帶電壓內(nèi)環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真

宋俊蓉

摘 要：帶電壓內(nèi)環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)與轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)相比，在電流環(huán)內(nèi)多加入一個(gè)電壓環(huán)，能及時(shí)調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓波動(dòng)所造成的的擾動(dòng)。以小功率直流電機(jī)為對象，采用工程設(shè)計(jì)法，對電壓調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在Matlab的Simulink環(huán)境中對系統(tǒng)進(jìn)行仿真與調(diào)試，最后得出滿足系統(tǒng)相應(yīng)性能指標(biāo)的一組參數(shù)。

關(guān)鍵詞：電壓內(nèi)環(huán) 直流調(diào)速系統(tǒng) 調(diào)節(jié)器 仿真

中圖分類號：TG333 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1007-3973（2013）005-031-02

1 引言

近年來，由于電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的迅猛發(fā)展，直流調(diào)速系統(tǒng)在某些領(lǐng)域內(nèi)已不斷地被交流調(diào)速系統(tǒng)所取代。但因直流電機(jī)具有大范圍平滑調(diào)速、過載能力大等優(yōu)良特性，所以直流調(diào)速系統(tǒng)在現(xiàn)階段仍是自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。

帶電壓內(nèi)環(huán)的三環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)之上加入了電壓內(nèi)環(huán)，其原理與雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)無太大區(qū)別。電壓內(nèi)環(huán)的主要作用在于能一定程度上改造被控對象，以及能及時(shí)的抑制電網(wǎng)電壓波動(dòng)所引起的擾動(dòng) 。

本文以小功率直流電機(jī)為例，對帶電壓內(nèi)環(huán)的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)用工程設(shè)計(jì)法設(shè)置各調(diào)節(jié)器的參數(shù)，在Matlab中建立系統(tǒng)的Simulink仿真模型并調(diào)試，最后得出相應(yīng)結(jié)論。

2 控制系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì)

首先根據(jù)系統(tǒng)的組成建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，然后采用工程設(shè)計(jì)法，按照先內(nèi)環(huán)后外環(huán)的原則，并根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，依次對電壓調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.1 系統(tǒng)組成及設(shè)計(jì)要求

（2）設(shè)計(jì)要求。穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：無靜差；動(dòng)態(tài)指標(biāo)：轉(zhuǎn)速、電流超調(diào)量小于5%，階躍電壓、階躍負(fù)載擾動(dòng)下的恢復(fù)時(shí)間小于0.5s。

2.2 電壓調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)

2.3 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)

2.4 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)

3 控制系統(tǒng)的仿真

3.1 仿真模型

根據(jù)系統(tǒng)原理圖及工程設(shè)計(jì)法得出的參數(shù)，在Matlab中建立帶電壓內(nèi)環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型，如圖 2 所示。

3.2 仿真結(jié)果

（1）調(diào)試前：額定負(fù)載下，在時(shí)給電網(wǎng)電壓加入的擾動(dòng)，得到電機(jī)的電樞電流和轉(zhuǎn)速的輸出波形分別如圖3、圖4所示。可看出電流超調(diào)量還未滿足設(shè)計(jì)要求，因此需將調(diào)節(jié)器參數(shù)做進(jìn)一步調(diào)整。

4 結(jié)論

帶電壓內(nèi)環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的控制系統(tǒng)，運(yùn)用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法工作量大， 系統(tǒng)調(diào)試?yán)щy。本文采用工程設(shè)計(jì)法來設(shè)計(jì)各調(diào)節(jié)器的參數(shù)，大大減小了工作量，利用Matlab對控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，使系統(tǒng)的性能分析過程簡單且調(diào)試方便。

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