直流截波调速系统的设计与仿真

直流截波调速系统的设计与仿真

1双闭环击波传动液压系统直接管理系统是能源牵引控制系统的一个重要研究方向。当电池电源连接到电池上的直流车辆或采用公共永通信无线电信的电网时，需要采用压缩速度。斩波调速又称脉宽调速,是在直流电源电压基本不变的情况下通过电子开关器件的通断,改变施加到电动机两端的电压脉冲宽度,即所谓占空比,以调节输人到电动机的电压平均值,达到调速的目的。直流电动机双闭环斩波调速系统原理框图如图1所示。直流电动机由直流电源通过斩波器供电,控制系统是一个转速、电流双闭环调速系统,内环是电流反馈及控制环,外环是电动机转速反馈及控制环。2切割波速系统的模拟模型(1)电流调节器的选择直流斩波系统采用转速、电流双闭环控制方案,通过两个独立的调节器分别控制,转速调节器的输出就是电流调节器的给定,电流环能够随转速的偏差调节电动机的电枢电流。当转速低于给定转速时,转速调节器的积分作用使输出增加,电流给定上升,通过电流调节使电动机电流增加获得加速转矩,反之亦然。在转速调节器饱和输出达到限幅值时,电流环即以最大电流限制IDm实现电动机的加速。(2)围内完全等效的pi控制器直流斩波调速系统的速度、电流调节器一般都采用比例积分(PI)调节器,它的参数按工程设计法设计,而且系统的动态性能指标以中频段宽度h=5为最好。本系统采用变结构PI调节器,输出特性在使用范围内完全等效于实际的ASR(PI)。图2中给出变结构PI调节器Simulink仿真框图,其中饱和模块的饱和值与开关模块的比较值都设定为实际系统的限幅值(Usm),其工作原理是,在系统启动的前期e(t)最大,在kn的作用下输出立即超出Usm,这时开关向下,积分环节不起作用,该调节器相当于一个常规的限幅P调节器,随着系统输出的增加,e(t)迅速减少,Kn·e(t)小于Usm时,开关向上,积分作用加入。该调节器为真正的PI调节器,积分量增加,而比例量减少,若增加的部分小于减少的部分,则该调节器的总输出将减少。因此,只要合理选择积分系数和比例系数就可避免超调量。(3)电流输出端仿真图3为直流斩波双闭环调速系统的仿真模型,采用IGBT作斩波器件,模型中转速反馈和电流反馈均取自电动机测量单元的转速和电流输出端,这样不仅减少了测速和检测环节,又不影响仿真的真实性。仿真系统参数的计算:已知电机:U=120V,I=136A,n=1430r/min,L=10mH,R=0.2Ω,TL=0.05s,Tm=0.18s,Toi=0.002s,Ts=0.00125s。电流环时间常数之和T∑i=Ts+Toi=0.00125+0.002=0.00325s。1u3000积分系数τi=Tl=0.05,电流开环增益:按σ%≤5%,取KIT∑i=0.5于是ACR的比例系数为:Ki=KIτiRKsβ=153.8×0.05×0.225×0.05=1.23Κi=ΚΙτiRΚsβ=153.8×0.05×0.225×0.05=1.23积分系数为:Kli=24.6Κli=24.6电流反馈系数:β=UimIdlm=101.5×136=0.05β=UimΙdlm=101.5×136=0.052rs比例系数按跟随和抗扰性能都较好的原则,取h=5,则ASR的超前时间常数:τn=hT∑n=0.0825τn=hΤ∑n=0.0825其中T∑n=2T∑i+Ton,取Ton=0.01s,则ASR比例系数为:Kn=(h+1)βCeTm2hαRT∑n=6.6Κn=(h+1)βCeΤm2hαRΤ∑n=6.6积分系数为:KIn=80ΚΙn=80转速反馈系数:α=UumImax=101500=0.00667α=UumΙmax=101500=0.006673电流扰动下的仿真图4、图5为电动机起动时电流、转速的响应曲线。从转速和电流波形可以看到,在起动阶段电动机以恒流起动,在0.4s时起动过程结束,电枢电流下降到零,转速上升到最高且大于1430r/min,尽管转速已经超调,电流给定变“-”,但本系统采用的为不可逆直流斩波调速系统不能产生反向电流,这时电流为零,电动机的电磁转矩也为零,没有反向制动转矩,又因为是在理想空载起动状态,故电动机保持在最高转速状态。0.5s后加上负载,电动机转速下降,ASR开始退饱和,电流环发挥调节作用,使电动机稳定在给定转速上。从电动机的仿真结果看出,ACR不仅发挥了调节作用,使最大电流限制在设定的范围内,而且通过闭环控制,使起动电流的冲击变小,起动相对平稳一些。修改调节器参数和转速给定可以得到不同参数和不同给定下的响应和转速。