）仿真題目某晶閘管供電的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，整流裝置采用三相橋式電路，基本數(shù)據(jù)如下：直流電機(jī)參數(shù)為：額定電壓,額定電流；額定轉(zhuǎn)速,，允許過載倍數(shù)；晶閘管裝置放大系數(shù)；電樞回路總電阻；時(shí)間常數(shù)；電流反饋系數(shù)；轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α=0.00666Vmin/r。電樞回路總電阻：R=0.5Ω；時(shí)間常數(shù)：Ti=0.03s，Tm=0.18s；電流反饋系數(shù)：β=0.05V/A；轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：α=0.07V·min/r。1、確定時(shí)間常數(shù)1）整流裝置滯后的時(shí)間Ts。按表1晶閘管整流器的失控時(shí)間（f=50Hz）來設(shè)置，表1如下所示：表1由表可知三相橋式電路的平均失控時(shí)間為Ts=0.00167s。電流濾波時(shí)間常數(shù)Toi。由上表知道Tsmax=3.33，為了基本濾平波頭，應(yīng)有(1~2)Toi=3.33ms,因此我們?nèi)oi=2ms=0.002s.電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和TΣi。按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取TΣi=Ts+Toi=0.00367s。各模塊的設(shè)置（除ACR模塊）將各模塊的參數(shù)輸入圖1的電流環(huán)各模塊中即可得到圖2所示的仿真模型；ACR參數(shù)設(shè)置ACR的傳遞函數(shù)式為：即： =Ki+Kp/s1）電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)為：τi=Tl=0.03s。2）電流環(huán)開環(huán)增益Ki：Ki=KT/TΣi=KT/0.00367其中參數(shù)關(guān)系KT按表2如下所示：表23)KT=0.5時(shí)PI傳函W=Ki+Kp/s=0.5/0.00367+（0.5/0.00367）/0.03s=1.0134+33.78/s同理：KT=0.25時(shí)PI傳函W=Ki+Kp/s=0.5067+16.89/sKT=1時(shí)PI傳函W=Ki+Kp/s=2.027+67.567/s在Simulink模型窗口工具欄里的Simulation——>ConfigurationParameters菜單項(xiàng)可以更改Starttime和Stoptime的值按需要分別設(shè)為0.0s和0.05s或0.1s。電流環(huán)的仿真圖形KT=0.5時(shí)，ACR中的PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為=1.0134+33.78/s，按圖2的模型仿真可以得到電流環(huán)階躍響應(yīng)的仿真輸出的波形如右圖6所示：其超調(diào)量滿足σ≦4.3%。三）、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（外環(huán)）的設(shè)計(jì)matlab的轉(zhuǎn)速環(huán)的整體仿真模型如圖所示：轉(zhuǎn)速環(huán)各個(gè)模塊的參數(shù)設(shè)置由電流環(huán)的仿真知電流環(huán)的參數(shù)取KT=0.5時(shí)超調(diào)量滿足綜合條件，電流環(huán)模塊的值保持不變。確定時(shí)間常數(shù)1）電流環(huán)的等效時(shí)間常數(shù)1/Ki。由上面可知取KiTΣi=0.5，則1/Ki=2TΣi=0.0074s轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)Ton=0.01s；3）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)TΣn=1/Ki+Ton=0.0174s；2、除去電流環(huán)各模塊按圖10所示編號設(shè)置如下：將①框的階躍輸入將Steptime設(shè)為0，Initialvalue設(shè)為0，F(xiàn)inalvalue設(shè)為10；（2）②框?qū)?yīng)結(jié)構(gòu)圖中的ASR模塊，由例題3-2得到的結(jié)果，其傳遞函數(shù)設(shè)置為 即Gain3設(shè)置為11.7，Gain4設(shè)置為134.48；（3）③框的Saturation將其上界（upper）和下界（lower）分別設(shè)置為10和-10；（4）④框的函數(shù)式為α/(Tons+1)=0.00666/(0.01s+1)；⑥框的函數(shù)式1/Ce=1/0.132=7.576；⑤框的階躍信號按要求輸入：將Steptime設(shè)為0，Initialvalue設(shè)為0；空載（負(fù)載電流為0）時(shí)，階躍信號Step1的Finalvalue設(shè)為0；滿載（負(fù)載電流為136）時(shí)，階躍信號Step1的Finalvalue設(shè)為136（電動(dòng)機(jī)的額定電流為136A）；做干擾測試時(shí)，將Steptime設(shè)為1，Initialvalue設(shè)為0，F(xiàn)inalvalue設(shè)為100。(二)轉(zhuǎn)速環(huán)的系統(tǒng)仿真1、空載起動(dòng)時(shí),階躍信號Step1的Finalvalue輸入設(shè)為0,仿真波形如圖所示：2、滿載起動(dòng)時(shí)，階躍信號Step1的Finalvalue設(shè)為136,仿真波形如圖所示：3、抗干擾性的測試，將階躍信號Step1的Steptime設(shè)置為1，將Initialvalue設(shè)置為0，將Finalvalue設(shè)置為100（或其他1到136均可做干擾），其他設(shè)置不變，仿真如圖所示：四、小結(jié)與體會(huì)這次課程設(shè)計(jì)中，在Matlab仿真上面有很多自己不懂的地方，尤其是simulink各模塊的參數(shù)設(shè)置及抗干擾性的測試時(shí)的參數(shù)問題。本次課程設(shè)計(jì)讓我們對《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)-運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》的“轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)”有了更深的理解，對此設(shè)計(jì)加深了認(rèn)識。通過matlab的仿真，