转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真-(终极版)

本科课程设计

题目：转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真

姓名王金良

学院

专业电气工程及其自动化

年级

学号

指导教师

2013 年1月11日

转速、电流反馈控制直流调速系统仿真

摘要

转速、电流反馈控制的直流调速系统是静、动态性能优良、应用最广泛的直流调速系统，对于需要快速正、反转运行的调速系统，缩短起动、制动过程的时间成为提高生产效率的关键。为了使转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统里设置两个调节器，组成串级控制。本文介绍了双闭环调速系统的基本原理，而且用Simulink 对系统进行仿真。

关键词：双闭环调速、转速、电流、Simulink

一、 设计的题目及任务

（一）概述

本次仿真设计需要用到的是Simulink 仿真方法，Simulink 是Matlab 最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink 具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink 已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。

（二）仿真题目

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：直流电机参数为：

额定电压220V U =,额定电流136I A =；

额定转速n 1460rpm =,0.132min/e V r C =⋅，

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；

时间常数0.03,0.18l m s s T T ==；

电流反馈系数0.05/V A β=；

转速反馈系数α=0.00666Vmin/r 。

（三）要完成的任务

1）用MATLAB 建立电流环仿真模型；

2）分析电流环不同参数下的仿真曲线；

3）用MATLAB 建立转速环仿真模型；

4）分析转速环空载起动、满载起动、抗扰波形图仿真曲线。

二、双闭环直流调速系统的组成

为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级连接，如图1所示，即把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置。从闭环结构上看，电流调节环在里面，叫做内环；转速环在外面，叫做外环。这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。

该双闭环调速系统的两个调节器ASR和ACR一般都采用PI调节器。因为PI调节器作为校正装置既可以保证系统的稳态精度，使系统在稳态运行时得到无静差调速，又能提高系统的稳定性；作为控制器时又能兼顾快速响应和消除静差两方面的要求。一般的调速系统要求以稳和准为主，采用PI调节器便能保证系统获得良好的静态和动态性能。

双闭环调速系统的结构图如：

图1 转速、电流双闭环直流调速系统结构图

三、MATLAB计算、建立及仿真

一）、设计思路

设计转速、电流反馈控制直流调速系统的原则是先内环后外环。

1、从电流环（内环）开始，对其进行必要的变换和近似处理，然后根据电流环的控制要求确定把它校正成哪一类典型系统。

2、再按照控制对象确定电流调节器的类型，按动态性能指标要求确定电流调节器的参数。

3、电流环设计完成后，把电流环等效成转速环（外环）中的一个环节，再用同样的方法设计转速环。

二）、电流调节器（内环）的设计

matlab 的电流环的整体仿真模型如图所示：

（一）电流环各个模块的参数设置

已知题目：双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路的参数如下：

直流电动机：220V，136A，1460r/min，Ce=0.132Vmin/r，允许过载倍数λ=1.5；

晶闸管装置放大系数：Ks = 40；

电枢回路总电阻：R = 0.5 Ω；

时间常数： Ti = 0.03s， Tm = 0.18s；

电流反馈系数：β= 0.05 V/A ；

转速反馈系数：α = 0.07 V·min/r。

1、确定时间常数

1）整流装置滞后的时间 Ts。

按表 1 晶闸管整流器的失控时间（f=50Hz）来设置，表1如下所示：

表1

由表可知三相桥式电路的平均失控时间为Ts=0.00167s。

2）电流滤波时间常数Toi。

由上表知道Tsmax=3.33，为了基本滤平波头，应有 (1~2)Toi=3.33ms,因此我们取

Toi=2ms=0.002s.

3）电流环小时间常数之和TΣi 。按小时间常数近似处理，取

TΣi=Ts+Toi=0.00367s。

2、各模块的设置（除ACR 模块）

将各模块的参数输入图1

的电流环各模块中即可得

到图2所示的仿真模型；

3、ACR 参数设置

ACR 的传递函数式为：

即：

=Ki+Kp/s

1）电流调节器超前时间常数为：τi=Tl=0.03s。

2）电流环开环增益Ki：

Ki=KT/TΣi

=KT/0.00367

其中参数关系KT按表2如下所示：

表2

3)KT=0.5时PI传函 W = Ki + Kp / s = 0.5/0.00367 + （0.5/0.00367）/0.03s

= 1.0134 + 33.78 / s

同理：

KT=0.25时PI传函 W = Ki + Kp / s = 0.5067 + 16.89 / s

KT=1时PI传函 W = Ki + Kp / s =2.027 + 67.567 / s

4、在Simulink模型窗口工具栏里的Simulation ——>Configuration Parameters菜单项可以更改Start time 和Stop time的值按需要分别设为0.0s 和 0.05s或0.1s。（二）电流环的仿真图形