基于MATLAB 的直流電機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設計與仿真

1、基于MATLAB 的直流電機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設計與仿真1. 題目設計一個轉(zhuǎn)速-電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng),采用雙極式H 橋PWM 方式驅(qū)動,已知電機的參數(shù):額定功率200W ;額定電壓48V ;額定電流4A ;額定轉(zhuǎn)速500r/min ; 電樞回路總電阻R=8; 允許電流過載倍數(shù)=2; 反電動勢系數(shù)e C =0.04Vmin/s ;電氣時間常數(shù)T l =0.0087s (注:老師給定值為T l =0.008s ; 機電時間常數(shù)T m =0.49s (注:老師給定值為T m =0.5s ; 電流反饋濾波時間常數(shù)oi T =0.2ms ; 轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù)on T =1ms ;要求轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流

2、調(diào)節(jié)器的最大輸入電壓*im U =*nm U =10v ,兩調(diào)節(jié)器的輸出限幅電壓為10V ;PWM 功率變換器的開關頻率f=10kHz ,放大倍數(shù)K s =4.8。 對該系統(tǒng)進行動態(tài)參數(shù)設計,設計指標: 穩(wěn)態(tài)無靜差; 電流超調(diào)量%5i ;空載啟動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量%25 過渡過程時間t s =0.5s 。2.計算電流和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)r V r Vn U AV AV I U nmim min/02.0min/50010/25.14210max *nom *=3.電流環(huán)設計 參數(shù)計算:小參數(shù)環(huán)節(jié)近似處理:T s =1=1=0.1mss s s T T T oi s i 0003.00002.0

3、0001.0=+=+=電流調(diào)節(jié)器設計W ACR s =K ii s+1iACR 的超前時間常數(shù):i =T l =0.0087s電流環(huán)開環(huán)增益:s T K T K i I i I i /1 7.16660003.05.05.0 5.0%5=,因此,應取要求 3333.0198.425.18.70087.07.1666 =s i I i K R K K ACR 的比例系數(shù)為于是,檢驗:ci =K I =1666.7113T s=13×0.0001=3333.3, 所以滿足ci 13T s;2 3 1T m T l=3× 10.0087×0.49=45.95, 所以滿足

4、ci 3 1Tm T l;3 13 1Tsoi =13 10.0001×0.0002=2357,所以滿足ci 13 1Ts oi。繪制電流環(huán)等效前后的Bode 圖:在Simulink 中分別連接系統(tǒng)的框圖: 圖 1-1 圖 1-2在命令窗中輸入:figure(1;a,b,c,d=linmod('my_dl_bode'sys1=ss(a,b,c,d;margin(sys1grid on;figure(2;a,b,c,d=linmod('my_dleq_bode'sys2=ss(a,b,c,d;margin(sys2繪制出頻率特性曲線: 圖2-1 圖2-2

5、17、矩陣結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點:優(yōu)點:靈活性、適應性強。缺點:1.穩(wěn)定性差。2.由于受雙重領導,當兩個意見不一致時,會使工作無所適從。第九章、組織中的職權(quán)配制較大誤差,但是對于一般的機械系統(tǒng),是滿足要求的。又近似曲線,幅值裕度為無窮大,這是不對的,應該在不合并小參數(shù)環(huán)節(jié)的曲線上讀取,因為此時系統(tǒng)在高頻段。繪制電流環(huán)的閉環(huán)單位階躍響應曲線:連接電流環(huán)閉環(huán) 圖3輸入下面的程序a,b,c,d=linmod(my_blcl;sys=ss(a,b,c,d;9、有效授權(quán)的要求:1.要有善于接受不同意見的態(tài)度 2.要有放手的態(tài)度 3.要允許別人犯錯誤 4.要善于信任下級5.要善于適度控制 11、分權(quán):職權(quán)分散到整個

6、組織中。圖4-1為未經(jīng)小參數(shù)環(huán)節(jié)合并的電流單位階躍響應曲線?？梢钥闯龀{(diào)量p13、集權(quán)制組織的特點:1.決策權(quán)大多集中在高層領導 2.對下級的控制較多3.統(tǒng)一經(jīng)營 4.統(tǒng)一核算 圖4-2 圖4-3圖4-3為經(jīng)小參數(shù)環(huán)節(jié)合并后的并經(jīng)過參數(shù)調(diào)整的電流環(huán)單位階躍響應曲線。4轉(zhuǎn)速環(huán)設計 轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益 h +1 5 +1 KN = 2 2 = = 4.69 2 2h TSn 2 ´ 5 ´ 0.0016 2 于是， ASR的比例系數(shù) (h + 1 b C eTm 6 ´ 1.25 ´ 0.04 ´ 0.59 Kn = = = 70 .9 2haRTSn

7、 2 ´ 5 ´ 0.02 ´ 7.8 ´ 0.0016 時間常數(shù) 電流環(huán)等效時間常數(shù)： TSi = 0.0006 s 2 小時間常數(shù)近似處理： TSn = 2TSi + Ton = 0.0016 s 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設計 W ASR ( s = K n t ns +1 t ns 按跟隨性和抗擾性都較 好的原則，取 h = 5, 則 t n = hTSn = 5 ´ 0.0016 = 0.008 s 在 simulink 中作出轉(zhuǎn)速環(huán)的結(jié)構(gòu)框圖： 圖 5 圖 6-2 圖 6-2 圖 6-1 和圖 6-2 為小參數(shù)環(huán)節(jié)合并后的轉(zhuǎn)速環(huán) Bode 圖和未經(jīng)

8、小參數(shù)環(huán)節(jié)合并 后的轉(zhuǎn)速環(huán) Bode 圖。 5.總體的調(diào)整與綜合 初步仿真出來的結(jié)果又兩個問題：一、加上飽和限幅環(huán)節(jié)后，系統(tǒng)振蕩嚴重， 在最開始的時間里經(jīng)過十分多次的飽和-退保和-再保和調(diào)整，使得最后得到的轉(zhuǎn) 速輸出一直在振蕩（但是是收斂的振蕩，即在某一小范圍內(nèi)振蕩） ，為了解決這 個問題，首先適當可以提高限幅器的鉗位值，以減小飽和-退保和-再保和的調(diào)整 頻率和次數(shù)；其次，發(fā)現(xiàn)適當改變一些參數(shù)（如減小 ASR 與 ACR 的放大倍數(shù)） 可以抑制其后信號的超調(diào)量。 經(jīng)過反復調(diào)整后，在鉗位值較大的以及區(qū)較小的調(diào)節(jié)器放大倍數(shù)情況下，在 simulink 中進行連接、仿真 圖 7 圖五為小參數(shù)環(huán)節(jié)合并后的轉(zhuǎn)速環(huán)單位階躍響應曲線和未經(jīng)小參數(shù)環(huán)節(jié)合并 后的轉(zhuǎn)速環(huán)單位階躍響應曲線。 5Simulink 工具箱仿真 (1階躍信號下的動態(tài)性能 圖7 輸入Un = 25V, 負載電流Idl = 3.5A 時，轉(zhuǎn)速最后輸出的結(jié)果 電流調(diào)整的過程： 其二、在調(diào)整的過程中發(fā)現(xiàn)了 ASR 的放大倍數(shù)和時間常數(shù)對最后轉(zhuǎn)速的