单闭环无静差转速负反馈系统的建模与仿真

单 闭 环 无 静 差 转 速 负 反 馈 直 流 调 速 系 统

自动化1005班

杨涛

电气与控制工程学院 1006050523

单闭环无静差转速负反馈调速系统的建模与仿真

一、 设计指标和要求 控制对象电机参数为：

调速系统的基本数据如下:晶闸管三相桥式全控整流电路供电的双闭环直流调速系统,直流电动机:220V,136A,1460r/min,电枢电阻Ra=0.2Ω,允许过载倍数λ= 1.5;电枢回路总电阻:R= 0.5Ω,电枢回路总电感:L= 15mH,电动机轴上的总飞轮力矩:GD2= 22.5N·m2,晶闸管装置:放大系数Ks=40 ,转速反馈系数:α=0.007Vmin/r ,Ton=0.01s 设计要求:

(1)稳态指标:转速无静差;

(2)动态指标:空载起动到额定转速的转速超调量σn≤10%。 二、 设计思路

根据设计要求，单闭环转速负反馈调速系统，采用PI控制器，可以保证统稳态速度无静差。比例控制的直流调速系统可以获得比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而在保证一定静差率的要求下，能够提高调速范围；积分控制可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行，实现无静差调速。PI控制综合了比例控制和积分控制的优点：比例部分能迅速响应控制作用，积分部分则最终消除稳态误差。

在设计PI调节器时，如何选择参数KP和?，关键在于及要求PI控制调速

系统的稳定性好，又要求系统的快速性好，同时还要求稳态精度高和抗干扰性能好。

三、 主电路

比例积分控制的直流调速系统的仿真框图

四、 数据参数：

1.转速反馈滤波时间常数Ton?0.01s。 2.选择ASR结构。

按照设计要求，选用PI调节器。其传递函数为WASR(s)?3.计算ASR参数

超前时间常数：?i?Tl?0.03s。 因为

n?1(Ud0?IdRa)Ce，所以Ce?0.132

Cm?30Ce?1.26N?mAKn(?ns?1)。 ?ns电动机额定励磁下的转矩系数：

GD2RTM??0.1802s375CECM

TL?L?0.03sR

?

Ts?0.00167

按跟随性和抗扰性都较好的原则，令 ??0.333。Kp?0.25。

4， 校核转速超调量 设理想空载起动时z=0。 已知:

??1.5,R?0.5?,IdN?136N,nN?1460r/min,Ce?0.132V?min/r,Tm?0.18s,

当??0.333即??3,，Kp?0.25时

?%?h(top)?h(?)h(?)?100%?151.4?142.8?100%?6.02%?10%

142.81因此，满足设计要求。

五、 系统仿真与分析

在控制系统中设置调节器是为了改善系统的静、动态性能。在采用了PI调节器以后，构成的是无静差调速系统。利用如图的仿真模型，

改变比例系数和积分系统，可以轻而易举地得到振荡、有静差、无静差、超调大或启动快等不同的转速曲线。下图的仿真曲线中反映了对给定输入信号的跟随性能指标。

如果把积分部分取消，改变比例系数，可以得到不同警察率的响应曲线直至振荡曲线；如果改变PI调节其参数，可以得到转速响应的超调量不一样，调节时间也不一样的响应曲线。经过比较可以发现系统的稳定性和快速性是一矛盾，必须根据工程的要求，选择一个合适的PI参数。当Kp?0.25?3,系统转速性和超调量都满足设计要求，

?1当Kp?0.56，?3时系统转速的响应无超调量，当Kp?0.8,?11时，

??11系统响应的超调量较大，当快速性较好。 ? 当Kp?0.25, ?3得以下仿真波形图：

?Scope:

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