双闭环调速系统的设计仿真与性能测试

题目：双闭环调速系统的设计、仿真与性能测试1、基本原理（1）电动机数学模型他励直流电动机的回路电压和转矩平衡的微分方程为：EdtdILRIUddd0dtdnGDTTLe3752111RTsmRTs1eCEs+-0dUsdIsdLIsns-+直流电机的动态结构图（2）晶闸管整流装置的数学模型晶闸管触发与整流装置可以看成是一个具有纯滞后的放大环节，考虑到失控时间很小，忽略其高次项，则其传递函数可近似成一阶惯性环节。10sTKsUsUsctd（3）双闭环调速系统的数学模型111RTsmRTs1eC-0dUdIdLIn-1ssKTsACRWscU11oiTs1oiTs电流环ASRWs*iU11onTs*nU--+1onTs转速环双闭环调速系统的动态结构图2、控制器设计双闭环调速系统的电流调节器和转速调节器即ASR和ACR，均采用PI调节器。其中取1iT，1,2IsoiiiKTTTT，IiisKRKK电流调节器：1iACRiisWsKs转速调节器：1nASRnnsWsKs其中取5nnT，2onniTTT，12emnnhCTKhaRT3、假设调速系统中采用三相桥式晶闸管整流装置，直流电动机：220V，14A，1500r/min，Ce=0.12V/（r/min），允许过载倍数=1.5；晶闸管装置：Ks=80；电枢回路总电阻：R=6.5；时间常数：T1=0.02s，Tm=0.25s，反馈系数：=0.004V/(r/min)，=0.4V/A；反馈滤波时间常数：Toi=0.005s，Ton=0.005s，对系统进行仿真。4、要求参照例14.4.1完成仿真实验，记录仿真结果，并计算转速超调量。解题如下：建立如下图1所示系统的Sinulink结构图，考虑到非线性饱和的影响，依据经验，对ASR与ACR的数在理论设计的基础上作适当的调整。使用Sinulink进行系统仿真，得到图1所示阶跃信号设置为：图1双闭环调速系统动态结构图1、系统ASR输出特性（NX）图2系统ASR输出特性2、系统ACR的输出特性（X4）图3系统ACR的输出特性3、电动机电流（X6）图4电动机电流4、电动机转速（n）图5电动机转速由仿真结果可知：（1）ASR从启动到稳态运行的过程中，经历了两个状态，即饱和和限幅输出与线性调节状态。ACR从启动到稳态运行的过程中只工作在一种状态，即线性调节状态。电动机起动特性已十分接近理想特性，所以，该系统对于启动特性来说，以达到预期目的。（2）对于系统性能指标来说，启动过程中电流的超调量与转速的超调量这一指标与理论最佳设计尚有一定的差距，尤其是转速的超调量略高一些。转速的超调量为：Mp=100%12501250-1530=22.4%读数可由图5放大图图6知：最大值y（tp）=1530终值y（）=1250图6电动机转速的放大图