基于MATLAB-Simulink转速闭环直流调速控制系统的仿真研究.doc

基于MATLAB-Simulink转速闭环直流调速控制系统的仿真研究 第27卷第5期 2011年l0月 山西大同大学(自然科学版) JournalofShanxiDatongUniversity(NaturalScience) V0l_27.No.5 Oct201l 文章编号:1674-0874(2011)05-0033—04 基于MATLAB/Sjmu¨nk转速闭环 直流调速控制系统的仿真研究 钮王杰.,张斌超,刘春艳 (1.运城学院机电工程系,山西运城044000;2.阳城国际发电有限责任公司,山西晋城048102) 摘要:以转速闭环调速系统为控制对象,采用MATLAB/SIMULINK平台建立系统的仿真模型,通过改变额 定转速值和放大倍数的大小,来分析直流调速系统的转速和转矩响应过程.仿真结果表明:在参数改变的情况 下,转矩和转速响应的快速性,平稳性,稳定性都比较好,整个系统的参数设计满足要求. 关键词:Simulink;直流调速;闭环 中图分类号:TP376文献标识码:A 直流调速系统具有调速范围广,精度高,动态 性能好和易于控制等优点,所以长期以来,它一直 占据垄断地位,在许多工业部门,如轧钢,矿山采 掘,纺织,造纸等需要高性能调速的场合得到广泛 的应用.从控制技术的角度来看,直流调速系统又 是近年迅速发展的交流调速系统的基础,因而研究 直流调速系统有非常重要的应用价值.MATLAB软 件以其方便,快捷,高效等优点而被广泛的应用于各 个领域的研究,其中Simulink平台,更是以其丰富 的模块库,为各种仿真和计算提供了极大的便利f. 本文以转速闭环调速系统为控制对象,采用 MATLAB/Simulink平台建立系统的仿真模型,通 过改变额定转速值和放大倍数的大小,来分析不同 参数下直流系统的转速和转矩响应过程. 1转速闭环调速系统的工作原理 图1转速闭环调速系统 转速闭环调速系统的调节量是转速,所以闭环 系统是在电动机轴上安装一台测速发电机TG,从 而引出与转速成正比的负反馈电压,与转速 给定电压比较后,得到偏差电压△,经放大器 A放大后产生触发器GT的控制电压,用以控制 电动机的转速.这就组成了转速反馈控制的调速系 统,其原理框图见图1. 系统中各环节的稳态输入输出关系如下: 电压比较环节的输出为 △=一,(1) 其中,为转速给定电压,为负反馈电压. 放大器的输出为 =Kp△Un,(2) 其中,为放大器的电压放大系数. 晶闸管整流器及触发装置的输出为 = KsA,(3) 其中,为晶闸管整流器及触发装置的电压放大 系数. 晶闸管一电动机系统一M系统)开环机械特性为 n::,(4) e 其中,为电动机额定励磁下的电动势转速比, V?min/r;R一电枢电阻;厶为电动机电枢瞬时电 流;n为转速. 转速检测环节为 =ol2C~//,=0cn(5) 其中,Ol:为反馈电位器分压比;为测速发电机 收稿日期:201l—06—28 作者简介:钮王杰(1963一),男,山西稷山人,硕士,副教授,研究方向:电路一与控制. 山西大同大学(自然科学版)2011正 额定磁通下的电动势转速比V?min/r;为转速反 馈系数,=o~2Cetg. 直流电动机有两个独立的电路:一个是电枢回 路,另一个是励磁回路.直流电动机各物理量间的 基本关系式如下: U:+单+E口. Te=KId=Cd 一 死=-~-(/rb,)=丧×dn (6) (7) (8) E=Cen(9) 其中,,厶为电动机电枢瞬时电压,电流;为负 载电流;R为电枢电阻;L为电枢电感;为电磁 转矩;K为转矩常量;死为负载转矩;cm为电动 机额定励磁下的转矩电流比N?m/A. = 30e/订,(10) 其中,e为电动机额定励磁下的电动势转速比, 为转速惯量, = GD/375;(11) 其中,GD为电力拖动运动部分折算到电动机轴上 的飞轮惯量. 由以上公式可知,在平衡状态,电动机的电磁 转矩的大小主要取决于负载转矩,即电枢电流 厶的大小,可见直流调速系统实质上是控制电动机 的转矩来完成的. 2转速闭环系统的数学模型 根据图1各环节的稳态输入输出关系,可画出 转速负闭环调速系统的控制结构图,如图2所示. 图2转速负反馈单闭环调速系统稳态结构图 图2中各方块的符号代表该环节的放大系数, 也称传递函数.由以上各关系式中消去中间变量, 得到系统的静特性方程式为 = c一l+k”一(1+/)一(1+)() 其中,K为闭环系统的开环放大系数,,_K0|/C. 电动机转速降为 .(13) 该系统在电动机负载增加时,转速将下降,转 速反馈减小,而转速的偏差△将增大,见(1) 式.同时放大器输出增加,并经移相触发器使 整流器输出电压增加,电枢电流增加,从而使 电动机电磁转矩增加,转速也随之升高,补偿了负