文档介绍：目录
摘要.........................................................2
关键词.......................................................2
1引言.......................................................2
2双闭环调速系统的原理.......................................3
3双闭环调速系统的优点......................................4
4转速、电流双闭环控制系统..................................5
5电流环与转速环的设计................................8
6双闭环调速系统在Simulink环境下的仿真......................13
7小结....................................................16
致谢.........................................................16
参考文献...................................................17
基于MATLAB的双闭环直流调速系统设计
摘要:本文介绍了基于工程设计对直流调速系统的设计,根据直流调速双闭环控制系统的工作原理,设计了基于PID控制的转速控制环和电流控制环。详细分析了系统的起动过程及参数设计,运用Simulink对直流电动机双闭环调速系统进行数学建模和系统仿真。根据仿真结果分析该调速系统满足我们的设计要求。
关键词:双闭环控制系统;Simulink;电流控制环;转速控制环;
调速系统是当今电力拖动自动控制系统中应用最广泛的一中系统。目前对调速性能要求较高的各类生产机械大多采用直流传动,简称为直流调速。早在20世纪40年代采用的是发电机-电动机系统,又称放大机控制的发电机-电动机组系统。这种系统在40年代广泛应用,但是它的缺点是占地大,效率低,运行费用昂贵,维护不方便等,特别是至少要包含两台与被调速电机容量相同的电机。为了克服这些缺点,50年代开始使用水银整流器作为可控变流装置。这种系统缺点也很明显,主要是污染环境,危害人体健康。50年代末晶闸管出现,晶闸管变流技术日益成熟,使直流调速系统更加完善。晶闸管-电动机调速系统已经成为当今主要的直流调速系统,广泛应用于世界各国。
近几年,交流调速飞速发展,逐渐有赶超并代替直流调速的趋势。直流调速理论基础是经典控制理论,而交流调速主要依靠现代控制理论。不过最近研制成功的直流调速器,具有和交流变频器同等性能的高精度、高稳定性、高可靠性、高智能化特点。同时直流电机的低速特性,大大优于交流鼠笼式异步电机,为直流调速系统展现了无限前景。单闭环直流调速系统对于运行性能要求很高的机床还存在着很多不足,快速性还不够好。而基于电流和转速的双闭环直流调速系统静动态特性都很理想。
ASR(速度调节器)根据速度指令Un*和速度反馈Un的偏差进行调节,其输出是电流指令的给定信号Ui*(对于直流电动机来说,控制电枢电流就是控制电磁转矩,相应的可以调速)。
ACR(电流调节器)根据Ui*和电流反馈Ui的偏差进行调节,其输出是UPE(功率变换器件的)的控制信号Uc。进而调节UPE的输出,即电机的电枢电压,由于转速不能突变,电枢电压改变后,电枢电流跟着发生变化,相应的电磁转矩也跟着变化,由Te-TL=Jdn/dt,只要Te与TL不相等转速会相应的变化。整个过程到电枢电流产生的转矩与负载转矩达到平衡,转速不变后,达到稳定。
3双闭环调速系统优点
一般来说,我们总希望在最大电流受限制的情况下,尽量发挥直流电动机的过载能力,使电力拖动控制系统以尽可能大的加速度起动,达到稳态转速后,电流应快速下降,保证输出转矩与负载转矩平衡,进入稳定运行状态[1]。这种理想的起动过程如图1所示。为实现在约束条件快速起动,关键是要有一个使电流保持在最大值的恒流过程。根据反馈控制规律,要控制某个量,只要引入这个量的负反馈。因此采用电流负反馈控制过程,起动过程中,电动机转速快速上升,而要保持电流恒定,只需电流负反馈;稳定运行过程中,要求转矩保持平衡,需使转速保持恒定,应以转速负反馈为主。采用转速、电流双闭环控制系统。如图2所示。
0
n
n
t
图1理想启动过程
图2 双闭环直流调速控制系统原理图
图3 双闭环直流调速系统动态结构图