PDF《王祖亮 , 侯北平》

转速调节器在外边 , 叫做外环 [5] . 双闭环调速系 统的原理图如图

1 所示 . 图1双闭环调速系统原理图 Fig .

1 Schematic diagram of double\loop speed control system

1 .

2 动态数学模型 直流电动机可视为一个二阶线性环节 [6] ,晶 闸管装置可按照一阶惯性环节处理 ,转速 、电流调 节器均设为 PI 调节器 ,以获得良好的动 、静态特 性,得到双闭环直流调速系统的动态结构如图

2 所示 . 图2双闭环调速系统的动态结构图 Fig .

2 Dynamic structure of double\loop speed control system

1 .

3 双闭环调速算法分析 对于电流内环的设计 ,希望电流无静差在突加控 制时 , 电枢电流不能有太大的超调 , 可以选择典型 I 型 系统 [7] ,采用 PI 调节 , 令WACR (s) = Ki τis +

1 τi s 其中电流调节比例系数 Ki 为:Ki = R 2KSβ Ti TS + Toi 积分系数即电流调节器的超前时间常数 τi = Ti . 对于转速外环的设计 ,可以选择典型 Ⅱ 型系 统,在实现转速无静差的同时又能满足动态抗扰性 能的要求 , 采用 PI 调节 , 令WASR (s) = Kn τn s +

1 τn s 其中转速调节器的比例系数 Kn 为:Kn = (h + 1)βCe Tm 2hαRT 催 其中 h 为中频宽度 , 按跟随和抗扰性能都比较好的 原则 , 取h=5,T催 = Ti R K i K sβ + Ton 积分系数即转速调节器的超前时间常数 τn 为:τn = Kn hT 催n2基于 Simulink 的双闭环调速系统 Simulink 环境下的仿真框图如图

3 所示 .

2 .

1 系统总体构成 选用晶闸管供电的双闭环直流调速系统 , 整流 装置采用三相桥式电路 , 直流电动机规格为

220 V ,

136 A ,

1 460 r/min , Ce =

0 .

132 r/min , 允许过载倍 数λ=

1 ;

晶闸管装置放大系数 Ks =

40 , 电枢回路总 电阻 R =

0 .

5 Ω , 时间常数 Ti =

0 .

03 s ,Tm =

0 .

18 s ;

另外 , 选择电流反馈系数 β=

0 .

083 , 转速反馈系数 α=

0 .

003 4 .

2 .

2 电流环模块 整流滞后时间常数即三相桥式电路的平均失控 时间 Ts =

0 .

001 7 s , 电流滤波时间常数即三相桥式 电路每个波头时间 Toi =

0 .

002 s . 电流环调节器采 用PI 调节 , 根据电流环调速算法得到电流调节比例 系数 Ki =

0 .

61 ;

电流调节器的超前时间常数 τi = Ti =

0 .

03 s . 电流环模块如图

4 所示 .

7 第1期王祖亮 , 等:基于 Simulink 的双闭环调速系统仿真研究 图3双闭环调速系统仿真框图 Fig .

3 Simulation diagram of double\loop speed control system 图4电流环模块 Fig .

4 Module of electric current loop

2 .

3 转速环模块 按小时间常数近似处理 T∑ i = Ts + Toi =

0 .

003 7 s 电流环的等效时间常数为

2 T∑ i =

0 .

007 4 s , 转速滤 波时间常数 Ton =

0 .

01 s . 转速环调节器采用 PI 调节,根据转速环调速算法得到转速调节器的比例系 数Kn =

40 , 转速调节器的超前时间常数 τn =

0 .

087 . 转速环模块如图

5 所示 . 图5转速环模块 Fig .

5 Module of speed loop

3 仿真结果与分析 系统仿真结果如图

6 和图

7 所示 . 给定电压设置为零 , 系统工作在电流干扰作用 下,其阶跃扰动响应曲线如图

8 所示 . 设置双闭环控制的一个重要目的就是要获得接 近理想起动过程 , 因此在分析双闭环调速系统的动 态性能时 , 首先要探讨它的起动过程 , 双闭环直流调 速系统突加给定电压 U 倡n由静止状态起动时 , 转速 和电流在起动过程中经历了三个阶段 ,根据仿真波 形,也可看出起动过程分别经历了电流上升 、 恒流升 速、转速调节这三个阶段 . 图6输出电流波形 Fig .