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双闭环直流调速系统的仿真

摘要：双闭环直流调速系统是目前直流调速系统中的主流设备，具有调速范围宽、平稳性好、稳速精度高等优点，在理论和实践方面都是比较成熟的系统，在拖动领域中发挥着极其重要的作用。详细讨论了直流电机调速系统的工程设计方法。基于直流电机基本方程，建立了直流电机转速、电流双闭环调速系统数学模型，给出了系统动态结构图并进行了仿真研究，仿真结果验证了控制方案的合理性
关键词：双闭环直流调速仿真
ThesimulationofdoubleclosedloopDCspeedregulatingsystem
Abstract:ThedoubleloopDCspeedcontrolsystemisthemainequipmentinDCspeedregulation,withwidespeedrange,goodstability,highaccuracyofspeedstability,bothintheoryandpracticeisrelativelymature,playsanextremelyimportantroleinthedraginthefield.ThediscussionofDCmotorspeedcontrolsystemengineeringdesignmethod.BasedonthebasicequationofDCmotor,aDCmotorspeedcurrentdoubleclosedloopspeedregulationsystem,themathematicalmodel,thedynamicstructureofthesystemandsimulation,simulationresultsconfirmthevalidityofthescheme.
Keywords:DoubleclosedloopDCspeedregulationSimulation

1.基本原理和系统建模
转速环
电流环
为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用,在系统中设置了两个调节器,分别调节转速和电流,二者之间实行串联连接.把转速调节器ASR的输出当作电流调节器ACR的输入,再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置GT,TA为电流传感器,TG为测速发电机.从闭环结构上看,电流调节环在里面,叫做内环,转速调节环在外边叫做外环,这样就形了转速、电流双闭环调速系统。如图所示：

2.系统设计
调速系统的基本数据如下:晶闸管三相桥式全控整流电路供电的双闭环直流调速系统,系统参数：直流电动机：220V,136A,1460r/min,Ce=0.132V/(min/r)，允许过载倍数；晶闸管装置：Ks=40;电枢回路总电阻：R=0.5Ω；时间常数：Tl=0.03s,Tm=0.18s;反馈系数：α=0.007，β=0.05；反馈滤波时间常数：Toi=0.002s，Ton=0.01s。
2.1电流调节器的设计
2.1.1计算时间常数
经查表,三相桥式电路的平均失控时间Ts=0.0017s,电流环小时间常数TΣi=Ts+Toi=0.0037s,电枢回路的电磁时间常数Tl=0.03s。
2.1.2确定电流调节器结构和参数
根据性能指标要求σi≤5%,保证稳态无误差。把电流环校正成典型I型系统,其传递函数为:WACR(s)=Ki(τis+1)/τis
式中Ki,τi分别为电流调节器的比例放大系数和领先时间常数.其中τi=T1=0.03s,为满足的要求,应取K1TΣi=0.5因此:K1=0.5/TΣi=74.63s-1,于是可以求得ACR的比例放大系数Ki=K1τiR/βKs=1.0135故电流调节器的传递函数WACR(s)=1.013s+33.7667/s经过校验,满足晶闸管整流装置传递函数近似条件,也满足电流环小时间常数近似处理条件,设计后电流环可以达到的动态指标σi=4.3%≤5%满足设计要求。
2.2速度调节器的设计
2.2.1计算时间常数
电流环等效时间常数:2TΣi=0.0134s,转速环小时间常数:TΣn=2TΣi+Ton=0.0318s
2.2.2确定转速调节器结构和参数
在转速调节器设计时,可以把已经设计好的电流环作为转速环的控制对象.为了实现转速无静差,提高系统动态抗扰性能,转速调节器必须含有积分环节,又考虑到动态要求,因此把转速环设计成典型II型系统,其传递函数为:WASR(s)=Kn(τns+1)/τns式中Kn,τn分别为转速调节器的比例放大系数和领先时间常数.取中频宽h=5,则ASR的领先时间常数:τn=hTΣn=0.087s,按Mrmin准则确定参数关系,转速环开环放大系数:KN=(h+1)/2h2T2Σn=118.67s-1则ASR的比例放大系数为:Kn=KNτnβCeTmα