直流调速系统的设计与仿真》毕业设计的英文翻译

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1、基于Simulink的双闭环直流电机调速系统的参数优化与仿真摘要在控制系统中当动态性能的要求很高，并且单回路控制系统不能满足的要求时，我们实施了多环控制和在线对内环和外环进行参数优化。本文以双回路直流电动机调速控制系统为例，采用仿真优化方法设计两个PI调节器的参数，使系统的动态和稳态指标达到设计要求。关键字：参数优化直流电动机双闭环系统仿真正文：I简介在经典控制理论中，通常对控制电路中的每个物理量设立一个调节器，当有多个物理参数要被控制时，就需要设置多个调节器来控制这些参数，这样的系统被称为多回路控制系

2、统。双闭环直流电动机调速系统是一个典型的多环控制系统。根据文献[1]我们很清楚的了解到速负反馈控制的单闭环直流调速系统用PI调节器可以保证系统的稳定性。然而当控制系统对动态性能要求很高，例如快速制动、突加负载时转速降落小等要求，单闭环调速系统将难以满足需求。经典控制理论解决这个问题的唯一的方法是实现电流负反馈控制，在电流控制环中设置一个调节器，特别是用于调节电流量的调节器。控制系统中就建立了转速、电流两个调节器。这样的系统被称为直流电动机的电流和转速控制系统（这样的系统也被称为双闭环直流电动机调速系统）

3、。II系统模型为了充分发挥转速和电流负反馈在系统中的控制作用，以及它们不会相互抑制影响系统的性能，我们在系统中设置了两个调节器调节速度和电流，实现它们之间的联接。也就是说，我们把速度调节器的输出作为电流调节器的输入，电流调节器的输出控制整流电路的触发装置。从整个闭环反馈控制回路的结构来看，电流调节环在转速调节环之内，称之为内环；转速调节环在外，称之为外环。这就形成了一个双闭环直流调速系统。为了获得良好的静、动态性能，双闭环直流调速系统的两个调节器一般设计为PI调节器。考虑到滤波因素，双闭环直流调速系统的

4、动态结构图如图1所示。图1双闭环直流调速系统的动态结构图为了保证电动机启动时电枢电流不超过允许值，速度调节器必须要限制其输出的电压幅值。这样，当转速调节器达到饱和状态，输出电压达到限幅值，对应于最大允许起动电流，此时电流调节器是不饱和的，DC实现在最大电流允许值下恒流加速启动。为了确保在电动机调试过程中的安全，在电流调节器的后面还增加了限幅装置。，，，，，，，，，，。（1）稳态指标：无静差。（2）动态指标：电流超调量不超过3%；转速超调量不超过5%。多环控制系统的工程设计一般原理是从内环开始，一环一环的

5、向外设计。对于双闭环直流电机调速系统，我们应该首先从内环回路（电流回路）入手，按照电流环的控制要求，确定电流环选用什么样的典型系统。应该根据调节器的结构和参数对电流环进行校正。然后，把电流环等效为一个小惯性系统，并作为转速环的一部分。用同样的方法完成的外环的设计（速度环）。在本设计中要求控制系统要稳定，电流超调量不超过3%，速度超调量不超过5%。然后，电流相当于一个循环的转动惯量，作为转速环组成中不可分割的一部分，然后用相同的方式完成外环（速度环）的设计。根据上述设计原理，要求设计师们在经典控制的“te

6、xt”和“up”的设计中有一定的设计经验。这里采用的是对转速、电流两个PI调节器的工程设计以及仿真和参数优化。III仿真和运行根据图1得到的仿真模型如图2所示。其中，带限幅作用的PI调节器中的积分调节器与比例调节器并联；带限幅作用的PI调节器在实际仿真中应用很广泛。图2转速闭环控制的直流电机调速系统的Simulink仿真模型如果对两个PI调节器的参数同时进行优化，不能依赖控制系统的参数在仅使用优化软件对一个可变输出的目标函数进行参数优，调整参数的可变输出的控制结果是使该系统更复杂而且很容易使一些模块的输

7、出无限大，但可以使另个模块得到优化；假设把转速环输出的设定为目标函数优化的对象，优化的结果可能是能够更好地加速回路输出，但电流环路输出的可能就不能满足设计要求；反之亦然[5]。如图2所示，在Simulink仿真模型中对两个PI调节器同一时间的参数进行优化。初始值为：P1=1,I1=4,P2=1,I2=4；IAE的目标函数为：（1）通过目标函数优化参数的结果为：P1*=110.4486,I1*=1.4125,P2*=8.7689,I2*=72.511。相应的速度曲线和电流曲线如图3所示的。显然电流曲线是不

8、符合实际情况和实际需要的。因此，根据传统的多回路控制器的设计方法，我们通常会第一个优化内环PI调节器的参数，然后优化外环PI调节器的参数。图3转速曲线和电流曲线IV结果分析通常我们先从电流环开始分析。在图2Simulink的仿真模型中，电流环设置一个幅度为10V的给定信号。电流环的Simulink仿真模型如图4所示。图4电流环的Simulink仿真模型如图4所示，在Simulink仿真模型中对两个PI调节器同一时间的参数进行图5电流环阶跃响