转速电流双闭环直流调速系统仿真设计.doc

转速电流双闭环直流调速系统仿真

摘要：本设计主要研究了直流调速转速电流双闭环控制系统以及对MATLAB软件的使用。系统模型由晶闸管—直流电动机组成的主电路和转速电流调节器组成的控制电路两部分组成。主电路采用三相可控晶闸管整流电路整流，用PI调节器控制,通过改变直流电动机的电枢电压从而进行调压调速。控制电路设置两个PI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.二者实行嵌套连接，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE,形成转速电流双闭环直流调速系统。在Simulink中建立仿真模型，设置各个模块的参数，仿真算法和仿真时间，运行得出仿真模型的波形图。通过对波形图的分析,说明直流调速转速电流双闭环控制系统具有良好的静态和动态特性.

关键词:双闭环直流调速系统，MATLAB/SIMULINK仿真，ASR,ACR。

课程概述：直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。随着交流调速的迅速发展,交流调速技术越趋成熟，以及交流电动机的经济性和易维护性，使交流调速广泛受到用户的欢迎。但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场，并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。但如果对系统的动态性能要求较高，如要求快速起制动、突加负载动态速降时，单闭环系统就难以满足.这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程中的电流或转矩。在单闭环系统中，只有电流截至负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只是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,并不能很理想的控制电流的动态波形。实际工作中,在电机最大电流受限的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流转矩为允许最大值,使电力拖动系统尽可能用最大的加速度启动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。实际上，由于主电路电感的作用，电流不能突跳，为了实现在允许条件下最快启动,关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程，按照反馈控制规律，电流负反馈就能得到近似的恒流过程。问题是希望在启动过程中只有电流负反馈，而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器的输入端，到达稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不要电流负反馈发挥主作用，因此需采用双闭环直流调速系统。这样就能做到既存在转速和电流两种负反馈作用又能使它们作用在不同的阶段。其次并基于双闭环的电气原理图的SIMULINK的仿真，分析了直流调速系统的动态抗干扰性能。采用工程设计方法对双闭环系统进行合理的设计，并选择了转速调节器，电流调节器以及对它进行参数的计算,分析，得出了系统的的稳态以及动态结构图，并由此建立起了基于跟随性和抗干扰性的SIMULINK的仿真模型。最后分析了仿真波形，并进行了合理的调试，规划结构，反复试凑以解决系统的稳、准、快和抗干扰等各方面的矛盾，达到建立更简便实用的工程设计方法的可能！

一．转速电流双闭环直流调速系统仿真的原理

1.1系统的组成

转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能很好、应用最广的直流调速系统.采用PI调节的单个转速闭环调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。但是对系统的动态性能要求较高的系统,单闭环系统就难以满足需要了。

为了实现在允许条件下的最快启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值Idm

为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可以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（或称串级）联接，如图1—1所示。把转速调节器的输出当作电流调节器的输入,再把电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE.从闭环结构上看,电流环在里面，称作内环;转速换在外边，称作外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统.

图1-1转速、电流双闭环直流调速系统

1。2系统的原理图

为了获得良好的静、动态性能,转速和电流两个调节器一般都采用PI调节器，这样组成的直流双闭环调速系统原理图如图1-2所示。图中ASR为转速调节器，ACR为电流调节器，TG表示测速发电机,TA表示电流互感器，UPE是电力电子变换器。图中标出了两个调节器出入输出电压的实际极性,它们是按照电力电子变换器的了控制电压UC为正电压的情况标出的,并考虑到运算放大器的倒相作用。图中还标出了两个调节器的输出都是带限幅作用的，转速调节器ASR的输出限幅电压决定了电流给定电压的最大值,电流调节器ACR的输出限幅电压Ucm限制了电力电子变换器的最大输出电压U

图1-2双闭环直流调速系统电路原理图

第二章转速