转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真

转速、电流反馈控制直流调速系统仿真摘要转速、电流反馈控制的直流调速系统是静、动态性能优良、应用最广泛的直流调速系统，对于需要快速正、反转运行的调速系统，缩短起动、制动过程的时间成为提高生产效率的关键。为了使转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统里设置两个调节器，组成串级控制。本文介绍了双闭环调速系统的基本原理，而且用Simulink对系统进行仿真。关键词：双闭环调速、转速、电流、Simulink一、设计的题目及任务（一）概述本次仿真设计需要用到的是Simulink仿真方法，Simulink是Matlab最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。（二）仿真题目某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据如下：直流电机参数为：额定电压,额定电流；额定转速,，允许过载倍数；晶闸管装置放大系数；电枢回路总电阻；时间常数；电流反馈系数；转速反馈系数α=0.00666Vmin/r。电枢回路总电阻：R=0.5Ω；时间常数：Ti=0.03s，Tm=0.18s；电流反馈系数：β=0.05V/A；转速反馈系数：α=0.07V·min/r。1、确定时间常数1）整流装置滞后的时间Ts。按表1晶闸管整流器的失控时间（f=50Hz）来设置，表1如下所示：表1由表可知三相桥式电路的平均失控时间为Ts=0.00167s。电流滤波时间常数Toi。由上表知道Tsmax=3.33，为了基本滤平波头，应有(1~2)Toi=3.33ms,因此我们取Toi=2ms=0.002s.电流环小时间常数之和TΣi。按小时间常数近似处理，取TΣi=Ts+Toi=0.00367s。各模块的设置（除ACR模块）将各模块的参数输入图1的电流环各模块中即可得到图2所示的仿真模型；ACR参数设置ACR的传递函数式为：即： =Ki+Kp/s1）电流调节器超前时间常数为：τi=Tl=0.03s。2）电流环开环增益Ki：Ki=KT/TΣi=KT/0.00367其中参数关系KT按表2如下所示：表23)KT=0.5时PI传函W=Ki+Kp/s=0.5/0.00367+（0.5/0.00367）/0.03s=1.0134+33.78/s同理：KT=0.25时PI传函W=Ki+Kp/s=0.5067+16.89/sKT=1时PI传函W=Ki+Kp/s=2.027+67.567/s在Simulink模型窗口工具栏里的Simulation——>ConfigurationParameters菜单项可以更改Starttime和Stoptime的值按需要分别设为0.0s和0.05s或0.1s。电流环的仿真图形KT=0.5时，ACR中的PI调节器的传递函数为=1.0134+33.78/s，按图2的模型仿真可以得到电流环阶跃响应的仿真输出的波形如右图6所示：其超调量满足σ≦4.3%。三）、转速调节器（外环）的设计matlab的转速环的整体仿真模型如图所示：转速环各个模块的参数设置由电流环的仿真知电流环的参数取KT=0.5时超调量满足综合条件，电流环模块的值保持不变。确定时间常数1）电流环的等效时间常数1/Ki。由上面可知取KiTΣi=0.5，则1/Ki=2TΣi=0.0074s转速滤波时间常数Ton=0.01s；3）转速环小时间常数TΣn=1/Ki+Ton=0.0174s；2、除去电流环各模块按图10所示编号设置如下：将①框的阶跃输入将Steptime设为0，Initialvalue设为0，Finalvalue设为10；（2）②框对应结构图中的ASR模块，由例题3-2得到的结果，其传递函数设置为 即Gain3设置为11.7，Gain4设置为134.48；（3）③框的Saturation将其上界（upper）和下界（lower）分别设置为10和-10；（4）④框的函数式为α/(Tons+1)=0.00666/(0.01s+1)；⑥框的函数式1/Ce=1/0.132=7.576；⑤框的阶跃信号按要求输入：将Steptime设为0，Initialvalue设为0；空载（负载电流为0）时，阶跃信号Step1的Finalvalue设为0；满载（负载电流为136）时，阶跃信号Step1的Finalvalue设为136（电动机的额定电流为136A）；做干扰测试时，将Steptime设为1，Initialvalue设为0，Finalvalue设为100。(二)转速环的系统仿真1、空载起动时,阶跃信号Step1的Finalvalue输入设为0,仿真波形如图所示：2、满载起动时，阶跃信号Step1的Finalvalue设为136,仿真波形如图所示：3、抗干扰性的测试，将阶跃信号Step1的Steptime设置为1，将Initialvalue设置为0，将Finalvalue设置为100（或其他1到136均可做干扰），其他设置不变，仿真如图所示：四、小结与体会这次课程设计中，在Matlab仿真上面有很多自己不懂的地方，尤其是simulink各模块的参数设置及抗干扰性的测试时的参数问题。本次课程设计让我们对《电力拖动自动控制系统-运动控制系统》的“转速、电流反馈控制直流调速系统”有了更深的理解，对此设计加深了认识。通过matlab的仿真，