文档介绍：安阳师范学院摘要直流电动机具有良好的起动、制动性能,宜于在大范围内平滑调速,在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看,直流调速还是交流拖动系统的基础。该系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器,构成了电流环和转速环,前者通过电流元件的反馈作用稳定电流,后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定,最终消除转速偏差,从而使系统达到调节电流和转速的目的。该系统起动时,转速外环饱和不起作用,电流内环起主要作用,调节起动电流保持最大值,使转速线性变化,迅速达到给定值;稳态运行时,转速负反馈外环起主要作用,使转速随转速给定电压的变化而变化,电流内环跟随转速外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流。并通过 Simulink 进行系统的数学建模和系统仿真,分析双闭环直流调速系统的特性。关键词: 双闭环,晶闸管,转速调节器,电流调节器, Simulink 1 转速控制的要求和调速指标在以下四项中,前两项属于稳态性能指标,后两项属于动态性能指标调速范围D生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围, 即 min max n nD?静差率 s 当系统在某一转速下运行时,负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落,与理想空载转速之比,称作静差率,即% 100 0???n ns nom 静差率是用来衡量调速系统在负载变化下转速的稳定度的。跟随性能指标在给定信号 R(t )的作用下,系统输出量 C(t) 的变化情况可用跟随性能指标来描述。具体的跟随性能指标有下列各项: 上升时间 rt ,超调量?, 调节时间 st 抗扰性能指标此项指标表明控制系统抵抗扰动的能力,它由以下两项组成:动态降落% max C?,恢复时间 vt .2 调速系统的两个基本矛盾在理解了本设计需满足的各项指标之后,我们会发现在权衡这些基本指标的两个矛盾,即(1)动态稳定性与静态准确性对系统放大倍数的要求互相矛盾; 安阳师范学院( 2)起动快速性与防止电流的冲击对电机电流的要求互相矛盾。采用转速负反馈和 PI调节器的单闭环调速系统,在保证系统稳定的条件下, 实现转速无静差,解决了第一个矛盾。但是,如果对系统的动态性能要求较高, 例如要求快速启制动,突加负载动态速降小等等,则单闭环系统就难以满足要求。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和转矩。无法解决第二个基本矛盾。在电机最大电流受限的条件下,希望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为允许的最大值,使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动,到达稳态后,又让电流立即降低下来,使转速马上与负载相平衡,从而转入稳态运行。在单闭环调速系统中,只有电流截止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 I dcr 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。带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动时的电流和转速波形如图 1a所示。 nI dnI dlt0 I dl a)b) 图1调速系统启动过程的电流和转速波形 a)带电流截止负反馈的单闭环调速系统的启动过程 b)理想快速启动过程当电流从最大值降低下来以后,电机转矩也随之减小,因而加速过程必然拖长。对于经常正反转运行的调速系统,尽量缩短起制动过程的时间是提高生产率的重要因素。为此,在电机最大电流(转矩)受限的条件下,希望充分地利用电机的过载能力, 最好是在过渡过程中始终保持电流( 转矩) 为允许的最大值, 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, 又让电流立即降低下来, 使转矩马上与负载平衡, 从而转入稳态运行. 这样的理想起动过程波形如图 2-2b 所示, 起动电流呈方形波,而转速是线性增长的。这是在最大电流(转矩)受限的条件下, 调速系统所能得到的最快的启动过程。实际上,由于主电路电感的作用,电流不能突变,图 1b 所示的理想波形只能得到近似的逼近,不能完全的实现。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, 希望只有转速反馈, 不再靠电流负反馈发挥主要作用, 而双闭环系统就是在这样的基础 nI dn0t 安阳师范学院上产生的。 3 系统的组成及各环节介绍转速、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 I dm 的恒流过程。按照反馈控制规律,采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变,那么,采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。所以