基于Matlab-Simulink仿真的双闭环直流调速系统的(精)

1、x x 学院学报Journal of xxx College基于 Matlab-Simulink 仿真的双闭环直流调速系统的设计与研究姓名(xxx 大学,江苏 ,南京 210000摘要 :根据实际应用要求以及给定参数 ,对转速、电流双闭环直流调速系统进行 设计 ,计算其控制系统的参数 ,并通过 matlab软件的 simnlink, 对设计的系统进行仿真 , 以验证设计的正确性 ,并分析仿真结果 ,从而进一步说明双闭环调速系统的可行性与 优越性。对计算过程做了着重重视 ,详细精炼 ,可以为高校学生参与调速研究提供细 节性的指导。关键词 :双闭环直流调速 matlab 仿真中图分类号 :TG15

2、6文献标志码 :DESIGN AND RESEARCH Of DOUBLE-LOOP DC MOTOR SPEED CONTROLSYSTEM BASED ON MATLAB-SIMULINKName(xxx College ,Nanjing 210000,Jiangsu ,ChinaAbstract:According to the practical appliance and the parameters given , make a design of the double-loop DC motor speed control system, calculating the othe

3、r parameters that are needed in the control system we design .I make a simulation of the control system through Matlab-simulink to ensure the preciseness of it. Besides, there is a deep analyse about the characters of the designed system to account for the feasibility of the double-loop DC motor spe

4、ed control system,as well as the supriorities of it . I make stronge emphysis on specific calculation of the parameters, it can supply a guide for college student who are in research of the speed control system in details.Key words: double-loop;DC machine speed control ; matlab ;simulation0 引言 *直流电动

5、机因其性能宜于在广泛范围内平滑调速 ,其调速控制系统历来在工业 控制中占有极其重要的地位。最典型的一种直流调速系统就是转速、电流双闭环调 速系统。本文依据稳、准、快的设计要求 ,采用工程设计法对双闭环调速系统进行 了设计,又利用 Matlab 中的 Simulink 实用工具对系统进行协助仿真分析 ,意在突出双 闭环调速系统的优越性。本文注重具体的计算过程 ,详细地描述了各所需参数的计 算过程 ,列写详细计算公式 ,可以为诸多高校学生的调速研究提供详细指导。 1双闭 环直流调速系统的结构双闭环就是依靠转速和电流形成两个反馈回路 ,可以使系统的稳定性能及稳态 精度大大提。为了实现转速和电流两种负

6、反馈分别起作用 ,在系统中设置转速调节 器 ASR 、电流调节器 ACR 分别调节转速和电流。二者之间实行嵌套连接 ;ASR 的 输出作为 ACR 的输入,而 ACR 的输出作为电力电子变换器 UPE的控制信号。从闭 环结构上看 ,电流环在里面 ,叫做内环 ;转速环在外边 ,叫做外环。系统结构如图 1 所 示。2控制系统的动态结构图3系统参数计算3.1系统各主要参数计算1、铭牌数据 额定功率455P kw =额定电压750N U V = 额定电流 760N I A =额定转速/min375N n r =电机飞轮转矩223751328.603N e TT C C GD kg m R ? = 2、

7、派生参数效率345510100%79.82%750760N N N P U I ? =? =?电枢电阻a R 给定位 0.088 整流电路电枢rec R 给定为 0.14 回 路总电阻a rec L R R R R 给=+定+ 为 0.14 恒定磁场之下的电势常数7507600.0881.8375N N N e N U I R C n -? =恒定磁场之下的电势常数9.559.55 1.8217.381T e C C =? =电枢电感 77500.004605222375760D N a N N K U L pn I ? = =?回路总电感L 题 中给定位 4.34 mH系统飞轮转矩21328

8、.603(GD =已经计算电磁时间常数34.3410T 0.0310.14L L R -? =机电时间常数2T 375m e TGD R C C ? = 题中给定为 0.1123、系统参数可控调压装置等效时间常数 s T 03000N 4P 45510-76093.339.55 1.82375s sN T e e N I L T U T T I I C C C n=? =-= ?N 30U 1.82375 1.57600.14842.14493.33 4.34100.00192842.1s e N s s C n I R I L T U -=+=? +? =? = =根据实际调试结果及参考数据

9、来看 ,在具体的实际系统下 s T =0.00167s 最合适可控调压装置等效时间常数 s K 给定为 85 速度反馈系数100.2667 375nm N U n =电流反馈系数100.0087721.5760im N U I ?=速度反馈和给定滤波时间常数on T 给定为 0.02电流反馈和给定滤波时间常数oi T 给定为 0.0023.2电流环的设计1、选择典型 I 型或选择近似 II 典型系统的依据 :L L 0.0317.9080.001670.002i s oi T T T T T =+57.90810,要求给定响应快 ,跟随性能好 ,超调量小,则设计成 I 型系统,要求抗扰 动性能

10、好,则设计成典型 II 型系统,此处选择 II 型系统。2、校正环节 PI 调节器的选择近似处理后,按典型 II 型系统且按 min Mr 准则设计,取最佳参数0.031i l T =11136.24220.00367I i K T?=0.0310.14136.240.790.008885L i Is T R K K K ? =? =?3.3速度环设计1、校正环节选择 PI 调节器220.003670.020.02734n i on T T T? += =+=2、速度环按典型 II 型系统设计 ,且按 min Mr 准则设计50.027340.1367n n hT?= =22112N nn e

11、 m n R h K K C T h T +=12510.00881.820.11210.531250.02670.140.01734e mn nC T h K h R T +=+= =? 160.540.136721.946cn N n K3、验证近似条件1154.49550.00367cn n T =?1111查表=27.5132320.003670.02cn on i T T? 均满足要求 4、校核退饱和时的超调量 计算启动时间 查表知 2.1 = m a x C 0.812b C ?= 8.8v tT = *22 1.823750.1120.4794(1.507600.148.88.8

12、0.027340.24060.47940.24040.72e m aN v n s v C n T t Z I R t T t t t? =-?=? =+=+=3.4其他参数计算 :7501075f f fU R I =直流电机在此系统中取励磁电流 0f I =6060 1.82/0.231822 3.1475e af E f f C L K I I ? = =? 21328.60333.8929449.8GD J g =?9.559.55 1.8276013209.56LN e N T C I =? =供电电源电压有效值 2Umax 2750661.80.14415.822.34cos30

13、2.34cos30N d o oU I R U ?+? =?4参数汇总计算公式或给定值参数值汇总 000N P -9.55N T e e NT T I I C C C n = 93.44 N N N e NU I R C n -=1.82 a rec L R R R R =+ =+0.14 max 2 2.34cos30N d oU I R U +? =? 415.85 T L L R0.031 2T 375m e T GD R C C?=0.112 i T =s oi T T +0.00367i L T =0.031 12I i K T =136.24 L i I s T RK K K =0

14、.79 *nmN U n = 0.0267 *imNU I = 0.0088 2n i on T T T0.02734 12e m n nC T h K h R T +=10.531 cn N n K ? =21.946 *2(e maN C n T t Z I R?=- 0.4794 8.8v n t T =0.2406 2s v t t t =+0.72 f f fU R I =10 60/2eaf E f fC L K I I = 0.2318 2 4GD J g= 33.8929 9.55LN e N T C I =13209.53 max 2 2.34cos30+? = ? 415.

15、82五、仿真结果及分析5. 1 系统动态结构图 （图 3图 3 5. 2 系统仿真模型 （图 4图 4 5. 3 系统仿真曲线 （图 5图5x x 学院学报期 4 杨威 张金栋 主编 电力电子技术 ,重庆大学出版社， 六、结 论 本文采用工程设计法， 设计了双闭环直流调速系 统； 并结合 Simulink 实用工 具对系统进行了仿真； 通过转速仿真图像可以直观的看到， 试驾负载后， 系统能 够准确实现预定的转速，并具有较好的快速 性， 稳定性； 而且超调量满足设计要 求， 这就进 一步验证了双闭环调速系统的优越性。 2002 5 王兆安，黄俊 电力电子 技术，第四版 ,机械工业出版社， 2008 6 黄俊 王兆安 电力电子变流技术 第三版,机 械工业出版 社， 2005 7 张东力 陈丽兰 仲伟峰 直流拖动控制系统 机械工业出版 社， 1999 8 朱仁初 万伯任 电力拖动控制系统设计手册 机械工业出 版社， 1994 参 考文 献 1 张崇巍， 等.运动控制系统 M.武汉： 武汉理工大学出版社， 2004