1、雙閉環(huán)直流電機調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計與MATLAB仿真1.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標(biāo)生產(chǎn)工藝對控制系統(tǒng)性能的要求經(jīng)量化和折算后能夠表達(dá)為穩(wěn)態(tài)和動向性能指標(biāo)。設(shè)計任務(wù)書中給出了本系統(tǒng)調(diào)速指標(biāo)的要求。深刻理解這些指標(biāo)的含義是必要的，也有助于我們構(gòu)想后邊的設(shè)計思路。在以下四項中，前兩項屬于穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)，后兩項屬于動向性能指標(biāo)調(diào)速范圍D生產(chǎn)機械要求電動機供應(yīng)的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比叫做調(diào)速范圍，即Dnmax（1-1）nmin靜差率s當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運行時，負(fù)載由理想空載增加到額定值所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落，與理想空載轉(zhuǎn)速之比，稱作靜差率，即snnom100%（1-2）n0靜差率是用來權(quán)衡調(diào)速

2、系統(tǒng)在負(fù)載變化下轉(zhuǎn)速的牢固度的。隨從性能指標(biāo)在給定信號R（t）的作用下，系統(tǒng)輸出量C(t)的變化情況可用隨從性能指標(biāo)來描述。詳盡的隨從性能指標(biāo)有以下各項：上升時間tr，超調(diào)量，調(diào)治時間ts.抗擾性能指標(biāo)此項指標(biāo)表示控制系統(tǒng)抵抗擾動的能力，它由以下兩項組成：動向降落Cmax%，恢復(fù)時間tv.調(diào)速系統(tǒng)的兩個基本方面在理解了本設(shè)計需滿足的各項指標(biāo)此后，我們會發(fā)現(xiàn)在權(quán)衡這些基本指標(biāo)，即動向牢固性與靜態(tài)正確性對系統(tǒng)放大倍數(shù)的要求；起動快速性與防范電流的沖擊對電機電流的要求。采用轉(zhuǎn)速負(fù)反響和PI調(diào)治器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng),在保證系統(tǒng)牢固的條件下,實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，解決了第一個問題。但是，若是對系統(tǒng)的動向性能要求

3、較高，比方要求快速啟制動，突加負(fù)載動向速降小等等，則單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。這主若是由于在單閉環(huán)系統(tǒng)中不能夠完好依照需要來控制動向過程中的電流和轉(zhuǎn)矩。在電機最大電流受限的條件下，希望充分利用電機的贊同過載能力，最好是在過渡過程中向來保持電流為贊同的最大值，使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動，到達(dá)穩(wěn)態(tài)后，又讓電流馬上降低下來，使轉(zhuǎn)速馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運行。在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，只有電流截止負(fù)反響環(huán)節(jié)是特地用來控制電流的，但它可是在高出臨界電流Idcr值今后，靠強烈的負(fù)反響作用限制電流的沖擊，其實不能夠很理想的控制電流的動向波形。帶電流截止負(fù)反響的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動時的電流和轉(zhuǎn)速波

4、形如圖1-1a所示。IdnIdnnnIdlIdl0t0ta)b)圖1-1調(diào)速系統(tǒng)啟動過程的電流和轉(zhuǎn)速波形帶電流截止負(fù)反響的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的啟動過程理想快速啟動過程當(dāng)電流從最大值降低下來今后，電機轉(zhuǎn)矩也隨之減小，所以加速過程必然拖長。對于經(jīng)常正反轉(zhuǎn)運行的調(diào)速系統(tǒng)，盡量縮短起制動過程的時間是提高生產(chǎn)率的重要因素。為此，在電機最大電流(轉(zhuǎn)矩)受限的條件下,希望充分地利用電機的過載能力,最好是在過渡過程中向來保持電流(轉(zhuǎn)矩)為贊同的最大值,使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動,到達(dá)牢固轉(zhuǎn)速后,又讓電流馬上降低下來,使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載平衡,從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運行.這樣的理想起動過程波形如圖1-1b所示,起動電

5、流呈方形波,而轉(zhuǎn)速是線性增加的。這是在最大電流(轉(zhuǎn)矩)受限的條件下，調(diào)速系統(tǒng)所能獲取的最快的啟動過程。實質(zhì)上，由于主電路電感的作用，電流不能夠突變，圖1-1b所示的理想波形只能獲取近似的逼近，不能夠完好的實現(xiàn)。問題是希望在啟動過程中只有電流負(fù)反響，而不能夠讓它和轉(zhuǎn)速負(fù)反響同時加到一個調(diào)治器的輸入端，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后,希望只有轉(zhuǎn)速反響,不再靠電流負(fù)反響發(fā)揮主要作用,而雙閉環(huán)系統(tǒng)就是在這樣的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。調(diào)速系統(tǒng)的雙閉環(huán)調(diào)治原理見圖1-2：*-IdlUUKUd01/RR1nUnsId-WASR(s)WACR(s)TsS1Tls1TmsCeUn-iU圖1-2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖2.1設(shè)計雙閉環(huán)調(diào)速

6、系統(tǒng)的電流調(diào)治器和轉(zhuǎn)速調(diào)治器基本數(shù)據(jù)1、直流電動機參數(shù)計算已知某直流電動機調(diào)速系統(tǒng)，控制系統(tǒng)主回路與直流電動機的主要參數(shù)以下：電動機：=150kwU=220vI=700AL=2mHPnomnomnomdNnom=1000rpmdRa=0.052=125Kg2R=0.08GDm=1.5m=6計算獲取此直流電動機的相關(guān)參數(shù)：電勢常數(shù)：轉(zhuǎn)矩常數(shù)：CUnomInomRa2207000.050.185/(rmim1)nnom1000VCMC0.1850.18kgmA1.031.03電磁時間常數(shù)：Ld2103sd0.080.025Rd機電時間常數(shù)：GD2RdsTmCCM375Ts11晶閘管整流裝置滯后時間

7、常數(shù)：2mf0.0017s2650采用轉(zhuǎn)速輸出限幅值：Ukm10V，能夠計算獲取晶閘管裝置放大系數(shù)：1.05Unom23KsUkm啟動電流：Idm1.5Inom1050A采用電流調(diào)治器輸出限幅值：Uim10V，能夠獲取電流反響系數(shù)：Uim0.0095V/AIdm采用電流反響濾波時間常數(shù)：Tfi0.002采用轉(zhuǎn)速最大給定值：獲取轉(zhuǎn)速反響系數(shù)：Unm10VUnm0.01/(rmin1)nnomV取轉(zhuǎn)速反響濾波時間常數(shù)：Tfn0.01s電流調(diào)治器采用PI調(diào)治器：WACRKiis1isi0.025s，KiTlR1.242KsTi轉(zhuǎn)速調(diào)治器采用PI調(diào)治器：WASRKnns1nsn5Tn0.087s，h1

8、CTm60.6Kn2hRTn雙閉環(huán)直流調(diào)速控制系統(tǒng)仿真2.1、基于數(shù)學(xué)模型的雙閉環(huán)直流調(diào)速控制系統(tǒng)仿真TransferTransferFcn3Fcn21PID1PID2312.51K-0.01s+10.002s+10.0017s+1K-s0.025s+1stepASRstaturationACRstaturationGainintegraterGain1TransferTransferScopeFcnFcn10.00950.0023s+1Transfer500Fcn4Constant0.010.01s+1TransferFcn5圖2-1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動向結(jié)構(gòu)圖圖2-2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電流和

9、轉(zhuǎn)速曲線啟動過程的第一階段是電流上升階段，突加給定電壓，ASR的輸入很大，其輸出很快達(dá)到限幅值，電流也很快上升，湊近其最大值。第二階段，ASR飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流給定作用下的電流調(diào)治系統(tǒng)，電流基本上保持不變，拖動系統(tǒng)恒加速，轉(zhuǎn)速線形增加。第三階段，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到給定值后。轉(zhuǎn)速調(diào)治器的給定與反響電壓平衡，輸入偏差為零，但是由于積分作用，其輸出還很大，所以出現(xiàn)超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR輸入端出現(xiàn)負(fù)偏差電壓，使它退出飽和狀態(tài)，進入線性調(diào)治階段，使轉(zhuǎn)速保持恒定，實質(zhì)仿真結(jié)果基本上反響了這一點。總結(jié)此次仿真設(shè)計讓我學(xué)習(xí)到好多。誠然結(jié)束了，但這只能是一個開始。今后作為技術(shù)人員，要學(xué)習(xí)的規(guī)范，如何的不斷提高自己的綜合能力與專業(yè)水平是我未來好多年的職業(yè)生涯里都要認(rèn)真考慮與學(xué)習(xí)的一個重要問題，在設(shè)計仿真過程中，我經(jīng)過查閱大量相關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗和自學(xué)，使自己學(xué)到了很多知識，也經(jīng)歷了很