直流电动机系统参数设计与仿真 - 双闭环直流调速系统

直流电动机系统参数设计与仿真 - 双闭环直流调速系统

① 直流电动机系统参数

由三相桥式晶闸管整流装置供电的转速、电流双闭环直流调速系统，直流他励电动机：功率PN＝25kW，额定电压UN=220V，额定电流IN=136A, nN =1460r/min, 电动势系数Ce=0.132V. min / r, 电枢绕组电阻Ra=0.15Ω, 主电路总电阻R＝0.5Ω，Ks=40，全控型器件的开关频率f=1kHz，电磁时间常数Tl=0.03s，机电时间常数Tm=0.18s，电流反馈滤波时间常数Toi=0.002s，转速反馈滤波时间常数Ton=0.01s，过载倍数λ＝1.5，设调节器输入输出电压Unm*= Uim*=Ucm=10V，额定转速时的给定电压（Un*）N=10V。

② 设计指标

(1) 稳态指标：稳态无静差；(2) 动态指标：电流超调量i≤5%，空载启动到额定转速时的转速超调量n≤20%。

③ 设计要求

(1) 查询文献资料，了解双闭环直流调速系统设计方法，掌握双闭环直流调速系统基本工作原理； (2) 确定双闭环直流调速系统闭环反馈方案，绘制系统结构框图，并进行相关参数计算； (3) 运用工程化设计方法对直流调速系统的调节器进行参数设计； (4) 根据设计的调节器参数确定调节器中电阻和电容的参数，绘制调节器的模拟电路图（计算机绘图，软件自选）； (5) 给出确定各环节参数后的直流调速系统完整结构框图； (6) 根据上述双闭环直流调速系统的动态结构框图，建立Matlab仿真模型，结合性能指标要求对调节器参数设计的合理性进行验证，并对调节器的参数作出调整:

1. 额定负载下，分析电机从静止到额定转速的起动过程，包括两个控制器输出电压、电枢电流以及输出转速的响应特性，列写出上升时间、超调量、峰值时间和调节时间等指标参数，并与预期值进行对比；
2. 分析两个控制器的比例、积分参数对输出转速的影响（选取不合理及合理参数配置进行对比分析），并选择一组合适参数用于分析电网电压、负载电流变化时系统的动态响应特性；
3. 分析系统的稳态误差及稳态响应特性，包括电机最大负载下输出转速的稳态误差、稳态响应时间和静态误差系数等指标参数，并与预期值进行对比；
4. 分析系统的过载能力，包括系统在额定负载下的过载倍数和过载时的电机输出转矩；
5. 给出仿真结果分析和调节器参数优化建议，并将仿真结果与实际系统性能进行对比分析，验证仿真结果的准确性和可靠性。