《运动控制系统》

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1、《运动控制系统》直流电机双闭环调速控制系统MATLAB仿真专业学生　学号二〇一三年三月十三日1直流调速系统的理论设计1.1系统组成及要求本文研究的对象为电流转速双闭环直流调速系统，晶闸管供电，整流装置采用三相桥式电路，其系统动态结构框图如图1所示，系统参数如下：直流电动机：；；；；允许过载倍数：；三相桥式整流装置放大倍数：；电枢回路总电阻：；时间常数：；；电流反馈系数：；转速反馈系数：。设计要求：（1）稳态指标：无静差；（2）动态指标：电流超调量，启动到额定转速时的转速超调量；1.2电流调节器设计1．确定时间常数。（1）整流装置

2、滞后时间常数。查表2-2，三相桥式电路的平均失控时间；（2）电流滤波时间常数。三相桥式电路每个波头的时间是3.33ms，为了基本滤平波头，应该有,因此取；（3）电流环小时间常数。按小时间常数近似处理，取。图1直流双闭环调速系统动态结构图2．确定将电流环设计成何种典型系统根据设计要求：，而且，因此设计成典型I型系统。3．电流调节器的结构选择电流调节器选用比例积分调节器（PI）,其传递函数为。4．选择电流调节器参数电流调节器超前时间常数：；电流开环增益：因要求，故取，因此，于是电流调节器的比例系数为5．校验近似条件电流环截止频率1）

3、校验晶闸管装置传递函数的近似条件是否满足：，因为所以满足近似条件；2）校验忽略反电动势对电流环影响的近似条件是否满足：，由于满足近似条件；3)校验小时间常数近似处理是否满足条件：，由于满足近似条件。按照上述参数，电流环满足动态设计指标要求和近似条件。1.3速度调节器设计1：确定时间常数。（1）电流环等效时间常数为；（2）电流滤波时间常数根据所用测速发电机纹波情况，取；（3）转速环小时间常数按小时间常数近似处理，取。2：确定将转速环设计成何种典型系统由于设计要求转速无静差，转速调节器必须含有积分环节；又根据动态设计要求，应按典型I

4、I型系统设计转速环。3：转速调节器的结构选择。转速调节器选用比例积分调节器（PI）,其传递函数为。4：选择转速调节器参数按照跟随和抗扰性能都较好的原则取h=5，则转速调节器的超前时间常数为，转速开环增益为所以转速调节器ASR的比例系数为5：校验近似条件转速环截止频率1）校验电流环传递函数简化条件是否满足，由于，满足简化条件；2）校验小时间常数近似处理是否满足条件：，由于，满足近似条件。3）核算转速超调量当h=5时，，而，因此能满足设计要求。2系统仿真1.1理论计算参数仿真分析根据理论设计结果，构建直流双闭环调速系统的仿真模型，如

5、图2所示。图2直流双闭环调速系统的仿真模型在额定转速和空载下，对系统进行仿真得到电动机电枢电流和转速的仿真输出波形，当KT=0.25，电流PI调节器为：0.5067+16.89/s，无超调，但上升时间长，如图3所示。图3无超调空载高速起动仿真波形图在额定转速和空载下，对系统进行仿真得到电动机电枢电流和转速的仿真输出波形，当KT=0.5，电流PI调节器为：1.013+135.1/s，有超调，上升时间短一些，如图4所示。图4有超调空载高速起动仿真波形图在额定转速和满载下，对系统进行仿真得到电动机电枢电流和转速的仿真输出波形，当KT=

6、0.5，电流PI调节器为：1.013+135.1/s，有超调，上升时间比空载时长，如图5所示。图5有超调转速环满载起动波形图在额定转速和空载下，对系统在1秒时进行突加负载扰动得到电动机电枢电流和转速的仿真输出波形如图6所示。图6系统抗负载扰动仿真波形在额定转速和空载下，对系统在1秒时进行突加电网电压波动扰动得到电动机电枢电流和转速的仿真输出波形如图7所示。图7系统抗电网扰动仿真波形1.2仿真调试分析当KT=0.25，电流PI调节器为：0.5067+16.89/s，无超调，但上升时间长。当KT=0.5，电流PI调节器为：1.013

7、+135.1/s，有超调，上升时间短一些。当KT=1.0，电流PI调节器：2.027+67.567/s，超调大，但上升时间短。在额定转速和空载下，对系统在1秒时进行突加负载扰动和电网扰动得到电动机电枢电流和转速的仿真输出波形，图形说明系统的抗扰性能较好。3结论以上分析表明，利用matlab仿真平台对直流调速系统理论设计与调试使得系统的性能分析过程简单。通过对系统进行仿真，可以准确地了解到理论设计与实际系统之间的偏差，逐步改进系统结构及参数，得到最优调节器参数，使得系统的调试得到简化，缩短了产品的开发设计周期。该仿真方法必将在直流

8、调速系统的设计与调试中得到广泛应用。参考文献：[1]阮毅，陈伯时．电力拖动自动控制系统(第4版)．北京：机械工业出版社，2009．[2]陈桂明等.应用MATLAB建模与仿真.北京：科学出版社，2001.[3]姬宣德等.基于matlab的控制系统仿真.《矿山机械》