Matlab_Simulink仿真技术在双闭环直流调速实验教学中的应用

n< U*n / , 在突加负载 TL 时, 其自动调节过程为[ 1] :
TL
n
Un
Un
U*i
Ui
U ct
Ud
n
最终保持转速稳定。当负载减小, 转速上升时, 也有类
似的调节过程。
2 双闭环不可逆直流调速系统的建模与仿真
由转速、电流双闭环直流调速系统的电气原理结构 图可以知道, 该系统的主电路由对称三相交流电源、三 相全控式晶闸管整流桥、同步脉冲触发器、移相控制环 节、平波电抗器、直流电动机等部分组成的; 其控制电路 的主体是转速调节器 ASR、电流调节器 ACR、以及转速 负反馈和电流负反馈滤波环节。将这 2部分电路拼接 起来, 即组成面向电气原理结构图的转速、电流双闭环
0引 言
在单闭环系统中, 不能随心所欲地控制电流和转
收稿日期: 2010- 06- 18 基金项目: 江苏省 青蓝工程 资助项目; 苏州市职业大学教改课题 ( SZDG 4 09024 ) 作者简介: 尚丽 ( 1972- ), 女, 安徽砀山人, 博士, 副 教授, 高级工程 师, 主要从事数字图像处理、人工神经网络和模式识别的研究。 T e.l : 1893129369; E m ai:l shang li0930@ 126. com
Application of M atlab / Simulink Sim ulation Technique in Double C losed loop DC Speed Governing Experim ental Teaching
SHANG L i, DA I Gui p ing, CHEN J ie, HUA I W en jun ( Departm ent o f E lectron ic Inform ation Eng ineering, Suzhou Voca tiona l University, Suzhou 215104, Ch ina)
图 1 转速、电流双闭环不可逆直流调速系统电路原理图
图 2中, 电流调节器 ACR 和电流检测反馈回路构 成了电流环; 转速调节器 ASR 和转速检测反馈环节构 成了转速环, 所以称作双闭环直流调速系统。从闭环 结构上看, 转速环包围电流环, 电流环在里面, 称作内 环; 转速环在外边, 称作外环。在电路中, 转速环 ASR 和电流环 ACR 串联, 再由 ACR 的输出去控制三相全 控桥式晶闸管整流器 UPE 的触发器。
第 1期
尚 丽, 等: M atlab /S imu link仿真技术在双闭环直流调速实验教学中的应用
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不可逆直流调速系统的仿真模型, 如图 3所示 [ 1] 。下面 具体介绍该仿真模型的建模过程和仿真参数设置方法。
图 3 转速、电流双闭环不可逆直流调速系统的仿真模型
2. 1 主电路的建模与仿真参数设置
( 苏州市职业大学 电子信息工程系, 江苏 苏州 215104)
摘 要: 分析了 M atlab / Sim ulink仿真技术在转速、电流双闭环不可逆直流调速系统中的应用。文中采 用面向电气原理结构图的仿真方法建立了仿真模型; 简述了主电路和控制电路的建模和参数设置方法, 同时改变转速和电流调节器的参数设置, 利用 S im ulink的仿真功能对双闭环直流调速系统的调速性能 进行了仿真实验分析, 并给出直流电动机的转速和电枢电流仿真波形。仿真实验结果表明该方法能够 大大减少双闭环直流调速系统的调试强度, 仿真结果和理论分析结果一致, 从而验证了该方法的合理性 和可行性。 关键词: M atlab /S im ulink仿真; 双闭环; 直流调速系统; 调节器; 仿真模型 中图分类号: TP 391. 91; G 424. 31 文献标识码: A 文章编号: 1006- 7167( 2011) 01- 0181- 05
矩的动态过程, 因而不适用于要求调速性能较高的场 合 [ 1] 。为了使系统在起动、制动的动 态过程中, 在最 大电流约束条件下, 获得直流电动机最佳速度调节过 程, 就引入了转速、电流负反馈双闭环直流调速系统, 使得在电动机起动时转速调节器 ( ASR ) 饱和, ASR 不 起作用, 电流环调节 器 ( ACR ) 起主要作用, 用以调节 起动电流并使之保持最大值, 使得转速线性变化, 迅速 上升到给定值; 在电动机稳定运行时, ASR 退 出饱和 状态, 开始起主要调节作用, 使转速跟随给定 信号变
图 2 简化的转速、电流双闭环不可逆直流调速 系统结构图
1. 2 系统原理
图 1中, 电流环是由电流调节器 ACR和电流负反
馈环节组成的闭合回路, 其主要作用是通过电流检测
元件 的反馈作 用稳定电 流; 转 速环是由 转速调节 器 ASR 和转速负反馈环节组成的闭合回路, 其主要作用
是通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定, 最终
到三相电源的另外 2个电压源模块, 并将模块标签分别 电源和 6脉冲触发器 2部分, 其图标如图 4( a) 中所示, 其
改为 A 相, B 相, C 相, 按照图 3连接成三相电压源。然后 中 alpha_deg是移相控制角信号输入端; AB, BC, CA是同
将 A 相交流电源参数设置如下: 交流峰值相电压取 125 2 V、初相位设置成 0 、频率为 50 H z, 其他为默认值。B、C 相则除了将初相位与 A 相设置成互差 120 外, 其他参数 与 A 相相同, 由此可得到三相对称交流电源。
第 30卷 第 1期 2011年 1 月
高职高专学校实验室
实验室研究与探 索
RESEARCH A百度文库 D EXPLORAT ION IN LABORATORY
V o.l 30 N o. 1 Jan. 2011
M atlab /S imu link仿真技术在双闭环直流 调速实验教学中的应用
尚 丽, 崔 鸣, 陈 杰
为输出端; g( pulse) 端接受来自外部模块的触发信号,
主电路采用的仿真模块及 其仿真参数设 置方法 如下 [ 1, 6 9] 。
( 1) 三相对称交流电压源的建模和参数设置[ 1, 3 5] 。
缓冲电阻 R s = 0. 1 M , 缓冲电容 Cs、内电阻 Ron、内电感 L on等参数采用默认设置即可。
1 双闭环不可逆调速系统的组成及工作原理
1. 1 系统组成 转速、电流双闭环不可逆直流调速系统的电路原理
图如图 1所示, 其简化的结构图如图 2所示 [ 1] 。图中: U*n 为转速给定信号 (电压信号形式 ); Un 为转速反馈信 号; U n 转速偏差信号; A SR 转速调节器; U*i 为电流给 定的电压信号; U i 为电流反馈信号; U i 为电流偏差信 号; A CR 为电流调节器; Uct为晶闸管整流桥的脉冲触发 控制信号; GT 为脉冲触发装置; TG 为测速发电机; TA 为电流互感器; UPE 为三相全控桥式晶闸管整流器。
Id
Ui
Uct
Ud
Id
最终保持电流稳定。当电流下降时, 也有类似的调节
过程。
由于 ASR 采用 P I调节器, 所以在系统达到稳态
时应满足
Un = U*n - U n = U* - n = 0
即 n= U*n / , 其中, 为转速反馈系数。
当 U*n 一定时, 转速 n 将稳定在 U*n / 数值上。当
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实 验 室 研 究与 探 索
第 30卷
化, 电流环跟随转速环调节电动机的电枢电流以平衡 负载电流 [ 1 3] 。但是, 双闭环直 流调速系统硬 件的电 气结构复杂, 在研究和设计的过程中, 许多参数的选择 需要反复调试, 需要工作人员花费大量的时间和精 力 [ 1 3] 。而运用计算 机仿真技术对系 统进行仿真, 可 以方便地对参数进行设置, 得到合理的参数组合, 为系 统的实现提供理论依据。鉴于上述理由, 本文提出 1 种面向控制系统电气原理结构图的转速、电流双闭环 不可逆直 流调 速系 统 仿真 的新 方法。使用 M atlab / S im ulink中的 S imP ow erSystem s工具箱 [ 1, 4 5 ] , 用户不需 要自己编程且不需推导系统的动态数学模型, 只需要 从工具箱的元件库中复制所需的电气元件, 按电气系 统的结构进行连接即可。系统的建模过程接近实际系 统的搭建过程, 且元件库中的电气元件能较全面地反 映相应实际元件的电气特性, 仿真结果的可信度很高, 而且由于仿真模型是图形化的, 面向对象的, 非常适合 教学的实验实践环节和研究。
消除转速偏差。 ASR 和 ACR 均采用带有限幅作用的 比例积分 ( P I) 放大器。
由于 ACR 采用 P I调节器, 在调速系统稳定运行
时, ACR 的输入偏差电压 U i = U*i - U i = U*i Id = 0
即 Id = U*i / , 其 中, 为电流反馈系 数。当 U*i 一定 时, 由于电流负反馈的调节作用, 使整流装置的输出电 流保持在 U*i / 数值上, 当 Id > U*i / 时, 自动调节过 程为 [ 1] :
Abstract: Th is paper ana lyzed the app licat ion o f M at lab /S im ulink simu lation technique in ro tating speed and current doub le loop irreversib le DC m otor contro l system. U tilizing the sim u lation m ethod of fac ing electric princ iple construction diagram, the system s sim ulation m ode l w as bu il.t The m odeling and param eter setting m e thods of m ain circu it and contro l circu it w ere also introduced. A t the sam e t im e, chang ing the param eter setting o f speed and current regu la tors, the sim ulation experim ental analysis of the speed perform ance o f the doub le loop DC m oto r m ontrol system w as m ade by using Sim u link simu lation, and the sim ulation waves of speed and current o f DC m otor w ere a lso g iven ou.t The simu lation resu lts show ed that th is m ethod can reduce the ad just ing d ifficu lty o f the doub le loop DC control system, and the sim ulation resu lts are consistent w ith those obta ined in theory, and the simu lation m ethod proposed are practical and reasonab le. K ey w ord s: M atlab / S iulink sim ulat ion; double loop; DC speed governing system; regulator; sim u lat ion m ode l
( 3) 同步脉冲触发器的建模和参数设置。通常, 工
首先从 Smi Pow ersystem /E lectrical Source路径下提取一个 程上将触发器和晶闸管整流桥作为 1个整体来研究, 所
交流电压源模块 ( AC Vo ltage Source), 再用复制的方法得 以, 在此处讨论同步触发器。同步脉冲触发器包括同步