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1、控制系统综合课程设计报告 第 5 页 共 5 页基于MATLAB的双闭环直流电机调速系统仿真李明阳 （紫金学院）摘要：实际生产中，生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要有良好的稳态、动态性能，同时，我们希望在电机最大电流限制的条件下，充分利用电机的允许过载能力，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度启动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。双闭环直流调速系统，具有直流调速系统调速范围广、静差率小、稳定性好以及有良好的动态性能的优点，又有动态响应快、抗干扰能力强等特点，可以很好的满足实际需求。1 双闭环控制系统的工作原理 双闭环调速系统的两个调
2、节器ASR（转速调节器）和ACR（电流调节器）一般都采用PI调节器。因为PI调节器置既可以保证系统的稳态精度，使系统在稳态运行时得到无静差调速，又能提高系统的稳定性，兼顾快速响应和消除静差两方面的要求。一般的调速系统要求以稳和准为主，采用PI调节器便能保证系统获得良好的静态和动态性能。转速调节器的作用：是调速系统的主调节器，使转速n很快的跟随给定电压变化，如果采用pi调节器，实可现稳态无静差。保证了系统静态稳定性。电流调节器的作用：作为内环调节器，在转速调节过程中，它使得电流跟随其给定电压变化；对电网电压波动起及时抗扰作用；起动时保证获得电机允许的最大电流，使系统获得最大加速度起动；当电机过载
3、甚至于堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自我保护作用。当故障消失时，系统能够自动恢复正常。保证了系统动态稳定性。 Ks a 1/CeU*nUctIdEnUd0Un+-ASR+U*i-IdR R b ACR-UiUPE双闭环直流系统的结构图U*na Uct-IdLnUd0Un+-b -UiWASR(s)WACR(s)Ks Tss+11/RTl s+1RTmsU*iId1/Ce+E双闭环直流调速系统的数学模型2 双闭环调速系统的主电路各器件的选择和计算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: Un=220V， In=136A， Nn=1460r/mi
4、n， Ce=0.132V*min/，允许过载倍数: =1.5晶闸管装置放大系数 ks=40；电枢电阻： Ra=0.5 时间常数： Tl=0.03s，Tm=0.18s；励磁电压： Uf=220V励磁电流： If=1.5A动态指标： 1.电流超调量%5%2.空载起动到额定转速时的转速超调量：%10%电流反馈系数 =0.05 V*min/r转速反馈系数： = 0.00667V*min/r三相整流桥平均失控时间 Ts=0.0017s电流反馈滤波时间常数 Toi=0.002s；转速反馈滤波时间常数 Ton=0.01s；参数设置电流调节器的设计 Wacr（s）=Ki*(1+S)/S =1.013+33.8
5、/s转速调节器的设计Wasr（s）=Kn*(1+S)/S =11.7+134.48/s3 MATLAB仿真电流调节器仿真 转速调节器仿真双闭环直流调速系统的数学模型仿真双闭环直流调速系统模型仿真此环节将控制电压限幅转换成导通角来控制六脉冲触发器，当调节器输出最大限幅值10v时，导通角为0，对应三相全波整流桥输出最大电压加到电动机电枢。另外需要注意的是系统包含非线性元素，需要在在选项中使用刚性解算器ode15s，或ode23tb。双闭环直流调速系统模型仿真结果4 仿真结果分析双闭环直流调速系统突加给定由静止启动时，转速和电流的仿真波形所示。启动过程经历了不饱和、饱和、退饱和三个阶段，即电流上升阶
6、段、恒流升速阶段和转速调节阶段。在双闭环调速系统中，ASR的作用是对转速的抗扰调节并使之在稳态是无静差，ACR的作用是过流自动保护和及时抑制电压的波动。通过仿真可知：启动时，让转速外环饱和不起作用，电流环起主要作用，调节启动电流保持最大，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流内环跟随电流外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流。参 考 文 献1浣喜明，等.电力电子技术M.北京：高等教育出版社，2010.2刘启新，等.电机与拖动基础M.北京：中国电力出版社，2002.3刘勤贤.自动控制原理M.杭州：浙江大学出版社，2009.4张平 等，MATLAB基础与应用M.北京：北京航空航天大学出版社.2010.5周渊深.交直流调速系统与Matlab仿真.北京：中国电力出版社，2004.6陈伯时.电力拖动自动控制系统（第3版）M.北京： 机械工业出版社. 20057陈伯时.电力拖动自动控制系统运动控制系统（第4版）机械工业出版社2009.
基于MATLAB的双闭环直流电机调速系统仿真
