电流转速双闭环直流调速系统matlab仿真实验
《电力拖动自动控制系统》课程实践报告--双闭环直流调速系统MATLAB仿真
《电力拖动自动控制系统》课程实践报告--双闭环直流调速系统MATLAB仿真安阳师范学院物理与电气工程学院基于matelab仿真平台《电机拖动自动控制系统》课程实践双闭环直流调速系统MATLAB仿真指导老师：苗风东姓名：韩衍翀班级：电气一班学号：111102022双闭环直流调速系统MATLAB仿真摘要转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能很好、应用最广的直流调速系统。
具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在电气传动系统中得到了广泛的应用。
常用的电机调速系统有转速闭环控制系统和电流闭环控制系统，二者都可以在一定程度上克服开环系统造成的电动机静差率，但是不够理想。
实际设计中常采用转速、电流双闭环控制系统，一般使电流环(ACR)作为控制系统的内环，转速环(ASR)作为控制系统的外环，以此来提高系统的动态和静态性能。
关键词：直流双闭环调速系统电流调节器转速调节器主电路原理图及其说明主电路采用转速、电流双闭环调速系统，使电流环(ACR)作为控制系统的内环，转速环(ASR)作为控制系统的外环，以此来提高系统的动态和静态性能。
二者串级连接，即把电流调节器的输出作为转速调节器的输入，再用转速调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。
从而改变电机的转速。
通过电流和转速反馈电路来实现电动机无静差的运行。
仿真结构图双闭环调速系统结构框图仿真步骤根据实验指导书给定数据，在MATLAB中的simulink环境中对系统进行仿真，总结构图2，转速环ASR如图3，电流环ACR如图4所示：图 2总结构图图3转速环ASR图4电流环ACR对图3 、图4进行封装，连接主电路图，开始仿真，观察现象。
仿真结果图电机转速n仿真波直流电动机负载电流Id仿真波形转速调节器输出Ui*波形电流调节器输出电压（整流装置输入电压Uct）波形电机电枢电压Ud0波形波形分析：由转速波形和电枢电流波形可以看出，启动过程经过了电流上升、恒流升速和调速阶段。
基于Matlab的双闭环直流调速系统仿真
基于Matlab 的双闭环直流调速系统仿真一、双闭环直流调速系统的组成及要求为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级连接，即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晶闸管整流器的触发装置。
从闭环结构上看，电流调节环在里面，叫做内环；转速环在外面，叫做外环。
这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。
该双闭环调速系统的两个调节器ASR 和ACR 一般都采用PI 调节器。
因为PI 调节器作为校正装置既可以保证系统的稳态精度，使系统在稳态运行时得到无静差调速，又能提高系统的稳定性；作为控制器时又能兼顾快速响应和消除静差两方面的要求。
一般的调速系统要求以稳和准为主，采用PI 调节器便能保证系统获得良好的静态和动态性能。
图1直流双闭环调速系统动态结构图图中 、—转速给定电压和转速反馈电压、—电流给定电压和电流反馈电压ASR —转速调节器ACR —电流调节器TG —测速发电机TA —电流互感器UPE —电力电子变换器本文研究的对象为电流转速双闭环直流调速系统，其系统动态结构框图如图1 所示，系统参数如下：电动机：V U N 220=；A I N 136=；rpm n N 1460=；rpm v C e /132.0=； 允许过载倍数： 5.1=λ；三相桥式整流装置放大倍数：40=s K ；电枢回路总电阻： Ω=∑5.0R ；时间常数： s T l 03.0=，ss T m 18.0=；电流反馈系数：A V /05.0=β；转速反馈系数：rpm V /07.0=α。
二、系统仿真根据理论设计结果，构建直流双闭环调速系统的仿真模型，如图2 所示。
图2 直流双闭环调速系统的仿真模型仿真结果：在启动过程中，转速调节器ASR将经历不饱和、饱和、退饱和三个阶段，因此整个启动过程分为三个阶段。
▪第一阶段是电流上升阶段,由于转速变化慢，转速调节器很快饱和――饱和时转速环相当于开环，ASR输出限幅值。
双闭环直流调速系统仿真(Matlab)
Wcli (s)
Ti
1 s2 1
s 1
KI
KI
联系仿真实例，经计算可得
136.2 W cli(s)0.00367s2s136.2
根据经验公式，转速环的开环传函为
Wn(s)
KN(ns1)
s2(Tns1)
同理可得 Wn(s)03.041.67s34s3399.s12
通过MATLAB指令可得其闭环传函为
图1 原始调速系统结构框图
2021/7/1
3
对于该系统，联系仿真实例，经计算可得其开环传递函数为
3 5 G (s) 0 .1 2 9 (0 .0 0 1 6 7 s 1 )(0 .0 0 1 s2 0 .0 5 s 1 )
借助于MATLAB仿真软件，绘制Bode图如图2所示。
图2 原始控制系统伯德图
主程序文件main.m 和目标函数文件optm.m，运行主程序，得到 kp,ki,kp1,ki1的
存储空间，在Command window键入gatool,调用出遗传算法工具箱的人机接 口，在里面设置相关参数，设置完毕后点击start按钮开始运行。经过迭代，
会得到 kp,ki,kp1,ki1的最优解，参数值如图7所示，将再其带入图6中即可
Id(s)
R
Tm s
1 n(s) Ce
电流环
Tois 1
Ton s 1
2021/7/1
图3 双闭环直流调速系统动态结构框图
5
3.仿真环境中步长的选择
刚性是指其Jacobian（雅可比）矩阵的特征值
相差悬殊。在解的性态上表现为，其中一些解
变化缓慢，刚性方程，又称为Stiff方程。
根据经验公式，电流环闭环传递函数公式为
运动控制系统-转速、电流双闭环直流调速系统MATLAB仿真例程
取电枢电阻为 Ra 0.18 ，晶闸管导通电阻 R 0.001 ，总的电阻为
R 0.18
取 U a U b U c 323V 取电机的转动惯量 J 2.34 仿真结果如下：
这与 1 的模型仿真结果相近。
根据题目数据逆推基本参数： 由Tl
Tm
L L 0.012s L 0.00216H R 0.18
GD 2R GD 2 375C eC m
0.18 0.12s 30 2 375 0.196
GD 2 GD 2 91.7Байду номын сангаас7958 J 2.34 4g
设 A 相电压最大值为 U a ，当 U cm 6.5V 时，
90 (9 U cm ) 31.5
Cos Cos 31.5 0.8526
由
U cm 1.17 K s Cos
U a 322.5 V
Ua
2
取平波电感 L 0.02H ，电机电枢电感为 La 0.0016H ，总的电感
在一个由三相零式晶闸管整流装置供电的转速、 电流双闭环 调速系统中，已知电动机的额定数据为：
U N 220V
PN 60KW
，
， IN
308A
， nN
1000r / min
， 电 动 势 系 数
C e 0.196V min/ r ，
主回路总电阻 R
0.18 ,触发整流环节的
放大倍数 K s
8 V ,U cm 6.5 V
。
10 V 0.01 1000r / min
8 V 0.017316 1.5 308A
双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计及MATLAB仿真验证
双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计及MATLAB仿真验证双闭环可逆直流脉宽调制（PWM）调速系统是一种常见的电机调速控制方案。
该系统通过两个闭环来实现电机的速度控制和电流控制，从而实现精准的调速效果。
本文将介绍双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统的设计原理，并使用MATLAB进行仿真验证。
设计原理：该系统由以下几个主要部分组成：1.输入信号：输入信号一般是一个速度设定值，表示期望电机的转速。
该信号可以通过人机界面或其他控制系统输入。
2.速度控制环：速度控制环根据输入信号和反馈信号之间的差异来控制电机的转速。
常见的速度控制算法有比例控制、积分控制和微分控制。
3.脉宽调制器：脉宽调制器根据速度控制环输出的控制信号来生成PWM信号，控制电机的转速。
通常使用的脉宽调制算法有定时器计数法和比较器法。
4.电流控制环：电流控制环根据PWM信号和反馈信号之间的差异来控制电机的电流。
常见的电流控制算法有比例控制、积分控制和微分控制。
5.电机驱动器：电机驱动器将电流控制环输出的控制信号转换为电机驱动信号，驱动电机正常运转。
MATLAB仿真验证：为了验证双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统的性能，可以使用MATLAB进行仿真。
以下是一种基本的MATLAB仿真流程：1.定义电机模型：根据电机的参数和特性，定义一个数学模型来表示电机的动态响应，例如通过电机的转矩-转速曲线或电机的方程。
2.设计速度控制器：根据系统要求和电机模型，设计一个适当的速度控制器。
可以使用PID控制器或其他控制算法。
3.设计PWM调制器：根据速度控制器输出的控制信号，设计一个PWM调制器来生成PWM信号。
根据电机模型和控制要求，选择合适的PWM调制算法。
4.设计电流控制器：根据PWM信号和电机模型，设计一个电流控制器。
可以使用PID控制器或其他控制算法。
5. 仿真验证：将以上设计参数输入到MATLAB仿真模型中，并进行仿真验证。
可以使用Simulink工具箱来搭建仿真模型，并通过逐步增加负载或改变速度设定值等方式来验证系统的性能。
双闭环直流电动机调速系统设计及MATLAB仿真基于直流电动机调速系统的研究
双闭环直流电动机调速系统设计及MATLAB仿真基于直流电动机调速系统的研究摘要：本文研究了双闭环直流电动机调速系统的设计及MATLAB仿真。
首先介绍了直流电动机调速系统的基本原理，然后通过建立数学模型，设计了双闭环调速系统的控制器，并利用MATLAB进行了系统的仿真实验。
仿真结果表明，双闭环调速系统能够有效地提高电动机的调速性能，使其在不同负载条件下保持稳定的转速。
关键词：双闭环调速系统、直流电动机、MATLAB仿真1.引言直流电动机调速系统是工业自动化控制中的常用控制系统之一、它广泛应用于机械设备、工业生产线以及交通运输等领域。
传统的直流电动机调速系统采用单闭环控制，其调速性能较差，对负载扰动不敏感。
因此，研究双闭环直流电动机调速系统，对于提高电动机的调速性能具有重要意义。
2.直流电动机调速系统设计原理直流电动机调速系统是通过调节电源电压或者改变电动机绕组的接线方式来实现。
系统主要由电动机、控制器以及反馈元件组成。
在传统的单闭环调速系统中，控制器根据电机的转速反馈信号与给定的转速信号之差，产生输出信号控制电机的转速。
然而，单闭环调速系统对负载扰动不敏感，容易出现转速不稳定等问题。
双闭环调速系统是在传统的单闭环调速系统的基础上增加了一个速度环，用于对电机的速度进行闭环控制。
速度环通过调节电机的输出力矩，实现对电机转速的调节。
双闭环调速系统可以及时调整电机输出力矩，使电机在负载扰动下保持稳定的转速。
3.双闭环直流电动机调速系统的控制器设计双闭环直流电动机调速系统的控制器主要由速度环控制器和电流环控制器组成。
速度环控制器根据速度反馈信号与给定的速度信号之差，产生电压控制信号，用于控制电机的输出力矩。
电流环控制器根据电流反馈信号与给定的电流信号之差，产生电压控制信号，用于控制电机的转矩。
具体的控制器设计需要根据电机的数学模型和系统性能要求进行。
4.MATLAB仿真实验本文利用MATLAB软件对双闭环直流电动机调速系统进行了仿真实验。
利用Matlab仿真平台设计双闭环直流调速系统
1 设计任务及要求1、已知条件：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，基本数据如下：直流电动机：220V 、136A 、1460r/min ,Ce=0.132 min/r , 允许过载倍数1.5 。
闸管放大系数：Ks=40 。
电枢回路电阻：R 0.5 。
o时间常数：T1=0.03s ，Tm=0.18s 。
电流反馈系数：0.05V/A( 10V/1.5I nom )转速反馈系数：0.007Vmin /r( 10V /n nom)2 、技术要求：稳态指标：无静差；动态指标：电流超调量i 5% ；空载起动到额定转速时的转速超调量n% 10% 。
3 、设计要求：①简述单闭环直流调速系统的基本构成和工作原理。
②分析所设计系统的静态性能指标和动态性能指标。
③根据动态性能指标设计校正装置。
④设计出系统的Simulink 仿真模型，验证所设计系统的性能。
⑤给出所设计系统的性能指标：上升时间t r 、超调量p% 、调节时间t s 、最大启动电流Idmax 、稳态误差e ss 。
2 系统的基本结构和工作原理许多生产机械，由于加工和运行的要求，使电动机经常处于起动、制动、反转的过渡过程中，因此起动和制动过程的时间在很大程度上决定了生产机械的生产效率。
为缩短这一部分时间，仅采用PI调节器的转速负反馈单闭环调速系统，其性能还不很令人满意。
双闭环直流调速系统是由电流和转速两个调节器进行综合调节，可获得良好的静、动态性能（两个调节器均采用PI调节器），由于调整系统的主要参量为转速，故将转速环作为主环放在外面，电流环作为副环放在里面，这样可以抑制电网电压扰动对转速的影响。
双闭环直流调速系统较单闭环相比具有动态响应快、抗干扰能力强等优点，具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。
具有单闭环不能比拟的优势。
双闭环调速系统的结构示意图如下图1：双闭环调速系统结构原理图如下图2 :渊电源输出*" ---3Hj图2 双闭环调速系统结构原理图触发电踣匸桥-功放rIF1 Io"电源H+II个柠3系统的静态性能和动态性能指标3.1系统的静态性能指标为了分析双闭环调速系统，必须先绘出它的稳态结构框图。
直流电动机双闭环调速系统MATLAB仿真实验报告
本科上机大作业报告课程名称：电机控制姓名：学号：学院：电气工程学院专业：电气工程及其自动化指导教师：提交日期：20年月日一、作业目的1.熟悉电机的控制与仿真；2.熟悉matlab和simulink等相关仿真软件的操作；3.熟悉在仿真中各参数变化和不同控制器对电机运行的影响。
二、作业要求对直流电动机双闭环调速进行仿真1.描述每个模块的功能2.仿真结果分析：包括转速改变、转矩改变下电机运行性能，并解释相应现象3.转速PI调节器参数对电机运行性能的影响4.电流调节器改用PI调节器三、实验设备MATLAB、simulink四、实验原理1.双闭环系统结构如图：该系统通过电流负反馈和速度负反馈两个反馈闭环实现对电机的控制，其内环是电流控制环，外环是转速控制环。
内环由电流调节器LT,晶闸管移相触发器CF,晶闸管整流器和电动机电枢回路所组成。
电流调节器的给定信号un。
与电机电枢回路的电流反馈信号相比较,其差值送人电流调节器.由调节器的输出通过移相触发器控制整流桥的输出电压。
在这个电压的作用下电机的电流及转矩将相应地发生变化。
电流反馈信号可以通过直流互感器取白肖流电枢回路,也可以用交流互感器取自整流桥的交流输人电流,然后经整流面得。
这两种办法所得结果相同，但后者应用较多,因为交流互感器结构比较简单。
当电流调节器的给定信号u n大于电流反馈信号uf,其差值为正时,经过调节器控制整流桥的移相角α,使整流输出电压升高,电枢电流增大。
反之,当给定信号u n 小于电流反馈信号时，使整流桥输出电压降低,电流减小,它力图使电枢电流与电流给定值相等。
外环是速度环,其中有一个速度调节器ST,在调节器的输入端送入一个速度给定信号u g，由它规定电机运行的转速。
另一个速度反馈信号u fn米自与电机同轴的测速发电机TG。
这个速度给定信号和实际转速反馈信号之差输人到速度调节器,由速度调节器的输出信号u n作电流调节器输人送到电流调节器，通过前面所讲的电流调节环的控制作用调节电机的.电枢电流Ia和转矩T ,使电机转速发生变化，最后达到转速的给定值。
双闭环直流调速系统的课程设计(MATLAB仿真)
任务书1.设计题目转速、电流双闭环直流调速系统的设计2.设计任务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，基本数据为：直流电动机：U n=440V，I n=365A，n N=950r/min，R a=0.04Ω,电枢电路总电阻R=0.0825Ω,电枢电路总电感L=3.0mH,电流允许过载倍数λ=1.5，折算到电动机飞轮惯量GD2=20Nm2。
晶闸管整流装置放大倍数K s=40，滞后时间常数T s=0.0017s电流反馈系数β=0.274V/A (≈10V/1.5IN)转速反馈系数α=0.0158V min/r (≈10V/nN)滤波时间常数取T oi=0.002s，T on=0.01sU nm∗=U im∗=U cm∗=15V；调节器输入电阻R a=40kΩ3.设计要求(1)稳态指标:无静差(2)动态指标:电流超调量σt≤5%；采用转速微分负反馈使转速超调量等于0。
目录任务书 (I)目录 (II)前言 (1)第一章双闭环直流调速系统的工作原理 (2)1.1 双闭环直流调速系统的介绍 (2)1.2 双闭环直流调速系统的组成 (3)1.3 双闭环直流调速系统的稳态结构图和静特性 (4)1.4 双闭环直流调速系统的数学模型 (5)1.4.1 双闭环直流调速系统的动态数学模型 (5)1.4.2 起动过程分析 (6)第二章调节器的工程设计 (9)2.1 调节器的设计原则 (9)2.2 Ⅰ型系统与Ⅱ型系统的性能比较 (10)2.3 电流调节器的设计 (11)2.3.1 结构框图的化简和结构的选择 (11)2.3.2 时间常数的计算 (12)2.3.3 选择电流调节器的结构 (13)2.3.4 计算电流调节器的参数 (13)2.3.5 校验近似条件 (14)2.3.6 计算调节器的电阻和电容 (15)2.4 转速调节器的设计 (15)2.4.1 转速环结构框图的化简 (15)2.4.2 确定时间常数 (17)2.4.3 选择转速调节器结构 (17)2.4.4 计算转速调节器参数 (17)2.4.5 检验近似条件 (18)2.4.6 计算调节器电阻和电容 (19)第三章Simulink仿真 (20)3.1 电流环的仿真设计 (20)3.2 转速环的仿真设计 (21)3.3 双闭环直流调速系统的仿真设计 (22)第四章设计心得 (24)参考文献 (25)前言许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求具有良好的稳态、动态性能。
直流电动机双闭环调速系统MATLAB仿真实验报告
直流电动机双闭环调速系统MATLAB仿真实验报告
实验目的：
本实验旨在设计并实现直流电动机的双闭环调速系统，并使用MATLAB进行仿真实验，验证系统的性能和稳定性。
实验原理：
直流电动机调速系统是通过改变电机的输入电压来实现调速的。
双闭环调速系统采用了速度环和电流环两个闭环控制器，其中速度环的输入为期望转速和实际转速的误差，输出为电机的电流设定值；电流环的输入为速度环输出的电流设定值和实际电流的误差，输出为电机的输入电压。
实验步骤：
1.建立直流电动机的数学模型。
2.设计速度环控制器。
3.设计电流环控制器。
4.进行系统仿真实验。
实验结果：
经过仿真实验，得到了直流电动机双闭环调速系统的性能指标，包括上升时间、峰值过渡性能和稳态误差等。
同时，还绘制了调速曲线和相应的控制输入曲线，分析了调速系统的性能和稳定性。
实验结论：
通过对直流电动机双闭环调速系统的仿真实验，验证了系统的性能和
稳定性。
实验结果表明，所设计的双闭环控制器能够实现快速且稳定的直
流电动机调速，满足了实际工程应用的需求。
实验心得：
本实验通过使用MATLAB进行仿真实验，深入理解了直流电动机的双
闭环调速系统原理和实现方式。
通过实验，我不仅熟悉了MATLAB的使用，还掌握了直流电动机的调速方法和控制器设计的原则。
同时，实验中遇到
了一些问题，比如系统的超调过大等，通过调整控制器参数和优化系统结
构等方法，最终解决了这些问题。
通过本次实验，我对直流电动机调速系
统有了更加深入的理解，为之后的工程应用打下了坚实的基础。
实验三 双闭环直流调速系统MATLAB仿真
实验三双闭环直流调速系统MATLAB仿真
一、实验目的
1.掌握双闭环直流调速系统的原理及组成；
2.掌握双闭环直流调速系统的仿真。
二、实验原理
一、实验内容
基本数据如下:
直流电动机：220V, 136A, 1460r/min.Ce=0.132Vmin/r.允许过载倍数为1.5；晶闸管装置放大系数: Ks=40；Ts=0.0017s；
电枢回路总电阻: ；
时间常数: ；
电流反馈系数: ；
电流反馈滤波时间常数: ；
电流反馈系数: ；
转速反馈系数α=0.007vmin/r
转速反馈滤波时间常数:
设计要求：设计电流调节器, 要求电流无静差, 电流超调量。
转速无静差, 空载起动到额定负载转速时转速超调量。
并绘制双闭环调速系统的动态结构图。
四、实验步骤
1. 根据原理和内容搭建电路模型；
2. 设置各元器件的参数；
3. 设置仿真参数：仿真时间设为0.06s；计算方法为ode15或ode23。
4. 仿真实现。
五、实验报告
1.Idl=0和Idl=136A时电流和转速的输出波形
2.讨论PI 调节器参数对系统的影响.
τi =TL,s
i i K R
T KT Kp βτ•∑=
…………………………取KT=0.5 转速环设计成典型二型系统
h =5, T 087.0)2(=+==∑∑on i n n T T h hT τ Kn=7.112)1(=∑+=
n
RT h CeTm
h Kn αβ
取11.7 , 11.7/0.087。
双闭环直流调速系统设计及matlab仿真验证(
双闭环直流调速系统设计与MATLAB仿真验证班级:姓名:学号：指导教师：摘要：对双闭环直流调速系统的电流调节器和速度调节器用PID 调节器进行设计，该方法比以前常用的PI 调节器大大地减小饱和超调，仿真结果表明，该方法十分有效。
关键词：直流调速系统；调节器；超调；仿真1双闭环直流调速系统1.1双闭环直流调速系统的介绍双闭环直流调速系统，是在单闭环直流调速系统的基础上发展起来的.转速单闭环调速系统使用PI 调节器，可以实现转速的无静差调速，采用电流截止负载环节，限制了起（制）动时的最大电流。
这对一般的要求不太高的调速系统，基本上已能满足基本要求，但电流环只是在超过临界电流值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。
带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动时的电流和转速波形如图 1-1-（1）所示。
当电流从最大值降低下来以后，电机转矩也随之减小，起动（调整时间s t ）的时间就比较长。
在实际工作中为了尽快缩短过渡时间，希望能够充分利用晶闸管元件和电动机所允许的过载能力，使起动的电流保护在最大允许值上，并且始终允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。
这样的理想起动过程波形如图 1-1-（2）所示，这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。
这是在最大电流（转矩）受限制时调速系统所能获得到的最快的起动过程。
(1)带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动过程 (2)时间最优的理想过渡过程图1-1 调速系统起动过程的电流和转速波形I dtI dI dcr(1)(2)实际上，由于主电路电感的作用，电流不可能突变，为了实现在允许条件下最快启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值dm I 的恒流过程。
按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么采用电流负反馈就能得到近似的恒流过程。
基于matlab的转速、电流反馈控制直流调速系统的simulink仿真
转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真基本数据如下：1.直流电动机：V U N 220=、A I N 136=、min/1460r n N =)min /(132.01-∙=r V C e ，允许过载倍数λ=1.5；2.晶闸管装置放大系数：40=s K ；电枢回路总电阻：R=0.5Ω；4.时间常数：s T l 03.0=，s T m 18.0=；电流反馈系数A V I U Nim /05.05.1*==β；转速反馈系数：)min /(007.01460101*-⋅===r V n U N nm α无静差，电流超调量%5≤i σ，空载起动到额定转速时的转速超调量%10≤n σ。
一、电流环仿真图1电流环仿真模型图2仿真结果图3无超调图4较大超调二、双闭环仿真仿真结果显示在直流电动机的恒流升速阶段，电流值低于200A，因为电流调节系统受到电动机反电动势的扰动，为一个线性渐增的扰动量，系统做不到无静差。
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，称作内环；转速环在外边，称作外环，构成转速、电流双闭环调速系统。
图5双闭环调速系统仿真模型图6转速环空载高速起动图7转速环满载高速起动图8转速环抗扰波形三、分析总结双闭环调速系统起动过程的电流和转速波形是接近理想快速起动过程的波形。
按照ASR在起动过程中的饱和情况，可将起动过程分为三个阶段：电流上升阶段、恒流升速阶段和转速调节阶段。
从起动时间上看，Ⅱ阶段恒流升速是主要的阶段，因此双闭环系统基本上实现了电流受限制下的快速起动，利用了饱和非线性控制方法，达到“准时间最优控制”。
带PI调节器的双闭环调速系统还有转速必超调的特点。
在双闭环调速系统中，ASR的作用是对转速的抗扰调节并使之在稳态时无静差，其输出限幅决定允许的最大电流；ACR的作用是电流跟随，过流自动保护和及时抑制电压波动。
与带电流截止负反馈的直流调速系统相比，双闭环控制直流调速系统充分利用电机允许的过载能力，在转速上升阶段始终保持电机允许电流的最大值，使电机转速以最大加速度上升；在到达稳定转速后，电流又能在短时间内降下来，使转矩与负载相平衡从而稳态运行，有良好的起动性能。
双闭环直流电动机调速系统设计及MATLAB仿真
双闭环直流电动机调速系统设计及M A T L A B仿真(共21页)-本页仅作为预览文档封面，使用时请删除本页-目录1、引言..................................................错误!未定义书签。
二、初始条件：...........................................错误!未定义书签。
三、设计要求：...........................................错误!未定义书签。
四、设计基本思路.........................................错误!未定义书签。
五、系统原理框图.........................................错误!未定义书签。
六、双闭环调速系统的动态结构图...........................错误!未定义书签。
七、参数计算.............................................错误!未定义书签。
1. 有关参数的计算 ...................................错误!未定义书签。
2. 电流环的设计 .....................................错误!未定义书签。
3. 转速环的设计 .....................................错误!未定义书签。
七、双闭环直流不可逆调速系统线路图.......................错误!未定义书签。
1.系统主电路图 ......................................错误!未定义书签。
2.触发电路 ..........................................错误!未定义书签。
3.控制电路 ..........................................错误!未定义书签。
机电控制系统——基于MATLAB的直流电机双闭环调速系统的设计和仿真
《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：12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 =·min/r ； 电磁时刻常数T L =； 机电时刻常数 T m =；电流反馈滤波时刻常数T oi =； 转速反馈滤波时刻常数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=；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%； 过渡进程时刻t s =。
二、 设计计算1. 稳态参数计算按照两调节器都选用PI 调节器的结构，稳态时电流和转速误差均应为零；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 *⋅===α2. 电流环设计（1）确按时刻常数电流滤波时刻常数T oi =，按电流环小时刻常数环节的近似处置方式，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 超前时刻常数：i τ=T L =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= 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）查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此刻，s T 31=0003.01=>ci ω，知足近似条件。
实验四 转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真
实验四转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真一、实验目的熟练使用MATLAB下的SIMULINK软件进行系统仿真。
学会用MATLAB下的SIMULINK软件建立转速、电流反馈控制的直流调速系统的仿真模型和进行仿真实验的方法。
二、实验器材PC机一台，MATLAB软件三、实验参数采用转速、电流反馈控制的直流调速系统，按照要求分别进行仿真实验，输出直流电动机的电枢电流I d和转速n的响应数据，绘制出它们的响应曲线，并对实验数据进行分析，给出相应的结论。
转速、电流反馈控制的直流调速系统中各环节的参数如下：直流电动机：额定电压U N = 220 V，额定电流I dN =136 A，额定转速n N = 1460r/min，电动机电势系数C e= 0.132 V·min/r，允许过载倍数λ=1.5。
晶闸管整流装置的放大系数K s = 40。
电枢回路总电阻R =0.5Ω，电枢回路电磁时间常数T l = 0.03s，电力拖动系统机电时间常数T m = 0.18 s，整流装置滞后时间常数T s=0.0017s,电流滤波时间常数T oi=0.002s。
电流反馈系数β=0.05V/A（≈10V/1.5I N)。
四、实验内容1、电流环的仿真。
参考教材P90中相关内容建立采用比例积分控制的带限幅的电流环仿真模型，设置好各环节的参数。
图1电流环的仿真模型2、按照表1中的数据分别改变电流环中比例积分控制器的比例系数K p 和积分系数K i ，观察电流环输出电枢电流I d 的响应曲线，记录电枢电流I d 的超调量、响应时间、稳态值等参数，是否存在静差？分析原因。
表1 比例积分系数t/sI d /A不同比例系数Kp 和积分系数Ki 时的电枢电流曲线表1不同比例系数K p 和积分系数K i 的电枢电流数据对比分析：由表1可知，不同的比例系数K p 和积分系数K i 会影响系统的电枢电流且系统存在静差，原因是电流调节系统受到电动机反电动势的扰动，电动机反电动势是一个线性渐增的扰动量，所以系统做不到无静差。
转速、电流双闭环直流调速系统及其MATLAB仿真研究
成绩南京工程学院课程设计说明书(论文) 课程设计说明书(论文)转速、电流双闭环直流调速系统及其 MATLAB 仿真研究课 程 名 称电机控制技术院（系、部、中心）电力工程学院 设 计 地 点 指 导 教 师 工程实践中心 9#229 李先允南京工程学院课程设计任务书课程名称电机控制技术电力工程学院院（系、部、中心）年 6 月 28 日指导教师李先允1．课程设计应达到的目的 《电机控制技术》是电气工程及其自动化专业的专业课程，内容包括交、直流调 速和位置控制。
本课程要求学生在掌握基本理论的基础上,逐步培养运用理论去分析解决 现场实际问题的能力，而不是机械地仅仅掌握理论而已。
本课程设计正是为达到这一目的 而设计的。
通过课程设计，检验学生是否掌握自动控制的基本理论和系统设计方法，训练学生 设计控制系统和使用仿真软件的能力，培养学生分析试验结果的专业素养。
2．课程设计题目及要求课程设计的题目：转速、电流双闭环直流调速系统及其 MATLAB 仿真研究课程设计的要求： 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， 参数设置如下： 直流电动机：Pnom=150kW;nnom=1000r/min;Inom=700A;Ra=0.05 主回路：Rd=0.08;Ld=2mH;全控桥式整流 m=6 负载及电动机转动惯量：GD2=125kg·m2 要求：稳态指标：无静差； 动态指标：电流超调量 δi<=5％;空载起动到额定转速时的转速超调量 δn％<=5％.3．课程设计任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书、图纸、实物样品等要求〕课程设计任务： 1． 2． 3． 4． 5． 问题的提出。
理论知识的准备过程。
系统相关模型的参数设置以及传递函数的表达式建立。
利用 MATLAB 软件建立转速，电流双闭环调速系统的数学模型。
仿真结果，并对结果进行分析。
课程设计工作量的要求： 1.编制仿真程序：重点在于数学模型的过程建立 2.分析仿真结果：能够根据实验仿真的结果进行分析。
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仿真设计报告转速、电流双闭环直流调速系统的Simulink仿真设计一、系统设计目的直流调速系统具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在电气传动中获得了广泛应用。
根据直流电动机的工作原理建立了双闭环直流调速系统的数学模型，并详细分析了系统的原理及其静态和动态性能。
按照自动控制原理，对双闭环调速系统的设计参数进行分析和计算，利用Simulink对系统进行了各种参数给定下的仿真，通过仿真获得了参数整定的依据。
在理论分析和仿真研究的基础上，设计了一套实验用双闭环直流调速系统。
对系统的性能指标进行了实验测试，表明所设计的双闭环调速系统运行稳定可靠，具有较好的静态和动态性能，达到了设计要求。
采用MATLAB 软件中的控制工具箱对直流电动机双闭环调速系统进行计算机辅助设计，并用SIMULINK进行动态数字仿真，同时查看仿真波形，以此验证设计的调速系统是否可行。
二、系统理论分析2.1双闭环直流调速系统工作原理电动机在启动阶段，电动机的实际转速低于给定值，速度调节器的输入端偏差信号，经放大后输出的电压保持为限幅值，速度调节器工作在开环状态，速度调节器的输出电压作为电流给定值送入电流调节器，此时以最大电流给定值使电流调节器输出移相信号直流电压迅速上升，电流也随即增大直到最大给定值，电动机以最大电流恒流加速启动。
电动机的最大电流可通过整定速度调节器的输出限幅值来改变。
在转速上升到给定转速后，速度调节器输入端的偏差信号减小到近于零，速度调节器和电流调节器退出饱和状态,闭环调节开始起作用。
对负载引起的转速波动，速度调节器输入端偏差信号将随时通过速度调节器、电流调节器修正触发器的移相电压，使整流桥输出的直流电压相应变化校正和补偿电动机的转速偏差。
另外电流调节器的小时间常数，还能对因电网波动引起的电枢电流的变化进行快速调节，可在电动机转速还未来得及发生改变时，迅速使电流恢复到原来值,从而使速度稳定于某一转速。
2.2双闭环直流调速系统组成为实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流。
两者实行嵌套连接，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，称作内环；转速环在外边，称作外环。
这就形成转速、电流双闭环调速系统图1转速、电流双闭环直流调速系统其中：ASR-转速调节器ACR-电流调节器TG-测速发电机TA-电流互感器UPE-电力电子变换器Un -转速给定电压Un-转速反馈电压Ui -电流给定电压Ui -电流反馈电压2.3双闭环直流调速系统分析一般来说，我们总希望在最大电流受限制的情况下，尽量发挥直流电动机的过载能力，使电力拖动控制系统以尽可能大的加速度起动，达到稳态转速后，电流应快速下降，保证输出转矩与负载转矩平衡，进入稳定运行状态。
这种理想的起动过程如图2所示。
三、系统模型设计Un*1ke(t)Kn(TnS+ 1)1T«rtS+1TnSToS+1VSCRT S+lCt ；TkjiS+1图3双闭环直流调速系统动态结构图参考双闭环的结构图和一些电力电子的知识， 采用机理分析法可以得到双闭环系统 的动态结构图如图3所示。
2.4双闭环直流调速系统参数描述 参数：C eU N -gR a _ 220-136920 132Vn N1460T i15 10” 0.5~03T mGD 2R22.5 0.5375C e C m375 0.13230一 0.132二 0.18C m=30 C e =1.26图2理想启动过程ASRKKTiS*】｝ TiSACRRJ/R在设计双闭环调速系统时，一般是先内环后外环，调节器的结构和参数取决于稳态精度和动态校正的要求，双闭环调速系统动态校正的设计与调试都是按先内环后外环的顺序进行，在动态过程中可以认为外环对内环几乎无影响，而内环则是外环的一个组成环节。
工程设计的步骤如下：1对已知系统的固有特性做恰当的变换和近似处理，以简化调节器结构。
2根据具体情况选定预期特性，即典型I系统或典型U系统，并按照零极点相消的原则，确定串联调节器的类型。
3根据要求的性能指标，确定调节器的有关P、I、D参数。
4校正。
3.1电流环的设计1、电流环的简化：图4简化后电流环按典型I型系统设计，ACR选PI调节器。
T T I，K i= (KK s B)的)2、确定时间常数(1)整流装置滞后时间常数Ts。
三相桥式电路的平均失控时间T s^o.oes；(2)电流滤波时间常数Toi。
三相桥式电路每个波头的时间是 3.33ms，为了基本滤平波头，应有1~2 Toi =3.33ms，因此取Toi =2ms = °.°02s；(3)电流环小时间常数乃。
按小时间常数近似处理，取乃=Ts To^ 0.0037s。
3、确定将电流环设计成何种典型系统根据设计要求"乞5%，而且五0038.11 ：：：10 ,因此，电流环可按典型I型T 亘0.0037 系统设计。
4、电流调节器的结构选择电流调节器选用PI型，其传递函数为：j , h S + 1W ACR s —T i s5、选择电流调节器参数ACR超前时间常数：.i =丁 = 0.03s ;电流环开环增益：因为要求G空5% ,-05135.1s」0.00376、计算电流调节器的电路参数R i C iR bal图5电流调节器原理图电流调节器原理如图5所示，按所用运算放大器，取R0 =40K「，各电阻和电容值计算如下：R =KjR0 =1.013^40 =40.52K0，取40K0 ;C i- =0J003103=0.75l F，取0.75呻;R i40C oi =4 且=4 0.002103=0.2呻，取0.2牛。
R。
40 3.2转速环的设计1、转速环的简化：故应取KT1 =0.5，因此于是，ACR的比例系数为K i i—^=135.1 0.03 0.5 =1.013。
K s 0.05 40U i -R o/2R o/2D>---- C oiR0/2R o/2U ctC oiI dL (S )图6简化后的转速环2、 确定时间常数： （1 ）电流环等效时间常数为（2 ）转速滤波时间常数T o n （3）转速环小时间常数T n 3、 转速环设计系统：由于设计要求转速无静差，转速调节器必须含有积分环节；有根据动态设计要求, 应按典型U 型系统设计转速环。
4、转速调节器的结构选择转速调节器选用PI 型，其传递函数为：W ASR….朋。
5、选择转速调节器参数按跟随和抗干扰性能都较好的原则取 h=5，则ASR 超前时间常数: -hT n -5 0.0174 7.087s ; 注2® 2 25 0.01742=396.4 ；于是ASR 的比例系数6、计算转速调节器的电路参数转速调节器原理图如图7所示，按所用运算放大器，取 R 。
=40K 「，各 电阻和电容值计算如下：R n = K n R o =11.7 40 = 468K"，取 470K"；0 087 L 二0^87103=0.185呻，取0.2牛;R n 470U *n (S )2T <-0.0074s ;根据所用测速发电机纹波情况，取 T on = 0.01s ；按小时间常数近似处理，取 T n =2Tq - T on = 0.0174s 。
转速开环增益：K N 二 为：K nh 1 C e T m6 0.05 0.132 0.182h ：RT 吊 2 5 0.07 0.5 0.0174 一11.7。
C on=4“ =4 001103=V l F，取1J F。
R°40图7转速调节器原理图四、系统仿真运行4.1双闭环直流调速系统定量仿真模型4.2双闭环直流调速系统定量仿真结果 4.2.1转速环空载高速启动R oC nU nR o /2 R o /2 C on- R o /2R o /2 O ------- 1l —[—I---------I —1二二 C onU ian R bal422转速环满载高速启动423转速环的抗扰分析：可以使电流快速达到，并保持略低于的值，实现快速启动，最终达到恒速。
且具有抗扰作用，使转速维持在给定值。
空载能比满载更快速启动。
10五、仿真设计总结本文通过建立直流电机转速、电流双闭环调速系统数学模型设计，根据具体指标参数，应用工程方法设计了电流调节器和转速调节器，设计中选择合适的调节器类型，给出了系统动态结构图并进行了仿真和性能分析。
利用MATLAB及其中的仿真工具Simulink，对所设计的电流环和转速环的阶跃信号进行了仿真计算，很容易绘制出各单位扰动曲线，并计算出阶跃扰动响应性能指标，从阶跃扰动响应曲线及其指标得出：对扰动信号，该系统具有很强的抗扰性能。
由仿真计算结果表明，利用MATLAB的simulink对各调速系统进行仿真设计，可以迅速直观地分析出系统的跟随性能、抗扰性能及稳定性，使得对系统进行分析、设计及校正变得更简单方便，大大缩短了系统调试周期，提高了开发系统效率。
对于调速系统的设计，MATLAB的simulink确实是个经济、简单、快速、高效的工具。
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