双闭环直流调速控制系统仿真.

-1-题目：双闭环直流调速控制系统仿真目录第一章概述.........................................................................................................-2-1.1仿真意义..................................................................................................................-2-1.2本设计内容及要求..................................................................................................-3-第二章双闭环直流调速系统的工作原理.................................................................-4-2.1双闭环直流调速系统的介绍................................................................................-4-2.2双闭环直流调速系统的组成................................................................................-5-2.3双闭环直流调速系统的稳态结构图和静特性....................................................-6-2.4双闭环直流调速系统的起动过程分析................................................................-7-2.5双闭环直流调速系统的动态性能分析................................................................-9-2.6双闭环直流调速系统的动态性能指标..............................................................-11-2.7双闭环直流调速系统的频域分析......................................................................-13-第三章双闭环直流调速系统的数学模型.................................................................-15-3.1直流电动机建模..................................................................................................-15-3.2晶闸管触发和整流装置传递函数......................................................................-17-3.3按工程设计方法设计双闭环系统调节器..........................................................-19-3.3.1电流调节器的设计.......................................................................................-19-3.3.2转速调节器的设计.......................................................................................-23-第四章SIMULINK环境中的系统建模、仿真结果及分析....................................-27-4.1电流环的MATLAB计算及仿真.......................................................................-28-4.1.1电流内环的SIMULINK动态结构图..........................................................-29-4.1.2电流环阶跃响应的MATLAB计算及仿真................................................-29-4.1.3电流环抗扰动响应过程的MATLAB计算机仿真....................................-31-4.1.4电流环频域分析的MATLAB计算及仿真.................................................-33-4.2转速环的MATLAB计算及仿真.......................................................................-34-4.2.1转速外环的SIMULINK动态结构图..........................................................-34-4.2.2转速环阶跃响应的MATLAB计算及仿真.................................................-35-4.2.3转速环抗扰动响应过程的MATLAB计算机仿真.....................................-36-4.2.4转速环频域分析的MATLAB计算及仿真.................................................-38-第五章结论.................................................................................................................-40-参考文献..............................................................................................错误!未定义书签。致谢......................................................................................................错误!未定义书签。附录......................................................................................................错误!未定义书签。第一章概述1.1仿真意义对于那些在实际调试过程中存在很大风险或实验费用昂贵的系统，一般不允许对设计好的系统直接进行实验。然而没有经过实验研究是不能将设计好的系统直接放到生产实际中去的。因此就必须对其进行模拟实验研究。当然有些情况下可以构造一套物理装置进行实验，但这种方法十分费时而且费用又高，而且在有的情况下物理模拟几乎是不可能的。近年来随着计算机的迅速发展，采用计算机对控制系统进行数学仿真的方法已被人们采纳。-3-但是长期以来，仿真领域的研究重点是仿真模型的建立这一环节上，即在系统模型建立以后要设计一种算法。以使系统模型等为计算机所接受，然后再编制成计算机程序，并在计算机上运行。因此产生了各种仿真算法和仿真软件。由于对模型建立和仿真实验研究较少，因此建模通常需要很长时间，同时仿真结果的分析也必须依赖有关专家，而对决策者缺乏直接的指导，这样就大大阻碍了仿真技术的推广应用。MATLAB提供动态系统仿真工具Simulink，则是众多仿真软件中最强大、最优秀、最容易使用的一种。它有效的解决了以上仿真技术中的问题。在Simulink中，对系统进行建模将变的非常简单，而且仿真过程是交互的，因此可以很随意的改变仿真参数，并且立即可以得到修改后的结果。另外，使用MATLBA中的各种分析工具，还可以对仿真结果进行分析和可视化。直流电机具有良好的起制动性能，易于在较广范围内平滑调速，在许多高性能可控电力拖动系统中得到广泛应用，如轧钢机、龙门刨床、高层电梯、高精度机床等。直流调速系统在理论上与实践上都比较成熟，从反馈闭环控制的角度来看，它又是交流调速的基础，但是双闭环调速，双闭环可逆直流调速系统结构复杂，在研究和设计的过程中，许多参数的选择需要反复调试，运用计算机仿真技术对系统进行仿真，将会为研究和设计工作提供有力的支持，在计算机仿真系统时，可以方便地对参数进行设置，得到合理的参数组合，为系统的实现提供条件。1.2本设计内容及要求本课题主要是对双闭环直流调速系统进行设计，在Simulink环境中对双闭环直流调速系统进行辅助设计，具体内容有：对电流调节器和转速调节器进行工程设计；在SimuLink环境中对电流环和转速环进行时域和频域分析；对调速系统进行跟随性和抗扰性分析。直流调速系统是一个复杂的运动控制系统，在设计和调试过程中有大量的参数需要计算和调整。运用传统的设计方法工作量大，系统调试困难。随着计算机技术的发展，在软件和硬件方面提供了良好的设计平台。此次论文运用MATLAB软件建立了调速系统的仿真模型。利用Simulink中仿真功能对系统进行了仿真，仿真的结果证明了该方法的可行性、合理性。利用仿真技术可以很大程度地减少双闭环直流调速系统设计和调试强度。第二章双闭环直流调速系统的工作原理2.1双闭环直流调速系统的介绍双闭环（转速环、电流环）直流调速系统是一种当前应用广泛，经济，适用的电力传动系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强的优点。我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。但如果对系统的动态性能要求较高，例如要求起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足要求。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩。在单闭环系统中，只有电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的。但它只是在超过临界电流dcrI值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动时的电流和转速波形如图2-1a所示。当电流从最大值降低下来以后，电机转矩也随之减小，因而加速过程必然拖长。在实际工作中,我们希望在电机最大电流（转矩）受限的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流（转矩）为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。这样的理想起动过程波形如图2-1b所示，这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。这是在最大电流（转矩）受限的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程。图2-1调速系统起动过程的电流和转速波形a)带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动过程b)理想快速起动过程IdLntIdOIdmIdLntIdOIdmIdcrnna)b)-5-实际上，由于主电路电感的作用，电流不能突跳，为了实现在允许条件下最快启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值dmI的恒流过程，按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么采用电流负反馈就能得到近似的恒流过程。问题是希望在启动过程中只有电流负反馈，而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器的输入端，到达稳态转速后，又希望只要转