基于MATLAB_SIMULINK的双闭环直流调速系统仿真.pdf

第17卷第1期辽东学院学报(自然科学版)Vo.l17No.1
2010年3月JournalofEasternLiaoningUniversity(NaturalScience)Mar.2010

机械与电子工程

基于MATLAB/SIMULINK的双闭环直流调速系统仿真

*
沈凤龙

(辽东学院机电学院,辽宁丹东118003)

摘要:在直流双闭环调速系统教学中,电流环和转速环参数的简化计算是教学关键环节,文章针对
某双闭环直流调速系统,进行了参数的详细计算和电流环和转速环的设计,并采用MATLAB/SIMULINK
对实际系统进行了仿真,给出了起动过程中的电枢电流和转速变化的波形,并对结果进行了分析。结果表
明在实验中引入MATLAB/SIMULINK仿真是对实际实验的良好补充,能够加深学生对实验的认识。
关键词:双闭环;调速系统;MATLAB/SIMULINK;直流电机
中图分类号:TM331文献标志码:A文章编号:1673-4939(2010)01-0041-04

额定励磁下感应电动势为

转速、电流双闭环直流调速系统是性能很好、E=Cen(3)
应用最广的直流调速系统,是各种交、直流电力拖电磁转矩为
动自动控制系统的重要基础。具有调速范围宽、平
Te=CmId(4)
稳性好、稳速精度高等优点,广泛应用于冶金、建
对(1)(4)进行整理并取拉氏变换得
材、印刷、电缆、机床和矿山等行业,在拖动领域
[1,2]1
中发挥着极其重要的作用。用经典的动态校正
Id(s)R
=(5)
方法设计调节器需同时解决稳、准、快、抗干扰等Udo(s)-E(S)Tls+1
各方面互相矛盾的动态性能要求设计者具有较丰
,E(S)R
[3-5]=(6)
富的经验和熟练的技巧,不易为初学者掌握,Id(s)-IdL(s)Tms
作者采用双闭环调速系统的工程设计方法以某一调
230
TL负载转矩,GD飞轮惯量,Cm=Ce转矩
速系统给定参数为例,完成此调速系统的双闭环调
节器的设计,并采用MATLAB/SIMULINK进行仿L
系数,Tl电枢回路电磁时间常数Tl=,电力拖
真,探讨了工程设计和实际系统之间的差别。R
GD2R
1直流调速系统的动态数学模型动系统机电时间常数Tm=
375CeCm
1.1直流电机数学模型1.2调速系统其它环节
他励直流电动机等效电路的动态电压方程为直流双闭环调速系统包括电流环和速度环,其

dId中,转速调节器是转速跟随给定电压变化,采用
Udo=RId+L+E(1)
dtPI调节器可实现无静差调速,可以抗负载变化的
轴上动力学方程为
干扰;电流调节器跟随给定电压,对电网电压波动
GD2dn
Te-TL=(2)
375dt起抗干扰作用,加快动态过程。调速系统关键是转
速和电流调节器的设计。

*收稿日期:2010-01-20
作者简介:沈凤龙(1975!),男,黑龙江省肇东人,讲师,硕士,研究方向是电力电子与电力传动。
∀42∀辽东学院学报(自然科学版)第17卷

s-1满足近似条件;忽略反电动势变化对电流
2工程设计方法及实例
1
环动态影响的条件满足近似条件%ci>3
依据工程设计方法,首先选择调节器的结构,TmTl

满足稳态精度的同时保证系统稳定,接下来选择调1-1
=3=50.91s;电流环小时间常
节器的参数,满足动态性能指标的要求,以某双闭环0.112∃0.031
直流调速系统为例,采用三相桥式整流电路,已知参11
数近似处理条件满足近似条件%ci<
3TSToi
数为PN=555KW,UN=750V,IN=760A,nN=375

电动势系数电枢回路总11-1
r/min,Ce=1.82V∀min/r,==180.8s,电流环可以达
电阻R=0.14,允许电流过载倍数=1.5,触发30.0017∃0.002
到动态给随性能指标为!i#4.3%<5%。
整流环节的放大倍数KS=75,电磁时间常数Tl
2.2转速环的设计
=0.031s,机电时间常数Tm=0.112s,电流反馈时
(1)时间常数的确定
间常数Toi=0.002s,转速反馈滤波时间常数Ton=
转速环小时间常数近似处理取
。且调节器输入输出电压**
0.02sUnm=Uim=Ucm=1
T%n=+Ton=2T%i+0.02=(2∃0.0037
10V,调节器输入电阻R0=40K。设计指标:稳态KI

无静差,电流超调量!i#5%,空载起动到额定转速+0.02)s=0.0274s

时的转速超调量!n#10%。(2)转速调节器结构选择和参数计算
2.1电流环的设计因为含有积分环节可按照典型II型系统设计
(1)反馈参数和时间常数的确定按照设计要求选用PI型调节器,其传递函数为
*
Kn(∃ns+1)
Uim10
反馈参数∀=