综合训练项目—转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真

综合训练项目一

题目：转速、电流反馈控制直流调

速系统的仿真

学期：

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指导教师：

辽宁工程技术大学成绩评定表

评定标准

评定指标标准

评定

合格不合格调节器设计方案正确性

仿真

模型搭建

参数选择

仿真结果

设计报告\答辩

内容充实

图表清晰

答辩效果

总成绩

日期年月日

综合训练项目一

题目：转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真

目的：通过仿真，学生可以对各模块性能、电路连接情况有所了解并直观地看到

仿真结果；通过对仿真参数进行调整，可以使学生了解参数变化对系统性能的影响。

要求：针对知识单元二的转速、电流双闭环直流调速系统的调节器工程设计方法，

利用MATLAB/simulink 中的电力系统工具箱搭建系统仿真模型，验证调节器工程设计方法得到的参数并合理调节参数，利用该模型学生可以分析双闭环直流调速系统的启动性能、系统突加减变负载运行工况下的速度、电流及转矩变化情况以及系统抗电网电压等各种扰动下的速度响应。 任务:某晶闸管供电的双闭环直流调速系统,整流装置采用三相桥式电路，基本数

据如下：直流电动机：220V ，136A ，1460r/min ，Ce=0.132V ·min/r,允许过载倍数 1.5λ=；晶闸管装置放大系数40s k =；电枢回路总电阻0.5R =Ω，

0.0017s T s =，电磁时间常数0.03l T s =，机电时间常数0.18m T s =，电流反馈滤波时间常数0.002oi T s =，电流反馈系数0.05/V A β=，转速反馈系数

0.05min/V r α=∙，要求转速无静差，空载起动到额定转速时的转速超调量

10%n σ=。

1、采用工程设计方法设计电流调节器和速度调节器,建立各自的动态数学模型；

2、用MATLAB/Simulink 仿真软件建立电流环仿真模型；

3、分析电流环不同参数下的仿真曲线；

4、用MATLAB 建立转速环仿真模型；

5、分析转速环空载启动、满载启动、抗扰波形图仿真曲线；

6、针对仿真模型进行演示答辩，考查其掌握程度

转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真

工程设计方法来设计转速、电流双闭环调速系统的两个调节器。按照设计多环控制系统先内环后外环的一般原则，从内环开始，逐步向外扩展，在双闭环系统中应该先设计电流调节器，然后再把整个电流环看做是转速调节器中的一个环节，在设计转速调节器。 双闭环调速系统结构框图如下图所示：

增加了滤波环节：电流滤波、转速滤波和两个给定信号的滤波环节，由于电流检测信号中常含有交流分量，为了不使它影响到调节器的输入，需加低通滤波。这样的滤波环节传递函数可用一阶惯性来表示其滤波时间常数oi T 按需要选定，以滤平电流检测信号为准，然而在抑制交流分量的同时滤波环节也延迟了反馈信号的作用，为了平衡这个延迟作用，在给定信号通道上加入一个同等时间常数的惯性环节，其意义是让给定信号和反馈信号经过相同的延时，使二者在时间上得到恰当的配合，从而带来设计上的方便。 一、电流调节器的设计：

电流环化简后的结构框图（课本P77）

其中i s oi T T T ∑=+（近似处理） 式 （1-1） 1、电流调节器结构的选择

/(1)(1)

s l K R

T s T s β∑++*()i U s β

ASR

综合训练项目一

首先考虑把电流环校正成哪一类典型系统。从稳态要求上看，希望电流无静差，以得到理想的堵转特性，由上图可以看出采用典型I 型就够了。再从动态要求上看，实际系统不允许电枢电流突加控制时有太大的超调，以保证电流在动态过程中不超过允许值，而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要的因素。为此，电流环应以跟随性能为主，即应选用典型I 系统。 电流环控制对象是双惯性型的，要校正成典型I 系统，显然应采用PI 型的电流调节器，其传递函数可以写成：(1)

()i i ACR i K s W s s

ττ+=

式 （1-2）

式中 i K ----电流调节器的比例系数

i τ-----电流调节器的超前时间常数。

为了让调节器零点与控制对象的大时间常数极点对消，选择

i τ=l T （电磁时间常数） 式 （1-3）

所以i τ=0.03

另：i s I i K K K R

β

τ=

式（1-4） 有题意可知：s K =40； β=0.05； R=0.5； i τ=0.03； 所以 0.0075I i i I s K R

K K K τβ

== 式（1-5）

1）、当超调量0%σ=时：0.25I i K T ∑= 式（1-6） 由式（1-1）得：i s oi T T T ∑=+=0.0017+0.002=0.0037 由式（1-5）和（1-6）得：0.25*0.0075

i i

K T ∑=

=0.507

i τ=0.03

0.0150.507

()0.03ACR s W s s

+=

仿真模型为：

转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真

仿真波形为：

可见图像是没有超调的；

2）、当超调量 1.5%σ=时：0.39I i K T ∑= 式（1-7） 由式（1-1）得：i s oi T T T ∑=+=0.0017+0.002=0.0037 由式（1-5）和（1-7）得：0.39*0.0075

i i

K T ∑=

=0.791

i τ=0.03

0.0240.791

()0.03ACR s W s s

+=

仿真模型为：