1、專業課程設計論文題 目 轉速電流雙閉環直流調速系統仿真專 業 電氣工程與自動化 姓 名 0 班 級 電氣工程與自動化二班 學 號 201008064105 2013年 5 月10日轉速電流雙閉環直流調速系統仿真摘 要：MATLAB仿真在科學研究中的地位越來越高，如何利用MATLAB仿真出理想的結果，關鍵在于如何準確的選擇MATLAB的仿真。本文就簡單的轉速電流雙閉環直流調速系統的MATLAB仿真這個例子，通過對MATLAB的仿真，得到不同的仿真結果。通過仿真結果的對比，對MATLAB的仿真進行研究。從而總結出如何在仿真過程中對MATLAB的仿真做到最優選擇。 詳細介紹了用MATLAB語言對電機

2、與拖動中轉速電流雙閉環直流調速系統實驗的仿真方法和模型建立。其仿真結果與理論分析一致，表明仿真是可信的，可以替代部分實物實驗然后討論了MATLAB在轉速電流雙閉環直流調速系統教學中的應用。首先在分析轉速電流雙閉環直流調速系統的基礎上, 介紹了基于數學模型的仿真, 在仿真中可靈活調節相關參數, 優化參數設計。其次完成了基于電氣原理圖仿真, 并分析了調速系統的抗干擾能力。采用工程設計方法對轉速電流雙閉環直流調速系統進行設計,選擇調節器結構,進行參數的計算和校驗；給出系統動態結構圖,建立起動、抗負載擾動的MATLAB /SIMULINK 仿真模型。分析系統起動的轉速和電流的仿真波形,并進行調試,使轉

3、速電流雙閉環直流調速系統趨于合理與完善。關鍵詞：轉速電流雙閉環直流調速系統仿真; 限幅； 調節器； MATLAB仿真Abstract:MATLAB simulation is more and more high, in the position in scientific research how to make use of MATLAB simulation of ideal results, the key lies in how to properly select MATLAB simulation. In this paper, the speed of simple curre

4、nt double closed loop dc speed control system of the MATLAB simulation of the example, through the MATLAB simulation, different simulation results are obtained. Through comparing the simulation results of MATLAB simulation are studied. Thus summed up how to do the simulation of MATLAB simulation in

5、the process of the optimal choice.MATLAB language was introduced in detail in the motor and drag speed current double closed loop dc speed control system experiment simulation method and model is established in this paper. Its simulation results are consistent with theoretical analysis, it shows tha

6、t the simulation is reliable, can replace part of the physical experiment. Then discusses the MATLAB in the teaching of speed current double closed loop dc speed control system applications. First of all, based on the analysis of speed current double closed-loop dc speed regulating system, on the ba

7、sis of simulation based on mathematical model is presented in this paper, flexible adjustment related parameters in the simulation, optimization of parameter design. Second completed based on the electrical schematic simulation, and the anti-interference ability of the speed control system are analy

8、zed. With engineering design method for speed current double closed loop dc speed control system to carry on the design, select controller structure, parameter calculation and validation; Dynamic structure of system is given, the establishment of starting, resistance to load disturbance of the MATLA

9、B/SIMULINK simulation model. Simulation analysis system of starting speed and current waveform, and debugging, make speed current double closed loop dc speed control system more reasonable and perfectKeywords: Speed current double closed loop dc speed control system simulation; Clipping; Regulator;

10、The MATLAB simulation:目 錄1課題背景2轉速電流雙閉環直流調速系統的原理2.1原理2.2各參數的理論計算3仿真過程3.1仿真原理圖3.2 Matlab軟件環境下查找器件、連線具體步驟3.3所用元器件及其參數設置3.4仿真結果174仿真分析175總結186參考文獻191課題背景:在現代化的工業生產過程中，許多生產機械要求在一定的范圍內進行速度的平滑調節，并且要求有良好的穩態、動態性能。而直流調速系統調速范圍廣、靜差率小、穩定性好，過載能力大，能承受頻繁的沖擊負載，可實現頻繁的無極快速起制動和反轉等良好的動態性能，能滿足生產過程自動化系統中各種不同的特殊運行要求。在高性能的拖

11、動技術領域中，相當長時期內基本幾乎都采用直流電力拖動系統。開環直流調速由于自身的缺點幾乎不能滿足生產過程的要求，在應用廣泛的雙閉環直流調速系統中，傳統的PID控制已經得到比較成熟的應用，但是受電動機負載等非線性因素的影響，傳統的控制策略在實際應用中難以保持設計是的性能。由于模擬控制技術的日漸成熟，又由于模糊控制不依賴于被控對象的精確數字模型，能夠克服非線性因素的影響，對調節對象參數變化具有較強的魯棒性，所以將模糊控制與傳統的PID控制結合可以起到滿意的控制效果，在此基礎上提出自調整因子模糊控制器，根據控制的誤差值，通過適當的調節規則來調整一些控制參數值，從而用于高精度直流調速系統中，具有響應快

12、、超速小，對系統參數及結構變化適應性強的優點。實際上，由于主電路電感的作用，電流不能突跳，為了實現在允許條件下最快啟動，關鍵是要獲得一段使電流保持為最大值的恒流過程，按照反饋控制規律，電流負反饋就能得到近似的恒流過程。問題是希望在啟動過程中只有電流負反饋，而不能讓它和轉速負反饋同時加到一個調節器的輸入端，到達穩態轉速后，又希望只要轉速負反饋，不要電流負反饋發揮主作用，因此需采用雙閉環直流調速系統。這樣就能做到既存在轉速和電流兩種負反饋作用又能使它們作用在不同的階段。2轉速電流雙閉環直流調速系統的原理2.1原理為了實現轉速和電流兩種負反饋分別起作用，在系統中設置兩個調節器分別調節轉速和電流，即分

13、別引進轉速負反饋和電流負反饋。二者之間實行嵌套聯接，把轉速調節器的輸出當做電流調節器的輸入，再用電流調節器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從閉環結構上看，電流環在里面，稱作內環；轉速環在外邊，稱作外環。這就形成了轉速、電流雙閉環調速系統。為了獲得良好的靜、動態性能，轉速和電流兩個調節器一般都采用PI調節器，它們的輸出都是帶限幅作用的，轉速調節器ASR的輸出限幅電壓決定了電流給定電壓的最大值，電流調節器ACR的輸出限幅電壓限制了電力電子變換器的最大輸出電壓。2.2各參數的理論計算a、電流環的控制對象是雙慣性型的，傳遞函數可以寫成：由上式可以看出，電流調節器的參數是和，其中已經選定，可根據動態性

14、能指標選取。在一般情況下，希望電流超調量，查表知，可選擇，則，再由公式推導得b、轉速調節器的傳遞函數是：轉速調節器的參數包括 Kn 和 tn。按照典型型系統的參數關系，有，因此。至于中頻寬 h 應選擇多少，要看動態性能的要求決定.無特殊要求時，一般可選擇h=5為好。3仿真過程3.1仿真原理圖3.2 Matlab軟件環境下查找器件、連線具體步驟根據實驗原理圖，接成入上圖所示的線路圖。a、點擊圖標，打開Matlab軟件，在工具欄里根據提示點擊，再點擊matlab help，打開一個對話框，點擊里的newmodel，創建一個新文件。b、點擊工具欄的，打開元器件庫查找新的元器件。c、原件庫如下圖所示第

15、VIII頁如果不知在哪里找到元器件，可以在里輸入元器件的名稱，鍵入ENTER即可查找。3.3 所用元器件及其參數設置a、三相交流電源V1、V2、V3設置三相電壓都為220V，兩兩之間相位差為120，分別為0、-120、-240。b、 Voltage Measurement（電壓測量表）c、 Constent（信號發生器）輸入一個信號，參數值各不一樣，如下以一種情況為例。d、Synchronized 6-pulse generator同步6脈沖觸發器，由Fcn將ACR輸出轉換成脈沖控制角。而輸入端Block 用于控制觸發脈沖的輸出，在該端置“0”，則有脈沖輸出；如果設置為“1”，則沒有脈沖輸出，

16、整流器也不會工作。e、Universal Bridge普通的橋電路起著過載保護作用，防止電流過大燒壞電機。f、DC Machine（直流電動機）F+和F-是直流電機勵磁繞組的連接端，A+和A-是電機電樞繞組的聯結端，TL是電機負載轉矩的輸入端。m端用于輸出電機的內部變量和狀態，在該端可以輸出電機轉速、電樞電流、勵磁電流和電磁轉矩四項參數。修改參數電樞電阻和電感（Armature resistance and inductance）為0.210.0021，勵磁電阻和電感（Field resistance and inductance）為146.70，勵磁和電樞互感（Field-armature

17、mutual inductance）為0.84，轉動慣量（Total inertia）為0.572，粘滯摩擦系數（Viscous friction coefficient）為0.01，庫侖摩擦轉矩（Coulomb friction torque）為1.9，初始角速度(initial speed)為0.1。g、直流電源修改Amplitude即改變了電壓源的幅值。這里此模塊用作直流電動機的勵磁電源，幅值為220V。h、PI調節器分別作為轉速調節器PID Controller和電流調節器PID Controller1，PID Controller的輸出作為PID Controller1的輸入，起到限

18、幅的作用。i、Gain（雙擊Gain可修改增益）j、Saturation（反饋深度）k、Sum（加法器）在List of Signs欄目描述加法器三路輸入的符號，其中|表示該路沒有信號，所以用|+-取代原來的符號，得到動態結構框圖中所需的減法器模塊了。l、Demux（分接器）m、scope（示波器）n、仿真環境參數設置點擊選中第三個，設置環境參數。3.4仿真結果根據上面的步驟查找器件，連線，即可畫出原理圖，運行之后，得到如下波形。以下波形分別為轉速n，電樞電流Ia，勵磁電流If，轉矩T4仿真分析從上圖仿真的波形可以看出，它非常接近于理論分析的波形。從波形中也可以看出，在啟動中轉速調節器經歷了不

19、飽和，飽和，退飽和三種情況，整個動態過程分為三個階段：電流上升階段、恒流升速階段、轉速調節階段。第一階段突加電壓，電樞電流迅速上升，速度調節器的輸入很快達到限幅值。第二階段，ASR始終飽和，轉速環相當于開環，保持電流恒定，拖動系統恒加速，轉速線形增加。第三階段，當轉速達到給定值之后，轉速調節器和電流調節器的給定電壓與反饋電壓平衡，輸入偏差為零，但是由于積分作用，其輸出還很大，所以出現超調。轉速超調之后，轉速調節器輸入端出現負偏差電壓，使它退出飽和狀態，進入線形調節階段，使速度恒定不變，實際仿真結果基本上符合理論分析。轉速調節器的作用是調速系統的主導調節器，它使轉速 n 很快地跟隨給定電壓變化，穩態時可減小轉速誤差，如果采用PI調節器，則可實現無靜差；它對負載變化起抗擾作用；其輸