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xx学院学报JournalofxxxCollege基于Matlab-Simulink仿真的双闭环直流调速系统的设计与研究姓名(xxx大学,江苏,南京210000摘要:根据实际应用要求以及给定参数,对转速、电流双闭环直流调速系统进行设计,计算其控制系统的参数,并通过matlab软件的simnlink,对设计的系统进行仿真,以验证设计的正确性,并分析仿真结果,从而进一步说明双闭环调速系统的可行性与优越性。对计算过程做了着重重视,详细精炼,可以为高校学生参与调速研究提供细节性的指导。关键词:双闭环直流调速matlab仿真中图分类号:TG156文献标志码:DESIGNANDRESEARCHOfDOUBLE-LOOPDCMOTORSPEEDCONTROLSYSTEMBASEDONMATLAB-SIMULINKName(xxxCollege,Nanjing210000,Jiangsu,ChinaAbstract:Accordingtothepracticalapplianceandtheparametersgiven,makeadesignofthedouble-loopDCmotorspeedcontrolsystem,calculatingtheotherparametersthatareneededinthecontrolsystemwedesign.ImakeasimulationofthecontrolsystemthroughMatlab-simulinktoensuretheprecisenessofit.Besides,thereisadeepanalyseaboutthecharactersofthedesignedsystemtoaccountforthefeasibilityofthedouble-loopDCmotorspeedcontrolsystem,aswellasthesuprioritiesofit.Imakestrongeemphysisonspecificcalculationoftheparameters,itcansupplyaguideforcollegestudentwhoareinresearchofthespeedcontrolsystemindetails.Keywords:double-loop;DCmachinespeedcontrol;matlab;simulation0引言*直流电动机因其性能宜于在广泛范围内平滑调速,其调速控制系统历来在工业控制中占有极其重要的地位。最典型的一种直流调速系统就是转速、电流双闭环调速系统。本文依据稳、准、快的设计要求,采用工程设计法对双闭环调速系统进行了设计,又利用Matlab中的Simulink实用工具对系统进行协助仿真分析,意在突出双闭环调速系统的优越性。本文注重具体的计算过程,详细地描述了各所需参数的计算过程,列写详细计算公式,可以为诸多高校学生的调速研究提供详细指导。1双闭环直流调速系统的结构双闭环就是依靠转速和电流形成两个反馈回路,可以使系统的稳定性能及稳态精度大大提。为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用,在系统中设置转速调节器ASR、电流调节器ACR分别调节转速和电流。二者之间实行嵌套连接;ASR的输出作为ACR的输入,而ACR的输出作为电力电子变换器UPE的控制信号。从闭环结构上看,电流环在里面,叫做内环;转速环在外边,叫做外环。系统结构如图1所示。2控制系统的动态结构图3系统参数计算3.1系统各主要参数计算1、铭牌数据额定功率[]455Pkw=额定电压[]750NUV=额定电流[]760NIA=额定转速[/min]375Nnr=电机飞轮转矩22375[]1328.603NeTTCCGDkgmR∑⨯⨯⨯==2、派生参数效率345510100%79.82%750760NNNPUIη⨯==⨯=⨯⨯电枢电阻aR给定位0.088Ω整流电路电枢recR给定为0.14Ω回路总电阻arecLRRRR∑=++给定为0.14Ω恒定磁场之下的电势常数7507600.0881.8375NNNeNUIRCn--⨯===恒定磁场之下的电势常数9.559.551.8217.381TeCC==⨯=电枢电感77500.004605222375760DNaNNKULpnI⨯⨯===⨯⨯⨯回路总电感L∑题中给定位4.34mH系统飞轮转矩21328.603(GD=已经计算电磁时间常数34.3410T0.0310.14LLR-∑∑⨯===机电时间常数2T375meTGDRCC∑⨯=题中给定为0.1123、系统参数可控调压装置等效时间常数sT03000N4P45510-76093.339.551.82375ssNTeeNILTUTTIICCCn∑=⨯====-=⨯N30U1.823751.57600.14842.14493.334.34100.00192842.1seNssCnIRILTUλ∑-∑=+=⨯+⨯⨯=⨯⨯⨯∴===根据实际调试结果及参考数据来看,在具体的实际系统下,sT=0.00167s最合适可控调压装置等效时间常数sK给定为85速度反馈系数*100.2667375nmNUnα===电流反馈系数*100.0087721.5760imNUIβλ===⨯速度反馈和给定滤波时间常数onT给定为0.02电流反馈和给定滤波时间常数oiT给定为0.0023.2电流环的设计1、选择典型I型或选择近似II典型系统的依据:LL0.0317.9080.001670.002isoiTTTTT∑===++57.90810,要求给定响应快,跟随性能好,超调量小,则设计成I型系统,要求抗扰动性能好,则设计成典型II型系统,此处选择II型系统。2、校正环节PI调节器的选择近似处理后,按典型II型系统且按minMr准则设计,取最佳参数0.031ilTτ==11136.24220.00367IiKT∑===⨯0.0310.14136.240.790.008885LiIsTRKKKβ∑⨯==⨯=⨯3.3速度环设计1、校正环节选择PI调节器220.003670.020.02734nionTTT∑∑=+=⨯+=2、速度环按典型II型系统设计,且按minMr准则设计50.027340.1367nnhTτ∑==⨯=22112NnnemnRhKKCThTατβ∑∑+==12510.00881.820.11210.531250.02670.140.01734emnnCThKhRTβα∑∑+=+==⨯160.540.136721.946cnNnKωτ=⨯=⨯=3、验证近似条件1154.49550.00367cnnTω∑≤==⨯1111==27.5132320.003670.02cnoniTTω∑≤⨯⨯⨯⨯均满足要求4、校核退饱和时的超调量计算启动时间——查表查表知2.1λ=maxC0.812bC∆=8.8vtT=*221.823750.1120.4794((1.507600.148.88.80.027340.24060.47940.24040.72emaNvnsvCnTtZIRtTtttλ∑∑⨯⨯⨯===--⨯⨯==⨯==+=+=3.4其他参数计算:7501075fffURI===直流电机在此系统中取励磁电流0fI=60601.82/0.2318223.1475eafEffCLKIIπ⨯==÷==⨯⨯21328.60333.8929449.8GDJg===⨯9.559.551.8276013209.56LNeNTCI==⨯⨯=供电电源电压有效值2Umax2750661.80.14415.822.34cos302.34cos30NdooUIRU∑+⨯+⨯===⨯⨯4参数汇总计算公式或给定值参数值汇总000NP-9.55NTeeNTTIICCCn===93.44NNNeNUIRCn-=1.82arecLRRRR∑=++0.14max22.34cos30NdoUIRU∑+⨯=⨯415.85TLLR∑∑=0.0312T375meTGDRCC∑⨯=0.112iT∑=soiTT+0.00367iLTτ=0.03112IiKT∑=136.24LiIsTRKKKβ∑=0.79*nmNUnα=0.0267*imNUIβλ=0.00882nionTTT∑∑=+0.0273412emnnCThKhRTβα∑∑+=10.531cnNnKωτ=⨯21.946*2(emaNCnTtZIRλ∑⨯=-0.47948.8vntT∑=0.24062svttt=+0.72fffURI=1060/2eafEffCLKIIπ==0.231824GDJg=33.89299.55LNeNTCI=13209.53max22.34cos30NdoUIRU∑+⨯=⨯415.82五、仿真结果及分析5.1系统动态结构图(图3图35.2系统仿真模型(图4图45.3系统仿真曲线(图5图5xx学院学报期4杨威张金栋主编电力电子技术,重庆大学出版社，六、结论本文采用工程设计法，设计了双闭环直流调速系统；并结合Simulink实用工具对系统进行了仿真；通过转速仿真图像可以直观的看到，试驾负载后，系统能够准确实现预定的转速，并具有较好的快速性，稳定性；而且超调量满足设计要求，这就进一步验证了双闭环调速系统的优越性。20025王兆安，黄俊电力电子技术，第四版,机械工业出版社，20086黄俊王兆安电力电子变流技术第三版,机械工业出版社，20057张东力陈丽兰仲伟峰直流拖动控制系统机械工业出版社，19998朱仁初万伯任电力拖动控制系统设计手册机械工业出版社，1994参考文献1张崇巍，等.运动控制系统[M].武汉：武汉理工大学出版社，2004.2杨怀林.基于Matlab/Simulink双闭环调速系统设计及仿真[J].佳木斯大学学报，2007，33陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].第2版.北京:机械工业出版社,2000.9张广溢郭前岗电机学重庆大学出版社，200210机械工程手册、电机工程手册编辑委员会，电机工程手册第九卷自动控制系统，机械工业出版社，198211机械工程手册、电机工程手册编辑委员会，电机工程手册，第二版，基础卷（二），机械工业出版社，1996