基于锁相环的直流电机控制系统simulink仿真
目錄
一、理論基礎
二、部分MATLAB仿真
一、理論基礎
基于鎖相環的直流電機轉速控制系統實質就是一個鎖相環，只不過電動機加上光電脈沖編碼器的組合代替了壓控振蕩器。由于直流電動機的外施電壓與電動機轉速之間有良好的線性關系且光電脈沖編碼器輸出脈沖的頻率又與轉速嚴格成正比，因此可比擬為一個壓控振蕩器。此外，為了保證系統在每種初始條件下都能鎖定，鑒相環節使用的是鑒頻鑒相器(PFD)，它不僅能比較參考信號和反饋信號的相位，而且能比較他們的頻率，因此系統會穩定的運行.
? ? ? ?系統的基本結構如下所示：
? ? ? ?整個系統給的基本結構就是一個模擬PLL，一個是直流電機，我們通過直流電機的速度反饋來作為PLL的輸入，然后通過PLL的輸出來實現直流電機的速度控制。
二、部分MATLAB仿真
? ? ? ?鎖相環是一個相位負反饋控制系統，它主要由三部分組成，分別是鑒相鑒頻器（PFD）、環路濾波器（LF）和電壓控制器（VCO）。系統的基本結構如下所示：
下面我們對這個模型進行簡單的介紹。
鑒相器：
鑒相器的主要功能就是鑒別輸入信號與輸出信號的相位差，其作用就是誤差提取功能。
在這里，鑒相器，我們主要通過D觸發器來實現。
這個模塊的主要功能就是起到異或的功能。只要兩路信號有微小的差別，其誤差就是計算出來。
?
環路濾波器：
環路濾波器的主要功能就是濾除鑒相器的噪聲部分以及高頻分量。
在模擬PLL系統中，我們經常使用的是巴特窩斯模擬濾波器，其參數設置如下所示：
這里我們設置的是8階濾波器。
VCO：
其參數設置界面如上圖
通過以上介紹，我們完成了模擬鎖相環的基本構架，其仿真結果如下所示：
從上的仿真結果可知，系統能夠正常的工作。
? ? ? ? 通常，為了更能說明直流電機的本質問題，我們才用的是直流電機的數學模型來研究。一般，我們采用的直流電機的模型如下所示：
關于直流電機的介紹，您可以查看自己的相關教材。
??? 我們在simulink中建模，其模型如下所示：
這里通過對比，我們可以看到，
電壓設置為380V，
R=0.6
Tl=0.008333
0~2.5s，電機空載，即Id=0；
2.5s~5s，電機滿載，即Id=110A。
我們通過仿真，可以得到如下的結果：
?
?
從上圖我們可以看到電機的幾個轉速指標：
讀圖知：
空載時轉速n=1974.2r/min，
負載時轉速n=1631r/min，
靜差率s=17.384%
? ? ? ? ? 上面2.1我們介紹了鎖相環的傳統結構，但是研究發現，那種結構的鎖相環并不適合電機的精確控制，因為電機的控制涉及到三個類別的誤差信號的判斷，速度誤差信號、速度積分誤差信號，速度重積分誤差這樣，才能做到直流電機速度的精確控制，然后將得到的三路誤差信號相加作為誤差信號并通過環路濾波輸出。在電機控制系統中，鎖相環的VCO結構就是我們直流電機，直流電機的輸出就是作為系統的反饋信號。
其理論結構為：?
由此可見，三條支路的系數分別為：?
通過調試，我們取系數如上圖simulink中里提到的系數，其仿真結果如下所示。
? ? ? ?而判斷一個鎖相環是否很好的在控制一個電機，就是判斷其是否實現了無靜差調速，即系統的靜差率越小越好，此外還要解決超調量的問題。下面我們將開始設計基于PLL的直流電機控制器的simulink模型。
??? 注意，前面的模擬鎖相環是我們為了研究鎖相環的需要而建立的模型，這里，在實際電機鎖相環的應用中，這個模擬鎖相環的基本結構需要修改，使其更加適合電機的工作模式，這點您要注意。
? ? ?Simulink模型的基本結構如下所示：
?
當加入鎖相環控制器的時候，我們還需要了解超調量這個概念，就是控制后，調整過程中最大的值與之后穩定的值的差/穩定值，這個也是一個重要的參數指標。
通過仿真，我們可以看到如下的結果：
?
這里我們需要調整這三個參數來獲得較好的指標，即最小的靜差率和最小的超調量。?
這里其無靜差率，超調量為0.88%。基本符合設計要求。
A15-2? ?
總結
以上是生活随笔為你收集整理的基于锁相环的直流电机控制系统simulink仿真的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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