基于Simulink的直流調(diào)速系統(tǒng)仿真

基于Simulink的直流調(diào)速系統(tǒng)仿真研究董璇，都洪基(南京理工大學(xué)動(dòng)力工程學(xué)院，南京，210094)摘 要：以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，使用MATLAB的Simulink工具箱對直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究。面向控制系統(tǒng)電氣原理結(jié)構(gòu)圖、結(jié)合SimPowerSystems工具箱，對開環(huán)、單閉環(huán)電壓負(fù)反饋、轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)（DLM）以及PWM調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，并作出分析和比較。對雙閉環(huán)系統(tǒng)模型進(jìn)行了改進(jìn)，采用GA工具尋求控制參數(shù)最優(yōu)解。仿真結(jié)果表明優(yōu)化后的參數(shù)能夠更有效地提高調(diào)速控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)。關(guān)鍵詞：直流調(diào)速系統(tǒng)；仿真；SimPowerSystems；GA0引言許多生產(chǎn)機(jī)械要求在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行速度的平滑調(diào)節(jié)，并且要求有良好的穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)性能。直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速范圍廣、靜差率小、穩(wěn)定性好以及具有良好的動(dòng)態(tài)性能，在高性能的拖動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域中，相當(dāng)長時(shí)期內(nèi)幾乎都采用直流電力拖動(dòng)系統(tǒng)。為了深入地分析控制原理在直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用，本文對從開環(huán)系統(tǒng)到脈寬調(diào)制（PWM）系統(tǒng)等四種直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了仿真對比實(shí)驗(yàn)，并作出了分析比較。傳統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)方法參數(shù)并未優(yōu)化，控制系統(tǒng)性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系往往是非線形多峰函數(shù)，函數(shù)復(fù)雜甚至未可知，因此優(yōu)化參數(shù)往往不易用一般的數(shù)學(xué)分析方法來獲得。近年來，遺傳算法(GA)做為求解優(yōu)化問題的有效手段而開始被引入控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中。GA采用非數(shù)值計(jì)算方法和隨機(jī)進(jìn)化策略，無需梯度信息，能有效攻克十分困難的優(yōu)化問題，其處理問題更具有靈活性、適應(yīng)性、魯棒性、全局性。將GA引入DLM參數(shù)設(shè)計(jì)中，也取得了較好的效果。[1]1四種調(diào)速系統(tǒng)的仿真比較[2]1.1開環(huán)系統(tǒng)開環(huán)系統(tǒng)的仿真模型如圖1所示，由給定信號、同步脈沖觸發(fā)器、晶閘管整流橋、平波電抗器、直流電動(dòng)機(jī)等部分組成。其中，同步脈沖觸發(fā)器為同步電源與六脈沖觸發(fā)器封裝在一起的子模塊，其模型如圖2所示。仿真算法為可變步長，ode23s，給定信號50。仿真結(jié)果如圖3所示。勵(lì)磁電壓為100伏。從圖3中可以

圖1開環(huán)系統(tǒng)仿真模型看出，開環(huán)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)速度比較慢，轉(zhuǎn)速在第5秒才接近穩(wěn)態(tài)值。轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)值較大。由電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和勵(lì)磁磁通成反比易知，調(diào)節(jié)勵(lì)磁磁通可以改變直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性。圖4即為將勵(lì)磁電壓增大到220V時(shí)的轉(zhuǎn)速、電流曲線。觀察波形可見，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)值隨著勵(lì)磁電壓的增大而明顯降低，且調(diào)節(jié)速度明顯加快，1秒以內(nèi)轉(zhuǎn)速就達(dá)到了穩(wěn)態(tài)值。圖2同步脈沖觸發(fā)器和封裝后的子系統(tǒng)模塊圖3開環(huán)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、電流曲線 圖4勵(lì)磁電壓增大后的曲線電壓負(fù)反饋單閉環(huán)系統(tǒng)單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有多種反饋方式，如電壓負(fù)反饋、轉(zhuǎn)速負(fù)反饋等。電壓負(fù)反饋在組成和實(shí)現(xiàn)上都比較簡單實(shí)用，本文即采用電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)由給定信號、電壓調(diào)節(jié)器、同步脈沖觸發(fā)器、晶閘管整流橋、平波