基于Matlab-Simulink仿真的双闭环直流调速系统的(精)

x x 学院学报 Journal of xxx College

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:

DESIGN AND RESEARCH Of DOUBLE-LOOP DC MOTOR SPEED CONTROL SYSTEM BASED ON MATLAB-SIMULINK Name

(xxx College ,Nanjing 210000,Jiangsu ,China

Abstract:According to the practical appliance and the parameters given , make a design of the double-loop DC motor speed control system, calculating the other parameters that are needed in the control system we design .I make a simulation of the control system through Matlab-simulink to ensure the preciseness of it. Besides, there is a

deep analyse about the characters of the designed system to account for the feasibility of the double-loop DC motor speed control system,as well as the supriorities of it . I make stronge emphysis on specific calculation of the parameters, it can supply a guide for college student who are in research of the speed control system in details.

Key words: double-loop;DC machine speed control ; 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 []455P kw = 额定电压 []750N U V = 额定电流 []760N I A = 额定转速 [/min]375N n r =

电机飞轮转矩 22375[]1328.603 N e T

T C C GD kg m R ∑ ???=

= 2、派生参数 效率 3

45510100y.82%

750760N N N P U I η?==?=?? 电枢电阻 a R 给定位0.088Ω 整流电路电枢

rec R 给定为0.14Ω 回路总电阻 a rec L R R R R ∑=++ 给定为0.14Ω 恒定磁场之下的电势常数 7507600.088

1.8375N N N e N U I R C n --?= ==

恒定磁场之下的电势常数

9.559.55 1.8217.381T e C C ==?= 电枢电感 7750 0.004605

222375760D N a N N K U L pn I ??= ==??? 回路总电感

L ∑ 题中给定位4.34 mH 系统飞轮转矩

21328.603(GD =已经计算 电磁时间常数 3

4.3410T 0.031 0.14L L R -∑∑?=== 机电时间常数 2T 375m e T GD R C C ∑ ?= 题中给定为0.112 3、系统参数

可控调压装置等效时间常数s T 03

000N 4P 45510-76093.33 9.55 1.82375 s s

N T e e N I L T U T T I I C C C n ∑= ?====-=? N 3

0U 1.82375 1.57600.14842.1 4493.33 4.3410 0.00192 842.1

s e N s s C n I R I L T U λ∑-∑=+=?+??=???∴=

==根据实际调试结果及参考数据来看,在具体的实际系统下, s T =0.00167s 最合适

可控调压装置等效时间常数s K 给定为85 速度反馈系数 * 100.2667

375nm N U n α=== 电流反馈系数 *100.008772

1.5760im N U I βλ===? 速度反馈和给定滤波时间常数 on T 给定为0.02

电流反馈和给定滤波时间常数 oi T 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: L L 0.0317.9080.001670.002i s oi T T T T T ∑===++

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min Mr 准则设计,取最佳参数 0.031i l T τ== 11136.24

220.00367I i K T ∑===? 0.0310.14

136.240.790.008885L i I s T R K K K β∑?==?=? 3.3 速度环设计

1、校正环节选择PI 调节器

220.003670.020.02734n i on T T T ∑∑=+=?+=

2、速度环按典型II 型系统设计,且按min Mr 准则设计 50.027340.1367n n hT τ∑==?= 22 11 2N n

n e m n R h K K C T h T ατβ∑∑+== 12510.00881.820.112 10.531250.02670.140.01734 e m n n

C T h K h R T βα∑∑+=+=

=? 160.540.136721.946cn N n K ωτ=?=?= 3、验证近似条件 1154.49550.00367 cn n T ω∑≤ ==? 1111

==27.51 32320.003670.02 cn on i T T ω∑≤

????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= m a x C 0.812b C ?= 8.8v t T = *22 1.823750.112 0.4794

((1.507600.148.88.80.027340.24060.47940.24040.72

e m aN v n s v C n T t Z I R t T t t t λ∑∑???===--??==?==+=+= 3.4 其他参数计算: 750 1075 f f f U R I = = =

直流电机在此系统中取励磁电流0f I = 6060 1.82

/0.231822 3.1475 e a

f E f f C L K I I π?== ÷==??21328.60333.8929 449.8GD J g ===?

9.559.55 1.8276013209.56LN e N T C I ==??= 供电电源电压有效值2U max 2750661.80.14 415.822.34cos30 2.34cos30 N d o o

U I R U ∑+?+?= ==?? 4 参数汇总 计算公式或给定值

参数值汇总 000N P -9.55N T e e N T T I I C C C n = == 93.44 N N N e N U I R C n -=

1.82 a rec L R R R R ∑=++

0.14 max 2 2.34cos30 N d o U I R U ∑ +?=

? 415.85 T L L R ∑∑ =

0.031 2T 375m e T GD R C C ∑ ?=

0.112 i T ∑=s oi T T + 0.00367 i L T τ= 0.031 1 2I i K T ∑= 136.24 L i I s T R K K K β∑= 0.79 *nm

N U n α= 0.0267 *im N

U I βλ= 0.0088 2n i on T T T ∑∑=+

0.02734 12e m n n

C T h K h R T βα∑∑+= 10.531 cn N n K ωτ=? 21.946 *2(e m aN C n T t Z I R λ∑ ?=

- 0.4794 8.8v n t T ∑= 0.2406 2s v t t t =+ 0.72 f f f U R I = 10 60/2e af E f f C L K I I π== 0.2318 2 4GD J g

= 33.8929 9.55LN e N T C I = 13209.53 max 2 2.34cos30 N d o

U I R U ∑ +?= ? 415.82

五、仿真结果及分析 5. 1 系统动态结构图(图3

图3 5. 2 系统仿真模型(图4

4 5. 3 系统仿真曲线(图5

图

图5

x x 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。 2002 5 王兆安，黄俊 电力电子技术，第四版,机械工业出版社， 2008 6 黄俊 王兆安 电力电子变流技术 第三版,机械工业出版 社，2005 7 张东力 陈丽兰 仲伟峰 直流拖动控制系统 机械工业出版 社，1999 8 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，2007，3 3 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，2002 10 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，1982 11 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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