基于Matlab仿真的直流闭环调速系统

李沙沙，汪东霞

（黄河交通学院机电工程学院，河南焦作，454950）

0 引言

在现代化的工业生产中，对作为生产设备主要动力的电动机有较高的要求。根据不同的生产要求，常常需要对生产设备进行平滑调速，而调速要通过调节电动机来实现。同时，大多数设备要求动力系统运行稳定、具有良好的动态性能，这往往也直接取决于电动机的性能。直流电动机因为具有较多明显的优点，常常被用于工业生产中。直流电动机闭环调速系统具有较多优点，如可以在较大范围内进行无级调速且结构简单，启动、制动性能良好等，在具有较高要求的工业生产领域得到了广泛应用。因此本文在Matlab平台上搭建了直流电动机闭环调速系统的仿真模型[1]，并进行了仿真分析。

1 直流闭环调速系统原理

带转速负反馈的有静差直流闭环调速系统的电气原理图如图1所示。系统由转速给定环节、放大器、 移相触发器CF、晶闸管整流器、直流电动机M、测速发电机G等组成。其中，：转速反馈；：转速偏差，：放大器输出；Ud：整流器输出电压；Id：电枢电流。

图1 带转速负反馈的有静差直流调速系统原理图

在该系统中，当电动机负载增加时，转速反馈Un将随着转速的下降而减小，而转速的偏差∆Un将增大，同时放大器输出UC增加，并经移相触发器使整流输出电压Ud增加，电枢电流Id增加，从而使电动机电磁转矩增加，转速也随之提高，补偿了由于负载增加所引起的转速降落[2]。带转速反馈的直流调速系统的稳态特性方程为：

电动机转速降落

本设计采用带阻感负载的单相桥式全控整流电路，如下图2所示，晶闸管VT1和VT3组成一对桥臂，VT2和VT4组成另一对桥臂。在U2的正半周期，触发角α处给晶闸管VT1和VT3加触发脉冲使其开通。U2过零变负时，由于电感的作用使VT1和VT4并不关断。至ωt=π+α时刻，给VT2和VT4加触发脉冲使其开通，U2通过VT2和VT4分别向VT1和VT3施加反压使其关断[3]。至下一周期，重复上述过程，如此循环下去。

图2 整流电路

触发器的控制角（alpha-deg端）通过移相控制环节（Fcn）。移相控制模块的特性如图3所示。在本模型中取αmin=30°，移相特性的数学表达式为：

图3 转速负反馈有静差直流调速系统仿真模型

2 参数计算

主要元件参数如表1所示。

元件 参数名 参数交流电源 电压 220V变压器 原边电压 220V副边电压 205V晶闸管整流桥 内阻 0.01Ω RL 电阻 0.85Ω电感 0.001H电枢额定电压 220V电枢额定电流 136A额定转速 1460r/min励磁电压 220V励磁电流 1.5A直流电动机

3 仿真模型

在Matlab/Simulink中搭建的仿真模型如图3所示。在仿真中，为了简化模型，省略了同步变压器和测速发电机，整流器和触发同步使用同一交流电源，为了减小整流器谐波对同步信号的影响，设交流电源电感为LS=0，直流电动机的励磁由直流电源直接供电[4]。

4 仿真分析

电动机测得转速要与给定值进行运算得出差值，即的大小将一定程度上决定转速差的大小，经过一系列环节将影响整流桥控制角。由上图知通过调节的大小可以进行调速。

5 结论

文章首先介绍了直流闭环调速系统的工作原理，其次通过在Matlab中搭建模型对直流闭环调速系统进行了仿真分析。通过仿真结果得出，转速随着给定值꿴的变化而变化；并对不同的放大倍数情况进行对比分析，可知随着放大倍数的增大，系统的稳态转速将减小，但放大倍数过大时，会增加震荡的可能性。为实际系统的研究提供了理论支持。