双闭环直流调速系统设计及matlab仿真验证(汇编.docVIP

双闭环直流调速系统设计与MATLAB仿真验证 班 级: 姓 名: 学 号： 指导教师： 摘要：对双闭环直流调速系统的电流调节器和速度调节器用PID调节器进行设计，该方法比以前常用的PI调节器大大地减小饱和超调，仿真结果表明，该方法十分有效。 关键词：直流调速系统；调节器；超调；仿真 1双闭环直流调速系统 1.1双闭环直流调速系统的介绍 双闭环直流调速系统，是单闭环直流调速系统的基础上发展起来的.转速单闭环调速系统使用PI调节器，可以实现转速的无静差调速，采用电流截止负载环节，限制了起（制）动时的最大电流。这对一般的要求不太高的调速系统，基本上已能满足要求，但电流环只是在超过临界电流值以后，强烈的负反馈作用限制电流冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。起动（调整时间）的时间就比较长。在实际工作中为了尽快缩短过渡时间，希望能够充分利用晶闸管元件和电动机所允许的过载能力，使起动的电流保护在最大允许值上，并且始终允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动，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。这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。这是在最大电流（转矩）调速系统所能得到的最快的起动过程。 (1)带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动过程 (2)时间最优的理想过渡过程 图1-1 调速系统起动过程的电流和转速波形 实际上，由于主电路电感的作用，电流不能突，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。问题是在启动过程中只有电流负反馈，，稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不电流负反馈发挥作用。为了达到1.1节分析后的目的，系统采用转速、电流双闭环直流调速系统。分别引入转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流，二者之间实行嵌套连接，如图1-2所示。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。这就形成了转速、电流反馈控制直流调速系统。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。 图1-2 转速、电流反馈控制直流调速系统原理图 图中、—转速给定电压和转速反馈电压；、—电流给定电压和电流反馈电压； ASR—转速调节器； ACR—电流调节器；TG—测速发电机；TA—电流互感器；UPE—电力电子变换器。 本设计采用三相全控桥整流电路，该电路能为电动机负载提供稳定可靠的电源，改变控制角的大 图1-3 双闭环直流调速系统的稳态结构图 —转速反馈系数 —电流反馈系数 1.4双闭环直流调速系统的动态数学模型 图1-4 双闭环直流调速系统的动态结构图 其中和分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数。为了引出电流反馈，在动态结构图中引出相应的电枢电流，而表示转速反馈系数，表示电流反馈系数。 1.4.1起动过程分析 图1-5 双闭环直流调速系统起动过程的转速和电流波形 从电流与转速变化过程所反映出的特点可以将起动过程分为电流上升、恒流升速和转速调节三个阶段： 电流上升阶段：突加给定电压后，经过两个调节器的跟随作用，、、 均上升，但是在没有达到负载电流以前，电动机还不能转动。当后，电动机开始起动，由于几点惯性的作用，转速不会很快增长，因而转速调节器ASR的输入偏差电压（）的数值仍较大，其输出电压保持限幅值，强迫电枢电流迅速上升直到，，电流调节很快就压制了的增长。该阶段结束，此阶段中，ASR很快进入并保持饱和状态，而ACR一般不饱和。 恒流升速阶段：此阶段中，ASR始终是饱和的，转速换相当于开环，系统成为在恒值电流给定下的电流调速系统，基本上保持电流很定，因而系统加速度恒定，转速呈线性增长（见图1-5）。 转速调节阶段：当转速上升到给定值是，转速调节器ASR的输入偏差为零，但其输出却由于积分作用还维持在限幅值，所以电动机仍在加速，使转速超调。转速超调后，ASR输入偏差为负，使它开始推出饱和状态，电动机开始在负载的阻力下调速，直到稳态。此阶段中，ASR和ACR都不饱和，ASR起主导的转速调节作用，而ACR则力图使很快地跟随其给定值。 起动过程归纳的特点有：（1）饱和非线性控制；（2）转速超调；（3）准时间最优控制。 2双闭环控制直流调速系统的设计 2.1电流调节器的设计 2.1.1电流调节器的工作原理及作用 电流调节器有两个输入信号。一个是转速调节器输出反映偏差大小的主控信号*，一个是由交流互感器测出的反映主回路电流反馈信号，当突加一个很大的给定速度输入值，其输出整定在最大饱和值上，与此同时电枢电流为最大值，从而电动机在加速过程中始终保持在最大转距和最大