转速、电流双闭环不可逆V-M直流调速系统的设计与仿真--中国期刊网

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转速、电流双闭环不可逆V-M直流调速系统的设计与仿真

发表时间：2020/7/2 来源：《基层建设》2020年第6期作者：安磊1 郭双飞2

[导读] 摘要：该系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器，构成了电流环和转速环，前者通过电流元件的反馈用稳定电流，后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消除转速偏差，从而使系统达到调节电流和转速的目的。并通过Simulink进行系统的数学建模和系统仿真，分析双闭环直流调速系统的特性。

        安阳锻压数控设备有限公司河南安阳 455000
        摘要：该系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器，构成了电流环和转速环，前者通过电流元件的反馈用稳定电流，后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消除转速偏差，从而使系统达到调节电流和转速的目的。并通过Simulink进行系统的数学建模和系统仿真，分析双闭环直流调速系统的特性。
        关键词：双闭环；转速调节器；电流调节器
        在双闭环系统中，由电网电压波动引起的转速动态变化会比单闭环系统小得多。用经典的动态校正方法设计调节器须同时解决稳、准、快、抗干扰等各方面相互有矛盾的静、动态性能要求，需要设计者有扎实的理论基础和丰富的实践经验，整体设计如图1。

        图一：双闭环直流调速系统的动态结构框图
        在实际工作中，我们希望在电机最大电流（转矩）受限的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流（转矩）为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动，到达稳定转速后又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。这是在最大电流（转矩）受限的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程。
        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。二者之间实行嵌套（串联）联接。把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。
        本设计采用KJ004集成块和KJ041集成块。采用三相同步绝对式触发方式。根据单相同步信号的上升沿和下降沿，形成两个同步点，分别发出两个相位互差180°的触发脉冲。然后由分属三相的此种电路组成脉冲形成单元输出6路脉冲，再经补脉冲形成及分配单元形成补脉冲并按顺序输出6路脉冲。
        根据动态模型图以及计算参数，用MATLAB/SIMULINK进行仿真，主要是仿真电动机的输出转速。但是通过仿真得到的转速超调量很大，不满足设计的估计值，原因可能是还有一些因素没有考虑到，比如电动机的数学模型是理想化的，应该有其他的因素影响，这是设计中没有考虑到的，而且计算得到的是近似值，通过的是工程设计方法，与实际还是有误差的。在仿真过程中发现整流电路的输出电压超过了最大计算值，所以在输出端也加个限幅值。通过仿真发现仿真的转速超调量大于设定值，所以在仿真中通过调节转速微分负反馈环节来抑制超调。并在5秒时加入扰动。最终得到的转速仿真图形图二

        图二双闭环直流电机转速输出仿真图形
        该系统起动时，转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节起动电流保持最大值，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转给定电压的变化而变化，电流内环跟随转速外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流。通过这次课程设计，我不仅在知识上有了进一步的巩固和提高，在求学和研究的心态上也有不小的进步。我想无论是在学习还是在生活上只有自己有心去学习和参与才可能有收获，这也算是这次设计给我的一点小小的感悟。
        参考文献：
        [1] 陈伯时.电力拖动自动控制系统-运动控制系统[M]，第三版.北京：机械工业出版社，2007年6月．
        [2] 孔凡才．晶闸管直流调速系统［M］．北京：北京科技出版社，1985．
        [3] 段文泽，童明倜.电气传动控制系统及其工程设计［M］.四川：重庆大学出版社，1989.10.