直流电机双闭环调速大作业

题目(中)直流电机双闭环控制调速

姓名与学号

指导教师

年级与专业

所在学院

目录：

一、电机控制实验目的和要求 (3)

二、双闭环调速控制内容 (3)

三、主要仪器设备和仿真平台 (3)

四、仿真建模步骤及分析 (4)

1．直流电机双闭环调速各模块功能分析 (4)

2.仿真结果分析（转速、转矩改变） (14)

3.转速PI调节器参数对电机运行性能的影响 (20)

4.电流调节器改用PI调节器后的仿真 (22)

5.加入位置闭环后的仿真 (23)

6.速度无超调仿真 (25)

七、实验心得 (26)

一、电机控制实验目的和要求

1、加深对直流电机双闭环PWM调速模型的理解。

2、学会利用MATLAB中的SIMULINK工具进行建模仿真。

3、掌握PI调节器的使用，分析其参数对电机运行性能的影响。

二、双闭环调速控制内容

必做：

1、描述Chopper-Fed DC Motor Drive中每个模块的功能。

2、仿真结果分析：包括转速改变、转矩改变下电机运行性能，并解释相应现象。

3、转速PI调节器参数对电机运行性能的影响。

4、电流调节器改用PI调节器后，对电机运行调速结果的影响。

选做：

5、加入位置闭环

6、速度无超调

三、主要仪器设备和仿真平台

1、MATLAB R2014b

2、Microsoft Officials Word 2016

四、仿真建模步骤及分析

1．直流电机双闭环调速各模块功能分析

参考Matlab自带的直流电机双闭环调速的SIMULINK仿真模型：

demo/simulink/simpowersystem/Power Electronics Models/Chopper-Fed DC Motor Drive

1.1转速给定模块

转速给定有两种方式：一为恒定转速给定，二是阶跃的给定。两种方式的选择通过单刀双掷开关实现。

恒转速给定可由以下窗口修改设置：

阶跃转速给定可由以下窗口修改设置：

Step Time为从初始状态到阶跃完成所需的时间，Initial Value为初始转速，Final Value为阶跃后最终转速，Sample Time为采样时间间隔。

从图中可得出，当前转速给定为一个从120rad/s到160rad/s的阶跃过程，直到阶跃过程结束耗时0.4s。

1.2转矩给定模块

转矩给定也有两种方式：一为恒定转矩给定，二是阶跃转矩的给定。两种方式的选择通过单刀双掷开关实现。

恒转矩给定可由以下窗口修改设置：

阶跃转矩给定可由以下窗口修改设置：

Step Time为从初始状态到阶跃完成所需的时间，Initial Value为初始转矩，Final Value为阶跃后最终转矩，Sample Time为采样时间间隔。即从图中可得出，当前转矩给定为一个从5 Nm到25 Nm的阶跃过程，直到阶跃过程结束耗时1.2s。

1.3速度控制器Speed Controller

速度控制器其内部结构如下：

两个输入量分别为由转速给定模块提供作为转速参考值的wref和当前速度实际值wm，得出差值通过比例积分环节，再通过Saturation限幅环节，获得输出电流值Iref。

可知该环节为PI控制环节，其内部参数主要有比例调节系数Kp和积分调节系数Ki。

可通过如下窗口修改设置：

由图中可观察得该PI调节系统的系数Kp=1.6，Ki=16，Current Limit为输出电流最大限定值，设置为30A。

1.4 电流控制器Current Controller

其内部结构如下：

可得知该电流控制系统为滞环调节系统，其两个输入量分别为由电流给定模块提供参考电流值Iref和当前实际电流反馈值Ia，经过滞环调节，输出GTO的通断开关信号。

滞环模块的参数设置如下，可设置滞环的开关时间点和开关时各自的输出值：

电流控制系统内部参数设置如下图，当Hysteresis Band滞环电流两个输入量差别超过正负2A时，输出GTO关或开信号进行调节电路。

1.5 PWM波生成模块

其内部结构如下：

Powersysdomain模块是一个P-code文件，具体里面的内容是看不到的，存在于matlab文件夹下。Powersysdomain为电机三相绕组的电力电子电路，外部三相电路A、B、C只有接入这个电路才能产生三相电流，电机其他模块则是根据测到的三相电流进行变换和控制，GTO存在于该模块当中。

Model(Continuous)模块的具体结构如下：

由图中可知，GTO模块以一个280V直流电压作为该模块输入阳极电压信号a，滞环控制环节输出信号作为该模块的门极触发信号g，当输入信号g为正时，输出高电平；当输入信号g为负时，输出低电平。

该模块内部参数设置如下图：

Resistance Ron为晶闸管元件内电阻，Inductance Lon为晶闸管元件内电感Lon(H)，Forward voltage Vf为晶闸管元件的正向管压降，Current 10% fall time 为电流下降到10%的时间， Current tail time为电流拖尾时间，Initial current Ic为初始电流，Snubber resistance Rs为缓冲电阻，Snubber capacitance Cs 为缓冲电容。

1.6 直流电机模块

由图可知该直流电机为一台他励直流电机，励磁电压为240V的直流电压源。由转矩给定模块给定转矩信号，同时输出当前电流和转速的实时反馈信号。

电机的内部参数可由如下窗口设置：