基于MatlabSimulink仿真的双闭环直流调速系统的精.docx
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基于MatlabSimulink仿真的双闭环直流调速系统的精
xx学院学报
JournalofxxxCollege
基于Matlab-Simulink仿真的双闭环直流调速系
统的设计与研究
姓名
（xxx大学,江苏,南京210000
摘要:
根据实际应用要求以及给定参数,对转速、电流双闭环直流调速系统进行设计,计算其控制系统的参数,并通过matlab软件的simnlink,对设计的系统进行仿真,以验证设计的正确性,并分析仿真结果,从而进一步说明双闭环调速系统的可行性与优越性。
对计算过程做了着重重视,详细精炼,可以为高校学生参与调速研究提供细节性的指导。
关键词:
双闭环直流调速matlab仿真
中图分类号:
TG156文献标志码:
DESIGNANDRESEARCHOfDOUBLE-LOOPDCMOTORSPEEDCONTROL
SYSTEMBASEDONMATLAB-SIMULINK
Name
（xxxCollege,Nanjing210000,Jiangsu,China
Abstract:
Accordingtothepracticalapplianceandtheparametersgiven,makeadesignofthedouble-loopDCmotorspeedcontrolsystem,calculatingtheotherparametersthatareneededinthecontrolsystemwedesign.ImakeasimulationofthecontrolsystemthroughMatlab-simulinktoensuretheprecisenessofit.Besides,thereisadeepanalyseaboutthecharactersofthedesignedsystemtoaccountforthefeasibilityofthedouble-loopDCmotorspeedcontrolsystem,aswellasthesuprioritiesofit.Imakestrongeemphysisonspecificcalculationoftheparameters,itcansupplyaguideforcollegestudentwhoareinresearchofthespeedcontrolsystemindetails.
Keywords:
double-loop;DCmachinespeedcontrol;matlab;simulation
0引言*
直流电动机因其性能宜于在广泛范围内平滑调速,其调速控制系统历来在工业控制中占有极其重要的地位。
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。
本文注重具体的计算过程,详细地描述了各所需参数的计算过程,列写详细计算公式,可以为诸多高校学生的调速研究提供详细指导。
1双闭环直流调速系统的结构
双闭环就是依靠转速和电流形成两个反馈回路,可以使系统的稳定性能及稳态精度大大提。
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控制系统的动态结构图
3系统参数计算
3.1系统各主要参数计算
1、铭牌数据额定功率
[]455Pkw=
额定电压
[]750NUV=
额定电流[]760NIA=
额定转速
[/min]375Nnr=
电机飞轮转矩
22375[]1328.603
NeT
TCCGDkgmR∑
⨯⨯⨯=
=2、派生参数效率
3
45510100%79.82%
750760NNNPUIη⨯==⨯=⨯⨯
电枢电阻
aR给定位0.088Ω
整流电路电枢
recR给定为0.14Ω回路总电阻
arecLRRRR∑=++给定为0.14Ω
恒定磁场之下的电势常数
7507600.088
1.8375NNNeNUIRCn--⨯=
==
恒定磁场之下的电势常数
9.559.551.8217.381TeCC==⨯=
电枢电感7750
0.004605
222375760DNaNNKULpnI⨯⨯=
==⨯⨯⨯
回路总电感
L∑题中给定位4.34mH
系统飞轮转矩
21328.603（GD=已经计算
电磁时间常数
3
4.3410T0.031
0.14LLR-∑∑⨯===
机电时间常数
2T375meT
GDRCC∑
⨯=题中给定为0.112
3、系统参数
可控调压装置等效时间常数sT03
000N4P45510-76093.33
9.551.82375
ss
NTeeNILTUTTIICCCn∑=
⨯====-=⨯
N3
0U1.823751.57600.14842.1
4493.334.3410
0.00192
842.1
seNssCnIRILTUλ∑-∑=+=⨯+⨯⨯=⨯⨯⨯∴=
==根据实际调试结果及参考数据来看,在具体的实际系统下,
sT=0.00167s最合适
可控调压装置等效时间常数sK给定为85速度反馈系数
*
100.2667
375nmNUnα===
电流反馈系数
*100.008772
1.5760imNUIβλ===⨯
速度反馈和给定滤波时间常数
onT给定为0.02
电流反馈和给定滤波时间常数
oiT给定为0.002
3.2电流环的设计
1、选择典型I型或选择近似II典型系统的依据:
LL0.0317.9080.001670.002isoiTTTTT∑===++
5<7.908<10,要求给定响应快,跟随性能好,超调量小,则设计成I型系统,要求抗扰动性能好,则设计成典型II型系统,此处选择II型系统。
2、校正环节PI调节器的选择
近似处理后,按典型II型系统且按minMr准则设计,取最佳参数
0.031ilTτ==
11136.24
220.00367IiKT∑===⨯
0.0310.14
136.240.790.008885LiI
sTRKKKβ∑⨯==⨯=⨯
3.3速度环设计
1、校正环节选择PI调节器
220.003670.020.02734nionTTT∑∑=+=⨯+=
2、速度环按典型II型系统设计,且按minMr准则设计
50.027340.1367nnhTτ∑==⨯=
22
11
2Nn
nemnRhKKCThTατβ∑∑+==
12510.00881.820.112
10.531250.02670.140.01734
em
nn
CThKhRTβα∑∑+=+=
=⨯160.540.136721.946cnNnKωτ=⨯=⨯=
3、验证近似条件
1154.49550.00367
cnnTω∑≤
==⨯
1111
==27.51
32320.003670.02
cnoniTTω∑≤
⨯⨯⨯⨯均满足要求4、校核退饱和时的超调量计算启动时间——查表
查表知2.1
λ=maxC0.812bC∆=8.8vt
T=*221.823750.112
0.4794
（（1.507600.148.88.80.027340.24060.47940.24040.72
emaNvnsvCnTtZIRtTtttλ∑∑⨯⨯⨯===--⨯⨯==⨯==+=+=
3.4其他参数计算:
750
1075
fff
URI=
=
=
直流电机在此系统中取励磁电流0fI=
60601.82
/0.2318223.1475
ea
fEffCLKIIπ⨯==
÷==⨯⨯21328.60333.8929
449.8GDJg===⨯
9.559.551.8276013209.56LNeNTCI==⨯⨯=
供电电源电压有效值2U
max2750661.80.14
415.822.34cos302.34cos30
Ndoo
UIRU∑+⨯+⨯=
==⨯⨯
4参数汇总
计算公式或给定值
参数值汇总000NP-9.55NTeeN
TTIICCCn=
==93.44NNNeN
UIRCn-=
1.82arecLRRRR∑=++
0.14max22.34cos30
Ndo
UIRU∑
+⨯=
⨯415.85TLLR∑∑
=
0.0312T375meTGDRCC∑
⨯=
0.112iT∑=soiTT+
0.00367
iLTτ=
0.0311
2IiKT∑=
136.24LiIsTR
KKKβ∑=
0.79*nm
NUnα=0.0267*im
N
UIβλ=0.00882nionTTT∑∑=+
0.0273412em
nn
CThKhRTβα∑∑+=
10.531cnNnKωτ=⨯
21.946*2（em
aNCnTtZIRλ∑
⨯=
-0.47948.8vntT∑=
0.24062svttt=+
0.72fff
URI=
1060/2e
afEff
CLKIIπ==
0.23182
4GDJg
=33.89299.55LNeNTCI=
13209.53max22.34cos30
Ndo
UIRU∑
+⨯=
⨯415.82
五、仿真结果及分析
5.1系统动态结构图（图3
图35.2系统仿真模型（图4
图45.3系统仿真曲线（图5
图5
xx学院学报期4杨威张金栋主编电力电子技术,重庆大学出版社，六、结论本文采用工程设计法，设计了双闭环直流调速系统；并结合Simulink实用工具对系统进行了仿真；通过转速仿真图像可以直观的看到，试驾负载后，系统能够准确实现预定的转速，并具有较好的快速性，稳定性；而且超调量满足设计要求，这就进一步验证了双闭环调速系统的优越性。
20025王兆安，黄俊电力电子技术，第四版,机械工业出版社，20086黄俊王兆安电力电子变流技术第三版,机械工业出版社，20057张东力陈丽兰仲伟峰直流拖动控制系统机械工业出版社，19998朱仁初万伯任电力拖动控制系统设计手册机械工业出版社，1994参考文献1张崇巍，等.运动控制系统[M].武汉：
武汉理工大学出版社，2004.2杨怀林.基于Matlab/Simulink双闭环调速系统设计及仿真[J].佳木斯大学学报，2007，33陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].第2版.北京:
机械工业出版社,2000.9张广溢郭前岗电机学重庆大学出版社，200210机械工程手册、电机工程手册编辑委员会，电机工程手册第九卷自动控制系统，机械工业出版社，198211机械工程手册、电机工程手册编辑委员会，电机工程手册，第二版，基础卷
（二），机械工业出版社，1996
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