直流调速系统的matlab仿真

一， 转速反馈控制直流调速系统的matlab仿真 1,基本原理：

根据自动控制原理，将系统的被调节量作为反馈量引入系统，与给定量进行比较，用比较后的偏差值对系统进行控制，可以有效地抑制甚至消除扰动的影响，而维持被调节量很少变化或不变，这就是反馈控制的基本作用。在负反馈基础上的“检查误差，用以纠正误差”这一原理组成的系统，其输出量反馈的传递途径构成一个闭环回路，因此被称作闭环控制系统。在直流系统中，被调节量是转速，所构成的是转速反馈控制的直流调速系统。

2，下图是转速负反馈闭环调速系统动态结构框图

各个环节的参数如下：

直流电动机：额定电压UN=220V，额定电流IdN=55A，额定转速nN=1000r/min，电机电动势常数Ce=0.192V?min/r。

假定晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数Ks=44，滞后时间常数Ts=0.00167。

电枢回路总电阻R=1Ω，电枢回路电磁时间常数Tl=0.00167s，电力拖动系统机电时间常数Tm=0.075s。

转速反馈系数α=0.01V?min/r。 对应的额定电压Un*=10V。

在matlab的simulink里面的仿真框图如下

其中PI调节器的值暂定为Kp=0.56，1/τ=11.43。 3,仿真模型的建立：

进入matlab，单击命令窗口工具栏的simulink图标，打开simulink模块浏览器窗口，如下图所示：

打开模型编辑器窗口，双击所需子模块库的图标，则可以打开它，用鼠标左键选中所需的子模块，拖入模型编辑窗口。要改变模块的参数双击模块图案即可（各模块的参数图案）。

加法器模块对话框 Gain模块对话框

Integrator模块对话框 传递函数模块对话框

把各个模块连接起来并按照上面给定的电机参数修改各个模块相应的参数，可以得到如下的比例积分的无静差直流调速系统的仿真框图：

比例积分的无静差直流调速系统的仿真框图 4，仿真后的结果及其分析：

其中输出scope1中可以看出超调和上升时间等。

改变PI调节器的参数，并在仿真的曲线中得到最大的超调级调整时间，相互间进行比较，如下表所示：

比例时间Kp 0.25 0.56 0.56 0.8 0.8 积分系数Ki 3 3 11.43 11.43 15 最大超调（r/min） 0 0 108 63 152 调整时间（s） >0.6 >0.6 0.28 0.28 0.23 参照以上表格中的数据分析可知，改变PI调节器的参数，可以得到快速响应的超调量不一样，调节时间不一样的响应曲线。

各参数的图形如下所示：

参数Kp=0.25，Ki=3的响应曲线，无超调，但是响应时间很长。

参数Kp=0.56，Ki=3的响应曲线，无超调，但是响应时间很长。

参数Kp=0.56，Ki=11.43的响应曲线，有超调，但是响应时间较短，

参数Kp=0.8，Ki=11.43的响应曲线，有超调响应时间较短。

参数Kp=0.8，Ki=15的响应曲线，超调很大，但是响应时间很短，快速性好。

5，结论：

由上面可知：比例参数的作用是加快系统的相应速度，积分参数的作用是消除系统的稳态误差，使系统无静差运行。

转速负反馈控制直流调速系统运用的是一个单闭环PI调节器，通过调节PI调节器的各项参数可以达到有静差和无静差调速，选择合适的参数既能达到合理的设计要求。 二， 异步电动机的仿真 1， 基本原理：

异步电动机具有非线性、强耦合、多变量的性质，要获得高动态的调速性能，必须从动态的模型出发，分析异步电机的转矩和磁链控制规律，研究高性能异步电动机的调速方案。异步电机三相原始动态模型相当复杂，分析和求解这组非线性方程很困难。在实际应用中必须予以简化，简化的方法就是坐标变换。不同的坐标系中电动机模型等效的原则是：在不同坐标小绕组做产生的合成磁动势相等。当三相绕组和两相绕组产生的两个旋转磁动势大小和转速都相等时，即认为两相绕组和三相绕组等效，这就是3/2变换。

静止两相正交坐标系和旋转正交坐标系的物理模型

异步电动机有四种方式的状态方程，分别为：以ω-is-ψr为状态变量的状态方程（dp坐标系的状态方程和αβ坐标系中的状态方程）、以ω-is-ψs为状态变量的状态方程（dp坐标系的状态方程和αβ坐标系中的状态方程），其都是对异步电机的数学描述，在进行异步电机仿真时，没有必要对四种状态方程逐一进行，只要以一种为内核，在外围加上坐标变换和状态变换，就可以得到在不同的坐标系下、不同的状态量的仿真结果。因此，以异步电机在αβ坐标系中ω-is-ψr为状态变量的状态方程结构为核心，构建异步电动机的仿真模型。 2， αβ坐标系的状态方程和动态结构图。 αβ坐标系的状态方程如下：

输出方程：

TY ????其中，状态变量：

?r2???r2???X?????r??r?is?is???T

输入变量：

U???us?电磁转矩：

us?TL??T

Te?npLmLr(is??r??is??r?)得到αβ坐标系中的状态方程如下所示：

npd?n?(isq?sd?isd?sq)?TL

dtJJ d?sd??Ri????ussd1sqsd dtd?sq

??Rsisq??1?sd?usq dtRsLr?RrLsusd11 disd??sd???sq?isd?(?1??)isq??LsTr?Ls?Ls?LsLr dtusqRsLr?RrLs11 disq??sq???sd?isq?(?1??)isd? dt?LsTr?Ls?Ls?LsLr

转子电磁时间常数：

电动机漏磁系数：

2pTrLr?RrL2m??1?LsLr

得到电机动态结构图如下所示：

3， 仿真模型的建立：

把上述动态结构框图在matlab的simulink中实现得到如下所示的仿真框图。其中各个环节的参数根据具体的电机参数调整。

以ω-is-ψr为状态变量在αβ坐标系中的动态结构框图

αβ坐标系异步电动机仿真模型 将上图所示的异步电动机仿真模型进行封装，得到下图所示的AC Motor模块。

在进行异步电机仿真时还涉及到3/2变换模块和2/3变换模块，有3/2变换模块和2/3变换模块的变换矩阵：

在matlab中实现这些模块如下图所示：

对以上的模块进行封装就形成了如下的3/2变换模块：

以下同理得到3/2变换模块：

上面的各个模块搭建完成以后就可以进行异步电动机的仿真了，仿真电机的参数如下：

Rs=1.85Ω，Rr=2.658Ω，Ls=0.2941H，Lr=0.2898H，Lm=0.2838H，np=2，J=0.1284Nm?s2，UN=380V，fN=50Hz。通过这些数据可以算出仿真图中各项增益的值，分别改变增益的值就可以进行异步电机的仿真了。 4， 异步电动机系统的仿真框图如下：

5， 仿真的结果及其分析：

① Scope的图形

② Scope1的图形

Scope1放大后的图形

以上的仿真结果充分体现了坐标变换的优势：把复杂的三相电动机变换到两相坐标下，简化了异步电机的模型，使更容易理解。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/05vp.html