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    摘 要

    直流电机双闭环调速系统是一个复杂的自动控制系统,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。

    由于直流电机双闭环调速是各种电机调速系统的基础,本文从直流电机的基本特性进行双闭环直流电机设计,最后用实际系统进行工程设计,并采用MATLAB/SIMULINK进行仿真。

    对于直流电机双闭环调速系统,在设计和调试过程中有大量的参数需要计算和调整,运用传统的设计方法工作量大,系统调试困难。本文对直流电机双闭环调速系统进行辅助设计,选择调节器结构,进行参数计算和近似校验,根据给出和计算出的相应参数,建立起制动、抗电网电压扰动和抗负载扰动的MATLAB/SIMULINK仿真模型,分析转速和电流的仿真波形,并进行调试,使直流双闭环调速系统趋于完善、合理。:直流调速双闭环系统电流调节器转速调节器计算机仿真Abstract

    The double closed loop direct current velocity modulation system is a complex automatic control system, is in the present direct current velocity modulation system mainstream equipment, has the velocity modulation scope width, the stability is good, the steady fast precision higher merit, in the theory and the practice aspect all is the quite mature system, in drives in the domain to play the extremely vital role.

    Because the direct current machine double closed loop velocity modulation is each kind of electrical machinery velocity modulation system foundation, from the direct current machine basic characteristic conducts the double closed loop direct current machine design method research, finally uses the actual system to carry on the engineering design, and uses MATLAB/Simulink to carry on the simulation.

    Regarding the double closed loop direct current velocity modulation system, has the massive parameters in the design and the debugging process to need to calculate and to adjust, the utilization tradition design method work load is big, system debugging difficulty. This article carries on the assistance design to the double closed loop direct current velocity modulation system, chooses the regulator structure, carries on the parameter computation and the approximate verification, according to produces the corresponding parameter which and calculates, establishes applies the brake, the anti- electrical network voltage perturbation and the anti-load perturbation MATLAB/Simulink simulation model, the analysis rotational speed and the electric current simulatio

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    千次阅读 2021-01-03 12:30:23
    直流电机双闭环调速Matlab仿真实验实验目的1、双闭环直流调速系统组成及工作原理2、电机参数及仿真设置3、仿真结果3.1、转速电流双闭环仿真(给定转速1260RPM)3.2、电流反馈断开(单转速闭环)3.3、转速反馈断开...


    实验目的

    1、 掌握双闭环直流调速系统的原理及组成
    2、 掌握双闭环直流调速系统的仿真
    3、 掌握调节器的参数设置
    4、 电流反馈断开、转速反馈断开以及直流电机失磁系统运行条件分析


    1、双闭环直流调速系统组成及工作原理

    在转速、电流双闭环调速系统中,既要控制转速,实现转速无静差调节,又要控制电流,使系统在充分利用电动机过载能力的条件下获得最佳过渡过程,其关键是处理好转速控制与电流控制之间的关系。用转速调节器ASR调节转速,用电流调节器ACR调节电流。ASR与ACR之间实现串级连接,即以ASR的输出作为电流调节器的电流给定信号。再用ACR的输出电压UcU_c作为PWM脉冲宽度调制控制输入。从闭环反馈的结构看,转速环在外面为外环,电流坏在里面为内环。为了获得良好的静、动态性能,转速和电流两个调节器一般都进行输出限幅,且转速与电流两个调节器都采用PI调节器。
    在这里插入图片描述

    图1 转速电流双闭环调速系统图

    2、电机参数及仿真设置

    直流电动机:额定电压UNU_N=240V,额定电流IdNI_{dN}=52.2A,额定转速1260RPM;电枢回路总电阻0.368Ω\Omega,电枢回路总电感L=1mH,励磁电阻240Ω\Omega,励磁电感120H,励磁互感1.8H。
    电机供电采用直流脉宽调制,PWM模块直流母线电压538V
    采用风机、泵类负载,其负载转矩与转速的二次方成正比。即TL=kn2T_L=kn^2

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    图2 直流转速电流双闭环仿真图

    3、仿真结果

    3.1、转速电流双闭环仿真(给定转速1260RPM)

    在这里插入图片描述

    图3 给定转速条件下系统波形图

    在这里插入图片描述

    图4 电流上升阶段

    第Ⅰ阶段:0-0.1ms,电流上升阶段。如图4所示,此时电枢电流迅速上升,由于机电惯性的作用,电机转速上升不明显。
    第Ⅱ阶段:0.1ms-0.3s,恒流升速阶段(起动过程的主要阶段)。电枢电流保持恒定,系统的加速度恒定,转速成比例上升。
    第Ⅲ阶段:0.3s-0.36s,转速调节阶段。转速上升到给定值时,ASR输入偏差为0,ACR输入偏差减小,所以电枢电流下降到负载电流,此时转速稳定在给定转速。

    3.2、电流反馈断开(单转速闭环)

    在这里插入图片描述

    图5 电流反馈断开系统波形图

    电流反馈断开,系统在单转速反馈下工作。ACR输入为恒定偏差,电流限幅不起作用。电枢电流突然增大至1300A,转速快速上升,在0.03s到达给定转速。到达额定转速之后,ASR输入为0,ACR输入减小,电流下降并稳定在负载电流,此时转速稳定在给定转速。

    3.3、转速反馈断开(单电流闭环)

    风机泵类负载,其负载转矩与转速的二次方成正比。即TL=kn2T_L=kn^2
    ① 若k相对较大
    在这里插入图片描述

    图6 转速反馈断开系统波形图

    转速反馈断开后,系统在单电流反馈下工作。ASR输入为恒定偏差(给定转速)。开始时,ACR输入为恒定偏差(ASR输出),转速在恒定电流下成比例升速。因为没有转速反馈,转速会一直上升,随着转速升高,负载转矩T_L变大,当负载转矩T_L升高至与电磁转矩T_e相等时,转速恒定。此时电枢电流等于负载电流。
    ②若k相对较小
    在这里插入图片描述

    图7 转速反馈断开系统波形

    在这里插入图片描述

    图8 转速反馈断开电压波形

    转速反馈断开后,系统在单电流反馈下工作。ASR输入为恒定偏差(给定转速)。开始时,ACR输入为恒定偏差(ASR输出)。转速在恒定电流下成比例升速。由图8可知,当母线电压全部加在电机上时,电机转速保持稳定。此时,电枢电流下降并在ACR调制下等于负载电流。

    3.4、电机失磁

    在这里插入图片描述

    图9 失磁条件下系统波形图

    电机失磁情况下,电机转速始终保持0,因为无法产生电磁转矩。此时ASR和ACR输入和输出都为恒定偏差,所以电流保持给定电流值。由TeTL=JdwdtT_e-T_L=J\frac{dw}{dt},电机转速保持为0,TLT_Ldwdt\frac{dw}{dt}都为0,所以电磁转矩也为0。


    总结

    ① 电流反馈断开,单转速反馈:电流会迅速上升(电流环限幅失效),转速会快速上升至给定转速(转速闭环)。
    ② 转速反馈断开,单电流反馈:如果负载系数大,转速一直上升,当负载转矩等于电磁转矩时,转速保持恒定。如果负载系数小,转速一直上升,当母线电压全部加在电机上时,转速稳定。
    ③ 电机失磁:转速为0,不能起动。

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  • 双闭环调速系统、无刷直流电机采用库模块建模、未整定。 能运行

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双闭环直流电机调速系统