基于MATLAB的直流調(diào)壓調(diào)速控制系統(tǒng)的仿真

周子健　張飛

【摘 要】論文前半部分根據(jù)相關(guān)理念和相關(guān)概念設(shè)計出了直流調(diào)壓調(diào)速控制系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系以及各個部分的原部件。隨后對這些原部件的參數(shù)進行了精確的計算，設(shè)計出了各個部分應(yīng)該采用的相關(guān)的電流電壓的數(shù)值。最后，論文采用MATLAB/SIMULINK軟件對上述設(shè)計進行了仿真分析。

【Abstract】According to the related concepts， the relationship between each link of DC voltage regulation and speed regulation control system and the original components of each part are designed in the first half of this paper. Then the parameters of these original components are calculated accurately， and the related current and voltage values that should be used in each part are designed. Finally， the paper uses MATLAB/SIMULINK software to simulate and analyze the above design.

【關(guān)鍵詞】MATLAB;雙閉環(huán);仿真

【Keywords】MATLAB; double closed loop; simulation

【中圖分類號】TM33? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2019）09-0195-02

1 引言

本文的設(shè)計主要建立在雙閉環(huán)系統(tǒng)的理念之上。該系統(tǒng)是近期來說同種類型的系統(tǒng)當(dāng)中，應(yīng)用最為廣泛的系統(tǒng)。其有著很多比別的系統(tǒng)更加出色的優(yōu)點，例如，與其他系統(tǒng)相比，其動態(tài)響應(yīng)更快、抗干擾能力也更強[1]。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)在很多行業(yè)都有應(yīng)用，由于直流電動機的起動制動性能較為優(yōu)秀，可以非常順暢地調(diào)節(jié)速度，因此，本文采用這種系統(tǒng)來設(shè)計直流調(diào)壓調(diào)速控制系統(tǒng)。

2 直流調(diào)壓調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 本文所述系統(tǒng)的總設(shè)計

本文所述系統(tǒng)采用的是普遍使用的三相橋式整流電路，所設(shè)計出來的直流調(diào)壓調(diào)速控制系統(tǒng)具有能夠無靜差調(diào)速、系統(tǒng)穩(wěn)定等優(yōu)點。

2.2 本文所述系統(tǒng)的組成和設(shè)計

本文所述系統(tǒng)原理的框圖如圖1所示。

2.2.1 電流截止負(fù)反饋系統(tǒng)

本文所述設(shè)計需要令系統(tǒng)實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的負(fù)反饋和電流的負(fù)反饋，因此，本文為了實現(xiàn)這兩個機制，在設(shè)計的系統(tǒng)當(dāng)中設(shè)計了兩個分別用來調(diào)節(jié)電流和轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)器。把調(diào)節(jié)電流的調(diào)節(jié)器放在了稍靠內(nèi)部的部分，把另一個調(diào)節(jié)器放在了外部。這兩個調(diào)節(jié)器一內(nèi)一外，共同組成了雙閉環(huán)調(diào)速的系統(tǒng)。

2.2.2 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計

本文設(shè)計當(dāng)中的一些相關(guān)數(shù)值，整流裝置滯后時間常數(shù)Ts=0.0017s;電流濾波時間常數(shù)Toi;三相2橋式電路的每個波頭的時間3.3ms。

為了使系統(tǒng)能夠更平穩(wěn)地工作，這些數(shù)值應(yīng)該遵守公式（1～2）Toi=3.3ms，根據(jù)此公式，可以計算得出Toi的數(shù)值，即為0.002s;根據(jù)上述數(shù)值，可以求出電流環(huán)小時間常數(shù)的和，用

T∑i符號來表示。根據(jù)計算得出T∑i=Ts+Toi=0.0037s。接下來需要計算出電磁時間常數(shù)的具體數(shù)值，其用Tl符號來表示。根據(jù)之前所得出的數(shù)值可以求出電樞回路總電感，具體公式為：Ll=K1==10.17mH，隨后便可以根據(jù)公式得出Tl的值：Tl===0.0182s。

2.2.3 選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)

根據(jù)本文的設(shè)計要求，要保證σi≤5%，除此之外，還要盡量維持穩(wěn)態(tài)電流沒有靜差，所以根據(jù)以往設(shè)計，本文的設(shè)計可以采用典型I類型系統(tǒng)來設(shè)計上述提到的電流調(diào)節(jié)器，根據(jù)其他要求，具體使用的為PI型。該種類型的傳遞函數(shù)是WACR（s）=。

根據(jù)各項數(shù)值，可以計算得出：==4.92，將此數(shù)值與抗干擾性表格中的數(shù)值相對比，可以得出此數(shù)值符合要求的結(jié)論。

2.2.4 計算電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)

本文所述系統(tǒng)還需要計算出ACR比例系數(shù)，具體計算的過程如下：

由τi=Tl=0.0182s;KITΣi=0.5;KI===135.1S-1可以計算出Ki==135.1×0.0182×0.56/（36×0.024）=1.594，即為ACR比例系數(shù)。

3 基于MATLAB/SIMULINK的調(diào)速系統(tǒng)的仿真

在進行完上文所述的各個設(shè)計過程之后，可以利用相關(guān)軟件對設(shè)計出的系統(tǒng)進行仿真工作。需要建立起相關(guān)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型，將已經(jīng)求出來的數(shù)值代入就可以得到動態(tài)模型。

為了分析本文設(shè)計出的模型的特性，需要在兩個調(diào)節(jié)器的輸出端設(shè)置相應(yīng)的限幅值，根據(jù)本文的設(shè)計的模型的相關(guān)數(shù)值，選取的限幅值是±13V。選取完數(shù)值之后，就可以正式對本系統(tǒng)進行仿真。

根據(jù)仿真結(jié)果，可以非常直觀地看出系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速的變化，根據(jù)仿真結(jié)果的數(shù)值，可以計算出轉(zhuǎn)速的超調(diào)量δn≈×100%=1.67%。

這個數(shù)值表示所設(shè)計出的系統(tǒng)的仿真結(jié)果在大體上滿足了最初設(shè)計的要求，但是與理論計算相比，還是有一定量的誤差。例如，在0.9～1.3s，系統(tǒng)出現(xiàn)了擾動現(xiàn)象，但在出現(xiàn)之后的很短一段時間之后，轉(zhuǎn)速又達到了穩(wěn)定的狀態(tài)。這就是本系統(tǒng)設(shè)計的兩個調(diào)節(jié)器在起作用，因此，此次仿真基本滿足設(shè)計的要求。

4 結(jié)語

本文設(shè)計出的系統(tǒng)在進行仿真實驗之后被證明是符合要求的，因此，對于不同的能夠應(yīng)用到本系統(tǒng)的場景，相關(guān)人員可以根據(jù)具體情況作出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使辦事效率更加迅速。

【參考文獻】

【1】吳燕翔，張朝君，周超群，等.基于參數(shù)自整定模糊PID雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計仿真[J].化工自動化及儀表，2013（02）：136-139.