基于電流截止負反饋的單閉環直流調速控制系統仿真

魏 寧 中國阿拉伯化肥有限公司 河北秦皇島 066004

?

基于電流截止負反饋的單閉環直流調速控制系統仿真

魏 寧 中國阿拉伯化肥有限公司 河北秦皇島 066004

【文章摘要】

針對反饋控制系統中的啟動和堵轉等問題，本文基于常用電動機的參數，設計了帶電流截止負反饋的單閉環直流調速控制系統，并對系統利用Matlab進行了仿真實驗。

【關鍵詞】

單閉環；轉速調節器；電流截止負反饋；直流調速

引言

直流調速系統在理論和實踐上都比較成熟，在工業生產中得到很廣泛的應用。為了提高直流調速系統的動靜態性能指標，通常采用閉環控制系統。為了解決反饋控制單閉環調速系統起動和堵轉時電流過大的問題，系統中必須設有自動限制電樞電流的環節。本文設計采用電流負反饋來保持電流不變，使它不超過允許值。并且，電流負反饋的限流作用只應在起動和堵轉時存在，在正常運行時必須去掉，使電流能自由地隨著負載增減，當電流大到一定程度時才起作用。在對調速性能有較高要求的領域常利用直流電動機作動力，但直流電動機開環系統穩態性能不能滿足要求，可利用速度負反饋提高穩態精度，而采用比例調節器的負反饋調速系統仍是有靜差的，為了消除系統的靜差，可用積分調節器代替比例調節器。本文根據給定參數設計了帶電流截止負反饋的單閉環控制的直流調速系統。

1　參數計算及判斷

電動機參數：PN=55kW，nN=1500rpm，UN=220V，IN=287A，Ra=0.1。主回路總電阻R=0.15，系統主電路：Tm=0.12s，Tl=0.012s。三相橋式整流電路，Ks=40。其他參數：Unm*=8V，Uim*=8V，Ucm=8V，調速指標：靜差率s≤2，調速范圍D≥10。三相橋式電路的失控時間Ts=0.00167s。

按系統動態穩定性要求得：

電動機的電動勢系數為：

開環系統額定速降為：

為了滿足調速要求，閉環系統額定速降為：

因此，要滿足穩態性能指標，閉環系統的開環放大系數：

顯然系統不能再滿足穩態性能要求下運行。

2　PI調節器的設計

已知系統為不穩定的。設計PI調節器，使系統能在保證穩定性能要求下穩定運行。

2.1根據上述參數求解

現在我們利用PI調節器來校正，原系統的傳遞函數如下：

閉環系統的開環放大系數取為：

于是，原始閉環系統的開環傳遞函數為：

得到伯德圖，可知相位裕度和增益裕度都是負值，所以原始閉環系統不穩定。為了是系統穩定設置PI調節器，考慮到原始系統中包含了放大系數為的比例調節器，現在換成PI調節器，它在原始系統的基礎上新添加的部分傳遞函數應為：

由于原始系統不穩定，表現為放大系數K過大，截止頻率過高，應該設法把他們壓下來。因此，把校正環節的轉折頻率設置在遠低于原始系統截止頻率處，令，使校正裝置的比例微分項與原始系統中時間常數最大慣性環節對消，從而選定。

其次，為了使校正后的系統具有足夠的穩定裕度，它的對數幅頻特性應以的斜率穿越線，將原始的對數幅頻和相頻特性壓低，使校正以后系統的對數幅頻和相頻特性的截止頻率。這樣，在處，應有，可得：

圖1　校正前伯德圖

校正后系統的開環傳遞函數為：

綜上，轉速調節器的類型和參數選擇是正確的，即選為PI調節器，參數為

2.2轉速調節環節

超調量計算：

3　帶電流截止負反饋單閉環系統系統仿真

3.1搭建仿真圖

截止電流環的實現使用Switch開關，開關具有選擇功能，設置門檻電壓等于0，step2也為0，當輸入大于0時，輸出上開關，當輸入小于0時，輸出下開關，如圖2所示，即能實現電流截止功能。

3.2仿真結果

轉速和電流的仿真結果如圖3所示。

圖2　系統仿真圖

圖3　系統仿真結果圖

由圖3可知，轉速的響應比較迅速，穩定后加入負載，轉速先變小再迅速恢復穩定。電流受到截止作用，開始時維持較大數值使得轉速迅速增長，轉速快要達到穩定時電流急劇下降直到0，效果較為理想。

【參考文獻】

［1］陳伯時. 電力拖動自動控制. 北京：機械工業出版社，2008

［2］王兆安，黃俊. 電力電子技術. 北京：機械工業出版社，2004

［3］洪乃剛. 電力電子和電力拖動控制系統的MATLAB仿真. 北京：機械工業出版社，2006

【作者簡介】

魏寧（1988-），男（漢族），河北秦皇島人，本科，現就職于中國－阿拉伯化肥有限公司，從事設備維護及改造工作。