双闭环调速系统设计及变负载扰动电流环突然断线matlab仿真Word文档格式.docx

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心得体会10

参考文献11

双闭环调速系统设计及变负载扰动电流环突然断线matlab仿真

1课题分析

1.1初始条件

不可逆的生产设备，采用双闭环直流调速系统，其整流装置采用三相半波整流电路，系统的基本数据如下：

直流电机：

Unom=220V,Inom=308A,nnom=1000r/m,Ce=0.196Vmin/r,允许过载倍数入=1.5;

时间常数：

Tl=0.012S,Tm=0.12;

晶闸管装置放大倍数：

Ks=35主电路

总电阻：

R=0.18Q;

额定转速时的给定电压Un*=10V，调节器ASR、ACR饱和输

出电压Uim*=8V，Ucm=6.5V。

设计要求

稳态指标：

稳态无静差，D=10。

动态指标：

电流超调量Si<

5%空载启动到额定转速时的转速超调量Sn<

15%.

1.2设计任务

本次设计的主要任务是合理的选择调节器的结构和参数，使系统的性能指标满足生产工艺的要求，稳态参数的计算是调速系统设计的第一步，他决定了控制系统的基本组成，然后在通过动态设计使系统性能满足要求。

经过分析可以将本次设计分解为以下几个部分，参数的选取和计算，电流调节器的设计，转速调节器的设计、simulink仿真和结果分析。

2系统设计

双闭环直流调速系统的稳态结构图如图2-1所示，两个调节器均采用带限幅作用的PI调节器。

转速调节器ASR的输出限幅电压决定了电流给定的最大值，电流调节器ACR的输出限幅电压限制了电力电子变换器的最大输出电压，

图2-1中用带限幅的输出特性表示PI调节器的作用。

当调节器饱和时，输出达到

限幅值，输入量的变化不再影响输出，除非有反向的输入信号使调节器突出饱和。

换句话说，饱和的调节器暂时隔断了输入和输出间的关系，相当于使该调节环开环。

当调节器不饱和时，PI调节器工作在线性调节状态，其作用是使输入偏差电

图2-1双闭环直流调速系统的稳态结构图

双闭环直流调速系统的动态结构图如图2-2所示，图中和分别表示转速调节

器和电流调节器的传递函数，为了引出电流反馈，在电动机的动态结构框图中必须把电枢电流显露出来。

图2-2双闭环直流调速系统的动态结构图

2.1电流调节器的设计

图2-2所示点画线框内是电流环的动态结构图，既如图2-3所示

1

ACR

1怙⑶

UR

忌卅1

L

%叶1

7；

s+l

图2-3电流环动态结构图

2.1.1确定时间常数

整流装置采用三相半波整流电路，其平均失控时间Ts=0.0033s;

三相半波电

路每个波头的时间是6.67ms，为了基本滤平波头，应有取，电流环小

时间常数之和。

2.1.2计算电流调节器参数

电流调节器超前时间常数:

电流环系数

电流环开环增益：

要求时，并保证电流无静差，可按典型1型系统设

计电流调节器。

电流环控制对象是双惯性型的，因此可用PI型电流调节器，其传

递函数为：

（2-1）

，因此

查表得应取

于是，ACR的比例系数为

2.1.3ACR校验近似条件

电流环截止频率：

校验晶闸管整流装置传递函数的近似条件

满足近似条件

校验忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件

—满足近似条件

校验电流环小时间常数近似处理条件

满足近似条件

2.1.4计算调节器电阻和电容

电流调节器原理图如图2-2所示，按所用运算放大器取R0=4Ok「，各电阻和电

容值计算如下：

，取

2.2转速调节器的设计

用电流环的等效环节代替图2-1中的电流环后，整个转速控制的系统那个动

2.2.1确定时间常数

转速反馈系数

转速滤波时间常数。

根据所用测速发电机纹波情况，取

转速环小时间常数。

按小时间常数近似处理，取

2.2.2计算转速调节器参数

转速调节器选用PI调节器，其传递函数为

（2-2）

（）（）

按跟随和抗扰性能都较好的原则，取h=5，则ASR的超前时间常数为

〜257.20

可求得ASR的比例系数为

223校验近似条件

转速环截止频率：

一

电流环传递函数简化条件

-—满足简化条件

转速环小时间常数近似处理条件

---—满足近似条件

2.2.4计算调节器电阻与电容

转速调节器原理图如图3所示，取&

=40k「，则

，取

图2-6含给定滤波与反馈滤波的PI型转速调节器

按线性

ASR

2.2.5校核转速超调量

当h=5时，查表得，=37.6%，不能满足设计要求，实际上，由于表系统分析的，突然加阶跃给定时，ASR饱和，不符合线性系统的前提，应该按

退饱和的情况重新计算超调量。

设理想空载起动时z=0,根据已知数据和求的的数据有：

，

Q1000r/min,Ce=0.196Vmin/r,Tm=0.12s,。

当

h=5时，查表可得-——，带入式（2-3）

—（2-3）

〜12.41%<

15%

满足设计要求

3Simulink仿真

3.1Simulink仿真模型的建立

根据前面的电流环设计和转速环的设计和课题中的要求，设计好仿真框图

带入数据进行仿真。

仿真框图如图3-1所示

图3-1双闭环直流调速系统仿真框图

3.2仿真结果与分析

321起动转速、起动电流仿真波形

按设计要求，空载启动，经过电流上升阶段，电流迅速上升，很快达到最大

电流，ASR进入饱和状态。

因为是变负载扰动，所以恒流升速的电流时上升的，

而此时转速不断的增大，所以转速反馈同样增大，ASR慢慢地变得不饱和。

转速

调节阶段，转速超调后，ASR退饱和，电流很快下降，因为是带负载启动所以，

电流降至额定电流308A，转速稳定在设计的1000r/min。

2秒后电流环断线，电

流环失去电流反馈环节，电流很快增加，增加，n增加，转速环反馈增大，减

小，减小，减小，n减小，转速环反馈减小，增大。

如此循环，所以产

生这样的震荡。

转速和电流的波形图如图3-2所示。

1200

1000

800

600

400

200

-200

图3-2转速电流波形图

根据图形计算系统的电流超调量和转速超调量：

电流超调。

转速超调。

3.2.2直流电压波形

直流电压的波形如图3-3所示。

0.5

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

150

100

图3-3直流电压波形图

3.2.3ASR输出电压波形

ASR输出电压波形如图3-4所示。

开始的时候ASR饱和，等电动机开始转动

的时候，开始有转速反馈，并且转速上升，转速反馈上升，ASR输入减小，输出

也慢慢减小，经过转速调节阶段输出稳定下来，2S后电流环断线，ASR输出经过

变化后在0附近震荡。

图3-4ASR输出电压波形图

3.2.4ACR输出电压波形

ACR输出波形如图3-5所示。

图3-5ACR输出电压波形图

心得体会

这次运动控制系统设计，真正做到了自己查阅资料、完成一个基本系统结构的设计与仿真。

在此次的设计过程中，我更进一步地熟悉了双闭环调速系统的原理以及simulink的仿真设计。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，才能真正提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

单纯的上课学习到的东西，在脑海里形成的印象也不是很深刻，而且对电路的工作原理也不是特别的了解，但是经过了这个课程设计，通过作图，仿真，我对双闭环调速系统的原理有了进一步的认识，发现了新的问题。

在这次课程设计的过程中遇到了很多问题，可以说得是困难重重，在进行Simulink仿真时，对很多元器件和步骤设计一点都

不了解，翻阅图书，上网查找资料花费了我很多的时间和精力。

同时在设计的过程中发现了自己的许多不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，所以在做课设的过程之中老是需要翻教材，这严重影响了我完成课设的进度。

通过运动控制系统的课程设计，我加深了对课本专业知识的理解，平常都是理论知识的学习，在此次课程设计中，当然，在这个过程中我也遇到了困难，

通过查阅资料，相互讨论，我准确地找出错误所在并及时纠正了，这也是我最大的收获，使自己的实践能力有了进一步的提高，对matlab软件有了更进一步的熟悉。

这次课程设计，让我收获了很多，对以后的工作学习有了更大的信心。

参考文献

[1]

陈伯时

.运动控制系统（第4版）.北京：

机械工业出版社，

2009

[2]

杨耕.

电机与运动控制系统

.北京：

清华大学出版社，

2006

[3]

王兆安

.电力电子技术（第

4版）.

北京：

机械工业出版社，2000

[4]

郑阿奇

.MATLAB实用教程

电子工业出版社，

2004

[5]

周渊深

.交直流调速系统与

MATLAB仿真.北京：

中国电力出版社，