《基于simulink的双闭环直流调速系统的设计与仿真》毕业设计的英文翻译.docx

基于Simulink的双闭环直流电机调速系统的参数优化与仿真摘要在限制系统中当动态性能的要求很高,并且单网路限制系统不能满意的要求时，我们实施多环限制和在线对内环和外环进行参数优化.本文以双向路直流电动机调速限制系统为例，采纳仿真优化方法设计两个PI调整器的参数，使系统的动态和程态指标达到设计要求。关健字，参数优化直流电动机双闭环系统仿真正文；I简介在经典限制理论中,通常时限制电路中的每个物理量设立一个调整器，当有多个物理参数耍被限制时，就须要设置多个调整器来限制这些参数，这样的系统被称为多网路限制系统.双闭环直流电动机调速系统是一个典型的多环限制系统.依据文献我们很清晰的r解到速负反馈限制的单闭环直潦调速系统用pi调整罂可以保证系统的稳定性。然而当限制系统对动态性能要求很高，例如快速制动、突加负我时转速着陆小等要求，单闭环濡速系统将难以满意需求。经典限制理论解决这个问题的唯一的方法是实现电流负反馈限制，在电流限制环中设置一个调整器，特殊是用于调整电流量的谢整涔。限制系统中就建立了转速、电流两个调整涔。这样的系统被称为直流电动机的电流和转速限制系统（这样的系统也被称为双闭环直流电动机调速系统）。II系统模型为充分发挥转速和电潦负反馈在系统中的限制作用，以及它们不会相互抑制影响系统的性能，我们在系统中设置了两个调整器调整速度和电流，实现它们之间的陕接。也就是说，我们把速度调整器的输出作为电流调整器的输入,电流调整器的输出限制整流电路的触发鼓21.从整个闭环反馈限制网路的结构来看，电流调整环在转速调整环之内，称之为内环：转速调整环在外，称之为外环.这就形成r一个双闭环直流调速系统“为/获得良好的静、动态性能，双闭环直流调速系统的两个调整器般设计为Pl倒整器。考虑到泄波因素，双闭环直流调为了保证电动机启动时电枢电流不超过允许依，速度调整器必须要限制其输出的电压幅值。这样，当转速调整器达到饱和状态，输出电JK达到限幅值，对应于最大允许起动电流，此时电流调整器是不饱和的，DC实现在最大电流允许值下恒流加速启动。为了确保在电动机调试过程中的平安，在电流调整器的后面还增加了限幅装厘。7.,=0.01,7；=0.02,7；=0.0017,7；=0.03,7；=1/5.456,=0.5,Kft=40,C.=I/7.576,=0.（X）7,4=0.05。（1）梗态指标：无静差。（2）动态指标：电流超调量不超过3%：转速超调量不超过5乳多环限制系统的工程设计一般原理是从内环起先，一环一环的向外设计。对于双闭环直流电机调速系统，我们应当首先从内环回路（电流回路）入手，依据电流环的限制要求，确定电流环选用什么样的典型系统。应当依据调整器的结构和参数对电流环进行校正。然后，把电流环等效为一个小惯性系统，并作为转速环的一部分。用同样的方法完成的外环的设计（速度环）.在本设计中要求限制系统要稳定，电流超谢量不超过3%,速度超谑员不超过5%o然后，电流相当于个循环的转动惯量，作为转速环组成中不行分割的部分，然后用相同的方式完成外环（速度环）的设计。依据上述设计原理，要求设计师们在经典限制的“text”和“up”的设计中有肯定的设计阅历。这里采纳的是对转速、电流两个Pl调整器的工程设计以及仿真和参数优化。III仿真和运行依据图1得到的仿真模型如图2所示。其中,带阳幅作用的Pl调整器中的积分调整器与比例调整器并联：带限幅作用的Pl调整器在实际仿真中应用很广泛。图2转速闭环眼制的H流电机调速系统的Simulink仿式模型假如对两个Pl调整器的参数同时进行优化，不能依靠限制系统的参数在仅运用优化软件为一个可变输出的H标函数进行参数优，调整参数的可变输出的限制结果是使该系统更困难而且很简单使一些模块的输出无限大，但可以使另个模块得到优化：假设把转速环辘出的设定为目标函数优化的时象，优化的结果可能是能够更好地加速网路输出，但电流环路输出的可能就不能满意设计耍求：反之亦然5。如图2所示，在SimUlink仿真模型中对两个Pl调整器同时间的参数进行优化。初始值为：Pl=1,Il=4,P2=l,12=4：IAE的目标函数为：0=|式冰（1）通过目标函数优化参数的结果为：Pl*=!10.4486,11*=1.4125,P2*=8.7689,12+-72.511,相应的速度曲线和电流曲线如图3所示的.明显电流曲线是不符合实际状况和实际须要的.因此，依据传统的多I可路限制器的设计方法，我们通常会第一个优化内环Pl谢整器的参数,然后优化外环Pl调整罂的参数.图3转速曲线和电流的战IV结果分析通常我们先从电流环起先分析。在图2Simulink的仿真模型中，电流环设置个幅度为IoV的给定信号。电流环的SimUlink仿真模型如图4所示。图4电流环的Simlink仿真模型如图4所示.在Simulink仿真模型中对两个PI调整器同一时间的参数进行图5电流环阶趺响应曲线（基于目标函数1）优化。初始值为：P-1,I-I;目标函数为IAE。电流环的响应很快，所以仿真时间应当取得短一点。这里取0.5s,通过仿真获得参数优化的结果为：P*=3.5531,IK79.1748.电流回路的阶跃响应曲然如图5所示。从图5可以得出电流超调量达到r25.19%,所以它不能满意设计要求.为J'抑制电流超调量，须要修改目标函数，修改后的目标函数为（其中k=0.1）：0=（b%+B|e（r）W（2）然后就可以进行参数优化，选择的Il标函数为式（2）所示的Il标函数，H标函数的其余参数与前面是相同的.重新对I和P参数优化后，我们费得的参数优化结果为：P*-086428,1*-23.0913。参数优化后的电流环阶跃响应的线如图6所示。这里电潦的超调员为0.54%,所以它可以很好地满意设计要求。图6电流环阶跃响应曲线（基于目标函数2）电流环的Pl调整港的参数确定后，就须要确定转速环Pl调整港的参数P和Io优化后转速环参数将取代图2中PI调推器的参数。在转速环中将设置一个给定信号，给定电压的幅度为10V,且转速环的I和P参数的初始值如下:P-1：I=I。然后，我们设定目标函数是IAE,仿其的时间为05s.我们可以得到参数优化的结果是：P*=l1.8417,I*=1.317,电流环和转速环参数优化后将取代图2中的转速和电流Pl调整器，通过仿真我们可以得到的电流和速度阶跃响应曲线，电流和速度阶跃响应曲线如图7所示。转速超调量为0.6居，电流超调量;为0.54%.明显，他们都可以很好地满意设计要求.当参数优化后的调整器的满意动,静态稳定性要求，稳态转速为M28.6rmin,符合预期转速10/0.007-1428.6r/mino所以我们实现了调整器的稳态无静差。从上面对仿真曲线特性的分析我们知道，所设计的调整器在双闭环直流电动机调速系统中满意设计要求。图7转速前线和电流曲战（参数优化）V结论直流电动机双闭环渐速系统是一个典型的多回路限制系统。对于这种类里的限制系统的设计方法是：从内环到外环，一环一环的逐步向外设计限制器。在本次设计中运用的参数优化技术，在没有任何阅历的状况下我们可以快速获得满意设计要求的调整器参数。这种对外环调整器参数进行彷或优化的过程，同样也适用于其他类型的多环限制系统。参考文献l陈伯时,电力拖动自动限制系统M.北京：机械工业出版社,2002|21蒋敏.限制系统的计算机仿真MJ.北京：机械工业出版社，2002131罗晓丽，范桂林.直流电动机调速系统.上海海事高校电子工程学院，2(X)6(16)6:16-18|4|吴素品，刘菲.基于模糊限制的直流电动机调速系统的仿真.长沙电力高校学报(自然科学版)，2006(21)4:34-37|5)曾文火，周万利，朱期髭.宜流电机的位置限制的微分反馈限制算法及参数优化方法.电机与限制，2006(10)6:562-566.