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基于Matlab_Simulink双闭环调速系统设计及仿真75
第25卷第3期佳木斯大学学报(自然科学版)200；文章编号:07)03-0；Vol.25No.3；May2007；基于MatlabΠSimulink双闭环调速系统；杨怀林；(江苏财经职业技术学院,)；要:,进行参数的计算和校验;给出系统动态结构图,；关键词:;ΠSimulink仿真文献标识码:A一；以满足动态性能指标.本文根据计算调节
　第25卷第3期　　　　　佳木斯大学学报(自然科学版)　　　2007　年05月　　　　　JournalofJiamusiUniversity(NaturalScienceEdition)　　文章编号:07)03-0339-03Vol.25No.3May　2007基于MatlabΠSimulink双闭环调速系统设计及仿真杨怀林(江苏财经职业技术学院,)　要:　,进行参数的计算和校验;给出系统动态结构图,建立起动仿真模型.分析系统起动的转速和电流的仿真波形,并进行调试.关键词:　;ΠSimulink仿真文献标识码:　A　　一些工业设备,如可逆轧钢机、龙门创床等,需要正、反转运行,要求尽可能地缩短起动、制动过程的时间,而且要有良好的起动、制动特性.直流电动机双闭环调速系统具有极好起动、运行和控制性能,在工业生产特别是冶金工业中运用非常广泛.直流电机双闭环调速系统的工程设计主要是设计两个调节器.调节器的设计一般包括两个方面:第一选择调节器的结构,以确保系统稳定,同时满足所需的稳态精度.第二选择调节器的参数,以满足动态性能指标.本文根据计算调节器的时间常数,选择调节器的结构,再通过计算确定两个调节器的参数,最后采用Simulink进行仿真,得到调速系统的起动波形和扰动曲线.由仿真结果可以看出,能够得到比较满意的结果,由此证明系统的可行性,能实现理想起动.调速系统的基本数据如下:晶闸管三相桥式全控整流电路供电的双闭环直流调速系统,直流电动Ω,允机:220V,136A,1460rΠmin,电枢电阻Ra=0.2许过载倍数λ=1.5;电枢回路总电阻:R=0.5Ω,电枢回路总电感:L=15mH,电动机轴上的总飞轮22力矩:GD=22.5N?m,晶闸管装置:放大系数Ks=40,电流反馈系数:β=0.05VΠA,转速反馈系数:α=0.007VminΠr,滤波时间常数:Toi=0.002s,Ton=0.01s①摘1　双闭环调速系统的组成为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用,在系统中设置了两个调节器,分别调节转速和电流,二者之间实行串联连接.把转速调节器ASR的输出当作电流调节器ACR的输入,再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置GT,TA为电流传感器,TG为测速发电机.从闭环结构上看,电流调节环在里面,叫做内环,转速调节环在外边,叫做外环,这样就形了转速、电流双闭环调速系统.如图1所示.图1　转速、电流双闭环调速系统设计要求:(1)稳态指标:转速无静差;(2)动态指标:电流超调量σ5%,空载起动i≤到额定转速的转速超调量σ10%n≤先从电流环入手,首先设计好电流调节器,然后把整个电流环看作是转速调节器的一个环节,再设计转速调节器.2.1　电流调节器的设计2.1.1　计算时间常数2　双闭环直流调速系统的设计建立双闭环调速系统的动态结构,如图2所示.经查表,三相桥式电路的平均失控时间Ts=0.00167s,电流环小时间常数T∑i=Ts+Toi=0.①收稿日期:作者简介:杨怀林(1967-),男,江苏淮安人,江苏财经职业技术学院讲师.340佳木斯大学学报(自然科学版)=0.03sR2007年00367s,电枢回路的电磁时间常数T1=2.1.2　确定电流调节器结构和参数领先时间常数.其中τi=T1=0.003s,为满足的要求,应取K1TΣi=0.5因此:K1=2s-12T∑i=136.根据性能指标要求σi≤5%,且T1/T∑i=T1Toi+Ts,于是可以求得ACR的比例放大系数Ki==8.1744&10τβKs=1.022为了使电流环稳态上做到无静差以获得理想的堵转特性,动态上保持电动机电枢电流的不超调,保证系统的跟随性.把电流环校正成典型I系统,其传递函数为:KiWACR(s)式中Ki,τiW(0.03s,满足晶闸管整流装置传递函数近似条件,也满足电流环小时间常数近似处理条件,设计后电流环可以达到的动态指标σ5%i=4.3%≤满足设计要求.图2　电流、转速双闭环调速系统的动态结构图2.2　速度调节器的设计2.2.1　计算时间常数转矩电流比:Cm=πCe=1.26NmΠA电力拖动系统的机电时间常数:Tm==0.18s,则Kn=11.7375CeCm2电流环等效时间常数:2T∑i=0.00734s转速环小时间常数:T∑n=2T∑i+Ton=0..2　确定转速调节器结构和参数在转速调节器设计时,可以把已经设计好的电流环作为转速环的控制对象.为了实现转速无静差,提高系统动态抗扰性能,转速调节器必须含有积分环节,又考虑到动态要求,因此把转速环设计成典型II型系统,其传递函数为:(τns+1)WASR(s)=Knτns式中Kn,τn分别为转速调节器的比例放大系数和领先时间常数.取中频宽h=5,则ASR的领先时间常数:τn=hT∑n=0.0867s,按Mrmin准则确定参数关系,转速环开环放大系数:-1KN==399.1s222hT∑n则转速调节器的传递函数为:Kn(τns+1)WASR(S)=τns==0.7s经过校验,满足电流环传递函数等效条件,也能满足转速环小时间常数近似处理条件,转速超调量σn=8.3%≤10%满足设计要求.为保证电流调节器与转速调节器中的运算放大器工作在线性特性段以及保护调速系统的各个元件、部件与装置不致损坏,在电流调节器与转速调节器的输出端设置了限幅装置,幅值限制为-5～+5.3　MatlabΠSimulink仿真3.1　系统起动过程的仿真3.1.1　构建仿真模型Simulink是MATLAB的一个用来进行动态系则ASR的比例放大系数为:τβ()βCKn==,ααR2hRT∑n第3期杨怀林:基于MatlabΠSimulink双闭环调速系统设计及仿真341统仿真、建模和分析的软件包,Simulink为用户提供了使用系统模型框图进行组态的仿真平台.只需根据所建立的数学模型,从Simulink模块库中选取合适的模块组合在一起,并根据一些具体要求设置好各模块参数即可进行仿真.根据图2和上面计算出的相关参数,建立双闭环直流调速系统的MatlabΠSimulink动态仿真模型,如图3所示.3.1.2　仿真运行Simulink仿真模型,输出示波器,得出电流与转速的仿真曲线,如图4所示.施加阶跃信号,,,如图5.图3　双闭环调速系统的模块图(a)　输出电流I波形图　　　　　　　　　　　　　　　(b)　输出转速n波形图图4　电流与转速的仿真波形图3.2　仿真结果分析设置双闭环控制的一个重要目的就是要获得接近于理想的起动过程,因此,在分析其动态性能时,首先要探讨起动过程:双闭环调速系统突加给定电压Un由静止状态起动时,转速和电流在起动过程中经历电流上升、恒流升速、转速调节这三个阶段,概括起来有三点:(1)转速调节器ASR从起动到稳速运行经历了两个状态,即饱和限幅输出和线性调节状态.(2)电流调节器ACR从起动到稳速运行只工作在一种状态,即线性调节状态.(3)如图4所示,电动机的起动特性已经比较接近理想特3扰性能进行仿真后,如图5所示,便知这个直流双闭环调速控制系统抗扰性能比较好.综上所述,这个调速系统起动特性好、超调量小、抗扰性好,设计比较合理.图5　转速环的阶跃扰动响应曲线性,说明该系统的设计对于起动特性来说已经达到预期的要求,有着饱和非线性控制、时间最优控制和转速超调的特点.从图4输出转速n和电流I的波形可看出,起动电流最初上升迅速但超调量较小,当电机被起动后它很快又返回并保持为额定电流,满足电机要求.转速在起动电流的作用下平滑上升至电机额定转速稳定运行,其超调量亦非常小.在对系统的抗4　结　论本文通过直流电机转速、电流双闭环调速系统数学模型,对电流调节器和转速调节器进行的设计,选择了调节器的类型,给出了系统动态结构图并进行了仿真和分析.双闭环调速系统是基于“最短时间控制”原则设计的,在充分发挥电机过载能力的同时,可以获得良好的静、动态性能,在实际工(下转348页)程中有一定的应用价值.348佳木斯大学学报(自然科学版)学出版社,2002.2007年法在被控系统的超调量、调节时间和稳态误差等性能指标上都强于传统的PID控制方法和模糊控制方法,因此这种控制方法能够改善控制器对温度的控制性能.参考文献:[1]　汤兵勇、路林吉,模糊控制理论与应用技术[M].北京:清华大[2]　张化光、何希勤,模糊自适应控制理论及其应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002.[3]　薛钧义、武自芳,微机控制系统及其应用[M].西安:西安交通大学出版社,2003.[4]　刘金琨,先进PID控制及其MAT[M].北京:电子工业出版社,2003.ResearchonAdaptive-fuzzy-emperatureControlLIUXiang-dong,　11,2,-hui,　WANGShu-yun32,4(1.CollegeofMechanicalE.SchoolofMechanicalandElectronicEngineering,HarbinEngineeringU,,echnologyBureauofArmy92819,Shenyang.NavyFlyingAcademy,Huludao121500,Abstract:　firstlypresentsthestructureandprincipleofAdaptive-fuzzy-PIDControllerandusesittomodifytheparameterofPIDcontrolleronlinebyusingtheruleroffuzzycontrol,thenthiscontrollerisrealizedbymeansofsoftwareofSIMULINKandfuzzy-controllogictoolbox.Keywords:　PIDMATLABΠSIMULINK(上接341页)参考文献:[1]　洪乃刚,等.电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真[M].北京:机械工业出版社,.[2]　尔桂花窦曰轩.运动控制系统[M].北京:清华大学出版社,.[3]　姚建红,等.基于MatlabΠSimulink双闭环调速系统设计[J].佳[4]　张传伟,等.直流电机双闭环调速系统仿真研究[J].机床与液压,2005.2.[5]　王立红,等.基于MATLAB直流调速系统设计与仿真[J].辽宁工学院学报,2004.2.[6]　王卫红,等.MATLAB在双闭环调速系统教学中的应用[J].电气电子教学学报,2003.6.木斯大学学报(自然科学版),2006,(4).TheDesignandSimulationofDoubleClose-loopDCMotorControlSystemBasedonMatlabΠSimulinkYANGHuai-lin(JiangsuVocationalandTechnicalCollegeofFinance&Economics,Huaian223001,China)Abstract:　Accordingtotheengineeringdesignmethod,adoubleclosed-loopDCmotorcontrolsystemwasde2signed,amodulatorstructurewasselectedandcomputed,anditsparameterwascorrected.Dynamicstructureforspeedandcurrentclosedloopcontrolsystemwasestablished.Then,theMatlabΠSimulinkmodelofadoubleclosed-loopDCmotorcontrolsystemwasbuilt.Thespeedandcurrentwaveformwasanalyzedcarefully.Byagreatdealofsimulation,theDCmotorcontrolsystemwasmadebetterandmorereasonable.Keywords:　doubleclosed-loopDCMatlabΠSimulink包含各类专业文献、行业资料、生活休闲娱乐、各类资格考试、幼儿教育、小学教育、外语学习资料、文学作品欣赏、应用写作文书、专业论文、基于Matlab_Simulink双闭环调速系统设计及仿真75等内容。
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