双闭环直流调速系统仿真(Matlab)

根据经验公式，转速环的开环传函为
Wn (s)
KN ( ns 1) s2 (Tn s 1)
同理可得
Wn (s)
34.6s 399.1 0.01734s3 s2
通过MATL源自文库B指令可得其闭环传函为
W
34.6s 399.1 0.01734s2 35.6s 399.1
则电流环特征方程式可表示为
双闭环直流调速系统仿真
答辩人：王玲珑 2011.05.07
展示目录
原始调速系统稳定性分析 转速、电流双闭环直流调速系统
仿真环境中步长的选择 调节器的设计—工程设计法与遗传算法
1.原始调速系统稳定性分析
在未导入转速、电流调节器之前，控制系统模型如下图图1所示 welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience
超调量
调节时间ts
工程设计法
5.1%
0.192s
遗传算法
0
0.14s
结论:
从仿真结果可以看出，遗传算法较工程设计法而言获得了更优的调节器参数 ，从而使得双闭环调速系统的性能指标有了显著改善，实验结果证明了遗传算法 在双闭环直流调速系统设计中的有效性和优越性。
Thank you!
2.转速、电流双闭环直流调速系统
基本原理：
如图3所示，ASR和ACR串级相连，将ASR的输出作为ACR的输入，再用ACR的
输出去控制晶闸管整流器的触发装置。当给定电压
U
* n
后，ASR输出饱和，电机
以最大的允许电流起动，使得电机转速很快上升，达到给定的速度后转速超调，
ASR退饱和，电机电枢电流下降，经过两个调节器的调节作用，使系统很快达到
通过比较，可以发现两组特征值均表现为一个快变，一个慢变，其中一 个的尺度比另外一个的尺度大很多，无论我们选择一个什么样的尺度， 变量行为都不能得到最好的刻画。以上特点恰好符合刚性方程的定义， 所以本设计中步长应选用变步长。
4.1基于EDM的双闭环直流调速系统设计
电流环的设计：WACR
(s)
1.167(0.02s 0.02s
在MATLAB环境下首先通过Simulink窗口建立仿真模型如图6所示，然后建立
主程序文件main.m 和目标函数文件optm.m，运行主程序，得到 kp, ki, kp1, ki1 的
存储空间，在Command window键入gatool,调用出遗传算法工具箱的人机接 口，在里面设置相关参数，设置完毕后点击start按钮开始运行。经过迭代，
稳态。
Un*(s) 1 Tons 1
Ui*(s) 1
ASR
Tois 1
E(s)
Uc(s) Ks Ud0(s)
ACR
Tss 1
1/ R Tls 1
IdL(s)
Id(s)
R
Tm s
1 n(s) Ce
电流环
Tois 1
Ton s 1
图3 双闭环直流调速系统动态结构框图
3.仿真环境中步长的选择
1)
2.98(0.0867s 1)
转速环的设计：WASR (s)
0.0867s
图4 工程设计法仿真模型图 图5 工程设计法下的系统仿真曲线
4.2基于GA Toolbox的双闭环直流调速系统设计
基于MATLAB的遗传算法工具箱包含了我们需要的各种函数库，它的出 现，大大方便了使用者对遗传算法的应用。
0.00367s2 s 136.2 0
特征值 lambda _ c1 136.24 136.2i,lambda _ c2 136.24 136.2i
转速环特征方程式可表示为
0.01734s2 35.6s 399.1 0
特征值 lambda _ s1 2041.8,lambda _ s2 11.3
图1 原始调速系统结构框图
对于该系统，联系仿真实例，经计算可得其开环传递函数为
G(s)
0.129(0.00167s
35 1)(0.001s2
0.05s
1)
借助于MATLAB仿真软件，绘制Bode图如图2所示。
图2 原始控制系统伯德图
显然该系统的增益裕量和相位裕量均为负值，系统不稳定。所以需要 导入调节器进行校正。
会得到 kp, ki, kp1, ki1的最优解，参数值如图7所示，将再其带入图6中即可
得出如图8所示的仿真曲线。
图6 遗传算法优化设计仿真模型图
图7 遗传算法优化设计仿真模型图 图8 遗传算法下的系统仿真曲线
性能指标对比
对调速系统而言，被控制的对象是转速,通过计算可得转速环的各性能指 标如下表所示
刚性是指其Jacobian（雅可比）矩阵的特征值
相差悬殊。在解的性态上表现为，其中一些解
变化缓慢，刚性方程，又称为Stiff方程。
根据经验公式，电流环闭环传递函数公式为
Wcli (s) Ti
1 s2 1
s 1
KI
KI
联系仿真实例，经计算可得
136.2 Wcli (s) 0.00367s2 s 136.2