直流調(diào)速系統(tǒng)的MATLAB仿真參考程序匯總

1、直流調(diào)速系統(tǒng)的MATLAB仿真一、開(kāi)環(huán)直流速系統(tǒng)的仿真開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理如圖1所示.直流電動(dòng)機(jī)的電樞由三相品閘管整流電路經(jīng)平波電抗器L供電,通過(guò)改變觸發(fā)器移相限制信號(hào)Uc調(diào)節(jié)品閘管的限制角,從而改變整流器的輸出電壓,實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速.該系統(tǒng)的仿真模型如圖2所示.為了減小整流器諧波對(duì)同步信號(hào)的影響,宜設(shè)三相交流電源電感Ls0,直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁由直流電源直接供電.觸發(fā)器6-Pulse的限制角alpha_de.由移相限制信號(hào)Uc決定,移相特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式為909090皿UUcmax圖1開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電氣原理圖在本模型中取min30,Ucmax10V,所以906Uc.在直流電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩

2、輸入端TL用Step模塊設(shè)定加載時(shí)刻和加載轉(zhuǎn)矩.仿真算例1一臺(tái)四極直流電動(dòng)機(jī)額定參數(shù)為UN220V,IN136A,nN1460r/min,Ra0.2,GD222.5Nm2.勵(lì)磁電壓Uf220V,勵(lì)磁電流If1.5A.采用三相橋式整流電路,設(shè)整流器內(nèi)阻Rrec0.3.平波電抗器Ld20mH.仿真該晶閘管-直流電動(dòng)機(jī)開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng),觀察電動(dòng)機(jī)在全壓起動(dòng)和起動(dòng)后加額定負(fù)載時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩Te、電樞電流id及電樞電壓山的變化情況.UN220V仿真步驟：1繪制系統(tǒng)的仿真模型圖22設(shè)置模塊參數(shù)表1供電電源電壓電動(dòng)機(jī)參數(shù)勵(lì)磁電阻:勵(lì)磁電感在恒定磁場(chǎng)限制時(shí)可取“0.電樞電阻：Ra0.2電樞電感由下式估算

3、：La19.1CUN19.102200.0021H2pnNIN221460136電樞繞組和勵(lì)磁繞組間的互感Laf:U2UNRrecIN2200.31362.34COSmin2.34cos30130(V)RfUfIf2201.5146.7(一UNRaINKe220nN0.21360.132(Vmin/r)1460額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩表1開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)主要模型參數(shù)模塊參數(shù)名參數(shù)三相電源(Three-PhaseSource)Phase-to-pahsermsvoltage/V130*sqrt(3)PhaseangleofphaseA/degrees0Frequency/Hz50Internalconnec

4、tionYgSourceresistance/Q0.001Sourceinductance/H0直流電動(dòng)機(jī)(DCMachine)電樞電阻Ra/0.20電樞電感La/H0.0021勵(lì)磁電阻Rf/146.7勵(lì)磁電感Lf/H0電樞繞組與勵(lì)磁繞組間互感Laf/H0.84轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J/kgm20.57平波電抗器Inductance電感Ld/H0.023設(shè)置仿真參數(shù)：仿真算法odel5s,仿真時(shí)間5.0s,直流電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng),起動(dòng)2.5s后加額定負(fù)載TL171.4Nm.4進(jìn)行仿真并觀察、分析結(jié)果圖3.可以用語(yǔ)句plottout,yout進(jìn)行示波器的曲線處理.電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量60KTKe2冗6020.1321.2

5、6LafKTIf1.26T50.84(H)GD24g22.549.812、0.57(kgm)KTIN1.26136171.4(Nm)2500onnn2000I5001000500I050000.511.522.533.544.55tt(s)500200-100400300100000.511.522.533.544.55t(s)3001 11I 111 1IIt1.11 ai1JL1尸ntniHilluirfII4IHL125020015010050044.55-5000.511.522.533.5t圖3開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真結(jié)果二、轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真帶轉(zhuǎn)速負(fù)反應(yīng)的有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)的

6、電氣原理如圖4所示,系統(tǒng)由轉(zhuǎn)速給定環(huán)節(jié)Un、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR放大器Kp、移相觸發(fā)器GT、晶閘管整流器UCR和直流電動(dòng)機(jī)M和測(cè)速發(fā)電機(jī)TG等組成.速系統(tǒng)的根底上,增加了轉(zhuǎn)速給定Un,轉(zhuǎn)速反應(yīng)n-feed、放大器Gain和反映放大器輸出限幅的飽和特性模塊Saturation,飽和限幅模塊的輸出是移相觸發(fā)器的轉(zhuǎn)速反應(yīng)直接取自電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速輸出,沒(méi)有另加測(cè)速發(fā)電機(jī),取2在算例1的根底上觀察轉(zhuǎn)速負(fù)反應(yīng)系統(tǒng)在不同放大器放大倍數(shù)時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)速變化的影響.仿真步驟：1繪制系統(tǒng)的仿真模型圖5.仿真算例轉(zhuǎn)速反應(yīng)系數(shù)*KnUm.限制電壓Uc,cL2設(shè)置模塊參數(shù)表2.3設(shè)置仿真參數(shù)：仿真算法odel5s,仿真時(shí)間1.5s,直

7、流電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng),起動(dòng)0.5s后加額定負(fù)載TL171.4Nm.4進(jìn)行仿真并觀察、分析結(jié)果圖6:用語(yǔ)句plottout1,yout1,tout2,yout2,tout3,yout3進(jìn)行示波器的曲線處理.表2轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)主要模型參數(shù)模塊參數(shù)名參數(shù)三相電源(Three-PhaseSource)同表1直流電動(dòng)機(jī)DCMachine同表1平波電抗器Inductance電感Ld/H0.02轉(zhuǎn)速反應(yīng)系數(shù)n-feedKn0.00667放大器GainKp10可調(diào)整飽和限幅(Saturation)Upperlimit10Lowerlimit-10三、轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

8、的電氣原理如圖7所示,由于晶閘管整流器不能通過(guò)反向電流,因此不能產(chǎn)生反向制動(dòng)轉(zhuǎn)矩而使電動(dòng)機(jī)快速制動(dòng).雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真可以依據(jù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖8a進(jìn)行,也可以用SIMULINK的PowerSystem模塊來(lái)組建.兩種仿真的不同在于主電路,前者晶閘管和電動(dòng)機(jī)用傳遞函數(shù)來(lái)表示,后者晶閘管和電動(dòng)機(jī)使用PowerSystem模塊,而限制局部那么是相同的.下面對(duì)這兩種方法分別進(jìn)行介紹.1 .基于動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)際動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖8b所示,它與圖8a的不同之處圖6轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真結(jié)果圖7轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理圖在于增加了濾波環(huán)節(jié),包括電

9、流濾波、轉(zhuǎn)速濾波和兩個(gè)給定信號(hào)的濾波環(huán)節(jié).這是由于電流檢測(cè)信號(hào)中常含有交流分量,為了不使它影響到調(diào)節(jié)器的輸入,需加低通濾波.這樣的濾波環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)可用一階慣性環(huán)節(jié)來(lái)表示,其濾波時(shí)間常數(shù)Toi可按需要選定,以濾平電流檢測(cè)信號(hào)為準(zhǔn).然而,在抑制交流分量的同時(shí),濾波環(huán)節(jié)也延遲了反應(yīng)信號(hào)的作用,為了平衡這個(gè)延遲作用,在給定信號(hào)通道上參加一個(gè)同等時(shí)間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié),稱作給定濾波環(huán)節(jié).其意義是,讓給定信號(hào)和反應(yīng)信號(hào)經(jīng)過(guò)相同的延時(shí),使二者在時(shí)間上得到恰當(dāng)?shù)呐浜?從而帶來(lái)設(shè)計(jì)上的方便.同樣,由測(cè)速發(fā)電機(jī)得到的轉(zhuǎn)速反應(yīng)電壓信號(hào)含有換向紋波,因此也需要濾波,濾波時(shí)間常數(shù)用Ton表示.根據(jù)和電流環(huán)一樣的道理,在轉(zhuǎn)

10、速給定通道上也參加時(shí)間常數(shù)為兀.的給定濾波環(huán)節(jié).b)圖8轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖依據(jù)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的仿真模型如圖9所示,仿真模型與系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的各個(gè)環(huán)節(jié)根本上是對(duì)應(yīng)的.需要指出的是,雙閉環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器都是有飽和特性和帶輸出限幅的PI調(diào)節(jié)器,為了充分反映在飽和和限幅非線性影響下調(diào)速系統(tǒng)的工作情況,需要構(gòu)建考慮飽和和輸出限幅的PI調(diào)節(jié)器,過(guò)程如下：旦a)電流電流Ii粒粒7刊IR小小+1線性PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為ki,1sWikpkpss式中,kp為比例系數(shù),ki為積分系數(shù),時(shí)間常數(shù)kp/kio上述PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)可以直接調(diào)用SIMULINK中的傳遞函數(shù)或零極點(diǎn)模塊

11、,而考慮飽和和輸出限幅的PI調(diào)節(jié)器模型如圖10所示.模型中比例和積分環(huán)節(jié)分為兩個(gè)通道,其中積分模塊Integrate的限幅表示調(diào)節(jié)器的飽和限幅值,而調(diào)節(jié)器的輸出限幅值由飽和模塊Saturation設(shè)定.圖10帶飽和和輸出限幅的PI調(diào)節(jié)器仿真算例3以算例1的晶閘管-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)為根底,設(shè)計(jì)一個(gè)轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)限制的調(diào)速系統(tǒng),設(shè)計(jì)指標(biāo)為：轉(zhuǎn)速超調(diào)量010%,電流超調(diào)量i%10%,過(guò)載倍數(shù)1.5,取電流反應(yīng)濾波時(shí)間常數(shù)Toi0.002s,轉(zhuǎn)速反應(yīng)濾波時(shí)間常數(shù)Ton0.01s,取轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的飽和值為12V,輸出限幅值為10V.額定轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)速給定電壓Unm10V.通過(guò)仿真觀察系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速、1構(gòu)

12、建系統(tǒng)的仿真模型圖9.2設(shè)置模塊參數(shù)調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算和設(shè)定電流響應(yīng),以及參數(shù)變化仿真步驟：主要是調(diào)節(jié)器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)的影響圖9轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真模型機(jī)電時(shí)間常數(shù)：Tm0.161s電磁時(shí)間常數(shù)：Tl0.076s三相晶閘管整流電路平均失控時(shí)間：Ts0.0017s電流調(diào)節(jié)器ACR參數(shù)的計(jì)算*pi2.57匕33.8i0.076轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR參數(shù)的計(jì)算*轉(zhuǎn)速反應(yīng)系數(shù)：Knm0.00667(Vmin/r)nN1500電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)2Ti20.00370.0074(s)轉(zhuǎn)速環(huán)時(shí)間常數(shù)之和Tn2TiTon20.00370.010.0174(s).11sASR的傳遞函數(shù)為WASR(S)kpnkp

13、i-kpn-,其中sns*im10N1.51360.05(V/A)電流環(huán)時(shí)間常數(shù)之和TiTsToi0.00170.0020.0037(s)ACR的傳遞函數(shù)為WACR(s)Kpi11KK-iipi其中is時(shí)間常數(shù)Tl0.076s比例系數(shù)kpiiR2T3KsKi0.0760.52.5720.00積分系數(shù)kii時(shí)間常數(shù)hTn50.01740.087(s)比例系數(shù)Kpn(h1)KiKeTm60.050積分系數(shù)kinkpn10.99126.30.087電流反應(yīng)系數(shù)：KiUI(選擇中頻段寬度h5)模型各環(huán)節(jié)參數(shù)如圖9所示,其中調(diào)節(jié)器參數(shù)見(jiàn)表3,調(diào)節(jié)器積分環(huán)節(jié)限幅1800r/_1a)表3轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)

14、速系統(tǒng)主要模型參數(shù)模塊參數(shù)名參數(shù)三相電源(Three-PhaseSource)同表1直流電動(dòng)機(jī)DCMachine同表1電樞回路總電阻 R0.5平波電抗器Inductance電感Ld/H0.02機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm/s0.161電磁時(shí)間常數(shù)Tl/s0.076UCR失控時(shí)間Ts/s0.0017轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASRkpn10.99,kin126.3電流調(diào)節(jié)器ACRkpi2.57,kii33.83設(shè)置仿真參數(shù)：仿真算法odel5s,仿真時(shí)間2.0s,電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng),起動(dòng)0.8s后突加額定負(fù)載加IN136A.4進(jìn)行仿真并觀察、分析結(jié)果圖11:值為12V,調(diào)節(jié)器輸出限幅值為10V16001400120010008

15、006004002000.20.40.60.811.21.41.61.8t(s)b)圖11基于動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真結(jié)果2 .基于PowerSystem模塊的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真采用SIMULINK的PowerSystem模塊組成的轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型如圖12所示,模型由晶閘管-直流電動(dòng)機(jī)組成的主電路和轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器組成的限制電路兩局部構(gòu)成.其中的主電路局部,交流電源、品閘管整流器、觸發(fā)器、移相限制和電動(dòng)機(jī)等環(huán)節(jié)使用PowerSystem模型庫(kù)中的模塊.控制電路的主體是轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器,以及反應(yīng)濾波環(huán)節(jié),這局部與前述基于動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真相同.將這兩

16、局部拼接起來(lái)即組成晶閘管-電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)限制的直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型.模型中轉(zhuǎn)速反應(yīng)和電流反應(yīng)均直接取自電機(jī)測(cè)量單元的轉(zhuǎn)速和電流輸出端,這樣減少了測(cè)速和電流檢測(cè)環(huán)節(jié),但并不影響仿真的真實(shí)性.電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出端接移相特性模塊(Shifter)的輸入端,而ACR的輸出限幅值就決定了限制角的min(30)和max(150).圖12基于PowerSystem的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真模型應(yīng)該注意,圖12與圖9仿真模型的不同在于以晶閘管整流器和電動(dòng)機(jī)模型取代了動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖中的晶閘管整流器和電動(dòng)機(jī)傳遞函數(shù),由于動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖中的晶閘管整流器和電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)函數(shù)是線性的,其電流可以反向如圖11b,因此轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過(guò)程要快一些,而實(shí)際的晶閘管整流器不能通