基于matlab的单闭环直流调速系统

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1、基于Matlab的单闭环直流调速系统一、摘要直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。由于直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。所以加深直流电机控制原理理解有很重要的意义。本设计首先进行总体系统设计，然后确定各个参数，当明确了系统传函之后，再进行稳定性分析，在稳定的基础上，进行整定以达到设计要求。设计过程中还要以matlab为工具，以求简明直观而方便快捷的设计过程。二、总体方案设计1、控制原理18/18基于Matlab的单闭环直流调速系统根据设计要求，所设计的

2、系统应为单闭环直流调速系统，选定转速为反馈量，采用变电压调节方式，实现对直流电机的无极平滑调速。所以，设计如下的原理图：图1、单闭环直流调速系统原理图转速用与电动机同轴相连的测速电机产生的正比于转速的电压信号反馈到输入端，再与给定值比较，经放大环节产生控制电压，再通过电力电子变换器来调节电机回路电流，达到控制电机转速的目的。这里，电压放大环节采用集成电路运算放大器实现，主电路用晶闸管可控整流器调节对电机的电源供给。所以，更具体的原理图如下：18/18基于Matlab的单闭环直流调速系统图2、单闭环直流调速系统具体原理图2、控制结构图有了原理图之后，把各环节的静态参数用自控原理中的结构图表示，

3、就得到了系统的稳态结构框图。图3、单闭环直流调速系统稳态结构框图同理，用各环节的输入输出特性，即各环节的传递函数，表示成结构图形式，就得到了系统的动态结构框图。18/18基于Matlab的单闭环直流调速系统由所学的相关课程知：放大环节可以看成纯比例环节，电力电子变换环节是一个时间常数很小的滞后环节，这里把它看作一阶惯性环节，而额定励磁下的直流电动机是一个二阶线性环节。所以，可以得到如下的框图：图4、单闭环直流调速系统动态结构框图三、参数计算设计完系统框图，就可以用已知的传递函数结合设计要求中给定的参数进行对系统静态和动态两套参数的计算。以便于后续步骤利用经典控制论对系统的分析。为了方便以下的

4、计算，每个参数都采用统一的符号，这里先列出设计要求中给出的参数及大小：电动机：PN=10kwUN=220vIdN=55AnN=1000rpmRa=0.5Ω晶闸管整流装置：二次线电压E2l=230vKs=44主回路总电阻：R=1Ω测速发电机：PNc=23.1kwUNc=110vIdN=0.21AnNc=1900rpm系统运动部分：飞轮矩GD2=10Nm2电枢回路总电感量：要求在主回路电流为额定值10﹪时，电流仍连续生产机械：D=10s≤5﹪18/18基于Matlab的单闭环直流调速系统1、静态参数设计计算A、空载到额定负载的速降ΔnN由公式：（其中D，s已知）得：ΔnN≤5.26rpmB、系

5、统开环放大倍数K由公式：（由公式可算出Ce=0.1925Vmin/r）得：K=53.3C、测速反馈环节放大系数a设：测速发电机电动势系数=UNc/nNc=0.0579Vmin/r测速发电机输出电位器RP2分压系数a2根据经验，人为选定a2=0.2则a=Ceca2=0.01158注：1、a2正确性的验证：反馈通道的输出用于和给定比较，参照图3的标注，Un略小于Un※即可，当a2=0.2时，Un=11.58v满足要求（图1中，3为-，2为+，7要求+，也可验证）2、RP2的选择主要从功耗方面考虑，以不致过热为原则。D、运算放大器的放大系数Kp由公式（其中α即a）Kp≥20.14取Kp=21（

6、若向小方向取，可能影响快速性，由于后加限幅电路，略大无妨）此处的近似，使k由53.3变为55.5818/18基于Matlab的单闭环直流调速系统2、动态参数设计计算在经典控制论中，动态分析基于确定系统的传函，所以要求出传函并根据已知求的传函中的未知参数，再用劳斯判据得出系统稳定性，在稳定的基础上再加校正以优化系统，使稳、准、快指标平衡在要求范围内的值上。由图4，得系统开环传函其中,Ts晶闸管装置滞后时间常数Tm机电时间常数Tl：电磁时间常数主电路电感值L根据要求在主回路电流为额定值10﹪时，电流仍连续。结合抑制电流脉动的措施中关于L的讨论，得：公式：其中，整流变压器副边额定相电压（二次相电压

7、）得：L=0.017H其他未知参数计算电磁时间常数机电时间常数对于三相桥式整流电路，晶闸管装置的滞后时间常数为Ts=0.00167s18/18基于Matlab的单闭环直流调速系统系统传函为：四、利用Matlab进行稳定性分析稳定是系统首要的条件，一切的分析只有建立在稳定的基础上才有意义。1、系统建模系统传函可化为w=26123577/((s+20.4)*(s+38.5)*(s+600)){此处对原传函稍作近似