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88-基于MATLAB仿真的旁路节流调速系统动态特性研究

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表 1 不同的负载对系统动态特性的影响 T ab le 1 E ffect of system dynam ic
character in d ifferent loads
负载 fz /N 2 500 2 550
曲线 编号
1 2
pw i / MPa 1. 991 2. 030
p i /%
31. 344 30. 000
4 结语 该系统是一个响应速度快的稳定系统, 液压缸的出
口压力和输出速度均具有很好的动态特性。同时也表 明所建立的数学模型的可行性和有效性。因此利用文 中所介绍的建模和仿真方法, 能快速而准确地反映出系 统的性能, 对系统的设计和改进具有实际意义[ 12 ] 。 参考文献 ( References) :
L IU H eng li
( Schoo l ofM echan ica l Eng ineering , T ianjin U n ive rsity o f Comm erce, T ianjin 300134, China)
Abstract: T he bypass throttle speed govern ing is the im portant part o f hydraulic cy linder. W e often ana ly ze the system s dynam ic character to better understand its perform ance. As usua l it adopts transfer function to estab lish m athem atica l m ode l wh ich is com plex w ith inferior resu l.t T his pap er used p ow er bond graphs to establish the m athematical m odel and used MATLAB to carry ou t digital simula tion quick ly and accurately, as w ell as exp lored the inf luence of sy stem ic param eters on its p erform ance, w hich p lays an important active role in study the characteristic and improving design of the system. [ Ch, 5 f ig. 2 tab. 12 re.f ] K ey w ords: hydrau lic; bypass throttle speed govern ing system; d ig ita l sim ulation; dynam ic character; pow er bond graphs
力、负载力。
选择储能元功率键上的自变量对时间的积分为状
态变量, 那么这些状态变量将是: V2, V15, P19, x 22, P24。 根据系统的动态键图模型以及 0结点、1结点、TF
等的特性得出系统的动态数学模型如下 [ 9 ]
V2 =
Sf
-
V2 Cp
!
1 Rx
+
1 Ry
-
3. 142 d2 x22 2 3. 142 d2 x22 2 + A 2 2
改进具有积极的作用。图 5表 2参 12
关 键 词: 液压传动; 旁路节流 调速系统; 数字仿真; 动态特性; 功率键合图
中图分类号: TH 137
文献标志码: A
文章编号: 1005 2895( 2011) 01 0054 04
Dynam ic Character of the Bypass Throttle Speed governing System Based on MATLAB Simulation
on the tim e in different loads
图 5 不同管径下缸的输出速度对时间的动态响应 F igure 5 Cylinder ex it ve loc ity∀ dynam ic response on the tim e in d ifferent p ipe d iam eters
tp i / s
vw / ( m s- 1 )
tv / s
6 0. 057 02 6负 载 fz 变 大时, 缸的进口 压力 ( 即调速阀的进口压力 ) 增加, 由于调速阀通过自动调 节使旁支油路上的流量基本上保持不变因而通往缸的
进油路上的流量也是一定值, 因此缸的输出速度基本 保持不变, 如图 4所示。 3. 3 不同的管径对系统动态特性的影响
d[ 5]
=
3. 142 d2 y [ 4] 2 3. 142 d2 y [ 4] 2 + A 2 2
!y[ 1] Cp
!A - y [ 2] Cg1
!
A1
-
Se1
-
y [ 4] C1
其中, 式中的 [ 1] ~ [ 5] 分别指的是状态变量: V2,
V15, P19, x22, P 24。
3 动态仿真
图 1 旁路节流调速系统的结构模型 F igure 1 Structure m ode l of the bypass
throttle govern ing c ircu its 2 建立数学模型
根据系统结构模型, 在考虑阻性效应、容性效应和 ( 或 )惯性效应的条件下, 绘制出图 2所示的系统动态 键图模型 [ 8] 。
刘恒丽
( 天津商业大学 机械工程学院, 天津 300134)
摘 要: 旁路节流调速系统是液压系统不可缺少的一部分, 为了更好 地了解其 系统性能, 我们往 往对其进 行动态 特性分
析。一般是采用传递函数法建立 系统数学模型, 但这种方法不但复杂, 而且效果不佳。文章采用功率键合图法 建立系统
数学模型, 并利用 M ATLA B软件进行快速而准确的数字仿真, 探讨系统参数对其 性能的影响 , 对研 究系统的性 能和设计
-
y [ 2] Cg 1
!
1Rg
3.
3. 142 d2 y [ 4] 2 142 d2 y [ 4] 2 + A 2 2
! y [ 1] Cp
!1 R jl
d[ 2] =
y [ 1] - y[ 2]
Cp
C g1
! 1 - y [ 3]
Rg
I3
!A1
d[ 3]
=
y [ 2] C g1
! A1
! fz
d[ 4] = y [ 5] I1
根据系统的动态数学模型, 在 MATLAB 环境下编
程进行仿真 [ 10] 。
3. 1 定量叶片泵自身动态响应特性, 如图 3。 从图 3中可以看到在开始一段时间, 泵的出口压
56
轻工机械 L ight IndustryM achinery
2011年第 1期
从表 2 可知, 管道直径增加, 缸的 出口压力也增 加, 因为此时管道液阻减小, 压力损失减小, 从而输出 速 度也有 所增 加。但 趋于 稳定 的时间 不变, 如 图 5 所示。
根据实际应用的需要, 一个完整的液压系统是很 复杂的, 例如组合机床动力滑台液压系统, 它能实现的 功能包括: 快速前进、一次工作进给、二次工作进给、
收稿日期: 2010 06 12; 修回日期: 2010 07 02 作者简介: 刘恒丽 ( 1977), 女, 河北邯郸人, 工学硕士, 讲师, 主要研究方向为机械电子工程、产品结构。 E m ai:l lh l669@ 163. com
方法和 MATLAB语言作为仿真工具, 寻找影响系统动 态特性的参数, 分析系统动态响应的稳定性、快速性和 灵敏性 [ 5] , 为实际应用和进一步研究系统的性能提供 了有力的理论基础, 既有理论意义又有实践指导作用。 同时这种建模和仿真方法不仅可以用于研究 液压系 统, 也同样适用于研究机械系统、电气系统和热力学系 统等。 体 现 了 其 通 用 性, 对 其 他 学 科 也 有 借 鉴 意 义 [ 6] 。 1 系统的结构模型
!A -
V15 Cg1
! A1
-
Se1
-
x22 C1
该系统的数学模型是非线性的一阶微分方程组,
可采用变步长的 Runge Kutta法和 MATLAB 中的 ode
命令进行仿真, 为了更好的进行编程, 把上述的数学模
型写成下面的形式
d [ 1]
=
Sf -
y [ 1] Cp
!
1 Rx
+
1 Ry
-
y[ 1] Cp
图 2 系统的动态键图模型 F igure 2 Static pow er bond graph of system 其中阻性元: Rx 为液压泵泄漏液阻, Ry 为溢流阀 液阻, Rd为单向阀口液阻, R jy为调速阀 中减压阀口液 阻, Rjl为调速阀中节流阀口液阻; 容性元: Cp 为液压泵 管道液容, C1 为调速阀弹簧柔度, Cg 1为液压缸无杆腔 液容; 惯性元: I1和 I2调速阀芯的等效质量、负载质量; 源元: Sf 为液压泵理论流量, Se、fz 为调速阀弹 簧预紧
!
V2 Cp
!
1 Rjl
V2 - V15 Cp Cg1
!1Rg
V15 =
V2 - V15 Cp Cg 1
! 1 - P19 Rg I3
!A1
P 19
=
V15 Cg1
! A1 -
fz
x22
=
P 24 I1
P24 =
3. 142 d2x22 2 3. 142 d2 x22 2 + A 2 2

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基于MATLAB的调速控制系统仿真研究

基于MATLAB的调速控制系统仿真研究

基于MATLAB的调速控制系统仿真研究专业：通信工程摘要直流电动机具有非常多的优越性，如调速性能好、转矩大、能在大范围内稳定调速。

在中、小功率的应用中，永磁直流电动机占据第一的地位，但在要求高性能如调速性能或需求大转矩的应用中，直流电动机有极其重要的地位。

双闭环（电流环、转速环）直流调速系统是直流调速系统中的典型系统。

目前，国际许多公司都已经研究出全数字直流调速装置，有商用标准化、系列化、模板化产品。

在国内，各大研究机构和院校也在努力开发全数字直流调速装置。

控制系统的设计、分析和仿真验证过程中，MATLAB具有重要的作用。

直流双闭环调速系统的分析设计中，电流环和转速换的参数设计是最重要的环节。

对于双闭环直流调速系统，本文中选取电流环和转速环的适当参数，通过编程语言对电流环和转速环的频率特性和阶跃响应进行仿真及分析，使调速系统工作于稳定状态，并满足直流调速控制系统动态性能要求。

关键词双闭环，调速控制系统，MATLAB，电流环，转速环ABSTRACTThe DC motor has many advantages, such as speed performance, torque, stable speed control in a wide range. In the medium and small power applications, permanent magnet DC motor to occupy an importantposition, but in the high-speed stability performance requirements or require large torque applications, the DC motor has an extremely important position. Double Loop DC Motor System is a typical system in the DC speed control system. At present, many foreign electrical companies have developed full digital DC converter, and own the commercial standardization, serialization, templates produce. In China, major research institutions and colleges have also developed fully digital DC converter device.In process of control system design, analysis and simulation, MATLAB plays an important role. In DC double closed loop speed control system design, the current loop and speed loop is the most important part. In this article, we select the appropriate parameters of the current loop and speed loop for Double Loop DC Motor System, using programming language on the current loop and speed loop frequency response and step response simulation and analysis, so that the speed control system can run stability, and meet the dynamic performance of DC speed control system requirements.Key Words:Double Closed Loop, Speed control system, MATLAB, Current loop,Speed loop目录1.绪论 (1)1.1概述 (1)1.2研究目标和内容 (2)2.MATLAB软件及仿真调速控制系统概述 (3)2.1MATLAB概述 (3)2.2调速控制系统仿真概述 (4)2.3控制系统常用函数 (4)2.4对控制系统进行仿真MATLAB方法 (5)3双闭环直流调速系统概述 (6)3.1自动控制系统的基础概念 (6)3.2直流调速系统的运行状态和稳定状态指标 (6)3.3双闭环调速系统的结构 (8)3.4双闭环调速系统静止态时的特性 (9)3.5双闭环调速系统的运行时状态的解析 (10)3.6双闭环直流调速系统总体描述 (11)4.双闭环直流调速系统的参数计算与仿真 (12)4.1已知的系统指标 (12)4.2设计系统 (13)4.2.1计算转速和电流反馈系数 (13)4.2.2电流环的参数的动态选取与构造 (13)4.2.3转速环的参数的动态选取与构造 (18)4.3转速电流双闭环直流调速系统模型 (24)4.4总结 (25)5.结束语 (25)参考文献 (27)附录 (28)1.绪论1.1概述直流电动机具有非常好的运行、大范围内的控制和稳定特性，长期以来，直流拖动系统中重要的一部分始终是直流调速系统。

基于MATLAB SIMULINK的交流电动机调速系统仿真毕业设计

基于MATLAB SIMULINK的交流电动机调速系统仿真毕业设计

基于MATLAB SIMULINK的交流电动机调速系统仿真毕业设计基于matlab-simulink的交流电动机调速系统仿真毕业设计毕业论文（设计）诚信声明本人声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确标注，论文中的结论和成果为本人独立完成，真实可靠，不包含他人成果及已获得或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

论文作者签名（设计）：日期：毕业论文（设计）版权使用授权书本毕业论文（设计）作者同意学校保留并将论文（设计）的复印件和电子版发送给国家有关部门或机构，并允许查阅和借用论文（设计）。

本人授权青岛农业大学将本毕业论文（设计）的全部或部分内容编入相关数据库进行检索，并通过复印、缩小或扫描的方式保存和编辑本毕业论文（设计）。

毕业论文（设计）或与毕业论文（设计）直接相关的学术论文或成果在毕业后发表或使用时，由单位签字确认。

论文（设计）作者签名：日期：年月日指导教师签名：日期：年月日第1页1绪论1.1研究背景和目的1.1.1研究背景直流调速系统的主要优点是调速范围宽、静态误差小、稳定性好、动态性能好。

长期以来，高性能的调速系统几乎都是直流调速系统。

然而，直流调速系统并不能解决直流电机本身的换向问题和恶劣环境下的失调问题。

同时，大容量、高速、高压直流电机的制造也非常困难，这限制了直流传动系统的进一步发展。

交流电动机自1985年出现后，由于没有理想的调速方案，因而长期用于恒速拖动领域。

20世纪70年代后，国际上解决了交流电动机调速方案中的关键问题，使得交流调速系统得到了迅速的发展，现在交流调速系统已逐步取代大部分直流调速系统。

目前，交流调速已具备了宽调速范围、高稳态精度、快动态响应、高工作效率以及可以四象限运行等优异特性，其稳、动态特性均可以与直流调速系统相媲美。

基于MATLAB的双闭环直流调速系统方案设计书

基于MATLAB的双闭环直流调速系统方案设计书

基于MATLAB的双闭环直流调速系统设计目录1、绪论 (3)2、设计方案论证 (4)3、系统仿真 (8)4、心的体会 (9)5、参考文献 (9)1.绪论对于一般的调速系统来说，采用PI 调节器的单闭环直流调速系统（单闭环系统）可一以在保证系统稳定的前提下实现转速无净差。

但是如果对系统的动态性能要求较高，例如要要求快速起动、制动，突加负载动态速降小等等。

此时仅凭单闭环系统已经很难满足要求。

这主要是因为单闭环系统不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程。

为了能很好地解决这个问题，我们引入了转速、电流双闭环直流调速系统组成的双闭环直流调速系统。

在系统中分别设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。

两者之间实行嵌套（或者称为串级）联接。

如图1所示把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE 。

从闭环 结构上看，电流环在里面，称为内环；转速环在外边，称为外环。

这样就形成了转速、电 流双闭环调速系统。

双闭环直流调速系统的原理图如图1。

图1 转速、电流双闭环直流调速系统TGnASRACRU *n + -U nU iU*i+-U cTAVM+-U dI dUPL-MT2.设计方案论证 2.1.设计要求直流电动机的技术参数如下：220V 、136A 、1460r/min 、e C =0.312min V r ∙、 允许过载倍数λ=1.5，晶闸管装置的放大倍数SK ＝40,失控时间s T =0.0017s,电枢回路总电路R=0.5Ω，时间常数L T =0.03s, m T =0.18s,电流反馈系数β=0.05V/A ，转速反馈系数α=0.007min V r ∙。

设计要求：稳态指标无净差，动态指标，i σ%不大于5%，n σ%不大于10%2.2.具体设计方法系统无净差则ss e =0，因此选用I 型系统，采用双闭环直流调速系统，先设计电流环，再设计转速环。

机电控制系统——基于MATLAB的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真

机电控制系统——基于MATLAB的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真

《机电控制系统分析与设计》课程大作业一基于MATLAB的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真学院：机电工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级：0808108学号：1080810812姓名：林珍坤一、 设计参数转速、电流双闭环直流调速系统，采用双极式H 桥PWM 方式驱动。

电机参数：额定功率 200W ； 额定电压 48V ； 额定电流 4A ；额定转速 500r/min ；电枢回路总电阻 R=8Ω； 允许电流过载倍数 λ=2； 电势系数C e =0.04V ·min/r ； 电磁时间常数T L =0.008s ； 机电时间常数 T m =0.5；电流反馈滤波时间常数T oi =0.2ms ； 转速反馈滤波时间常数T on =1ms要求转速调节器和电流调节器的最大输入电压U *nm =U *im =10V ； 两调节器的输出限幅电压为10V ；PWM 功率变换器的的开关频率f=10kHz ； 放大倍数K=4.8； 动态参数设计指标： 稳态无静差；电流超调量i δ≤5%；空载启动到额定转速时的转速超调量δ≤25%； 过渡过程时间t s =0.5s 。

二、设计计算1. 稳态参数计算根据两调节器都选用PI 调节器的结构，稳态时电流和转速偏差均应为零；两调节器的输出限幅值均选择为12V电流反馈系数；A V A VI U im /25.14210nom *=⨯==λβ转速反馈系数：r V r Vn U nm min/02.0min/50010max *⋅===α 2. 电流环设计（1）确定时间常数电流滤波时间常数T oi =0.2ms ，按电流环小时间常数环节的近似处理方法，则s T T T oi s i 0003.00002.00001.0=+=+=∑（2）选择电流调节器结构电流环可按典型Ⅰ型系统进行设计。

电流调节器选用PI 调节器，其传递函数为ss K s W i i iACR ττ1)(+= （3）选择调节器参数 超前时间常数：i τ=T L =0.008s 电流环超调量为σi≤5%，电流环开环增益：应取5.0=∑i I T K ，则I K =i T ∑5.0=0003.05.0=1666.67 于是，电流调节器比例系数为0.00881666.6717.781.25 4.8i i I s R K K K τβ⨯=⋅=⨯=⨯ （4）检验近似条件电流环截止频率ci ω=I K =1666. 67 1/s1）近似条件1：ci ω ≤sT 31现在，s T 31=0003.01=3333.33>ci ω，满足近似条件。