转速电流双闭环调速系统仿真分析

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：图3-25电流环的仿真结果图3-26无超调的仿真结果图3-27超调量较大的仿真结果2.转速环的系统仿真转速环的仿真模型如图3-28所示。图3-28转速环的仿真模型图3-29聚合模块对话框图3-30转速环空载高速启动波形图图3-31转速环满载高速启动波形图图3-32转速环的抗扰波形图在工程设计时，首先根据典型Ⅰ型系统或典型Ⅱ型系统的设计方法计算调节器参数，然后利用MATLAB下的Simulink软件进行仿真，灵活修正调节器参数，直至得到满意的结果。

采用了转速、电流反馈控制直流调速系统，设计者要选择ASR和ACR两个调节器的PI参数，有效的方法是使用调节器的工程设计方法。这样可使设计方法规范化，大大减少设计工作量。但工程设计是在一定的近似条件下得到的，如果用MATLAB仿真软件进行仿真，可以根据仿真结果对设计参数进行必要的修正和调整。

下面就以3.3.3节的例题为例，进一步学习Simulink软件的仿真方法。

1.电流环的仿真

电流环的仿真模型如图3-23所示，其中晶闸管整流装置输出电流可逆。

在仿真模型中增加了一个饱和非线性模块（Saturation），它来自于Discontinuities组，双击该模块，把饱和上界（Upper limit）和下界（Lower limit）参数分别设置为本例题的限幅值+10和-10，如图3-24所示。

在按工程设计方法设计电流环时，暂不考虑反电动势变化的动态影响，而在图3-23所示的电流环的仿真模型中，已把反电动势的影响考虑进去，它可以得到更真实的仿真结果。

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图3-23　电流环的仿真模型

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图3-24　Saturation模块对话框

选中Simulink模型窗口的Simulation→Configuration Parameters菜单项，把Start time和Stop time栏目分别填写为0.0 s和0.05 s。启动仿真过程，用自动刻度（Autoscale）调整示波器模块所显示的曲线，得到图3-25所示的曲线。阶跃响应过程在曲线中都完整地反映出来了。

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观察图3-25、图3-26和图3-27的仿真曲线，在直流电动机的恒流升速阶段，电流值低于λIN=200 A，其原因是电流调节系统受到电动机反电动势的扰动（见图3-23），它是个线性渐增的扰动量，所以系统做不到无静差，而是Id略低于Idm。

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图3-25　电流环的仿真结果

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图3-26　无超调的仿真结果

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图3-27　超调量较大的仿真结果

2.转速环的系统仿真

转速环的仿真模型如图3-28所示。为了在示波器模块中反映出转速与电流的关系，仿真模型从Signal Routing组中选用了Mux模块来把几个输入聚合成一个向量输出给Scope。图3-29所示是聚合模块的对话框，可以在Number of inputs栏目中设置输入量的个数。Step 1模块是用来输入负载电流的。PI参数采用例题3-1的设计结果，其传递函数为双击阶跃输入模块，把阶跃值设置为10，得到启动时的转速与电流响应曲线，如图3-30所示，最终稳定运行于给定转速。如把负载电流设置为136，满载启动，其转速与电流响应曲线如图3-31所示，启动时间延长，退饱和超调量减小。