综合训练项目一题目：转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真学期：专业：班级：姓名：学号：指导教师：辽宁工程技术大学成绩评定表评定标准评定指标标准评定合格不合格调节器设计方案正确性仿真模型搭建参数选择仿真结果设计报告\答辩内容充实图表清晰答辩效果总成绩日期年月日综合训练项目一题目：转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真目的：通过仿真，学生可以对各模块性能、电路连接情况有所了解并直观地看到仿真结果；通过对仿真参数进行调整，可以使学生了解参数变化对系统性能的影响。

要求：针对知识单元二的转速、电流双闭环直流调速系统的调节器工程设计方法，利用MATLAB/simulink 中的电力系统工具箱搭建系统仿真模型，验证调节器工程设计方法得到的参数并合理调节参数，利用该模型学生可以分析双闭环直流调速系统的启动性能、系统突加减变负载运行工况下的速度、电流及转矩变化情况以及系统抗电网电压等各种扰动下的速度响应。

任务:某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，基本数据如下：直流电动机：220V ，136A ，1460r/min ，Ce=0.132V ·min/r,允许过载倍数 1.5λ=；晶闸管装置放大系数40s k =；电枢回路总电阻0.5R =Ω，0.0017s T s =，电磁时间常数0.03l T s =，机电时间常数0.18m T s =，电流反馈滤波时间常数0.002oi T s =，电流反馈系数0.05/V A β=，转速反馈系数0.05min/V r α=∙，要求转速无静差，空载起动到额定转速时的转速超调量10%n σ=。

1、采用工程设计方法设计电流调节器和速度调节器,建立各自的动态数学模型；2、用MATLAB/Simulink 仿真软件建立电流环仿真模型；3、分析电流环不同参数下的仿真曲线；4、用MATLAB 建立转速环仿真模型；5、分析转速环空载启动、满载启动、抗扰波形图仿真曲线；6、针对仿真模型进行演示答辩，考查其掌握程度转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真工程设计方法来设计转速、电流双闭环调速系统的两个调节器。

按照设计多环控制系统先内环后外环的一般原则，从内环开始，逐步向外扩展，在双闭环系统中应该先设计电流调节器，然后再把整个电流环看做是转速调节器中的一个环节，在设计转速调节器。

双闭环调速系统结构框图如下图所示：增加了滤波环节：电流滤波、转速滤波和两个给定信号的滤波环节，由于电流检测信号中常含有交流分量，为了不使它影响到调节器的输入，需加低通滤波。

这样的滤波环节传递函数可用一阶惯性来表示其滤波时间常数oi T 按需要选定，以滤平电流检测信号为准，然而在抑制交流分量的同时滤波环节也延迟了反馈信号的作用，为了平衡这个延迟作用，在给定信号通道上加入一个同等时间常数的惯性环节，其意义是让给定信号和反馈信号经过相同的延时，使二者在时间上得到恰当的配合，从而带来设计上的方便。

一、电流调节器的设计：电流环化简后的结构框图（课本P77）其中i s oi T T T ∑=+（近似处理） 式 （1-1） 1、电流调节器结构的选择/(1)(1)s l K RT s T s β∑++*()i U s βASR综合训练项目一首先考虑把电流环校正成哪一类典型系统。

从稳态要求上看，希望电流无静差，以得到理想的堵转特性，由上图可以看出采用典型I 型就够了。

再从动态要求上看，实际系统不允许电枢电流突加控制时有太大的超调，以保证电流在动态过程中不超过允许值，而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要的因素。

为此，电流环应以跟随性能为主，即应选用典型I 系统。

电流环控制对象是双惯性型的，要校正成典型I 系统，显然应采用PI 型的电流调节器，其传递函数可以写成：(1)()i i ACR i K s W s sττ+=式 （1-2）式中 i K ----电流调节器的比例系数i τ-----电流调节器的超前时间常数。

为了让调节器零点与控制对象的大时间常数极点对消，选择i τ=l T （电磁时间常数） 式 （1-3）所以i τ=0.03另：i s I i K K K Rβτ=式（1-4） 有题意可知：s K =40； β=0.05； R=0.5； i τ=0.03； 所以 0.0075I i i I s K RK K K τβ== 式（1-5）1）、当超调量0%σ=时：0.25I i K T ∑= 式（1-6） 由式（1-1）得：i s oi T T T ∑=+=0.0017+0.002=0.0037 由式（1-5）和（1-6）得：0.25*0.0075i iK T ∑==0.507i τ=0.030.0150.507()0.03ACR s W s s+=仿真模型为：转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真仿真波形为：可见图像是没有超调的；2）、当超调量 1.5%σ=时：0.39I i K T ∑= 式（1-7） 由式（1-1）得：i s oi T T T ∑=+=0.0017+0.002=0.0037 由式（1-5）和（1-7）得：0.39*0.0075i iK T ∑==0.791i τ=0.030.0240.791()0.03ACR s W s s+=仿真模型为：综合训练项目一仿真波形为：可见是有一点超调的；3）、当超调量 4.3%σ=时：0.50I i K T ∑= 式（1-8） 由式（1-1）得：i s oi T T T ∑=+=0.0017+0.002=0.0037 由式（1-5）和（1-8）得：0.50*0.0075i iK T ∑==1.014i τ=0.030.03 1.014()0.03ACR s W s s+=仿真模型为：转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真仿真波形为：可见超调变大；4）、当超调量9.5%σ=时：0.69I i K T ∑= 式（1-9） 由式（1-1）得：i s oi T T T ∑=+=0.0017+0.002=0.0037 由式（1-5）和（1-9）得：0.69*0.0075i iK T ∑==1.399i τ=0.030.042 1.399()0.03ACR s W s s+=仿真模型为：综合训练项目一仿真波形为：可见超调变大；5）、当超调量16.3%σ=时： 1.0I i K T ∑= 式（1-9） 由式（1-1）得：i s oi T T T ∑=+=0.0017+0.002=0.0037 由式（1-5）和（1-9）得： 1.0*0.0075i iK T ∑==2.027i τ=0.030.061 2.027()0.03ACR s W s s+=仿真模型为：转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真仿真波形为：可见超调变大； 二、转速调节器的设计 电流环等效闭环传递函数*2()1111()/11d cli i i I I II s W T U s s s s K K K β∑==≈+++接入转速环内，电流环等效环节的输入量应为*()i U s ，因此电流环在转速环中应等效为：*1()()1()1d cli i II s W s U s s K ββ=≈+取9.5%σ=时：0.69I i K T ∑= ；10.00536IK = 式（2-1）综合训练项目一转速环化简后的框图为：转速环化简后结构图（课本P81）其中 1n on IT T K ∑=+（小惯性环节近似计算）式（2-2） 为了实现转速无静差，在负载扰动作用点前必须有一个积分环节，它应该包含在转速调节器ASR 中，现在扰动作用点后面已经有了一个积分环节，因此转速环开环传递函数应共有两个积分环节，所以应该设计成典型II 型系统，这样的系统同时也能满足动态抗扰性能好的要求。

因此ASR 也应该采用PI 调节器，其传递函数为：(1)()n n ASR n K s W S sττ+=式 （2-3）式中 n K ----转速调节器的比例系数；n τ----转速调节器的超前时间常数。

则调速系统的开环传递函数为2(1)(1)()*(1)(1)n n n n n n e m n n e m n RK s K R s W s s C T s T s C T s T s ατατβττβ∑∑++==++ 令转速开环增益n N n e mK RK C T ατβ=式（2-4）n n hT τ∑=由式（2-2）知 1n on IT T K ∑=+（题中没有给出on T ，我们不妨取0.002） ASR1n T s αβ∑+e m R C T s*()nU s α()dl I sn ()n s转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真因此0.005360.0020.00736n T ∑=+=；式（2-5） 所以：0.00736n h τ= 式（2-6） 因为2212N n h K h T ∑+=由式（2-4）知n N n e m K R K C T ατβ= 所以(1)2e mn nh C T K h RT βα∑+=由题意可知：0.05β=；0.132e C =；0.18m T =；0.05α=；R=0.5； 再由式（2-5）知0.00736n T ∑=； 所以 13.23(1)n K h=+ 式（2-7） 一般h=5时：由式（2-6）和式（2-7）得0.0368n τ=；3.876n K =；0.1426 3.876()0.0368ASR s W S s+=仿真模型为：空载仿真图综合训练项目一满载仿真图：干扰仿真图：。