双闭环调速系统调节器设计建模与matlab仿真

学 号：

0120611360305

课 程 设 计

调速系统调节器设计及恒负载扰

题 目

动下转速环突然断线matlab仿真

学 院 专 业 班 级 姓 名 指导教师

自动化学院 自动化 自动化0603

卢磊 曹雪莲

2009 年

1 月 15 日

武汉理工大学《电力拖动自动控制系统》课程设计说明书

课程设计任务书

学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位：

题 目: 双闭环调速系统调节器设计建模与matlab仿真 初始条件：

不可逆生产设备，采用双闭环调速系统，其整流装置采用三相桥式整流电路，系统 基本数据如下：

直流电动机：Unom=750V，Inom=760A，nnom=375r/min，Ce=1.82V min/r；允许过载倍数λ=1.5；

时间常数：TL=0.031s，Tm=0.112s； 晶闸管装置放大倍数：Ks=75；

主回路总电阻：R=0.14Ω；额定转速时的给定电压U*n=10V，调节器ASR、ACR饱和输出电压U*im=10V，Ucm=10V

设计要求：

稳态指标：稳态无静差。

动态指标：电流超调量σi≤5%，空载启动到额定转速时的转速超调量σn≤10%。

要求完成的主要任务:

调速系统设计的任务主要是合理的选择调节器的结构和参数，以使系统的性能指标满

足生产工艺的要求，稳态参数的计算式调速系统设计的第一步，他决定了控制系统的基本组成，然后再通过动态设计使系统性能满足要求。

控制电路的设计：

1.系统参数的选取[给定环节及反馈环节的滤波时间常数（Ton，Toi）、（Ts）]。 2.电流环的设计（电流环固有部分传函、选择电流调节器结构和参数、校验近似条件）。 3.速度换的设计（速度换结构图、速度调节器和参数、校验近似条件）。

书写设计报告书（系统原理图、稳态结构图和动态结构图，确定的参数，即设计步骤）。

采用Matlab对双闭环系统进行仿真绘制直流调速系统（Id=const）稳定运行时次产突然减半仿真框图，仿真得出起动转速，起动电流，直流电压Ud，ASR，ACR输出电压波形，并对结果进行分析。

武汉理工大学《电力拖动自动控制系统》课程设计说明书

时间安排：

布置题目 控制电路设计 校验系统设计 1天 1天 1天 熟悉题目、收集资料 仿真 撰写说明书 1天 2天 1.5天

指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名：

年 月

日

武汉理工大学《电力拖动自动控制系统》课程设计说明书

摘要

由于在单闭环系统中不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程，在要求系统有较高的动态性能时，例如在要求快速起制动时，突加负载动态速降小等等，单闭环系统难以满足要求，而双闭环调速系统具有较好的动态响应特性和较好的动态抗扰性。因此很有必要设置转速电流双闭环直流调速系统来实现转速和电流两种负反馈分别起作用，对转速调节器和电流调节器分别进行参数调节和设置，来实现设计要求得技术指标。

对转速调节器和电流调节器分别设置了限幅措施，在一定程度上能抑制过电压或过电流，此外，可在主电路中使用压敏电阻，当电压超过一定幅值时就断开该部分电路已起到过电压保护的作用。过电压保护分类有避雷器保护，阻容保护和非线性保护，其中压敏电阻属于非线性保护。过电流保护则有桥臂互锁保护，电感限流保护，直通、短路保护和接地保护等。使用在回路中串联电感的方式可抑制过电流。

本设计使用的是电压调速，能实现在5%以上负载变换范围内电流连续平滑调速。为了具有良好的静动态性能，本设计调节器选用PI调节器。此外减弱励磁调速也可实现平滑调速，属于恒功率调速范围。

利用MATLAB下的SIMULINK软件进行系统仿真十分简单和直观，我们可以用图形化方法直接建立仿真系统的模型，并通过SIMULINK环境中的菜单直接启动系统的仿真过程，同时将结果在示波器上显示。

关键词：转速调节器 电流调节器 可逆 双闭环 MATLAB仿真

武汉理工大学《电力拖动自动控制系统》课程设计说明书

1 概述

V-M双闭环直流不可逆调速系统是利用转速电流双闭环直流调速系统的设计原理。 双闭环调速系统的工作原理：V-M双闭环直流调速系统的原理图如图1.1所示：

在启制动过程中，电流闭环起作用，保持电流恒定，缩小系统的过渡过程时间。一旦到达给定转速，系统自动静如转速控制方式，转速闭环起主导作用，而电流内环则其跟随作用，是实际电流快速跟随给定值（转速调节器得输出），以保持转速恒定。起动过程分为三个阶段:电机电流上升阶段，恒流升速阶段和转速调节阶段。对于负载扰动，能进行调节并在新的状态下恢复转速稳定。

为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器都采用PI调节器。

该调速系统能进行平滑的速度调节，具有较宽的调速范围（D≥10），系统在工作范围内能稳定工作并且系统静特性良好，无静差，系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续。

由于压敏电阻具有正反向都很陡的伏安特性具有较强的抑制过电压的能力。而电感可以基本实现电流的平滑调节并能抑制瞬时过电流。因此，本设计选用压敏电阻和电感实现过电压过电流的抑制。

MATLAB仿真软件中的SIMULINK模块能实现转速电流双闭环直流调速系统的仿真设计，并能通过调节调节器的参数大小来实现修改仿真波形的形状以期符合要求。新建一个Model文件后，就可以在SIMULINK中找到相应的元器件来进行连接，再修改为通过计算得到的参数后仿真，若仿真图形与要求的图形不符合，则进行修改ASR或ACR的参

ASR ACR UPE M

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