双闭环直流调速系统建模.docx

《电力电子及电机拖动控制系统的仿真》课程论文（2016—2017学年第二学期）(双闭环直流调速系统建模) 姓名：学号：专业：指导老师：摘要Simulink挂接在MATLAB的首页面上，它以MATLAB的强大计算功能为基础，以直观的模块框图进行仿真和计算。Simulink原本是为控制系统仿真而建立的工具箱，在使用中由于它易编程，易拓展，并且可以解决一般难以解决的非线性、变系数等问题；支持线性和非线性系统的仿真，连续系统和离散系统的仿真，以及连续系统和离散混合系统的仿真，并且系统中可以有多重采样频率，也就是不同采样频率的系统可以组合，因此可以仿真规模较大、较复杂的系统。本文在分析双闭环直流调速系统工作原理的基础上， 引入Simulink仿真， 采用工程设计方法设计转速-电流调节器，给出面向动态结构图和电气原理图的建模和仿真， 最后给出了系统性能优化的方案。仿真结果满足设计要求， 验证了理论设计方法的有效性。关键词：Simulink仿真；双闭环直流调速系统；转速-电流调节器双闭环直流调速系统建模1.选题意义在工业生产中,需要高性能速度控制的电力拖动场合, 直流调速系统，特别是双闭环直流调速系统发挥着极为重要的作用。转速、电流双闭环调速系统是20世纪60年代在国外出现的一种新型调速系统。70年代以来, 在我国的冶金、机械、制造以及印染工业等领域得到日益广泛的应用。双闭环调速系统是由单闭环自动调速系统发展而来的。它通过转速和电流两个调节器分别引入转速负反馈和电流负反馈，并构成双闭环系统。从而有效的改善电机性能，使电机特性曲线变硬，以满足复杂环境下对电机性能的要求。20世纪90年代前的大约50年的时间里，直流电动机几乎是唯一的一种能实现高性能拖动控制的电动机，直流电动机的定子磁场和转子磁场相互独立并且正交，为控制提供了便捷的方式，使得电动机具有优良的起动，制动和调速性能。尽管近年来直流电动机不断受到交流电动机及其它电动机的挑战，但至今直流电动机仍然是大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制首选。因为它具有良好的线性特性，优异的控制性能，高效率等优点。直流调速仍然是目前最可靠，精度最高的调速方法。在过去，人们感到自动控制理论的研究发展很快，但是在应用方面却不尽人意。但近年来，现代控制理论在电动机控制系统的应用研究方面却出现了蓬勃发展的兴旺景象，这主要归功于两方面原因：第一是高性能处理器的应用，使得复杂的运算得以实时完成。第二是在辨识，参数估值以及控制算法鲁棒性方面的理论和方法的成熟，使得应用现代控制理论能够取得更好的控制效果。当今是网络时代，信息化的电动机自动控制系统正在悄悄出现。这种控制系统采用嵌入式控制器，在嵌入式操作系统的软件平台上工作，控制系统自身就具有局域网甚至互联网的上网功能，这样就为远程监控和远程故障诊断及维护提供了方便。目前已经有人研制成功了基于开放式自由软件Linux操作系统的数字式伺服系统。本次设计的主要任务就是应用自动控制理论和工程设计的方法对直流调速系统进行设计和控制，设计出能够达到性能指标要求的电力拖动系统的调节器，通过调试,并应用MATLAB软件对设计的系统进行仿真和校正以达到满足控制指标的目的。根据本实验题目的情况，宜从以下三个方面分析：1.直流双闭环调速系统的工作原理及数学模型 2．双闭环直流调速的工程设计 3．应用MATLAB软件对设计的系统进行仿真和校正 本实验题目所涉及的调速方案本质上是改变电枢电压调速。该调速方法可以实现大范围平滑调速，是目前直流调速系统采用的主要调速方案。但电机的开环运行性能（静差率和调速范围）远远不能满足要求。按反馈控制原理组成转速闭环系统是减小或消除静态转速降落的有效途径。转速反馈闭环是调速系统的基本反馈形式。可要实现高精度和高动态性能的控制，不仅要控制速度，同时还要控制速度的变化率也就是加速度。由电动机的运动方程可知，加速度与电动机的转矩成正比关系，而转矩又与电动机的电流成正比。因而同时对速度和电流进行控制，成为实现高动态性能电机控制系统所必须完成的工作。因而也就有了转速、电流双闭环的控制结构。关于工程设计：直流电机调速系统是一个高阶系统,其设计非常复杂。本设计利用准时间最优准则对系统的工程设计方法进行了分析。设计电机调速系统时应综合考虑各方面的因素,按全局最优的观点正确选择合理的阶次。工程设计方法的基本思路是先选择调节器的结构，以确保系统的稳定性，同时满足所需要的稳态精度；再选择调节器的参数，以满足动态性能指标。应用到双环调速系统中，先从电流环入手，按上述原则设计好电流调节器，然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个等效环节，再设计转速调节器。2.系统工作原理转速-电流双闭环直流调速系统的结构如图1所示。系统转速的给定信号与反馈信号的差值输入到转速调节器AS