Matlab 在直流调速设计中的应用

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1、Matlab在直流调速设计中的应用徐月华汪仁煌（广东工业大学自动化学院，广东广州510090）摘要：本文介绍了基于Matlab的直流调速系统的设计与仿真，给出了直流调速系统框图、参数计算及仿真波形。关键词：直流调速、Matlab。中国分类号：TM921.1文献标识码：B直流调速理论虽然比较成熟，但让学生真正设计一个直流调速系统却存在一定困难。一方面，直流调速系统的设计要完成开环调速、单闭环调速、双闭环调速等过程，需要观察比较多的性能，再加上计算参数较多，往往难以如意。如果在设计过程中使用Matlab来辅助设计，由于它可以直观迅速观察各点波形，因此，调速系统性能的完善可以通过反复修改其动态

2、模型来完成，而不必对实物模型进行反复拆装调试。Matlab具有强大计算和动态建模、仿真等功能，尤其是其动态建模、仿真工具Simulink具有模块组态方便，性能分析直观等特点,可缩短产品的设计开发过程,也给教学提供了虚拟实验的平台。在直流调速设计过程中，我们用Matlab对各环节先进行虚拟设计仿真,在反复修改,观察各环节输出波形符合要求后，再选用器件安装调试起到较好的效果。一.双闭环直流调速系统原理框图及设计方法电网电压扰动负载扰动输出转速转速电流晶闸直流调节器调节器管装置电动机转速设定电流反馈转速反馈图一双闭环直流调速系统原理框图双闭环直流调速系统原理框图如图一，由电流环和转速环组成，其

3、工程设计方法一般先设计好电流调节器，并把电流环等效为转速环中的一个环节，再设计速度调节器。二．双闭环直流调速系统参数计算（一）电机参数及要求22直流电动机参数：Ue=220VIe=53Ane=1460n/mCe=0.132伏/转/分GD=22.45Nm可控硅整流放大倍数KV=40Uci=4.4VTe=67Nm过载系数：λ=1电枢回路电阻：R=0.5Ω电枢回路电感：L=0.015H5测速发电机放大倍数：KC=1460V/rpm所以Ucn=5V时间常数L0.01530C30×0.132τeL=R=0.5=0.03SCm==π=3.14159=1.262GDR22.45×0.5τm=375CC

4、==0.18em375×0.132×1.26UTcim4.4Ve67电流反馈系数：β=I==0.083V/A负载电流：IL=C==53.17Aam53Am1.26Ucn5转速反馈系数：α=n==0.0034伏/转/分反馈滤波时间常数：τfi=τci=0.002Sτfn=τcn=0.01Se14601设计要求：（1）稳态指标：无静差（2）动态指标：电流超调量δi%≤5%，起动到额定转速时的转速超调量σn%≤10%（二）电流调节器设计1、根据：调节对象的τL/τΣi≤5，把电流环设计为典型Ⅰ型系统，其稳态无静态，动态超调量小，跟随性好；如果调节对象的τL/τΣi＞10，而系统又以良好抗扰性能

5、为主时，应设计成典型Ⅱ型系统；如果5＜τL/τΣi＜10时，以超调量小为主，设计成Ⅰ型系统、以抗干扰性能为主，设计成Ⅱ型系统。[1]2、参数计算11三相桥式可控硅整流装置的滞后时间常数：τv=2mf=2×6×50=0.0017S[2]电流环的小时间常数：τΣi=τv+τfi=0.0017+0.002=0.0037S0.03根据设计要求：δi%≤5%，而且τL/τΣi=0.0037=8.11，设计成典型Ⅰ型系统,即将电流调节器设计成PI调节器，其传递函数GACR（S）=Ki（τiS+1）/τiS积分时间常数：τi=τL=0.03S1电流环开环增益：K开i=1/2τΣi=2×0.0037=1

6、35.1（1/S）电流调节器比例系数：Ki=K开iτiR/βkV=135.1×0.03×0.5/0.083×40=0.61电流调节器传递函数：GACR（S）=Ki（τLS+1）/τLS=0.61×(0.03S+1)0.03S3、电流环：Uci(s)1/(τcis+1)GACR（S）kv/(τvs+1)1/RΣ(τLs+1)Ia（s）β/(τfis+1)Uci(s)10.61×(0.03S+1)401/0.5Ia（s）0.002S+10.03S0.0017S+10.03S+10.0830.002S+1Uci（S）/βIa（s）12τΣiS(1+τΣiS)固有部分开环传递函数=1/2τΣiS

7、（1+τΣiS）=12×0.0037S(1+0.0037S)22Ia(s)/Uci=1/β（2τΣiS+2τΣiS+1）≈1/（1+2τΣiS）=1/（1+2×0.0037s）ζ=0.707所以δi%=4.3%<5%，满足设计要求（三）速度调节器设计及退饱和超调量计算21、依据：由于设计要求无静差，转速调节器必须用PI调节器，其传递函数GASR（S）=Kn（τns+1）/τns,按典型Ⅱ型系统设计，考虑其跟随性能和抗扰性能要求,取h