运控实验双闭环仿真.doc

双闭环直流调速系统设计
自动化1205
一、双闭环直流调速系统
1.1电流环的系统仿真
为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈，下图为电流环的仿真。如图1-1所示。

图1-1 电流环直流调速系统结构
仿真所得波形如图：

无超调的仿真结果（KT=0.25）

超调较小的仿真结果（KT=0.5）

超调较大的仿真结果（KT=1.0）
分析：观察仿真结果，在直流电动机的恒流升速阶段，电流值低于，其原因是电流调节系统受到电动机反电动势的扰动，它是一个线性渐增的扰动量，所以系统做不到无静差，而是略低于最大值。

1.2转速环的系统仿真
转速环的仿真模型如图1-2所示

图1-2 转速、电流双闭环直流调速系统结构

仿真所得波形如图：（KT=0.25）

转速环空载高速启动时的仿真结果

转速环满载高速启动时的仿真结果

转速环抗扰的仿真结果（在1s处突加负载）

2．2波形分析
从图中的波形中，我们分析可知其起动过程可分三个阶段来分析：
第Ⅰ阶段：电流上升阶段。
突加给定电压Un*后，通过两个调节器的控制，使Ua，Ud，Ud0都上升。由于机电惯性的作用，转速的增长不会很快。在这一阶段中,ASR由不饱和很快达到饱和,而ACR不饱和,确保电流环的调节作用.
第Ⅱ阶段：是恒流升速阶段。
从电流升到最大值开始，到转速升到给定值 n*为止，这是起动过程中的重要阶段。在这个阶段，ASR一直是饱和的，转速环相当于开环状态，系统表现为在恒值电流给定Uim*作用下的电流调节系统，基本上保持恒定。因而拖动系统的加速度恒定，转速呈线性增长。
第Ⅲ阶段：转速调节阶段。
在这阶段开始，转速已达到给定值，转速调节器的给定与反馈电压平衡，输入偏差为零。转速超调后，ASR输入端出现负的偏差电压，使他退出饱和状态，其输出电压的给定电压Ui*立即下降，主电流Id也因而下降。但在一段时间内，转速仍继续上升。达到最大值后，转速达到峰值。此后，电机才开始在负载下减速，电流Id也出现一段小于Id0的过程，直到稳定。在这最后的阶段，ASR和ACR都不饱和，同时起调节作用。
根据仿真波形，我们可以对转速调节器和电流调节器在双闭环直流调速系统中的作用归纳为：
1)转速调节器的作用
（1）转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速 n 很快地跟随给定电压变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差。
（2）对负载变化起抗扰作用。
（3）其输出限幅值决定电机允许的最大电流。
2)电流调节器的作用
（1）作为内环的调节器，在外环转速的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出量）变化。
（2）对电网电压的波动起及时抗扰的作用。
（3）在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程
（4）当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的。