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1、n 背景背景u直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。在直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。在2020世纪世纪6060年代，随着晶闸管的出现，现代电力电子和控制理论、计算年代，随着晶闸管的出现，现代电力电子和控制理论、计算机的结合促进了电力传动控制技术研究和应用的繁荣。晶闸管机的结合促进了电力传动控制技术研究和应用的繁荣。晶闸管- -直直流电动机调速系统为现代工业提供了高效、高性能的动力。尽管目流电动机调速系统为现代工业提供了高效、高性能的动力。尽管目前交流调速的迅速发展，交流调速技术越趋成熟，以及交流电动机前交流调速的迅速发展，交流调速技术越趋成熟，以及交流电动机
2、的经济性和易维护性，使交流调速广泛受到用户的欢迎。但是直流的经济性和易维护性，使交流调速广泛受到用户的欢迎。但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场，并且建立在电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场，并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。现反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。现在的直流和交流调速装置都是数字化的，使用的芯片和软件各有特在的直流和交流调速装置都是数字化的，使用的芯片和软件各有特点，但基本控制原理有其共性。点，但基本控制原理有其共性。直流调速系统的背景直流调速系统的背景论文的结构和主要内容论文的结构和主要内容u第
3、一部分第一部分 数学模型的建立数学模型的建立 根根据直流电动机基本方程，建立闭环调速系统的数学模型据直流电动机基本方程，建立闭环调速系统的数学模型和和动态结构框图动态结构框图u第二部分第二部分 系统方案系统方案设计设计 了解直流电动机双闭环调速系统的最佳工程设计方法，并了解直流电动机双闭环调速系统的最佳工程设计方法，并进行进行三闭环三闭环调速系统的设计调速系统的设计u第三部分第三部分 simulink仿真仿真u第四部分第四部分 结果的分析结果的分析与对比与对比闭环闭环直流直流调调速系速系统统性能对比性能对比u 开环：开环： 静差率大，不能满足较高的调速指标要求静差率大，不能满足较高的调速指标要
4、求u单闭环单闭环: 不能快速起制动，不能随意控制电流和转矩的动态过程不能快速起制动，不能随意控制电流和转矩的动态过程 u双闭环双闭环: 有良好的起、制有良好的起、制动动性能，可以在大范性能，可以在大范围围内内实现实现平滑平滑调调速速u三闭环：三闭环：增加了电流变化率环，增加了电流变化率环， 保持双环特性的基础上使得控制对保持双环特性的基础上使得控制对象由二阶惯性环节变成近似一个积分环节，改造了控制对象，提高了电象由二阶惯性环节变成近似一个积分环节，改造了控制对象，提高了电流控制的快速性流控制的快速性调节器的工程设计方法调节器的工程设计方法u将电流环设计为典型将电流环设计为典型型系统，取型系统，
5、取 考虑电流反馈中的考虑电流反馈中的电流纹波，取电流滤波时间常数为电流纹波，取电流滤波时间常数为2ms，电流调节器选用，电流调节器选用PI调节器。调节器。u将转速环校正为典型将转速环校正为典型型系统，取型系统，取h=5，考虑到转速反馈，考虑到转速反馈中的电压纹波，取转速滤波时间常数为中的电压纹波，取转速滤波时间常数为3ms，转速调节器，转速调节器选用选用PI调节器。调节器。u电流调节器的传递函数：电流调节器的传递函数：u转速调节器的传递函数：转速调节器的传递函数：u变换器模型：变换器模型：u电机模型参数：电机模型参数：u电流变化率调节器的传递函数电流变化率调节器的传递函数：电流变化率调节器的工
6、程设计方法电流变化率调节器的工程设计方法u电电流流变变化化率率调调节节器器ADRADR选选用用PIPI调调节节器器, ,取取电电流流微微分分滤滤波波时时间间常常数数为为0.002 0.002 S;S;电电路路中中PIPI调调节节器器的的电电阻阻R R取取为为1K,1K,调调节节器器的的电电容容取取为为47uF, 47uF, ADRADR时时间间常常数数调调整整器器的的分分压压比比取取0.50.5，得得到到积积分分调调节节器器为为 ；仿仿真真后后发发现现效效果果不不好好，就就添添加加了了比比例例调调节节器器，放放大大系系数数取取1 1，得得到到ADRADR的的PIPI调调节节器器的的传传递递函函
7、数数为为 ; ;一一般般取取电电流流微微分分时时间间常常数数为为0.010.01，电电流流检检测测反反馈为馈为0.050.05，所以；，所以；单闭环直流调速系统单闭环直流调速系统matlab仿真仿真双闭环直流调速系统双闭环直流调速系统matlab仿真仿真三闭环直流调速系统三闭环直流调速系统matlab仿真仿真三三闭环闭环与双与双闭环闭环直流直流调调速系速系统统抗干抗干扰扰性能的性能的对对比比三闭环三闭环双闭环双闭环三三闭环闭环与双与双闭环闭环直流直流调调速系速系统统仿真结果仿真结果对对比比分析分析u当当给给定定信信号号为为10 10 V V时时，在在电电机机起起动动过过程程中中，电电流流调调节
8、节器器作作用用下下的的电电机机电电枢枢电电流流接接近近最最大大值值， 使使得得电电机机最最优优时时间间准准则则开开始始上上升升, ,在在电电流流上上升升阶阶段段， 双双闭闭环环过过渡渡时时间间为为0 0 0.02 0.02 s s，在在电电流流下下降降阶阶段段，双双闭闭环环过过渡渡时时间间为为0.25 0.25 0.32 0.32 s s； 而而三三闭闭环环相相对对应应时时间间分分别别为为0 0 0.04 0.04 s s、0.26 0.26 0.33 0.33 s s。这这是是因因为为当当电电流流变变化化率率过过大大时时，在在电电流流变变化化率率的的调调节节器器ADR ADR 上上输输入入了
9、了Ud Ud i i，从从而而使使ADR ADR 输输出出Uc Uc t t减减小，电流上升和下降速度变缓。小，电流上升和下降速度变缓。u当当扰扰动动发发生生时时，三三闭闭环环直直流流调调速速系系统统抗抗扰扰动动时时间间为为0.3 0.3 s s，而而双双闭闭环环直直流流调调速速系系统统抗抗扰扰动动时时间间接接近近0.5s0.5s，这这表表明明由由于于增增加加了了电电流流变变化化率率环环， 使使得得控控制制对对象象由由二二阶阶惯惯性性环环节节变变成成近近似似一一个个积积分分环环节节，改造了控制对象，提高了电流控制的快速性。改造了控制对象，提高了电流控制的快速性。结论结论u在在电电机机的的启启动
10、动阶阶段段，电电流流调调节节器器作作用用下下的的电电机机电电枢枢电电流流接接近近最最大大值值，使使得得电电机机以以最最优优时时间间准准则则开开始始上上升升。由由仿仿真真可可知知，在在电电流流的的上上升升和和下下降降阶阶段段，三三闭闭环环系系统统的的过过渡渡时时间间要要比比双双闭闭环环的的过过渡渡时时间间长长，这这是是因因为为当当电电流流变变化化率率过过大大时时，由由于于电流调节器电流调节器ADRADR的作用，电流上升和下降速度变缓的原因。的作用，电流上升和下降速度变缓的原因。u除除了了在在电电流流的的上上升升和和下下降降阶阶段段，电电流流变变化化率率环环起起作作用用外外，其其它它的的启启动动过过程程和和双双闭闭环环相相同同。这这既既保保持持了了双双闭闭环环的的优优点点，又克服了双闭环在启动过程中电流变化率过大的缺点。又克服了双闭环在启动过程中电流变化率过大的缺点。
