安阳师范学院

物理与电气工程学院

基于matelab仿真平台《电机拖动自动控制系统》课程实践

双闭环直流调速系统MATLAB仿真

指导老师： 苗 风 东

姓    名： 韩 衍 翀

班    级： 电气一班

学    号：111102022

双闭环直流调速系统MATLAB仿真

摘要

转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能很好、应用最广的直流调速系统。具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在电气传动系统中得到了广泛的应用。常用的电机调速系统有转速闭环控制系统和电流闭环控制系统，二者都可以在一定程度上克服开环系统造成的电动机静差率，但是不够理想。实际设计中常采用转速、电流双闭环控制系统，一般使电流环(ACR)作为控制系统的内环，转速环(ASR)作为控制系统的外环，以此来提高系统的动态和静态性能。

关键词：直流双闭环 调速系统 电流调节器 转速调节器

主电路原理图及其说明

主电路采用转速、电流双闭环调速系统，使电流环(ACR)作为控制系统的内环，转速环(ASR)作为控制系统的外环，以此来提高系统的动态和静态性能。二者串级连接，即把电流调节器的输出作为转速调节器的输入，再用转速调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。从而改变电机的转速。通过电流和转速反馈电路来实现电动机无静差的运行。

仿真结构图

 双闭环调速系统结构框图

仿真步骤

    根据实验指导书给定数据，在MATLAB中的simulink环境中对系统进行仿真，总结构图2，转速环ASR如图3，电流环ACR如图4所示：

                           图 2总结构图

                            图3转速环ASR

                       图4电流环ACR

对图3 、图4进行封装，连接主电路图，开始仿真，观察现象。

仿真结果图

电机转速n仿真波

直流电动机负载电流Id仿真波形

                    转速调节器输出Ui^*波形

      电流调节器输出电压（整流装置输入电压Uct）波形

电机电枢电压Ud0波形

波形分析：

    由转速波形和电枢电流波形可以看出，启动过程经过了电流上升、恒流升速和调速阶段。当负载增加后电动机电枢电压能迅速反应，做出相应动作，保证电动机转速服从给定输入。验证了双闭环直流调速系统启动的三个阶段，以及应对负载变化时电枢电压、电枢电流的相应变化。

实践总结：

    通过《电力拖动自动控制系统》和《电力电子技术》课程实践，使我对matlab软件的强大功能有了更加进一步的了解，对电机供电、控制有了一个更加系统、直观的认识。通过对控制器参数的调整使我对电机控制方面不再仅停留在理论阶段，而是有了进一步的认识和理解。

 

第二篇：《电力拖动与自动控制系统》实践指导书

《电力拖动与自动控制系统》实践指导书

实践指导书是进行实践性教学的指导性文件，应根据专业培养目标，学历层次（本科）理论课程教学内容并结合所需实践设施（如设备、场地）的具体情况综合制定，指导用书主要是《电力拖动与自动控制系统》教材，以及相关教材。

转速、电流双闭环直流调速系统的实践

一、实践目的

对即将毕业的学生进行实践考察，是学生对企业实际工作感性认识的一次实践过程，它是使学生从学校课堂学习走向企业实际工作的实践性教学环节，也是学生体验学习与生活、企业与社会的人生初次锻炼。

本课题的实践目的：

1．了解转速、电流双闭环直流调速系统的组成。

2．掌握双闭环直流调速系统的调试步骤，方法及参数的整定。

3．测定双闭环直流调速系统的静态和动态性能及其指标。

4．了解调节器参数对系统动态性能的影响。

二、实践考核时间 120分钟

三、实践设备及仪器

1．天煌THPWD-2型维修电工实训考核设备

2．直流电动机-负载直流发电机-测速发电机组

3．滑线变阻器

4．双踪示波器

5．数字示波器(慢扫描示波器或记录示波器)

6．万用表．

四、实践系统组成及工作原理

双闭环调速系统的特征是系统的电流和转速分别由两个调节器控制，由于调速系统调节的主要参量是转速，故转速环作为主环放在外面，而电流环作为副环放在里面，可以及时抑制电网电压扰动对转速的影响。

主电路采用三相桥式全控整流电路供电。系统工作时，首先给电动机加上额定励磁，改

*变转速给定电压Un可方便地调节电动机的转速。速度调节器ASR、电流调节器ACR均设有

*限幅电路，ASR的输出Ui*作为ACR的给定，利用ASR的输出限幅Uim起限制起动电流的作

用；ACR的输出Uc作为触发器TG的移相控制电压，利用ACR的输出限幅Ucm起限制变换器的最大输出电压Udm的作用。

**当突加给定电压Un时，ASR立即达到饱和输出Uim，使电动机以限定的最大电流Idm加

速起动，直到电动机转速达到给定转速(即Un=Un)并出现超调，使ASR退出饱和，最后稳定运行在给定转速（或略低于给定转速）上。 *

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五、实践内容

1.调整触发单元并确定其起始移相控制角，检查和调整ASR、ACR，整定其输出正负限幅值。

2.测定电流反馈系数β和转速反馈系数α，整定过电流保护动作值。

3.研究电流环和转速环的动态特性，将系统调整到可能的最佳状态，画出Id?f(t)和n?f(t)的波形，并估算系统的动态性能指标（包括跟随性能和抗扰性能）。

4.测定高低速时系统完整的静特性n?f(Id)（包括下垂段特性），并计算在一定调速范围内系统能满足的静态精度。

六、实践步骤及方法

1.多环调速系统调试的基本原则

(1)先部件,后系统。即先将各环节的特性调好，然后才能组成系统。

(2)先开环,后闭环。即先使系统能正常开环运行，然后在确定电流和转速均为负反馈后组成闭环系统。

(3)先内环,后外环。即闭环调试时，先调电流内环，然后再调转速外环。

2.单元部件参数整定和调试

(1)主控制屏开关按实践内容需要设置

(2)触发器整定

将面板上的Ublf端接地，调整锯齿波触发器。

(3)调节器调零

断开主回路电源开关SW，给定电压Ug接到零速封锁器DZS输入端，并将DZS的输出接到ASR和ACR的封锁端。控制系统按开环接线,ASR、ACR的反馈回路电容短接，形成低放大系数的比例调节器。

a)ASR调零

将调节器ASR的给定及反馈输入端接地，调节ASR的调零电位器，使ASR的输出为零。 b)ACR调零

将调节器ACR的给定及反馈输入端接地，调节ACR的调零电位器，使ACR的输出为零。

(4)调节器输出限幅值整定

a)ASR输出限幅值整定

ASR按比例积分调节器接线，将Ug接到ASR的输入端，当输入Ug为正而且增加时，调节

*ASR负限幅电位器，使ASR输出为限幅值Uim，其值一般取为?6~?8V。

b)ACR输出限幅值整定

整定ACR限幅值需要考虑负载的情况，留有一定整流电压的余量。ACR按比例积分调节器接线，将Ug接到ACR的输入端，用ACR的输出Uc去控制触发移相，当输入Ug为负且增加时，通过示波器观察到触发移相角α移至?min?15?~30?时的电压即为ACR限幅值Ucm，可通过ACR正限幅电位器锁定。

3.电流环调试(电动机不加励磁)

(1)电流反馈极性的测定及过电流保护环节整定。

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整定时ASR、ACR均不接入系统，系统处于开环状态。直接用给定电压Ug作为Uc接到移相触发器GT以调节控制角α，此时应将电动机主回路中串联的变阻器RM放在最大值处，以限制电枢电流。

缓慢增加Ug，使α≥30°，然后逐步减小主回路中串联的变阻器RM的阻值，直至电流Id=(1.1～1.2)IN，再调整电流变送器FBC中的电流反馈电位器，使电流反馈电压Ui近似等于已经整定好的ASR输出限幅值Uim，并由此判断Ui的极性。

继续减小主回路中串联变阻器RM的阻值，使电流Id=1.5IN，调整FBC中的过电流保护电位器，使过电流保护动作，并加以锁定。

(2)系统限流性能的检查和电流反馈系数β的测定。

将电流调节器ACR接成PI调节器,其参数参考值为Ri?20~40k?，Ci?0.47~4?F，然后接入控制回路。将电流负反馈信号Ui接入ACR组成电流闭环，通过给定器G直接给ACR加上给定电压，并使Ug=Uim。观察主回路电流Id是否≤(1.1～1.2)IN，若出现Id＞(1.1～

1.2)IN，则说明原先整定的电流反馈电压Ui偏小。导致Ui偏小的原因是ACR给定回路及反馈回路的输入电阻有差值。必须重新调整电流变送器FBC中的电流反馈电位器，使Ui增加，直至满足要求为止。若当Ug=Uim时，主回路电流Id≤(1.1～1.2)IN，则可继续减小串联变阻器RM的阻值，直至全部切除，Id应增加有限，小于过流保护值，这说明系统已经具有限流保护效果。在此基础上测定Ui值，并计算出电流反馈系数β。

(3)电流环动态特性的研究。

在电流环的给定电压Ug=(50%～70%)Uim情况下,改变主回路串联变阻器RM的阻值，使****

Id=(50%～70%)IN，然后突减或突加给定电压Ug，观察并用数字示波器记录电流波形Id=f(t)。在下列情况下再突加给定，观察电流波形，研究给定值和调节器参数对电流环动态特性的影响。

a)减小电流给定值;

b)改变ACR反馈回路电容(相当于改变调节器的时间常数?i);

c)改变ACR的比例放大系数(调节器的时间常数?i不变)。

4．转速环调试(电动机加额定励磁)

(1)转速反馈极性及转速反馈系数α的测定。

测试时电动机应该加额定励磁，先不接入ASR(或将ASR接成1:1的比例调节器)，转速开环，给定电压Ug直接送入触发器GT的Uc处，逐渐增加Ug，使n?nN(主回路串联电阻切除)，同时调整转速反馈环节FBS的输出电压Un,使其为6~8V。判别Un的极性并计算转速反馈系数α值。

(2)转速环动态特性的研究。

将ASR接成PI调节器，其参数参考值为Rn?20~200k?，Cn?2~4?F，然后组成转速、电流双闭环系统。用示波器观察并记录下列情况下的n=f(t)波形。

a)突加给定

b)突加负载（同轴发电机作为负载，使电流Id=IN）

c)突减负载

改变下列参数，重复上述试验。

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a)改变给定电压大小 b)改变ASR反馈电容Cn c)改变ASR比例放大系数

根据上述结果分析并选择出ASR的最佳参数和动态性能指标。

5.系统静特性测定

(1)调节转速给定电压Un及发电机负载电阻Rg，使Id?IN,n?nN,改变发电机负载电阻

*

Rg，即可测出系统静特性曲线n=f(Id)。

(2)降低给定电压Un，分别测出n=1000r/min，n=500r/min时的静特性曲线(或根据教师给出的D，s指标进行测定)。

七、实践注意事项

1．双踪示波器两个探头的地线是通过示波器外壳短路的，故在使用时必须使两个探头的地线同电位(只用一根地线即可)，以免造成短路事故。

2．系统开环运行时，不能采用突加给定电压的方法起动电动机，必须逐渐增加给定电压，以免产生过大的电流冲击。

3．调试电流环时,不要让电动机在大电流下堵转时间太长,以免电动机因过度发热而损坏。

八、实践思考题

1．过电流保护环节的工作原理是什么？怎样整定？

2．要改变转速应调节什么参数？要改变最大电流应调节什么参数？ 3．转速反馈线接错极性会产生什么现象？

4．电流负反馈线未接好或极性接错，会产生什么后果？

实践成绩按优（90分以上）、良（80—90分）、中（70—80分）、及格（60—70分、不及格（60分以下）五级记分制评定。

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