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

（1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)，內(nèi)蒙古 包頭014030；2.鄂爾多斯電業(yè)局，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯014010）

1 引言

本文的設(shè)計(jì)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(diǎn)，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(qiáng)[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(jī)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(jì)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(jì)

2.1 本文所述系統(tǒng)的總設(shè)計(jì)

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(jì)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(diǎn)。

2.2 本文所述系統(tǒng)的組成和設(shè)計(jì)

本文所述系統(tǒng)原理的框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)原理框圖

本文所述設(shè)計(jì)需要令系統(tǒng)實(shí)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(shí)現(xiàn)這兩個機(jī)制，在設(shè)計(jì)的系統(tǒng)當(dāng)中設(shè)計(jì)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(jì)

本文設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)算得出T∑i=Ts+Toi=0.0037s。接下來需要計(jì)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隨后便可以根據(jù)公式得出Tl的值

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(jì)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(jì)，本文的設(shè)計(jì)可以采用典型I 類型系統(tǒng)來設(shè)計(jì)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)

2.2.1 電流截止負(fù)反饋系統(tǒng)

表1 典型I 型系統(tǒng)動態(tài)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系

2.2.4 計(jì)算電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)

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

由 τi=Tl=0.0182s；KITΣi=0.5可以計(jì)算出=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(jìn)行完上文所述的各個設(shè)計(jì)過程之后，可以利用相關(guān)軟件對設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)進(jìn)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(jì)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(jì)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(jìn)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(jì)算出轉(zhuǎn)速的超調(diào)量100%=1.67%。

這個數(shù)值表示所設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)的仿真結(jié)果在大體上滿足了最初設(shè)計(jì)的要求，但是與理論計(jì)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(dá)到了穩(wěn)定的狀態(tài)。這就是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)的要求。

4 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)在進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)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。