双闭环直流调速系统设计及matlab仿真验证

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1、双闭环直流调速系统设计与MATLAB仿真验证班级:姓名:学号：指导教师：21摘要：对双闭环直流调速系统的电流调节器和速度调节器用PID调节器进行设计，该方法比以前常用的PI调节器大大地减小饱和超调，仿真结果表明，该方法十分有效。关键词：直流调速系统；调节器；超调；仿真1双闭环直流调速系统1.1双闭环直流调速系统的介绍双闭环直流调速系统，是在单闭环直流调速系统的基础上发展起来的.转速单闭环调速系统使用PI调节器，可以实现转速的无静差调速，采用电流截止负载环节，限制了起（制）动时的最大电流。这对一般

2、的要求不太高的调速系统，基本上已能满足基本要求，但电流环只是在超过临界电流值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动时的电流和转速波形如图1-1-（1）所示。当电流从最大值降低下来以后，电机转矩也随之减小，起动（调整时间）的时间就比较长。在实际工作中为了尽快缩短过渡时间，希望能够充分利用晶闸管元件和电动机所允许的过载能力，使起动的电流保护在最大允许值上，并且始终允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动，到达稳定转速后

3、，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。这样的理想起动过程波形如图1-1-（2）所示，这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。这是在最大电流（转矩）受限制时调速系统所能获得到的最快的起动过程。IdLntIdOIdmIdLntIdOIdmIdcrnn(1)(2)(1)带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动过程(2)时间最优的理想过渡过程图1-1调速系统起动过程的电流和转速波形21实际上，由于主电路电感的作用，电流不可能突变，为了实现在允许条件下最快启动，关键是要获得一段使

4、电流保持为最大值的恒流过程。按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么采用电流负反馈就能得到近似的恒流过程。问题是应该在启动过程中只有电流负反馈，没有转速负反馈，在达到稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不再让电流负反馈发挥作用。1.2双闭环调速系统的组成为了达到1.1节分析后的目的，系统采用转速、电流双闭环直流调速系统。分别引入转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流，二者之间实行嵌套连接，如图1-2所示。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。这

5、就形成了转速、电流反馈控制直流调速系统。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PI调节器。图1-2转速、电流反馈控制直流调速系统原理图图中、—转速给定电压和转速反馈电压；、—电流给定电压和电流反馈电压；ASR—转速调节器；ACR—电流调节器；TG—测速发电机；TA—电流互感器；UPE—电力电子变换器。21本设计采用三相全控桥整流电路，该电路能为电动机负载提供稳定可靠的电源，改变控制角的大小可有效的调节转速，由于使用了闭环控制，并且内外环均采用PI调节器，使得整个调速系统具有很

6、好的动态性能和稳态性能。1.3双闭环直流调速系统的稳态结构图和静特性双闭环直流调速系统稳态结构如图1-3所示，两个调节器均采用带限幅作用的PI调节器。转速调节器ASR的输出限幅电压决定了电流给定的最大值，电流调节器ACR的输出限幅电压限制了电力电子变换器的最大输出电压，图中用带限幅的输出特性表示PI调节器的作用。当调节器饱和时，输出达到限幅值，输入量的变化不再影响输出，除非有反向的输入信号使调节器退出饱和。换句话说，饱和的调节器暂时隔断了输入与输出间的联系，相当于使该调节环开环。当调节器不饱和时

7、，PI调节器工作在线性调节状态，其作用是输入偏差电压在稳态时为零。为了实现电流的实时控制和快速跟随，希望电流调节器不要进入饱和状态，因此，对于静特性来说，只有转速调节器有饱和和不饱和两种情况。双闭环直流调速系统的静特性在负载电流小于时表现为转速无静差，这时，转速负反馈起主要作用。当负载电流达到时对应于转速调节器为饱和输出，这时，电流调节器起主要作用，系统表现为电流无静差，起到过电流的自动保护作用。21图1-3双闭环直流调速系统的稳态结构图—转速反馈系数—电流反馈系数1.4双闭环直流调速系统的动态

8、数学模型图1-4双闭环直流调速系统的动态结构图其中和分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数。为了引出电流反馈，在动态结构图中引出相应的电枢电流，而表示转速反馈系数，表示电流反馈系数。1.4.1起动过程分析21图1-5双闭环直流调速系统起动过程的转速和电流波形从电流与转速变化过程所反映出的特点可以将起动过程分为电流上升、恒流升速和转速调节三个阶段：电流上升阶段：突加给定电压后，经过两个调节器的跟随作用，、、均上升，但是在没有达到负载电流以前，电动机还不能转动。当后，电动机开始起动，由于几点惯性的