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1、直流双闭环调速系统仿真直流双闭环调速系统仿真摘要：从直流电动机的工作原理入手，建立双闭环直流调速系统的数学模型，并详细分析系统的原理及其静态和动态性能，且利用Simulink对系统进行各种参数给定下的仿真。关键词：双闭环；直流调速系统；Simulink仿真1引言直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。由于直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动自动控制系统有调速系统﹑位置系统等多种类型，各种系统往往都是通过控制转速来实现的
2、，因此调速系统是最基本的电力拖动控制系统。各高校自动化专业实验室里一般都有电气传动控制系统教学设备，实验台采用非标电机配套，所以参数不准确，故按工程设计参数后并不能获得理想性能。本文在实验台测得现场数据，应用Matlab中的simulink软件建立直流双闭环调速系统仿真模型，对系统的跟随性能以及抗扰性能进行了分析，作为实验参考数据，而不必对实物模型进行反复拆装调试，得到比较满意的动态性能。2双闭环直流调速系统的组成与原理图2.1双闭环直流调速系统的原理图88直流双闭环调速系统仿真电动机在启动阶段,电动机的实际转速(电压)低于给定值,速度调节器的输入端存在一个偏差信号,经放大后输出的电压保持为限
3、幅值,速度调节器工作在开环状态,速度调节器的输出电压作为电流给定值送入电流调节器,此时则以最大电流给定值使电流调节器输出移相信号,直流电压迅速上升,电流也随即增大直到等于最大给定值,电动机以最大电流恒流加速启动。电动机的最大电流(堵转电流)可以通过整定速度调节器的输出限幅值来改变。在电动机转速上升到给定转速后,速度调节器输入端的偏差信号减小到近于零,速度调节器和电流调节器退出饱和状态,闭环调节开始起作用。对负载引起的转速波动,速度调节器输入端产生的偏差信号将随时通过速度调节器、电流调节器来修正触发器的移相电压,使整流桥输出的直流电压相应变化,从而校正和补偿电动机的转速偏差。另外电流调节器的小时
4、间常数,还能够对因电网波动引起的电动机电枢电流的变化进行快速调节,可以在电动机转速还未来得及发生改变时,迅速使电流恢复到原来值,从而使速度更好地稳定于某一转速下运行。为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈，二者之间实行嵌套联接，如图2.1。在结构上，电流环作为内环，转速环作为外环，形成了转速、电流双闭环调速系统。为了获得良好的静、动态特性，转速和电流两个调节器采用PI调节器。转速调节器和电流调节器在双闭环直流调速系统中的作用如下：1．转速调节器的作用(1)转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速刀很快地跟随给定电
5、压变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差。(2)对负载变化起抗扰作用。(3)其输出限幅值决定电机允许的最大电流。2．电流调节器的作用(1)作为内环的调节器，在外环转速的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定(即外环调节器的输出量)变化。(2)对电网电压的波动起到及时抗扰的作用。(3)在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。3双闭环直流调速系统的静特性分析和稳态结构图分析静特性的关键是掌握PI调节器的稳态特征，一般使存在两种状况：饱和—输出达到限幅值，不饱和—输出未达到限幅值。当调节器饱和时，输出为恒值，输入量的变化不再影响输出，除非有反向的输
6、入信号使调节器退出饱和，换句话说，饱和的88直流双闭环调速系统仿真调节器暂时隔断了输入和输出的联系，相当于使该调节环开环。当调节器不饱和时，PI的作用使输入偏差电压ΔU在稳态时总为零。实际上，在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的。因此，对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况。（1）转速调节器不饱和这时，两个调节器都不饱和，稳态时，它们的输入偏差电压都是零，因此，（3-1）（3-2）由第一个关系式可得：（3-3）从而得到图2.2所示静特性曲线的CA段。与此同时，由于ASR不饱和，可知，这就是说，CA段特性从理想空载状态的=0一直延续到。一般都是大于额定电流Idn的。这就是静特
7、性的运行段，它是一条水平的特性。（2）转速调节器饱和这时，ASR输出达到限幅值Uim*，转速外环呈开环状态，转速的变化对系统不再产生影响。双闭环系统变成了一个电流无静差的单电流闭环调节系统。稳态时：（3-4）其中，最大电流取决于电动机的容许过载能力和拖动系统允许的最大加速度，由上式可得静特性的AB段，它是一条垂直的特性。这样是下垂特性只适合于的情况，因为如果,则,ASR将退出饱和状态。88直流双闭
