带电压内环的直流调速系统的设计与仿真

宋俊蓉

摘 要：带电压内环的直流调速系统与转速、电流双闭环直流调速系统相比，在电流环内多加入一个电压环，能及时调节电网电压波动所造成的的扰动。以小功率直流电机为对象，采用工程设计法，对电压调节器、电流调节器和转速调节器进行设计，并在Matlab的Simulink环境中对系统进行仿真与调试，最后得出满足系统相应性能指标的一组参数。

关键词：电压内环 直流调速系统 调节器 仿真

中图分类号：TG333 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）005-031-02

1 引言

近年来，由于电力电子技术和控制技术的迅猛发展，直流调速系统在某些领域内已不断地被交流调速系统所取代。但因直流电机具有大范围平滑调速、过载能力大等优良特性，所以直流调速系统在现阶段仍是自动调速系统的主要形式。

带电压内环的三环直流调速系统是在转速、电流双闭环直流调速系统之上加入了电压内环，其原理与双闭环直流调速系统无太大区别。电压内环的主要作用在于能一定程度上改造被控对象，以及能及时的抑制电网电压波动所引起的扰动 。

本文以小功率直流电机为例，对带电压内环的直流电动机调速系统运用工程设计法设置各调节器的参数，在Matlab中建立系统的Simulink仿真模型并调试，最后得出相应结论。

2 控制系统的理论设计

首先根据系统的组成建立系统的数学模型，然后采用工程设计法，按照先内环后外环的原则，并根据系统的设计要求，依次对电压调节器、电流调节器、转速调节器进行设计。

2.1 系统组成及设计要求

（2）设计要求。稳态指标：无静差；动态指标：转速、电流超调量小于5%，阶跃电压、阶跃负载扰动下的恢复时间小于0.5s。

2.2 电压调节器的设计

2.3 电流调节器的设计

2.4 转速调节器的设计

3 控制系统的仿真

3.1 仿真模型

根据系统原理图及工程设计法得出的参数，在Matlab中建立带电压内环的直流调速系统的仿真模型，如图 2 所示。

3.2 仿真结果

（1）调试前：额定负载下，在时给电网电压加入的扰动，得到电机的电枢电流和转速的输出波形分别如图3、图4所示。可看出电流超调量还未满足设计要求，因此需将调节器参数做进一步调整。

4 结论

带电压内环的直流调速系统是一个复杂的控制系统，运用传统的设计方法工作量大， 系统调试困难。本文采用工程设计法来设计各调节器的参数，大大减小了工作量，利用Matlab对控制系统进行仿真，使系统的性能分析过程简单且调试方便。

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