基于MATLAB的直流电动机双闭环调速系统的仿真研究

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1、基于MATLAB的直流电动机双闭环调速系统的仿真研究摘要：本文介绍了利用MATLAB软件中的Simulink组件对直流电动机双闭环调速系统进行仿真，获得了反映系统性能的曲线，并对仿真结果进行了比较分析。结果表明，应用MATLAB进行系统仿真具有方便、高效及可靠性高等优点。关键词:MATLAB;直流电动机；双闭环调速系统；仿真SimulationStudyofaDCSpeedRegulationSystemAbstract:ThispaperpresentsthesimulationstudyofaDCspeedreg

2、ulationsystembyusingtheSimulinkmodules・Theresultindicatesthat,thesystemsimulationbyusingMATLABisconvenientandhighlyeffective・Keywords:MATLAB;DCmotor;two-loopspeedregulationsystem;simulation一、引言冇些调速系统，如龙门刨床、轧钢机等经常处于正反转状态，为了捉高生产效率和加工质量，耍求尽量缩短过渡过程的时间。速度和电流双闭环直流调速系

3、统（简称双闭环调速系统）是由电流和转速两个调节器进行综合调节的，可获得良好的静、动态性能。由于这样的系统其转速和电流响应曲线很难精确绘制，不便丁•对系统特性的分析和理解。本文通过一个直流电动机双闭环调速系统实例，就如何利用MATLAB软件的仿真功能对系统进行分析做一些探讨，对系统的设计和改进具冇一定的参考意义。转速、电流双闭环调速系统屈于多环控制系统。目前都采用由内向外，一环包围一环的系统结构。每一闭环都设冇本环的调节器，构成一个完整的闭环系统。设计多环系统的一般方法是，由内环向外环一环一环地进行设计。对双闭环调速系

4、统而言，先从内环（电流环）开始，根据电流控制要求，确定把电流环校正为哪种典型系统，按照调节对彖选择调节器及其参数。设计完电流环后，就把电流环等效成一个小惯性环节，作为转速环的一个组成部分,然后用同样的方法进行转速环的设计。然后通过MATLAB进行动态分析，根据分析情况更改实现方案，对参数进行调整等。转速、电流双闭环调速系统屈于多环控制系统。口前都釆用由内向外，一环包帀一环的系统结构。每一闭环都设有本环的调节器，构成一个完整的闭环系统。设计多环系统的一般方法是，由内环向外环一环一环地进行设计。对双闭环调速系统而言，先从

5、内环（电流环）开始，根据电流控制要求，确定把电流环校止为哪种典型系统，按照调节对象选择调节器及其参数。设计完电流环后，就把电流环等效成一个小惯性环节，作为转速环的一个组成部分，然后用同样的方法进行转速环的设计。然后通过MATLAB进行动态分析，根据分析情况更改实现方案，对参数进行调整等。二、系统原理框图在转速、电流双闭环调速系统屮，既要控制转速，实现转速无静差调节，又要控制电流使系统在充分利用电动机过载能力的条件下获得最佳过渡过程，其关键是处理好转速控制与电流控制Z间的关系，就是将二者分开，用转速调节器ASR调节转速

6、，用电流调节器ACR调节电流。ASR与ACR之间实现串级连接，即以ASR的输出电压Ui作为电流调节器的电流给定信号，再用ACR的输出电压Uc作为晶闸管触发电路的移和控制电压。从闭环反馈的结构看，转速环在外面为外环，电流环在里面为内环。为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用具有输入、输出限幅电路的PI调节器，且转速与电流都采用负反馈闭坏。系统原理图如下：三、双闭环调速系统的动态结构图目前，V-M调速系统多为带电流内环的转速控制系统。设计时需增加电流、转速反馈滤波五节，以抑制反馈信号中的交流分量，同时

7、在传速、电流给定信号通道小加入两个给定滤波器，其时间常数与相应反馈滤波环节的时间常数相等以平衡反馈滤波环节给定转速、电流反馈信号带来的延滞。相应的动态结构图如下所示，图屮，ASR和ACR为结构和参数待定的转速和电流调节器。四、双闭环直流不可逆调速系统线路图1・系统主电路图主电路采用三相桥式整流电路，如卜•图所示：说明：三相桥式全控整流电路冇如下特点：(1)三相桥式全控整流电路必须冇两只晶闸管同时导通才能构成电流回路，其中一只在共阴组，另外一只在共阳组，而H这两只导通的管子不在同一相内。因此，负载电压是两相电压之差，即

8、线电压，一个周期内有六次脉动，它为线电压的包络线。(2)品闸管在一个周期内导通120。,关断240。,管子换流只在木组内进行，每隔120°换流一次。(3)出发脉冲需宽脉冲或双窄脉冲，共阴极组及共阳极组内各管脉冲相位差为120°,接在同一相的不同管子脉冲相位差为180°。品闸管按顺序轮流导通，相邻顺序管子脉冲相位差为60°,即每隔60°换流一次。