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1、转速电流双闭环直流调速系统-------基于MATLAB的仿真实验姓名：王志刚学号：学院：物流工程学院专业：电气工程及其自动化班级：电气112班目录一、前言3二、课程设计的目的及内容32.1-课程设计的目的32.2-课程设计的内容3三、参数的选取与计算4四、MATLAB仿真64.1开环直流系统的仿真64.2转速单闭环系统的仿真94.3电流、转速双闭环系统的仿真…………………………………………124.3.1基于动态结构图的双闭环直流调速系统仿真134.3.2基于PowerSystem模块的双闭环直流调速系统仿真15五、课程设计心得体会20一、
2、前言在单闭环的系统中，由于不能随心所欲的控制电流和转速的动态过程，因此不适用与要求调速性能较高的场合。为了使系统在启动、制动的动态过程中，在最大的电流约束下，获得直流电动机最佳速度调节过程，就引入了转速、电流负反馈双闭环直流调速系统,使得在电动机起动时转速调节器(ASR)饱和,ASR不起作用,电流环调节器(ACR)起主要作用,用以调节起动电流并使之保持最大值,使得转速线性变化,迅速上升到给定值;在电动机稳定运行时,ASR退出饱和状态,开始起主要调节作用,使转速跟随给定信号变化,电流环跟随转速环调节电动机的电枢电流以平衡负载电流。但是,双闭环
3、直流调速系统硬件的电气结构复杂,在研究和设计的过程中,许多参数的选择需要反复调试,需要我们花费大量的时间和精力。而运用计算机仿真技术对系统进行仿真,可以方便地对参数进行设置,得到合理的参数组合,为系统的实现提供理论依据。鉴于上述理由,本文提出种面向控制系统电气原理结构图的转速、电流双闭环不可逆直流调速系统仿真的新方法。使用Matlab/Simulink中的SimPowerSystems工具箱,用户不需要自己编程且不需推导系统的动态数学模型,只需要从工具箱的元件库中复制所需的电气元件,按电气系统的结构进行连接即可。系统的建模过程接近实际系统的
4、搭建过程,且元件库中的电气元件能较全面地反映相应实际元件的电气特性,仿真结果的可信度很高,而且由于仿真模型是图形化的,面向对象的,非常适合本次课程设计的研究。二、课程设计目的及内容2.1课程设计的目的参照课本P104例3-6，以及结合给定的三道例题的参数，设计电流调节器ACR和转速调节器ASR，使其满足(1)静态指标：调速范围，静差率。(2)动态指标：电流和转速的超调量均小于5%（可按10%计算），转速上升时间小于0.5秒，动态恢复时间小于1秒，振荡次数小于2~3次。2.2设计内容(1)计算转速电流双闭环直流调速系统的基本参数（三相交流电源
5、、直流电动机、平波电抗器等）。(2)按照先内环、后外环的设计原则，设计双闭环系统的电流调节器ACR和转速调节器ASR（工程设计法）。(3)在MATLAB/SIMULINK软件平台上构建仿真模型，并对调速系统进行模拟实验，研究参数变化对系统性能的影响。三、参数的选取与计算根据课本中P104页给出的例题以及老师给定的三道例题我们可以知道：电动机额定参数为：额定电压UN=220V,额定电流IN=100A,额定转速nN=1460r/min,Ke=0.132V·min/r,三相桥式电路中KS=40,Ts=0.18s,电枢回路总电阻为R=0.5Ω，电磁
6、时间常数Tl=0.03s,转速反馈系数为Kn=0.007V·min/r,转速滤波时间常数Ton=0.01s，电流反馈系数Ki=0.05V/A,电流滤波时间常数Toi=0.002s,GD2=22.5N·m,励磁电压Uf=220V,，励磁电流If=1.5A,平波电抗器的电感为Ld=10mH。由以上的数据我们可以推算出：为了减小整流器谐波对同步信号的影响，宜设三相交流电源电感Ls=0H，直流电动机励磁由直流电源直接供电。触发器（6-Pulse）的控制角（alpha_deg）由移相控制信号Uc决定，移相特性的数学表达式为在本模型中取αmin=30，
7、Ucmax=10V，所以α=90-6Uc。在直流电动机的负载转矩输入端TL用Step模块设定加载时刻和加载转矩。由公式：得到：电机的内阻为：Ra=所以整流器的内阻为：Rrec=R-Ra=0.5-0.273=0.227（Ω）。供电电源电压为：电动机的参数有：励磁电阻为：Rf=Uf/If=220/1.5=146.7,励磁电感在恒定磁场控制时可取“0”。电枢电感有下式估算出：电枢绕组与励磁绕组之间的互感：KT=60Ke/2π=60×0.132/2π=1.26（s）Laf=KT/If=1.26/1.5=0.84(H)电机的转动惯量为：J=GD2/4
8、g=22.5/(4×9.81)=0.57（kg·m2）额定负载转矩：TL=KTIN=1.26×100=126（N·m）电流调节器ACR参数的计算：电流环时间常数之和T1=Ts+T
