1、141、 . 我 们 打 败 了 敌 人 。 我 们 把 敌 人 打 败 了 。电 力 拖 动 控 制 课 程 论 文题 目 转速电流双闭环直流调速 专 业 电气工程及其自动化 姓 名 陈 琪 班 级 06 电气 学 号 06312109 执行学期 2008-2009-2 江苏技术师范学院电力拖动论文第 2页 共 14页基于 MATLAB的转速电流双闭环直流调速的仿真报告摘要：本文分析了转速电流双闭环直流调速系统采用常规 PI 调节器进行速度控制是存在的输出限幅和转速超调的问题，并给了解决超调问题的各种控制方案。本文针对内模控制在闭环直流调速系统中的应用，给出了实验结果，并和常规 PI 调节器
2、进行速度控制时的系统进行比较，使学生认识到采用合适的控制方案不仅可以成功消除电机在起动过程中的转速超调，而且使系统获得良好的动态和静态性能。关键词：双闭环直流调速系统;限幅；调节器；Matlab 仿真Abstract: This paper analyzes the current two-speed closed-loop DC speed control system using conventional PI regulator for speed control is there and the speed limiter output overshoot, and to resolv
3、e the overshoot of the various control programs. In this paper, internal model control for DC drive system in the closed-loop application, the experimental results and conventional PI regulator speed control system when compared to enable students to understand how to use the appropriate control sch
4、eme can not only successfully removed from the electrical In the start-up speed in the process of overshoot, and allowing the system to obtain good dynamic and static performance. Key words: Double Loop DC Motor Control systems; limiter; regulator; Matlab simulation江苏技术师范学院电力拖动论文第 3页 共 14页前言在现代化的工业生
5、产过程中，许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求有良好的稳态、动态性能。而直流调速系统调速范围广、静差率小、稳定性好，过载能力大，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无极快速起制动和反转等良好的动态性能，能满足生产过程自动化系统中各种不同的特殊运行要求。在高性能的拖动技术领域中，相当长时期内基本几乎都采用直流电力拖动系统。开环直流调速由于自身的缺点几乎不能满足生产过程的要求，在应用广泛的双闭环直流调速系统中，传统的 PID 控制已经得到比较成熟的应用，但是受电动机负载等非线性因素的影响，传统的控制策略在实际应用中难以保持设计是的性能。由于模拟控制技术的日渐成熟，又由于模糊控制
6、不依赖于被控对象的精确数字模型，能够克服非线性因素的影响，对调节对象参数变化具有较强的鲁棒性，所以将模糊控制与传统的 PID 控制结合可以起到满意的控制效果，在此基础上提出自调整因子 模糊控制器，根据控制的误差值，通过适当的调节规则来调整一些控制参数值，从而用于高精度直流调速系统中，具有响应快、超速小，对系统参数及结构变化适应性强的优点。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，
7、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。江苏技术师范学院电力拖动论文第 4页 共 14页一、 转速电流双闭环直流调速系统的原理1、原理为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置两个调节器分别调节转速和电流，即分别引进转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套联接，把转速调节器的输出当做电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器 UPE。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、电流双闭环调速系统。为了获得良好的
8、静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用 PI 调节器，它们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imU了电流给定电压的最大值，电流调节器 ACR 的输出限幅电压 限制了电力电c子变换器的最大输出电压 。dmU2、 各参数的理论计算a、电流环的控制对象是双惯性型的，传递函数可以写成： sKsWiACR)1()由上式可以看出，电流调节器的参数是 和 ，其中 已经选定，可根据iKii动态性能指标选取。在一般情况下，希望电流超调量 ，查表知，可选择5%i， ，则 ，再由公式推导得0.70.5iIk12IciikwT)(2isisi TKRTKllb、转速调节器的传递函数
9、是： sKsWnASR)1()江苏技术师范学院电力拖动论文第 5页 共 14页转速调节器的参数包括 Kn 和 n。按照典型型系统的参数关系，有， ，因此 。至于中频宽 h 应选择多少，nhT2nN1ThKnme2)1(RThC要看动态性能的要求决定.无特殊要求时，一般可选择 h=5 为好。二、仿真过程1、仿真原理图根据实验原理图在 Matlab 软件环境下查找器件、连线，接成入上图所示的线路图。3、具体步骤a、点击 图标，打开 Matlab 软件，在工具栏里根据提示点击 ，再点击matlab help，打开一个对话框，点击 里的 new model，创建一个文件头为 的新文件。b、点击工具栏的
10、 ，打开元器件库查找新的元器件。江苏技术师范学院电力拖动论文第 6页 共 14页如果不知在哪里找到元器件，可以在 里输入元器件的名称，键入 ENTER即可查找。4、所用元器件及其参数设置a、GOUND(output) 点击 找到b、三相交流电源 V1、V2、V3设置三相电压都为 220V，两两之间相位差为 120，分别为 0、-120、-240。江苏技术师范学院电力拖动论文第 7页 共 14页c、Voltage Measurement（电压测量表）m1、m2、m3d、Constent（信号发生器）输入一个信号，参数值各不一样，以一种情况为例。e、Synchronized 6-pulse gen
11、erator同步 6 脉冲触发器，由 Fcn 将 ACR 输出转换成脉冲控制角 。而输入端 Block 用于控制触发脉冲的输出，在该端置“0” ，则有脉冲输出；如果设置为“1” ，则没有脉冲输出，整流器也不会工作。江苏技术师范学院电力拖动论文第 8页 共 14页f、Universal Bridge普通的桥电路起着过载保护作用，防止电流过大烧坏电机。g、DC Machine（直流电动机）F+和 F-是直流电机励磁绕组的连接端，A+和 A-是电机电枢绕组的联结端，TL 是电机负载转矩的输入端。m 端用于输出电机的内部变量和状态，在该端可以输出电机转速、电枢电流、励磁电流和电磁转矩四项参数。江苏技术
12、师范学院电力拖动论文第 9页 共 14页修改参数电枢电阻和电感（Armature resistance and inductance）为0.21 0.0021，励磁电阻和电感（Field resistance and inductance）为146.7 0，励磁和电枢互感（Field-armature mutual inductance）为 0.84，转动惯量（Total inertia）为 0.572，粘滞摩擦系数（Viscous friction coefficient）为 0.01，库仑摩擦转矩（Coulomb friction torque）为 1.9，初始角速度(initial speed)为 0.1。h、直流电源修改 Amplitude 即改变了电压源的幅值。这里此模块用作直流电动机的励磁电源，幅值为 220V。i、PI 调节器江苏技术师范学院电力拖动论文第 10页 共 14页分别作为转速调节器 ASR 和电流调节器 ACR，ASR 的输出作为 ACR 的输入，起到限幅的作用。j、Gain（双击 Gain 可修改增益）k、Saturation（反馈深度）
