双闭环直流pwm-m调速系统的设计与仿真

双闭环直流pwm-m调速系统的设计与仿真

0直流传动系统由于其性能必须在广泛范围内平滑运行，并且该速度传输系统在工业控制中发挥着极其重要的作用。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。1直驱油系统的设计1.1控制电枢电流对动态性能要求较高的调速系统,例如要求快速起制动、突加负载动态降落小等,传统的单闭环转速反馈调速系统因不能随心所欲的控制电枢电流,很难满足调速需要。结合电力拖动系统的运动方程式:不难得出结论:若要获得高性能的动态响应,必须控制好转矩,即控制好电枢电流。所以要引入电流的负反馈,构造出电流环。在转速环的基础上增加电流环,采用两级串联校正的双闭环调速方式以满足系统不同的控制要求。1.2流生动力控制系统的结构为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用,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动态结构设计直流电动机可视为一个二阶线性环节;IGBT脉宽控制与变换装置可以近似为一个惯性环节,其时间常数为TS,比例系数为KS;转速调节器和电流调节器均设置为PI调节器以获得良好的动、静态性能;转速反馈系数为α;电流反馈系数为β;从而得到双闭环直流PWM-M调速系统的动态结构图如图2所示。图中为限制起动电流过大,在电流环中采用抗饱和的电流调节器;为滤除电流检测信号中的交流分量,设置了低通滤波环节,称“电流反馈滤波”,滤波时间常数为;为使电流给定信号和反馈信号得到恰当的配合,在给定信号通道中也加入一个相同时间常数的惯性环节,称“电流给定滤波”。由速度传感器得到的转速反馈电压含有换向文波,也需设置滤波环节,称“转速反馈滤波”,滤波时间常数为Ton;和电流环的道理一样,在转速给定通道中也配上时间常数为Ton的给定滤波环节。3关参数的确定电动机、PWM变流装置、设计参数和其他相关参数见表1～3。试设计双闭环调速系统,要求实现系统快速起制动、转速电流超调量小、突加负载转速动态降落小,并能实现可逆运行。4具体设计4.1电流控制器的比例从稳态性能来看,希望电流环实现电流无静差以获得理想的堵转特性;从动态角度看,更注重电流环的跟随性能,即希望电流的超调量越小越好。综合考虑,应把电流环校正成典型Ⅰ型系统,而电流调节器ACR可采用PI调节器,其传递函数分别为:则电流调节器的超前时间常数τi=Tl=0.01275s,电流调节器的比例系数:其中:T∑i=TS+Toi=0.0013s。可求出电流环截止频率ωci=KI=384.615s-1,经校验满足电流环近似处理条件。4.2转速环校正和转速调节器的选择从稳态性能看,为实现转速无静差,转速控制环的干扰点之前必须有一个积分环节;从动态性能看,更注重转速环的抗扰性能;而典型Ⅱ系统的抗扰性能比典型Ⅰ系统更优越。综合考虑,把转速环校正成典型Ⅱ系统;而转速调节器ASR可选用PI调节器,其传递数分别为:按典型Ⅱ型系统跟随性能和抗扰性能都较好的原则,取中频宽h=5,则转速调节器ASR的超前时间常数τns=hT∑n=0.063s,转速调节器ASR的比例放大系数:其中:T∑n=2T∑i+Ton=0.0013s。可求出转速环截止频率ωcn=KNτn=1.904s-1,经校验满足转速环近似处理条件。5simulik下的虚拟模型模拟5.1模型的构建根据表1～3和具体设计中计算得到的相关数据,设置电动机和调节器等环节的相关参数,最终得到虚拟仿真模型见图3。5.2负载模拟系统的动态仿真转速正给定U*nm和转速负给定-U*nm叠加的结果使得系统在前2s接受+10V电压,从2s开始接受-10V电压;在1s时给电机加负载Tl=4.5/N·m2的阶跃信号。运行仿真得到电机转速波形如图4所示。从图像可以看出电动机具有较好的性能,快速性较好,超调量较小;1s时加上负载,系统动态降落较小,而且很快又恢复到稳定状态;2s时,在负给定的作用下系统开始减速,下降到零后又进入反向运行状态,实现了可逆运行。6imolid仿真图像实现本文采用工程设计法,设计了双闭环直流PWM-M调速系统;并结合