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直流双闭环电动机调速系统仿真 一，实验目的： 1.掌握应用MATLAB； 2.掌握双闭环调速系统的工作原理与设计方法，并能改变参数以调节工作性能。 二、实验原理: 众所周知，单闭环直流调速系统采用转速负反馈和PI调节器控制，虽可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差，但若对系统的动态性能要求较高，单闭环系统就难以满足需要。主要原因是在单闭环系统中不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程。在单闭环直流调速系统中，电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只能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，必不能很理想的控制电流的波形。为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。 1.动态校正装置分析 在设计闭环调速系统时，设计合适的动态校正装置，使系统同时满足动态稳定性和稳定性能指标两方面的要求。 对于带电力电子变换器的直流闭环调速系统，一般采用PID调节器的串联校正方案就能完成动态校正的任务。PID调节器中有比例微分（PD）、比例积分（PI）和比例积分微分（PID）三种类型。由PD调节器构成的超前校正，可提高系统的稳定裕度，并获得足够的快速性，但稳态精度可能受到影响；由PI调节器构成的滞后校正，可保证稳态精度，却是以对快速性的限制来换取系统稳定的；由PID调节器实现的滞后-超前校正兼有二者的优点，可以全面提高系统的控制性能，但具体实现与调试要复杂一些。一般调速系统的要求以动态稳定性和稳态精度为主，对快速性的要求可以差一些，所以主要采用PI调节器。 2.电流调节器的设计 （1）、电流调节器结构的选择 从稳态要求上看，希望电流无静差，得到理想的堵转特性，采用I型系统就够了。再从动态要求上看，实际系统不允许电枢电流在突加控制作用时有太大的超调，以保证电流在动态过程中不超过允许值，而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要因素。为此，电流环应以跟随性能为主，即应选用典型Ⅰ型系统。 电流环的控制对象是双惯性型的，要校正成典型Ⅰ型系统，显然应采用PI型的电流调节器，其传递函数可以写成： 式中：-电流调节器的比例系数；-电流调节器的超前时间常数。 （2）、 电流调节器的作用 （a）在转速调节过程中，使电流跟随其给定电压变化。 （b）对电网电压波动起及时抗扰作用。 （c）起动时保证获得允许的最大电流，使系统获得最大加速度起动。 （d）当电机过载甚至于堵转时，限制电枢电流的最大值，从而起大快速的安全保护作用。当故障消失时，系统能够自动恢复正常。 3.转速调节器的设计 （1）、转速调节器结构的选择 为了实现转速无静差，在负载扰动作用点前面必须有一个积分环节，它应该包含在转速调节器ASR中，现在在扰动作用点后面已经有了一个积分环节，因此转速环开环传递函数应共有两个积分环节，所以应该设计成典型Ⅱ型系统，且也能满足动态抗扰性能好的要求。 由此可见，ASR也应该采用PI调节器，其传递函数为： 式中 -转速调节器的比例系数； -转速调节器的超前时间常数。 （2）、转速调节器的作用 （a）使转速n跟随给定电压变化，当偏差电压为零时，实现稳态无静差。 （b）对负载变化起抗扰作用。 （c）其输出限幅值决定允许的最大电流。 4.双闭环直流调速系统的组成和调速原理 转速电流双闭环控制调速系统是最为典型的直流调速系统，其原理结构图如下图所示： 转速、电流双闭环直流调速系统结构 ASR-转速调节器 ACR-电流调节器 TG-测速发电机 TA-电压互感器 UPE-电力电子变换器 双闭环控制直流调速系统的特点是：电动机的转速和电流分别由两个独立的调节器控制，且转速调节器的输出就是电流调节器的给定，因此电流环能够随转速的偏差调节电动机电枢的电流。当转速低于给定转速时，转速调节器的积分作用是输出增加，即电流给定上升，并通过电流环调节使电动机电流增加，从而使电动机获得加速转矩，电动机转速上升。当实际转速高过给定转速时，转速调节器的输出减小，即电流给定点小，并通过电流环调节使电动机电流下降，电动机将因为电磁转矩减小而减速。当转速调节器饱和输出达到限幅值时，电流环即以最大电流限制Idm实现电动机的加速，使电动机的启动时间最短，在可逆调速系统中实现电动机的快速启动。 三,设计题目： 某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥工电路，基本数据如下： 直流电动机：220V，126A，1460r/min，Ce=0.132Vmin/r，允许过载倍数=1.5; 晶体管装置放大系数Ks=40;电枢回路总电阻R=0.5;时间常数Tl=0.03s,Tm=0.18s; 电流反馈系数=0.5V/A（≈10V