基于Powersystem模块的直流调速系统仿真研究

基于Powersystem模块的直流调速系统仿真研究

马

青

江阴214400）

（江阴职业技术学院，江苏

真结果表明采用该模块能够更接近调速控制系统实际性能指标。

关键词：直流调速系统；仿真；Power中图分类号:TP391.9

摘要：以控制系统的传递函数为基础，使用MATLABPowersystem工具箱，对转速、电流双闭环直流调速系统进行了仿真，仿

System模块

文献标识码:A

SimulationoftheDCSpeedControlSystemBasedonPowersystemModule

MaQing

（JiangyinPolytenicCollege，JiangsuJiangyin214400）

Keywords:DCspeedcontrolsystem；simulation；powersystemmodule直流调速系统综合了电子电路、电机拖动、自动控制理论、微机原理和应用等多学科的知识，由于电力电子器件自身的开关非线性，给拖动系统的分析带来了一定的复杂性和困难，本文采用MATLAB的PowerSystem工具箱为直流调速系统的分析提供了崭新的方法，可以使系统的分析与设计变得更加容易和有效。

首先构建仿真模型如图1所示：其主电路部分有交流电源、

晶闸管整流器、触发器、移相控制环节和电动机等环节使用PowerSystem模型库的模块。

U+RI

(1）供电电源参数U2=edreced=135V

2.34cosmin）电动机参数Rf=Uf=146.7Ω(2

If

励磁电阻：励磁电感在恒定磁场下为0电枢电感估算：La=0.0021H电动机电势常数：Ce=0.131v.min/r励磁与电枢互感：Laf=0.84H转动惯量：J=0.57kg.m2

其次采用工程设计方法选择转速和电流两个调节器，ACR和ASR都采用PI调节器。

选择电流调节器的参数：τi=T1=0.132s；电流环开环增益（要求σi%≤5%）应取KITΣi=0.5(查表得)因此KI=0.5/0.0037=135.1，于是(由上文公式得)ACR的比例系数为Ki=13.46。

由于设计要求无静差，转速调节器必须含有积分环节；又根据动态要求，应该按典型Ⅱ型系统设计转速环。顾ASR选用PI调节器，选中频段宽度h=5，转速调节器的传递函数为Wpn(S)=Kn(1+τnS)/τnS，转速环开环增益KN=(5+1)/(2*25*0.174*0.174)=0.0087s，ASR的比例系数按工程计算方法求的为：Kn=12.1，ASR的超前时间常数为：τn=0.087s。

模型中转速负反馈和电流负反馈均取自电动机测量单元的转速和电流输出端，减少了测速和电流检测环节。电流调节器ACR的输出移相特性shifter的输入端，而电流调节器ACR输出限幅就决定了控制角的αmin和αmax。

1双闭环直流调速系统的仿真设计

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采用Simulink仿真必须对双闭环系统进行数学建模，并且双闭环直流调速系统是在如下假设下建模的：忽略各种非线性因素，假定各环节的输入输出关系都是线性的；假定只在V-M系统开环机械特性的连续段；忽略直流电源和电位器的内阻。所以利用Simulink仿真与不仅与实际系统还存在一定差距。

PowerSystem工具箱与控制系统的工具箱有所不同，用户不需自己编程且不需推导系统的动态数学模型，只需要从工具箱的元件库中复制所需的电气元件，按电气系统的结构进行连接，系统的建模过程接近实际系统的搭建过程，且元件库中的电气元件能较全面的反应相应实际元件的电气特性，仿真结果的可信度很高。因此对采用PowerSystem模块组成的转速双闭环控制直流调速系统的仿真模型来验证上述设计是否符合要求。

已知：某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，直流电机：Ued=220V，Ied=136A，ned=1460r/min，Ra=0.21Ω，Ce=0.131V·min/r，GD2=22.5N·m2，允许过载倍数λ=1.5。励磁电压：Uf=220，If=1.5A，整流内阻Rrec=0.4Ω平波电抗器Lp=200mH。晶闸管装置放大倍数：Ks=40。额定转速给定可取Un*=10V，电流转速调节器的饱和值为12V，输出限幅为10V。设计要求：调速范围D=10，静差率S≤10%。稳态指标：无静差。动态指标：电流超调量σi≤5%，空载起动到额定转速是的转速超调量σn≤10%。

图1仿真模型

图2仿真结果（下转第14页）

PHP、JSP、ASP和ASP.NET。ASP.NET是Microsoft公司的ISAPI、

产品，采用了全新的编程环境和理念，代表了技术发展的主流方向。以下我们采用ASP.NET技术来架构基于B/S模式的数字校园。

个性化服务。

4.4统一数据标准，构建共享数据库

由于不同部门的应用系统的运行过程不同，甚至每个部分的每个系统之间由于面向对象不同、构建时间不同、构建与维护主体不同等因素的影响，造成在构建过程中很难将所有系统进行整体集成，因而各个应用系统之间的松散耦合是不可避免的。正因为应用系统之间的松散耦合，所以需要在数字校园的构建中需要统一数据标准的制定，构建共享数据库。

4.5通过Blog、Wiki和BBS等网络形式发布和更新知识教师个人知识的发布是指把个人的知识财富（包括显性知识和隐性知识）利用网络提供的交流方式为学校中其他成员所共享，从而转变为学校的知识财富。学校应该鼓励和支持教师

4B/S架构数字校园解决方案

图1基于B/S的知识管理型数字校园架构

Wiki和BBS，通过校园网为教师提供一切的技术创建Blog、

支持。这样不仅有利于提升教师的学习力，促进教师的专业发展，实现自身价值，激发教师的工作热情和创造性。并且学生通过浏览教师的Blog，和教师在Wiki和BBS上共同创作和交流，也有利于培养学生终身学习的习惯、态度、方法与技巧，让学生学会学习，学会创造，为个人的终身学习活动奠定良好的基础。

4.6建立知识地图

学校应对现有的知识进行分析，建立一种知识地图，让用户能按图索骥，知道“哪拥有我需要的知识”。当然，知识网络地图不能仅仅只限于学校内部知识，应当不断地扩大地图版块，通过教师的推荐的方式，广泛吸纳互联网上的优质知识资源，并进行分类和索引，达到外部知识内部化的目的。

4.1用网站整合诸多系统

校园网的诸多功能或系统在网站主页上采用模块来实现，每个模块之间联系采用松散的原则。这样增加功能或修改某个功能或系统都不会影响其他的实现。网站在实现上采用三级或多级结构架构系统，在每级之间都采用标准的接口技术（也就常说的黑匣子功能），这样每级内部的实现发生了变化也就不会影响其他级的接口功能。

4.2统一入口

多系统多应用问题容易导致多地点多系统登录，严重影响工作效率，本着高速高效原则，需要提供一个统一入口，实现对各个不同应用系统的快捷访问。把所有的管理系统统一挂载到

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学校的门户网站，在主页中登录，可以实现一点登录，多点可达，极大提高工作效率，获得更为轻松的工作体验。由于HTTP协议Session对象可是无状态的，此次连接无法得到上次连接的状态。以实现登录权限的验证，不同的用户有不同的权限，浏览网页也就不同，并且Session对象保存的权限还可以在站点的页面间传递。也可以使用Cookie对象，为用户保存登录信息，可以为以后的访问实现自动登录。

4.3根据角色定制不同的服务

根据使用对象：学生、教师、管理人员和校外访客等区分不同角色，所有用户通过门户网站进入数字校园系统，通过统一身份认证，将用户权限保存在Session对象中，通过CSS样式文件分别定义不同的服务，并将它们关联，从而实现为不同角色定制

5结束语

B/S架构的知识管理型数字校园，不仅能适应高等院校教学发展的需要，还能使教师和管理人员从复杂烦琐的工作中解脱出来，建设一个规范的高校综合管理平台，真正实现数字校园的建设。

参考文献:

[1]韩锡斌,杨娟,陈刚.基于知识管理的大学数字校园的概念、架构和策略[J].中国远程教育,2005，(8).

[2]林少红.利用数字化校园建设推进管理科学化[J].华南金融电脑,2006，（12）.

[3]蒋玉宇.高校数字化校园建设的思考[J].广西轻工业,2008,(1).

（上接第46页）仿真运行后得到双闭环调速系统转速、电枢

2结束语

电流的响应曲线如图2所示。

从转速和电流波形可以看到，转矩曲线与电流曲线基本符合双闭环调速系统理想起动过程，较好地实现了直流电动机的调速要求。

需要指出的是，仿真也不是一蹴而就的，尽管有了很好的仿真软件，但要获得正确的仿真结果，需要对仿真对象有正确的理解，也就是仿真的电路和系统模型要正确参数设计要合理，并要选择恰当的数值计算方法。在仿真中出现计算不收敛、仿真中断和不能完成模型的初始化过程的情况是常有的事，这时要仔细检查模型是否正确，参数是否合适，出错时软件会有一定的参考提示，但是这种提示不一定是准确的，仿真的技巧需要在实践中不断积累与提高。

本文对常用转速、电流双闭环直流调速系统采用PowerSystem模块进行了仿真，此种仿真技术对于直流电机调速的具有优良的控制作用。引入仿真技术应用，可以使设计者更好地把握系统工作过程，减少并避免设备和元件损坏。

参考文献：

[1]洪乃刚等编著.电力电子和电力拖动系统的MATLAB仿真[M].北京：机械工业出版社，2006.

[2]陈伯时主编.电力拖动自动控制系统--运动控制系统[M].北京：机械工业出版社,2006.

[3]史国生主编.交直流调速系统[M].北京：化学工业出版社,2001.[4]董璇，都洪基，郭新红.基于Simulink的直流调速系统仿真及参数优化[J].2008.