基于malabsimulink的工程设计仿真分析

基于malabsimulink的工程设计仿真分析

在直走双向激励系统的设计中，参数的调整和应用于系统的实际系统运行，是系统设计和调整过程中不可或缺的一部分。原因在于系统的实际参数,往往与工程设计时所用的值有一定的误差,而且环节非线性影响、简化处理、近似处理、降阶处理等因素会使系统在工程设计参数后并不能立即获得要求的调速性能,因此需要通过调试过程才能获得理想性能。matlab/simulink仿真平台是基于模型化图形组态的动态系统仿真软件,只要在计算机上建立数字仿真模型,就可以模仿系统的运行状态及其随时间变化的过程。利用matlab/simulink仿真工具对直流调速系统进行参数调试,可以非常直观地观察电动机电流和转速响应情况进行静态和动态分析。这里利用matlab仿真工具对直流调速系统进行仿真分析,通过仿真结果分析来调整工程设计的参数,找出系统调节器的最佳参数,使设计系统的性能达到要求。1直速系统的理论设计1.1nn/ncvsn回路本文研究的对象为直流双闭环调速系统,其系统动态结构框图如图1所示。(1)系统参数电动机:UN=200V,IN=136A,nN=1460r/min;Ce=0.132V·r/min;允许过载倍数λ=1.5;三相桥式整流装置放大倍数Ks=40;电枢回路总电阻R∑=0.5Ω;时间常数Tl=0.03s;Tm=0.18s,电流反馈系数β=0.05V/A;转速反馈系数α=0.07V·r/min。(2)设计要求(1)稳态指标:无静差;(2)动态指标:电流超调量,启动到额定转速时的转速超调量σn≤10%。1.2供电装置设计1.2.1电流滤波时间常数toi(1)整流装置滞后时间常数Ts三相桥式电路的平均失控时间Tm=0.0017s。(2)电流滤波时间常数Toi三相桥式电路每个波头的时间是3.33ms,为了基本滤平波头,应该有(1～2)Toi=3.33ms,因此取Toi=0.002s。(3)电流环小时间常数按小时间常数近似处理,取T∑i=Ts+Toi=0.0037s。1.2.2将电流环设计为典型的系统根据设计要求:σi≤5%,而且Tl/T∑i=0.03/0.0037=8.11<10,因此设计成典型I型系统。1.2.3电流装置的结构选择电流调节器选用比例积分调节器(PI),其传递函数为WACR(s)=Ki(τis+1)/τis。1.2.4电流形成系数的计算电流调节器超前时间常数τi=Tl=0.03s;电流开环增益:因要求σi≤5%,故取KIT∑i=0.5,因此KI=0.5/T∑i=0.5/0.0037=135.1/s,于是电流调节器的比例系数为Ki=KIτiR/βKs=1.013。1.2.5校核实验设计条件电流环截止频率ωci=KI=135.1/s(1)校验晶闸管装置传递函数的近似条件是否满足:ωci≤1/3Ts,因为1/3Ts=196/s>ωci,所以满足近似条件。(2)校验忽略反电动势对电流环影响的近似条件是否满足:由于满足近似条件。(3)校验小时间常数近似处理是否满足条件:由于满足近似条件。按照上述参数,电流环满足动态设计指标要求和近似条件。1.3速度控制器的设计1.3.1电流滤波时间常数ton(1)电流环等效时间常数为2T∑i=0.0074s;(2)电流滤波时间常数Ton根据所用测速发电机纹波情况,取Ton=0.01s;(3)转速环小时间常数T∑n按小时间常数近似处理,取T∑n=2T∑i+Ton=0.0174s。1.3.2指定旋转环设计为什么样的典型系统由于设计要求转速无静差,转速调节器必须含有积分环节;又根据动态设计要求,应按典型II型系统设计转速环。1.3.3称重传感器的结构选择转速调节器选用比例积分调节器(PI),其传递函数为WASR(s)=Kn(τns+1)/τns。1.3.4转速调节器的参数按照跟随和抗扰性能都较好的原则取h=5,则转速调节器的超前时间常数为τn=hT∑n=0.087s,转速开环增益为所以转速调节器的比例系数为1.3.5简化的cn1/5i转速环截止频率ωcn=KNτn=345./s(1)校验电流环传递函数简化条件是否满足ωcn≤1/5T∑i,由于1/5T∑i=54.1/s,满足简化条件。(2)校验小时间常数近似处理是否满足条件:由于满足近似条件。(3)核算转速超调量当h=5时,ΔCmax/Cb=81.2%,而ΔnN=INR/Ce=515.2r/min,因此能满足设计要求。2系统模拟2.1系统的转速仿真根据工程设计结果,构建直流双闭环调速系统的仿真模型,如图2所示。在额定转速和空载下,对系统进行仿真得到电动机电枢电流和转速的仿真输出波形,如图3。从图3中可知:(1)转速超调量为25%,转速超调量过大,系统相对稳定性弱;(2)整个启动过程只需0.6s,系统的快速性较好。2.2最佳参数确定通过以上仿真分析,与理想的电动机启动特性相比,仿真结果与系统要求具有差距。出现上述情况的原因可以从工程设计过程中不难看出,在“典型系统的最佳设计法”中,非线性环节线性化处理、近似处理、降阶处理、调节器的饱和非线性等因素导致了工程设计与性能要求有差距的原因。经过大量仿真调试,改变电流和转速环调节器的参数,兼顾电流、转速超调量和启动时间性能指标,找出最佳参数为其转速波形如图4所示。从图4中可知:(1)转速环超调量为6%,超调量符合要求;(2)整个启动过程约为0.8s,系统的快速性仍较好。3简化系统调试周期,缩短系统调试周期,缩短系统调试周期,缩短系统调试周期,缩短系统调试周期,缩短系统调试周期,缩短系统调试周期,缩短系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,缩短系统调试周期,促使系统调试周期,促使系统调试周期,促使系统调试周期,促使系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期,延长系统调试周期