双闭环系统仿真（最后稿）.doc

直流双闭环调速系统仿真 PAGE PAGE 8 PAGE 8 直流双闭环调速系统仿真 摘要：从直流电动机的工作原理入手，建立双闭环直流调速系统的数学模型，并详细分析系统的原理及其静态和动态性能，且利用Simulink对系统进行各种参数给定下的仿真。 关键词：双闭环；直流调速系统；Simulink仿真 1 引言 直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。由于直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动自动控制系统有调速系统﹑位置系统等多种类型，各种系统往往都是通过控制转速来实现的，因此调速系统是最基本的电力拖动控制系统。 各高校自动化专业实验室里一般都有电气传动控制系统教学设备，实验台采用非标电机配套，所以参数不准确，故按工程设计参数后并不能获得理想性能。本文在实验台测得现场数据，应用Matlab中的simulink软件建立直流双闭环调速系统仿真模型，对系统的跟随性能以及抗扰性能进行了分析，作为实验参考数据，而不必对实物模型进行反复拆装调试，得到比较满意的动态性能。 2双闭环直流调速系统的组成与原理 图2.1 双闭环直流调速系统的原理图 电动机在启动阶段,电动机的实际转速(电压)低于给定值,速度调节器的输入端存在一个偏差信号,经放大后输出的电压保持为限幅值,速度调节器工作在开环状态,速度调节器的输出电压作为电流给定值送入电流调节器, 此时则以最大电流给定值使电流调节器输出移相信号,直流电压迅速上升,电流也随即增大直到等于最大给定值, 电动机以最大电流恒流加速启动。电动机的最大电流(堵转电流)可以通过整定速度调节器的输出限幅值来改变。在电动机转速上升到给定转速后, 速度调节器输入端的偏差信号减小到近于零,速度调节器和电流调节器退出饱和状态,闭环调节开始起作用。对负载引起的转速波动,速度调节器输入端产生的偏差信号将随时通过速度调节器、电流调节器来修正触发器的移相电压,使整流桥输出的直流电压相应变化,从而校正和补偿电动机的转速偏差。另外电流调节器的小时间常数, 还能够对因电网波动引起的电动机电枢电流的变化进行快速调节,可以在电动机转速还未来得及发生改变时,迅速使电流恢复到原来值,从而使速度更好地稳定于某一转速下运行。 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，二者之间实行嵌套联接，如图2.1。在结构上，电流环作为内环，转速环作为外环，形成了转速、电流双闭环调速系统。为了获得良好的静、动态特性，转速和电流两个调节器采用PI调节器。 转速调节器和电流调节器在双闭环直流调速系统中的作用如下： 1．转速调节器的作用 (1)转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速刀很快地跟随给定电压变 化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差。 (2)对负载变化起抗扰作用。 (3)其输出限幅值决定电机允许的最大电流。 2．电流调节器的作用 (1)作为内环的调节器，在外环转速的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟 随其给定(即外环调节器的输出量)变化。 (2)对电网电压的波动起到及时抗扰的作用。 (3)在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。 3 双闭环直流调速系统的静特性分析和稳态结构图 分析静特性的关键是掌握PI调节器的稳态特征，一般使存在两种状况：饱和—输出达到限幅值，不饱和—输出未达到限幅值。当调节器饱和时，输出为恒值，输入量的变化不再影响输出，除非有反向的输入信号使调节器退出饱和，换句话说，饱和的 调节器暂时隔断了输入和输出的联系，相当于使该调节环开环。当调节器不饱和时，PI的作用使输入偏差电压ΔU在稳态时总为零。 实际上，在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的。因此，对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况。 （1）转速调节器不饱和 这时，两个调节器都不饱和，稳态时，它们的输入偏差电压都是零，因此， （3-1） （3-2） 由第一个关系式可得： （3-3） 从而得到图2.2所示静特性曲线的CA段。与此同时，由于ASR不饱和，可知，这就是说，CA段特性从理想空载状态的=0一直延续到。一般都是大于额定电流Idn的。这就是静特性的运行段，它是一条水平的特性。 （2）转速调节器饱和 这时，ASR输出达到限幅值Uim*，转速外环呈开环状态，转速的变化对系统不再产生影响。双闭环系统变成了一个电流无静差的单电流闭环调节系统。稳态