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1、基于Matlab/SimuLink直流调速控制系统ronggang导语：本文介绍了基于工程设计方法对直流调速系统的设计，并利用Matlab/Simulink进展建模与仿真研究，最后显示控制系统仿真结果摘要：本文介绍了基于工程设计方法对直流调速系统的设计，并利用Matlab/Simulink进展建模与仿真研究，最后显示控制系统仿真结果。关键词：调节器，SimuLink,转速环Abstract:thispaperintroduceadesignmethodofDCbasedonengineering,studyingmodleandsimulationofcontrolledplantbysimu
2、link.Atlastshowsimulationoutputofthecontrolsystem.Keywords:regulator,SimuLink,loopofrevolutionrate直流电动机具有调速性能好，起动转矩大，易于在大范围内平滑调速等优点，其调速控制系统历来在工业控制中占有及其重要的地位。随着电力技术的开展，十分是在大功率电力电子器件问世以后，直流电动机拖动将有逐步被沟通电动机拖动所取代的趋势，但在中、小功率的场合，常采用永磁直流电动机，只需对电枢回路进展控制，相比照较简单。十分是在高精度位置伺服控制系统、在调速性能要求高或者要求大转矩的场所，直流电动机仍然被广泛采用2
3、，直流调速控制系统中最典型一种调速系统就是速度、电流双闭调速系统。直流调速系统的设计要完成开环调速、单闭环调速、双闭环调速等经过，需要观察比拟多的性能，再加上计算参数较多，往往难以如意。如在设计经过中使用Matlab中的SimuLink实用工具来辅助设计，由于它可以构建被控系统的动态模型，直观迅速观察各点波形，因此调速系统性能的完善可以通过反复修改其动态模型来完成，而不必对实物模型进展反复拆装调试4。Matlab中的动态建模、仿真工具SimuLink具有模块组态方便，性能分析直观等优点，可缩短产品的设计开发经过，也可以给教学提供了虚拟的实验平台。2双闭环直流调速系统原理图：在单闭环调速系统动态
4、数学模型的根底上，考虑双闭环控制的构造，可绘出电流、转速双闭直流调速系统的动态构造图，如图1所示。align=center图1电流、转速双闭环直流调速控制系统/align3调节器的工程设计方法校正环节的设计方法很多，而且是很灵敏的，用经典的动态校正方法设计调节器须同时解决稳、准、快、抗干扰等各方面互相矛盾的静动态性能要求，需要设计者具有扎实的理论根底，丰富的实际经历和纯熟的设计技巧。这样初学者往往不易把握，在工程应用中也不很方便。于是便产生建立更简便实用的工程设计方法。1电流调节器的设计：实际系统中往往有一些小时间常数的惯性环节，它们的倒数都处于对数频率特性的高频段，对它们作近似处理不会显著地
5、影响系统的动态性能。故当系统有多个小惯性环节时，在一定条件下，可以将它们近似看成一个小惯性环节，其时间常数即是原系统各小时间常数的和6。经过小惯性环节的处理，并且忽略反电动势对电流环的影响，再假定为理想空载即，得电流环简化构造图2所示，align=center图2电流环内环简化构造/align为限制超动电流过大在电流环中采用抗饱合电流调节器，由于电流检测信号中常含有沟通分量，故需要加低通滤波，其滤波时间常数按需要选定，滤波环节可抑制反应信号中的沟通分量，但同时也给反应信号带来延滞，为了平衡这一延迟作用在给定信号通道中参加一个一样时间常数的惯性环节，称作给定滤波环节，其意义是让给定信号和反应信号
6、经过同样的延滞，使两者得到恰当的配合，图中，。由于电流环的重要作用是保持电枢电流在动态经过中不超过允许值，因此希望超调量越小越好，同时要求抗扰动性能较好，因此一般都按典型I型系统来设计电流环，取抗饱合电流调节器PID中的D为零，建立如下一个双闭环调速系统的电流环，其SIMULINK系统构造图如图3所示2电力拖动控制系统的设计。由于电流环的控制对象是双惯性型的，要校正成典型I型系统，应采用PI调节器，其传递函数为：3.1式中：电流调节器的比例系数电流调节器的超前时间常数电流调节器的待定参数包括和，为了让调节器的零点对消掉控制对象的时间常数极点，令=那么电流环的闭环传递函数为3.2式中：降阶处理后
7、近似为：3.3在一般情况下，希望超调量，由表1可取阻尼比，表1典型I型系统动态跟随性能指标与参数的关系因此3.42转速调节器的设计：为了简化系统，在此内电流环建成后，必须进展模块封装，可将其取名为“被控制对象，继而再建立它的转速外环。为了限制转速，以免产生负转现象，在转速环中亦采用抗饱合调节器PID。那么测速发电机得到的转速反应电压含有电机的换相纹波，因此也需要滤波，滤波时间常数为表示，跟电流环一样道理，在转速给定通道中也配上时间常为的给定滤波环节。并经过将滤波环节等效地移到环内，再把时间常数为和的两个小惯性环节合并起来，近似成一个时间常数为的惯性环节，那么转速环简化成如下图。转速环一般选用典
8、型II型系统这首先是基于稳态无静差的要求，其次从动态性能上看，有较好的抗扰性能。转速调节器也应采用PI调节器，其传递函数为：3.5式中，Ksubn/sub转速调节器的比例系数subn/sub转速调节器的超前时间常数这样，转速系统的开环传递函数为3.6式中，转速环开环增益转速调节器的参数包括Ksubn/sub和subn/sub，按照典型II型系统的参数选择方法得，所以转速调节器的比例系数h的选择要以系统对动态性能的要求来决定，一般选择h=5。4双闭环直流调速系统仿真举例：某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，根本数据如下：直流电动机：220V、136A、1460r/min、
9、Csub/sub=0.132V/r/min，允许过载倍数为=1.5晶闸管装置放大系数：Ksubs/sub=40，电枢回路总电阻R=0.5,电枢回路电感：L=0.015H设计要求：稳态指标：无静差;动态指标：电流超调量，空载起动到额定转速时的转速超调量输出的转速波形align=center图3双闭环直流调速系统转速输出仿真曲线/align5结论：通过Simulink对电流、转速双闭环直流调速系统的建模，并得该控制系统的仿真曲线。说明基于工程设计法是可行的，并具有简便性。参考文献：1、韩璐直流电动机双闭环调速系统及其SIMULINK的仿真航海工程2/20032、舒怀林直流电动机PID神经网络双闭环控制系统电机控制11/20053、焦洪伟可控硅在直流电动机无级调速中的应用科技资讯工业技术1/20064、徐月华汪仁煌Matlab在直流调速设计中的应用微计算机信息8/20035、陈伯时自动控制系统机械工业出版社1981.76、李先允自动控制系统高等教育出版社2003.27、黄坚自动控制原理及其应用高等教育出版社2000. 4