学 号： 课 程 设 计
题 目 学 院 专 业 班 级 姓 名 指导教师
双闭环调速系统设计及变负载扰动转
速环突然断线matlab仿真
2016 年 12 月
日
武汉理工大学《运动控制系统》课程设计说明书
摘要
电流转速双闭环调速系统是静动态性能优良的直流调速系统，对于调速系统而言，被控制的对象是转速。它的跟随性能可以用阶跃给定下的动态响应描述，设计时一般遵循时间最优的理想过渡过程设计。
电流转速双闭环调速系统的控制规律、性能特点和设计方法是各种交直流电力拖动自动控制系统的重要基础。掌握双闭环调速系统对于运动控制系统的学习起重要的作用。
从闭环结构上看，电流环在里面，时间参数小，可以快速的跟踪给定电流，被称作电流内环；转速环在外面，时间参数大，但是能够跟踪给定电压，从而调整转速，被称作转速外环；这样构成了电流转速反馈控制直流调速系统。选择合理的电流调节器和转速调节器的结构和参数能使系统更好地达到生产工艺所要求的性能指标。
本次课程设计的目的就是利用MATLAB进行双闭环调速系统的设计、仿真和计算分析。通过变负载扰动，和转速环断线的仿真来检验系统的动态性能和可能出现的情况，从理论和仿真进一步了解双闭环系统。
关键词：双闭环调速，变负载扰动，转速环突然断线，MATLAB仿真
武汉理工大学《运动控制系统》课程设计说明书
目录
1.设计任务分析 ............................................................ 1
1.1初始条件 ........................................................... 1 1.2主要任务 ........................................................... 1 2.双闭环调速系统的结构图 .................................................. 2 3.电流调节器的设计 ........................................................ 4
3.1确定时间常数 ....................................................... 4 3.2选择电流调节器结构 ................................................. 4 3.3计算电流调节器参数 ................................................. 4 3.4校验近似条件 ....................................................... 5 4.转速调节器的设计 ........................................................ 6
4.1确定时间常数 ....................................................... 6 4.2选择转速调节器结构 ................................................. 6 4.3计算转速调节器参数 ................................................. 6 4.4校验近似条件 ....................................................... 7 4.5校核转速超调量 ..................................................... 7 5.双闭环调速系统的仿真 .................................................... 8 6.仿真结果及分析 ......................................................... 10 收获体会 ................................................................. 11 参考文献 ................................................................. 12 本科生课程设计成绩评定表 ................................................. 13
武汉理工大学《运动控制系统》课程设计说明书
双闭环调速系统设计及变负载扰动转速
环突然断线matlab仿真
1.设计任务分析
1.1初始条件
不可逆的生产设备，采用双闭环直流调速系统，其整流装置采用三相半波整流电路，系统的基本数据如下：
直流电机：Unom=220V，Inom=305A，nnom=1000r/m，Ce=0.196Vmin/r，允许过载倍数λ=1.5；时间常数：TL=0.012S ，Tm=0.12；晶闸管装置放大倍数：Ks=35 主电路总电阻：R=0.18Ω；额定转速时的给定电压Un*=10V，调节器ASR饱和输出电压8V。
设计要求如下：
稳态指标：稳态无静差，D=10。
动态指标：电流超调量δi≤5%，空载启动到额定转速时的转速超调量δn≤15%。
1.2主要任务
调速系统设计的任务是合理的选择调节器的结构和参数，使系统的性能指标满足生产工艺的要求，稳态参数的计算是调速系统设计的第一步，他决定了控制系统的基本组成，然后在通过动态设计使系统性能满足要求。经过分析可以将本次设计分解为以下几个部分，参数的选取和计算，电流调节器的设计，转速调节器的设计、MATLAB仿真并进行结果分析。
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2.双闭环调速系统的结构图
双闭环直流调速系统的稳态结构图如图2-1所示，两个调节器均采用带限幅作用的PI调节器。转速调节器ASR的输出限幅电压决定了电流给定的最大值，电流调节器ACR的输出限幅电压限制了电力电子变换器的最大输出电压，图中用带限幅的输出特性表示PI调节器的作用。当调节器饱和时，输出达到限幅值，输入量的变化不再影响输出，除非有反向的输入信号使调节器突出饱和。换句话说，饱和的调节器暂时隔断了输入和输出间的关系，相当于使该调节环开环。当调节器不饱和时，PI调节器工作在线性调节状态，其作用是使输入偏差电压△U在稳态时为零。
图2-1双闭环直流调速系统的稳态结构图
双闭环直流调速系统的动态结构图如图2-2所示，图中ASR和ACR分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数，为了引出电流反馈，在电动机的动态结构框图中必须把电枢电流显露出来。调节器后面的低通滤波环节可以抑制各种扰动量对系统的影响。这样的滤波环节传递函数可用一节惯性环节来表示。
图2-2双闭环直流调速系统的动态结构图
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