题 目：双闭环直流调速系统建模仿真实验研究
姓 名：
指导老师：
班 级： 动化班
完成时间： 2012
双闭环直流调速系统建模仿真实验研究
动化班
摘 ：利MATLABSIMULINK软件电力系统模块库(SimPowerSystems)进行系统仿真十分简单直观户图形化方法直接建立起仿真系统模型通SIMULINK环境中菜单直接启动系统仿真程时结果示波器显示出掌握强SIMULINK工具会增强户系统仿真力
关键词 ：matlabsimulink双闭环电机调速
ABSTRUCT：Using simlink software of MATLAB and SimPowerSystems it is simple and manifest to simulate the systemUsers can build up system model by graphand run simulative program by pressing the menu of Simulink environmentwhose result will display on the monitorUser’s capability of simulation will be fortified much with the learning of powerful SIMULINK tools
KEY WORDmatlabsimulinkDouble closed loopelectric motorspeed regulation
引言
双闭环直流调速系统目前直流调速系统中流设备具调速范围宽稳性稳速精度高等优点理实践方面较成熟系统拖动领域中发挥着极重作直流电机双闭环调速种电机调速系统基础直流电机双闭环调速系统工程设计设计两调节器调节器设计般包括两方面第选择调节器结构确保系统稳定时满足需稳态精度 第二选择调节器参数满足动态性指标文直流电机调速进行较系统研究直流电机基特性单闭环调速系统然进行双闭环直流电机设计方法研究实际系统进行工程设计采MatlabSimulink进行仿真
1基原理系统建模
实现转速电流两种负反馈分起作系统中设置两调节器分调节转速电流二者间实行串联连接 转速调节器ASR 输出作电流调节器ACR 输入电流调节器输出控制晶闸整流器触发装置GT TA电流传感器TG 测速发电机 闭环结构电流调节环里面做环转速调节环外边做外环样形转速电流双闭环调速系统图示：
转速环
电流环
图1 直流电机双闭环调速系统动态结构图
2系统设计
调速系统基数晶闸三相桥式全控整流电路供电双闭环直流调速系统 系统参数：直流电动机：允许载倍数晶闸装置：电枢回路总电阻：时间常数：反馈系数：反馈滤波时间常数：
2 1 电流调节器设计
2 1 1 计算时间常数
查表三相桥式电路均失控时间Ts 0 0017s 电流环时间常数TΣi Ts + Toi 0 0067s 电枢回路电磁时间常数Tl 0018s
2 1 2 确定电流调节器结构参数
根性指标求σi ≤5 保证稳态误差电流环校正成典型I 型系统传递函数WACR ( s) Ki (τis + 1)τis
式中Ki τi 分电流调节器例放系数领先时间常数 中τi T1 0 018s 满足求应取K1TΣi 0 5 K1 05 TΣi 7463s 1 求ACR 例放系数Ki K1τi RβKs029电流调节器传递函数WACR (s) 029(0018 s + 1)0018s校验满足晶闸整流装置传递函数似条件满足电流环时间常数似处理条件设计电流环达动态指标σi 4 3 ≤5 满足设计求
2 2 速度调节器设计
2 2 1 计算时间常数
电流环等效时间常数2 TΣi 0 0134s转速环时间常数 TΣn 2 TΣi + Ton 0 0318s
2 2 2 确定转速调节器结构参数
转速调节器设计时已设计电流环作转速环控制象 实现转速静差提高系统动态抗扰性转速调节器必须含积分环节考虑动态求转速环设计成典型II 型系统传递函数WASR ( s) Kn(τns + 1)τns式中Kn τn 分转速调节器例放系数领先时间常数 取中频宽h 5 ASR 领先时间常数τn hTΣn 0 159s Mrmin 准确定参数关系转速环开环放系数KN (h + 1)2 h2 T2Σn 11867s 1ASR 例放系数Kn KNτnβCe TmαR( h + 1)βCe Tm2 hαRTΣnKn 1115
校验满足电流环传递函数等效条件满足转速环时间常数似处理条件转速超调量σn 8 3 ≤10 满足设计求 保证电流调节器转速调节器中运算放器工作线性特性段保护调速系统元件部件装置致损坏电流调节器转速调节器输出端设置限幅装置幅值限制 6～+ 6
3 Simulink 仿真试验结果分析
3 1 系统起动程仿真
3 1 1 构建仿真模型
Simulink MAT LAB 进行动态系统仿真建模分析软件包Simulink 户提供系统模型框图进行组态仿真台需根建立数学模型Simulink 模块库中选取合适模块组合起 根具体求设置模块参数进行仿真根图1面计算出相关参数 建立双闭环直流调速系统MatlabSimulink 动态仿真模型图2示
图2 双闭环调速系统模块图
3 1 2 仿真
运行 Simulink 仿真模型输出示波器出转速仿真曲线图3示
图3 输出转速n波形图
施加阶跃信号图4示
图4 添加扰动双闭环调速系统模块图
双闭环调速系统负载特性变化扰动情况 转速环阶跃扰动响应曲线图5示
图5 扰动输出转速n波形图
32 结果分析：诉波形图分析知仿真转速输出然时间相应符合求超调需调节器进行改进适减转速调节器例系数时间常数牺牲调节时间减超调取Kn7 τn63s输出波形图6示
图6 校正输出转速n波形图
抗扰性较图7示
图7 校正抗扰性
转速环电流环输出示
转速环 电流环
图8 校正转速环电流环输出
综述调速系统起动特性超调量抗扰性设计较合理
4结
工程设计时首先根典型I型系统典型Ⅱ型系统方法计算调节器参数然利MATLABSIMULINK软件进行仿真灵活修正调节器参数直满意结果
文通直流电机转速电流双闭环调速系统数学模型电流调节器转速调节器进行设计选择调节器类型出系统动态结构图进行仿真分析充分发挥电机载力时获良静动态性实际工程中定应价值造成系统工程设计方法仿真实验间差距原工程设计方法推导程中做许似处理简化处理定条件成立仿真实验建立模型程中忽略许非线性素次素
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题 目：双闭环直流调速系统建模仿真实验研究
姓 名：
指导老师：
班 级： 动化班
完成时间： 2012
双闭环直流调速系统建模仿真实验研究
动化班
摘 ：利MATLABSIMULINK软件电力系统模块库(SimPowerSystems)进行系统仿真十分简单直观户图形化方法直接建立起仿真系统模型通SIMULINK环境中菜单直接启动系统仿真程时结果示波器显示出掌握强SIMULINK工具会增强户系统仿真力
关键词 ：matlabsimulink双闭环电机调速
ABSTRUCT：Using simlink software of MATLAB and SimPowerSystems it is simple and manifest to simulate the systemUsers can build up system model by graphand run simulative program by pressing the menu of Simulink environmentwhose result will display on the monitorUser’s capability of simulation will be fortified much with the learning of powerful SIMULINK tools
KEY WORDmatlabsimulinkDouble closed loopelectric motorspeed regulation
引言
双闭环直流调速系统目前直流调速系统中流设备具调速范围宽稳性稳速精度高等优点理实践方面较成熟系统拖动领域中发挥着极重作直流电机双闭环调速种电机调速系统基础直流电机双闭环调速系统工程设计设计两调节器调节器设计般包括两方面第选择调节器结构确保系统稳定时满足需稳态精度 第二选择调节器参数满足动态性指标文直流电机调速进行较系统研究直流电机基特性单闭环调速系统然进行双闭环直流电机设计方法研究实际系统进行工程设计采MatlabSimulink进行仿真
1基原理系统建模
实现转速电流两种负反馈分起作系统中设置两调节器分调节转速电流二者间实行串联连接 转速调节器ASR 输出作电流调节器ACR 输入电流调节器输出控制晶闸整流器触发装置GT TA电流传感器TG 测速发电机 闭环结构电流调节环里面做环转速调节环外边做外环样形转速电流双闭环调速系统图示：
转速环
电流环
图1 直流电机双闭环调速系统动态结构图
2系统设计
调速系统基数晶闸三相桥式全控整流电路供电双闭环直流调速系统 系统参数：直流电动机：允许载倍数晶闸装置：电枢回路总电阻：时间常数：反馈系数：反馈滤波时间常数：
2 1 电流调节器设计
2 1 1 计算时间常数
查表三相桥式电路均失控时间Ts 0 0017s 电流环时间常数TΣi Ts + Toi 0 0067s 电枢回路电磁时间常数Tl 0018s
2 1 2 确定电流调节器结构参数
根性指标求σi ≤5 保证稳态误差电流环校正成典型I 型系统传递函数WACR ( s) Ki (τis + 1)τis
式中Ki τi 分电流调节器例放系数领先时间常数 中τi T1 0 018s 满足求应取K1TΣi 0 5 K1 05 TΣi 7463s 1 求ACR 例放系数Ki K1τi RβKs029电流调节器传递函数WACR (s) 029(0018 s + 1)0018s校验满足晶闸整流装置传递函数似条件满足电流环时间常数似处理条件设计电流环达动态指标σi 4 3 ≤5 满足设计求
2 2 速度调节器设计
2 2 1 计算时间常数
电流环等效时间常数2 TΣi 0 0134s转速环时间常数 TΣn 2 TΣi + Ton 0 0318s
2 2 2 确定转速调节器结构参数
转速调节器设计时已设计电流环作转速环控制象 实现转速静差提高系统动态抗扰性转速调节器必须含积分环节考虑动态求转速环设计成典型II 型系统传递函数WASR ( s) Kn(τns + 1)τns式中Kn τn 分转速调节器例放系数领先时间常数 取中频宽h 5 ASR 领先时间常数τn hTΣn 0 159s Mrmin 准确定参数关系转速环开环放系数KN (h + 1)2 h2 T2Σn 11867s 1ASR 例放系数Kn KNτnβCe TmαR( h + 1)βCe Tm2 hαRTΣnKn 1115
校验满足电流环传递函数等效条件满足转速环时间常数似处理条件转速超调量σn 8 3 ≤10 满足设计求 保证电流调节器转速调节器中运算放器工作线性特性段保护调速系统元件部件装置致损坏电流调节器转速调节器输出端设置限幅装置幅值限制 6～+ 6
3 Simulink 仿真试验结果分析
3 1 系统起动程仿真
3 1 1 构建仿真模型
Simulink MAT LAB 进行动态系统仿真建模分析软件包Simulink 户提供系统模型框图进行组态仿真台需根建立数学模型Simulink 模块库中选取合适模块组合起 根具体求设置模块参数进行仿真根图1面计算出相关参数 建立双闭环直流调速系统MatlabSimulink 动态仿真模型图2示
图2 双闭环调速系统模块图
3 1 2 仿真
运行 Simulink 仿真模型输出示波器出转速仿真曲线图3示
图3 输出转速n波形图
施加阶跃信号图4示
图4 添加扰动双闭环调速系统模块图
双闭环调速系统负载特性变化扰动情况 转速环阶跃扰动响应曲线图5示
图5 扰动输出转速n波形图
32 结果分析：诉波形图分析知仿真转速输出然时间相应符合求超调需调节器进行改进适减转速调节器例系数时间常数牺牲调节时间减超调取Kn7 τn63s输出波形图6示
图6 校正输出转速n波形图
抗扰性较图7示
图7 校正抗扰性
转速环电流环输出示
转速环 电流环
图8 校正转速环电流环输出
综述调速系统起动特性超调量抗扰性设计较合理
4结
工程设计时首先根典型I型系统典型Ⅱ型系统方法计算调节器参数然利MATLABSIMULINK软件进行仿真灵活修正调节器参数直满意结果
文通直流电机转速电流双闭环调速系统数学模型电流调节器转速调节器进行设计选择调节器类型出系统动态结构图进行仿真分析充分发挥电机载力时获良静动态性实际工程中定应价值造成系统工程设计方法仿真实验间差距原工程设计方法推导程中做许似处理简化处理定条件成立仿真实验建立模型程中忽略许非线性素次素
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