当前位置:首页 >> 信息与通信 >>

直流电动机双闭环调速系统的建模与仿真


孙静等:直流电动机双闭环调速系统的建模与仿真

?69?

直流电动机双闭环调速系统的建模与仿真
孙静,许军,
马 涛
710054)

(西安科技大学电气与控制学院,陕西西安 【摘 要】

本文采用工程设计方法对双闭环直流调速系统进行设计,进行了参数的计算和校验。基于双

闭环调速系统的数学模型建立了双闭环直流调速系统的Matlab仿真模型,并通过调试,分析系统的转速和电
流的仿真波形,使双闭环直流调速系统趋于合理与完善。

【关键词】

双闭环调速系统;PI调节器;Matlab仿真







产生偏差。调节器将此偏差信号进行调节,并输出统 一标准信号,去控制执行机构的动作。闭环系统框图 如2所示。

自20世纪70年代以来,国内外在电气传动领 域里,大量地采用了“晶闸管整流电动机调速”技术 (简称V—M调速系统)。尽管当今功率半导体变流 技术巳有了突飞猛进的发展,但在工业生产中V—M 调速系统的应用量还是占有相当比重的。一般情况 下V—M调速系统均设计成图l所示的转速、电流双 闭环形式。 2双闭环V—M调速系统的组成及目的 在双闭环系统中,把系统的输出量通过检测装 置(传感器)引向系统的输入端,与系统的输入量进 行比较,由于扰动作用使被控参数偏离给定值,从而

ASR一速度调节器

ACR一电流调节器

TA一交流变换器TG一潮速发电机
囤l

直漉电动机双闭环调速系统结构图

双闭环V—M调速系统中的调节器均采用PI调

用单层交叉连接方式。论文详细讨论了分数槽绕组 和交叉绕组的设计方法和具体实现,为无刷双馈电 机的绕组设计奠定了一定理论基础。 参考文献:

126?132.

【4】P.C.Rol埒rb,R.A.Mam岫n,P.J.T叭皿盯,ct aI.EquivaJ钮t c证mlit细也e brIlshle鼹d埘bly-f甜machi矾kluding
p骶衄etcr

cstimati∞锄d懿耐m∞协I

v耐丘cati∞【J】.mE

Proc.Elcc心.Power。V01.152,No.4,2005:933母42.

【l】Willi锄她S.et
∞ubIy.蜘mchine

a1.G咖“scd‰唧of惋h诎k鼹
Part

p】邓先明,姜建国,方荣惠(Da培xi瑚in岛Jiang Ji勰guo,
F龃gR∞曲m).笼型转子无刷双馈电机的电磁分析和等
效电路(111c

l:AnaIysis【J】.mE Pr∞.Electr.

Po晡惯Appl,V01.144,No.2,1997.
[2】Yang Shunch姐g.Fean鹏of elec觚忸age如dcsi印for

cl瞅唧etic

A抛蜘is锄d

EqllivaIcnt Cir饥it Rot盯)【J】.电工

Bm枷c鼹

ofBmshJ髓s

DoubIy-制M∞h硫谢th

DoubIy-觚Machi嘲【J】-chin.soc.断Ek.Eng.,2001
(7):107.110。

技术学报(Tr龃sacti∞ofChina
2005(8):6一11.

EIec∞tec删Socie珏哆),

Cagc

【3】邓先明,姜建国(Dengxianming,Jiang Ji缸l昏lo).无刷双馈

电机的工作原理及电磁设计(‰Prjnciple
El咖姗agn妇Des咖of Bnlshlcss

Doubly?蜘h蛐)[J】’

a丑d

作者简介:邓先明(1970一),男,汉族。四川大英县人。副 教授,博士。现在中国矿业大学信息与电气工程学院任教,主 要从事电力传动和检测技术的教学和科研工作。

中国电机工程学报(Chin.Soc.forEl∞.Eng.),2003(11):

?70?

工矿自动化

节器。比例积分调节器能够快速响应控制作用并能 消除静差,静、动态特性较好,抗干扰能力强,对整个 系统能够起到安全保护作用,提高了系统的稳定性。

总电阻R=o.045Q,电枢回路电感L。_3.25,榴,励磁
电压1lOV。 设计要求: 稳态指标:无静差

出量

动态指标:电流超调量毋%s lO%;空载启动到 额定转速时的转速超调量以%s 5% 设计时,先从电流环人手,首先设计好电流调节 器,然后把整个电流环看作是转速调节器的一个环 节,再设计转速调节器。对于双闭环V.M调速系统,

图2

闭环系统方框图

电流环通常按照典型I型系统设计,而转速环按典 型n型系统设计,这是因为I型系统的跟随性能较 好一些,而Ⅱ型系统抗干扰性能略差。 3.1电流环的设计 电流环按典型I型系统设计,电流调节器选用 PI调节器,其传递函数为:

双闭环直流调速系统,着重解决了如下两个问题: 宰启动的快速性问题 借助予PI调节器的饱和非线性特性,使得系统 在电动机允许的过载能力下尽可能快速 启动。 ?提高系统抗干扰性能 通过调节器的适当设计可使系统转速对于电网 电压及负载转矩的波动或突变等扰动予 以迅速抑制,在恢复时间上达到最佳。 3双闭环直流调速系统的工程方法设计 直流电机双闭环调速系统的工程设计主要是设 计两个调节器。调节器的设计一般包括两个方面:第 一选择调节器的结构,以确保系统稳定,同时满足所 需的稳态精度;第二选择调节器的参数,以满足动态 性能指标。本文根据计算调节器的时间常数,选择调 节器的结构,再通过计算确定两个调节器的参数,最 后采用Matlab进行仿真。 调速系统的基本数据如下:直流电动机,额定功 率R=150∞形,额定电枢电压砜=800y,额定电枢电 流厶=2164A,允许电流过载倍数2.2倍,额定转速

形。衄(s)=掣其中,K;和r;分别为电流调
‘,

节器的比例放大系数和领先时间常数。 则电流调节器传递函数为形.偶(S)_3.55x (Q:Q2塾±!)
0.072s

经检验设计后电流环可以达到的动态指标为
盯i%=8.94%≤10%

3.2转速环设计 由于设计要求无静差,因此转速调节器必须含 有积分环节,又考虑到动态要求,转速调节器采用PI 调节器,按典型Ⅱ型系统设计转速环。

转速调节器的传递函数为B鞭(s);掣,
’一

其中,K。和r。分别为转速调节器的比例放大系数和 领先时间常数。 综合考虑动态抗扰性能和起动动态性能,取中

惭叫r/min,电枢转动惯量‘,=1530眦g?m2,电枢回路

频宽树,按旭岫准则选择参数,则电流调节器传递

“h

图3

直流双闭环调遮系统的仿真模型

孙静等:直流电动机双闭环调速系统的建模与仿真

?71?



蒸攀鬈霾鬻黧燃
图4(a)输出转速n波形图
图4(b)输出电流i波形图

函数为形.船(JS)-24.26×等胖
经检验,盯f3.546%满足盯。%=5%的设计要求。 4双闭环直流调速系统的Matlab仿真 通过工程设计的方法建立的转速、电流双闭环 控制系统并确定了控制器的结构及其参数,也就是 说得到了双闭环的数学模型,因此可以实现基于数 学模型的双闭环直流调速控制系统仿真。系统模型 如图3所示,输出曲线如图4所示。 5双闭环V—M调速系统的动态分析
5.1

法”,考虑了理论分析与设计的简便性,所以仍与实 际系统有很大的差距。并且从仿真结果来看,系统还 未调整到最佳状态,且仍存在抗干扰能力欠佳问题。

启动特性分析f如图4所示1 +AsR从启动到稳速运行的过程中经历了两个

状态,饱和限幅输出与线性调节状态。 +ACR从启动到稳态运行的过程只工作在一种 状态,即线性调节状态。 +对于系统性能指标来说,启动过程中电流超 调量为3.125%,转速几乎没有超调量,电动机启动 特性已较接近理想特性。 5.2抗干扰性能分析(如图5所示) 双闭环调速系统的干扰主要为负载突变干扰。 在仿真系统中,10s时刻将负载上叠加一个阶跃信 号.实现电动机的负载变化,最终结果如图5所示。 可以看出由于负载的增加,使电动机的转速降低,而 在系统稳定之后转速并没有恢复到原系统输出值; 电动机输出电流则由空载电流变至负载电流,直至 到达稳态。由此说明,系统对负载的大幅度变化没有 很好的抵抗能力。
6结果分析 参考文献

图5

突加负载抗扰特性图

[1]尔桂花.窦日轩.运动控制系统[M】.北京:清华大学出版 社.2002.56~104

[2】王忠礼段慧达等.MAn AB应用技术——在电气工程与
自动化专业中的应用[M].北京:清华大学出版社,2007.
119~126

【3]周渊深.交直流调速系统与MATLAB仿真【M】.北京:中
国电力出版社.2003.86 ̄115

[4】钟麟,汪峰.MATLAB仿真技术与应用教程[M】.北京:国
防工业出版社.2004.1 【5】张晓华.控制系统数字仿真与CAD【M】.北京:机械工业出 版社.2005.3 197—202

作者简介:孙静(1985一),女,山东菏泽人.硕士,研究
方向为电力电子与电力传动。联系地址:西安市雁塔中路58

尽管仿真结果较接近电动机的理想特性且超调 较小,但由于采用了“典型系统的电子最佳设计方

号西安科技大学电气与控制工程学院。邮编:710054。E—nlan: meillian920上4sm@163.com


相关文章:
双闭环直流调速系统的建模与仿真实验研究.doc
双闭环直流调速系统的建模与仿真实验研究 - 双闭环直流调速系统的建模与仿真实验研究 摘要: 采用 MATLAB 软件中的控制工具箱对直流电动机双闭环调速系统进行计算机...
V-M双闭环直流调速系统建模与仿真.doc
V-M双闭环直流调速系统建模与仿真 - 武汉理工大学《电机拖动运动控制系统》课程设计说明书 V-M 双闭环直流调速系统建模与仿真 1 概述 转速、电流双闭环调速系统 ...
基于MATLAB的直流电机双闭环调速系统仿真_图文.doc
基于MATLAB 的直流电机双闭环调速系统 仿真 姓名:张 xx 学号: 113220110x 华北电力大学 2014 年 4 月 基于 MATLAB 的直流电机双闭环调速系统 摘要 直流电动机...
直流双闭环调速系统设计与仿真.doc
直流双闭环调速系统设计与仿真 - 目录 第一篇 直流调速系统的设计及仿真 1 系
直流电动机双闭环调速系统及其SIMULINK 的仿真.doc
根据直流调速双闭环控制系统的工作原理, 运用Simulink 进行直流电动 机双闭环调速系统的数 学建模和系统仿真的研究, 最后显示控制系统模型以及仿真结果并加以分析。 ...
直流双闭环调速系统的设计与仿真.doc
直流双闭环调速系统的设计与仿真 - 1 绪论 当今社会电机是非常重要的。因为它与
基于Matlab双闭环直流调速系统的仿真_陈中.doc
系统电气原理结构图的仿真方法,实现了转速 电流双闭环直流调速系统的建模与仿真。...关键词:双闭环;参数设置;互感;仿真 在双闭环直流电动机调速系统中,调节器参数...
双闭环直流调速系统的设计与仿真.doc
双闭环直流调速系统的设计与仿真 - 南京工程学院毕业设计说明书 南京工程学院 本科毕业设计(论文) 题目: 双闭环直流调速系统的设计与仿真研究 专 业: 自动化 班级...
双闭环直流调速系统的建模与仿真实验研究.doc
双闭环直流调速系统的建模与仿真实验研究 - HEFEI UNIVERSITY 控
基于MATLAB的无刷直流电机双闭环控制系统建模与仿真.pdf
建立无刷直流电 机控制系统的仿真模型可以有效验用于各种算法和策略,缩短开发周期...建立的电机模型本文采用速度环和电流环的双闭环控制调速,主要包括 BLDCM 本体模块...
V-M双闭环直流可逆调速系统建模与仿真_图文.doc
V-M双闭环直流可逆调速系统建模与仿真 - 武汉理工大学《电力拖动自动控制系统》
双闭环直流电机调速系统的SIMULINK仿真实验.doc
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: ...进行动态系统仿真建模和分析的软件包,Simulink 为 用户提供了使用系统模型框图...
V-M双闭环直流可逆调速系统建模与仿真_图文.doc
V-M双闭环直流可逆调速系统建模与仿真 - 武汉理工大学《电力拖动自动控制系统》
双闭环直流调速系统的建模与仿真实验研究.doc
双闭环直流调速系统的建模与仿真实验研究 - 双闭环直流调速系统的建模与仿真实验研
V-M双闭环直流可逆调速系统建模与仿真1_图文.doc
课程设计任务书学生姓名: 指导教师: 题目: 专业班级: 工作单位: V-M 双闭环直流可逆调速系统建模与仿真 1 初始条件: 1.技术数据及技术指标:直流电动机:PN=...
双闭环直流调速系统的建模设计与仿真实验研究-居彤 胡明源.doc
双闭环直流调速系统的建模设计与仿真实验研究-居彤 胡明源_信息与通信_工程科技...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...
“双闭环控制直流电动机调速系统”数字仿真实验_图文.doc
双闭环控制直流电动机调速系统”数字仿真实验 - “双闭环控制直流电动机调速系统”数字仿真实验 2 4、SIMULINK 建模 我们借助 SIMULINK,根据上节理论计算得到的...
基于MATLAB的无刷直流电机双闭环控制系统建模与仿真.pdf
基于MATLAB的无刷直流电机双闭环控制系统建模与仿真 - 第 33 卷 第1期
PWM直流脉宽调速系统建模与仿真.doc
关键词:直流脉宽调制、双闭环、MATLAB I 目录 PWM 直流脉宽调速系统建模与仿真?...开关控制方式,形成了脉宽调制变换器--直流电动机调速 系统,简称直流PWM调速系统...
基于MATLAB直流电动机控制系统的建模与仿真_图文.pdf
的动态结构图 ,.,(圳,“(.1) 固一 图7双闭环直流调速系统仿真结构图 图8系统仿真波形图 万方数据 第l期 刘陆:基于MATLAB直流电动机控制系统的建模与仿真 ?...
更多相关标签: