双闭环直流电机调速系统的分析与仿真.doc

目 录 摘要 I 1引言 1 2转速、电流双闭环直流调速系统 2 2.1 理想的起动过程 3 2.2 性能比较 4 2.3 解决思路 4 2.4 系统中设置两个调节器 4 2.5 限幅电路 5 2.6 稳态结构图和静特性 5 2.7 限幅作用 6 2.8 系统静特性 6 2.9 两个调节器的作用 7 3双闭环直流调速系统的动态数学模型 8 3.1 数学模型 8 3.2 起动过程分析 8 3.3 分析结果 10 3.4 动态抗扰性能分析 10 4调节器工程设计方法 11 4.1 转速调节器和电流调节器的作用 11 4.2 调节器工程设计方法 11 5直流双闭环调速系统的理论设计 12 5.1 双闭环调速系统设计意义 12 5.2 调节器结构的选择和传递函数的近似处理 12 5.3 设计要求 12 5.4 设计任务 13 6仿真实验 15 6.1 双闭环调速系统的动态结构框图 15 6.2 Simulink仿真总图 16 6.3 转速调节器Simulink仿真 16 6.4 电流调节器Simulink仿真 17 6.5 Simulink仿真结果及分析 18 总结 19 参考文献 20 1 引言 在设计中，基于理论设计的基础上根据实际的系统情况作参数的调整是非常重要的，也是必不可少的。传统的调试方法是将整个系统按理论设计的结果建立一个实际系统，然后将系统分成若干个控制单元，并对每个控制单元进行调试，最后将各个单元构成一个完整的系统，并进行调试，这种传统的调试方法在使用过程中不仅费时、费力且不易产生满意的结果。本次设计在理论的基础上设计了直流双闭环调速系统，并利用MATLAB中的SIMULINK工具箱，对直流调速系统进行仿真分析及参数调试，然后对仿真进行了分析与总结。 Matlab 具有强大计算和动态建模、仿真等功能，尤其是其动态建模、仿真工具Simulink 具有模块组态方便，性能分析直观等特点，双闭环直流调速系统原理框图，由电流环和转速环组成，其工程设计方法一般先设计好电流调节器，并把电流环等效为转速环中的一个环节，再设计速度调节器。本着一个由内到外的设计原则，外环的响应比内环的慢，这是按上述工程设计方法涉及多环控制系统的特点。 2 转速、电流双闭环直流调速系统 转速、电流双闭环控制的直流调速系统是应用最广性能很好的直流调速系统。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。但是，如果对系统的动态性能要求较高。 在单闭环直流调速系统中，电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只能在超过临界电流值 Idcr 以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想地控制电流的动态波形。 2.1 理想的起动过程 （1） 带电流截止负反馈的单闭环调速系统 （2） 理想的快速起动过程 图2.1 直流调速系统起动过程的电流和转速波形 2.2 性能比较 带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统起动电流达到最大值 Idm 后，受电流负反馈的作用降低下来，电机的电磁转矩也随之减小，加速过程延长。 2.3 解决思路 为了实现在允许条件下的最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值Idm的恒流过程。按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。我们希望能实现控制： （1）起动过程，只有电流负反馈，没有转速负反馈； （2）稳态时，只有转速负反馈，没有电流负反馈。 2.4 系统中设置两个调节器 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套（或称串级）联接如下图（图2.2）所示。 图2.2 转速、电流双闭环直流调速系统结构 ASR——转速调节器 ACR——电流调节器 TG——测速发电机TA——电流互感器 UPE——电力电子变换器 图2.2中，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。 该系统电路结构图，如图2.3所示： 图2.3 双闭环直流调速系统电路原理图 图2.3中可以看出：两个调节器的输出都是带限幅作用的。 （1）转速调节器ASR的输出限幅电压U*im决定了电流给定电压的最大值； （2）电流调节器ACR的输出限幅电压Ucm限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm。 2.5 限幅电路 图2.4 二极管钳位的外限幅电路 2.6 稳态结构图和静特性 为了分析双闭环调速系统的静特性，必须先绘出