双闭环直流调速系统仿真(Matlab)

1、展展 示示 目目 录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1.1.原始调速系统稳定性分析原始调速系统稳定性分析welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience在未导入转速、电流调节器之前，控制系统模型如下图图在未导入转速、电流调节器之前，控制系统模型如下图图1 1所示所示图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对于该系统，联系仿真实例，经计算可得其开环传递函数为借助于借助于MA

2、TLABMATLAB仿真软件，绘制仿真软件，绘制BodeBode图如图图如图2 2所示。所示。235( )0.129(0.001671)(0.0010.051)G ssss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导入调节器进行校正。2.2.转速、电流双闭环直流调速系统转速、电流双闭环直流调速系统图3 双闭环直流调速系统动态结构框图基本原理：基本原理： 如图如图3 3所示，所示，ASRASR和和ACRACR串级相连，将串级相连，将ASRASR的输出作为的输出作为ACRACR的

3、输入，再用的输入，再用ACRACR的输的输出去控制晶闸管整流器的触发装置。当给定电压出去控制晶闸管整流器的触发装置。当给定电压 后，后，ASRASR输出饱和，电机以输出饱和，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，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，ASRASR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，使系统很快达到稳态。稳态。*nU3.3.仿真环境中步长的选择仿真环境中步长的选择刚性是指其刚性是指其JacobianJacobian（雅可比）矩阵的特征值

4、（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，又称为变化缓慢，刚性方程，又称为StiffStiff方程。方程。根据经验公式，电流环闭环传递函数公式为根据经验公式，电流环闭环传递函数公式为联系仿真实例，经计算可得联系仿真实例，经计算可得根据经验公式，转速环的开环传函为根据经验公式，转速环的开环传函为同理可得同理可得通过通过MATLAB指令可得其闭环传函为指令可得其闭环传函为 21( )11cliiIIWsTssKK2136.2( )0.00367136.2cliWsss 2n(1)( )(1)NnnKsW ss T s3

5、234.6399.1( )0.01734nsW sss234.6399.10.0173435.6399.1sWss特征值特征值转速环特征方程式可表示为转速环特征方程式可表示为则电流环特征方程式可表示为则电流环特征方程式可表示为20.00367136.20ss _ 1136.24 136.2 ,_ 2136.24 136.2lambdaci lambdaci 20.0173435.6399.10ss_ 12041.8,_ 211.3lambdaslambdas 特征值特征值通过比较，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

6、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，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，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。所以本设计中步长应选用变步长。4.14.1基于基于EDMEDM的双闭环直流调速系统设计的双闭环直流调速系统设计电流环的设计：电流环的设计：转速环的设计：转速环的设计：1.167(0.021)( )0.02ACRsWss2.98(0.08671)( )0.0867ASRsWss图4 工程设计法仿真模型图图5 工程设计法下的

7、系统仿真曲线4.24.2基于基于GA ToolboxGA Toolbox的双闭环直流调速系统设计的双闭环直流调速系统设计 基于基于MATLABMATLAB的遗传算法工具箱包含了我们需要的各种函数库的遗传算法工具箱包含了我们需要的各种函数库，它的出它的出现，大大方便了使用者对遗传算法的应用。现，大大方便了使用者对遗传算法的应用。 在在MATLAB环境下首先通过环境下首先通过Simulink窗口建立仿真模型如图窗口建立仿真模型如图6 6所示，然后建立所示，然后建立主程序文件主程序文件main.m main.m 和目标函数文件和目标函数文件optm.moptm.m，运行主程序，得到运行主程序，得到

8、的的存储空间，存储空间，在在Command window键键入入gatool,调用出遗传算法工具箱的人机接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，按钮开始运行。经过迭代，会得到会得到 的最优解，参数值如图的最优解，参数值如图7所示，将再其带入图所示，将再其带入图6中即可中即可得出如图得出如图8所示的仿真曲线。所示的仿真曲线。,1, 1kp ki kp ki,1, 1kp ki kp ki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性能指标对比对调速系统而言，被控制的对象是转速对调速系统而言，被控制的对象是转速,通过计算可得转速环的各性能指通过计算可得转速环的各性能指标如下表所示标如下表所示超调量超调量调节时间调节时间工程设计法工程设计法5.1%0.192s遗传算法遗传算法00.14sst结论结论: : 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仿真结果可以看出，遗传