雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真(Matlab)

1、展展 示示 目目 錄錄原始調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定性分析轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真環(huán)境中步長(zhǎng)的選擇調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)工程設(shè)計(jì)法與遺傳算法1.1.原始調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定性分析原始調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定性分析welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience在未導(dǎo)入轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器之前，控制系統(tǒng)模型如下圖圖在未導(dǎo)入轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器之前，控制系統(tǒng)模型如下圖圖1 1所示所示圖1 原始調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖對(duì)于該系統(tǒng)，聯(lián)系仿真實(shí)例，經(jīng)計(jì)算可得其開環(huán)傳遞函數(shù)為對(duì)于該系統(tǒng)，聯(lián)系仿真實(shí)例，經(jīng)計(jì)算可得其開環(huán)傳遞函數(shù)為借助于借助于MA

2、TLABMATLAB仿真軟件，繪制仿真軟件，繪制BodeBode圖如圖圖如圖2 2所示。所示。235( )0.129(0.001671)(0.0010.051)G ssss圖2 原始控制系統(tǒng)伯德圖顯然該系統(tǒng)的增益裕量和相位裕量均為負(fù)值，系統(tǒng)不穩(wěn)定。所以需要顯然該系統(tǒng)的增益裕量和相位裕量均為負(fù)值，系統(tǒng)不穩(wěn)定。所以需要導(dǎo)入調(diào)節(jié)器進(jìn)行校正導(dǎo)入調(diào)節(jié)器進(jìn)行校正。2.2.轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)圖3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖基本原理：基本原理： 如圖如圖3 3所示，所示，ASRASR和和ACRACR串級(jí)相連，將串級(jí)相連，將ASRASR的輸出作為的輸出作為ACRACR的

3、輸入，再用的輸入，再用ACRACR的輸?shù)妮敵鋈タ刂凭чl管整流器的觸發(fā)裝置。當(dāng)給定電壓出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。當(dāng)給定電壓 后，后，ASRASR輸出飽和，電機(jī)以輸出飽和，電機(jī)以最大的允許電流起動(dòng)，使得電機(jī)轉(zhuǎn)速很快上升，達(dá)到給定的速度后轉(zhuǎn)速超調(diào)，最大的允許電流起動(dòng)，使得電機(jī)轉(zhuǎn)速很快上升，達(dá)到給定的速度后轉(zhuǎn)速超調(diào)，ASRASR退飽和，電機(jī)電樞電流下降，經(jīng)過(guò)兩個(gè)調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用，使系統(tǒng)很快達(dá)到退飽和，電機(jī)電樞電流下降，經(jīng)過(guò)兩個(gè)調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用，使系統(tǒng)很快達(dá)到穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)。*nU3.3.仿真環(huán)境中步長(zhǎng)的選擇仿真環(huán)境中步長(zhǎng)的選擇剛性是指其剛性是指其JacobianJacobian（雅可比）矩陣的特征值

4、（雅可比）矩陣的特征值相差懸殊。在解的性態(tài)上表現(xiàn)為，其中一些解相差懸殊。在解的性態(tài)上表現(xiàn)為，其中一些解變化緩慢，剛性方程，又稱為變化緩慢，剛性方程，又稱為StiffStiff方程。方程。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，電流環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)公式為根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，電流環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)公式為聯(lián)系仿真實(shí)例，經(jīng)計(jì)算可得聯(lián)系仿真實(shí)例，經(jīng)計(jì)算可得根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，轉(zhuǎn)速環(huán)的開環(huán)傳函為根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，轉(zhuǎn)速環(huán)的開環(huán)傳函為同理可得同理可得通過(guò)通過(guò)MATLAB指令可得其閉環(huán)傳函為指令可得其閉環(huán)傳函為 21( )11cliiIIWsTssKK2136.2( )0.00367136.2cliWsss 2n(1)( )(1)NnnKsW ss T s3

5、234.6399.1( )0.01734nsW sss234.6399.10.0173435.6399.1sWss特征值特征值轉(zhuǎn)速環(huán)特征方程式可表示為轉(zhuǎn)速環(huán)特征方程式可表示為則電流環(huán)特征方程式可表示為則電流環(huán)特征方程式可表示為20.00367136.20ss _ 1136.24 136.2 ,_ 2136.24 136.2lambdaci lambdaci 20.0173435.6399.10ss_ 12041.8,_ 211.3lambdaslambdas 特征值特征值通過(guò)比較，可以發(fā)現(xiàn)兩組特征值均表現(xiàn)為一個(gè)快變，一個(gè)慢變，其中一通過(guò)比較，可以發(fā)現(xiàn)兩組特征值均表現(xiàn)為一個(gè)快變，一個(gè)慢變，其中一

6、個(gè)的尺度比另外一個(gè)的尺度大很多，無(wú)論我們選擇一個(gè)什么樣的尺度，個(gè)的尺度比另外一個(gè)的尺度大很多，無(wú)論我們選擇一個(gè)什么樣的尺度，變量行為都不能得到最好的刻畫。以上特點(diǎn)恰好符合剛性方程的定義，變量行為都不能得到最好的刻畫。以上特點(diǎn)恰好符合剛性方程的定義，所以本設(shè)計(jì)中步長(zhǎng)應(yīng)選用變步長(zhǎng)。所以本設(shè)計(jì)中步長(zhǎng)應(yīng)選用變步長(zhǎng)。4.14.1基于基于EDMEDM的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流環(huán)的設(shè)計(jì)：電流環(huán)的設(shè)計(jì)：轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)：轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)：1.167(0.021)( )0.02ACRsWss2.98(0.08671)( )0.0867ASRsWss圖4 工程設(shè)計(jì)法仿真模型圖圖5 工程設(shè)計(jì)法下的

7、系統(tǒng)仿真曲線4.24.2基于基于GA ToolboxGA Toolbox的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 基于基于MATLABMATLAB的遺傳算法工具箱包含了我們需要的各種函數(shù)庫(kù)的遺傳算法工具箱包含了我們需要的各種函數(shù)庫(kù)，它的出它的出現(xiàn)，大大方便了使用者對(duì)遺傳算法的應(yīng)用?，F(xiàn)，大大方便了使用者對(duì)遺傳算法的應(yīng)用。 在在MATLAB環(huán)境下首先通過(guò)環(huán)境下首先通過(guò)Simulink窗口建立仿真模型如圖窗口建立仿真模型如圖6 6所示，然后建立所示，然后建立主程序文件主程序文件main.m main.m 和目標(biāo)函數(shù)文件和目標(biāo)函數(shù)文件optm.moptm.m，運(yùn)行主程序，得到運(yùn)行主程序，得到

8、的的存儲(chǔ)空間，存儲(chǔ)空間，在在Command window鍵鍵入入gatool,調(diào)用出遺傳算法工具箱的人機(jī)接調(diào)用出遺傳算法工具箱的人機(jī)接口，在里面設(shè)置相關(guān)參數(shù)，設(shè)置完畢后點(diǎn)擊口，在里面設(shè)置相關(guān)參數(shù)，設(shè)置完畢后點(diǎn)擊start按鈕開始運(yùn)行。經(jīng)過(guò)迭代，按鈕開始運(yùn)行。經(jīng)過(guò)迭代，會(huì)得到會(huì)得到 的最優(yōu)解，參數(shù)值如圖的最優(yōu)解，參數(shù)值如圖7所示，將再其帶入圖所示，將再其帶入圖6中即可中即可得出如圖得出如圖8所示的仿真曲線。所示的仿真曲線。,1, 1kp ki kp ki,1, 1kp ki kp ki圖6 遺傳算法優(yōu)化設(shè)計(jì)仿真模型圖圖7 遺傳算法優(yōu)化設(shè)計(jì)仿真模型圖圖8 遺傳算法下的系統(tǒng)仿真曲線性能指標(biāo)對(duì)比性能指標(biāo)對(duì)比對(duì)調(diào)速系統(tǒng)而言，被控制的對(duì)象是轉(zhuǎn)速對(duì)調(diào)速系統(tǒng)而言，被控制的對(duì)象是轉(zhuǎn)速,通過(guò)計(jì)算可得轉(zhuǎn)速環(huán)的各性能指通過(guò)計(jì)算可得轉(zhuǎn)速環(huán)的各性能指標(biāo)如下表所示標(biāo)如下表所示超調(diào)量超調(diào)量調(diào)節(jié)時(shí)間調(diào)節(jié)時(shí)間工程設(shè)計(jì)法工程設(shè)計(jì)法5.1%0.192s遺傳算法遺傳算法00.14sst結(jié)論結(jié)論: : 從仿真結(jié)果可以看出，遺傳算法較工程設(shè)計(jì)法而言獲得了更優(yōu)的調(diào)節(jié)器參數(shù)從仿真結(jié)果可以看出，遺傳