双闭环直流调速系统设计及matlab仿真验证(
基于MATLAB的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真
基于MATLAB的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真直流电机双闭环调速系统是一种常见的控制系统，常用于工业生产中对电机速度的精确控制。
本文将基于MATLAB软件进行直流电机双闭环调速系统的设计与仿真，包括系统设计、参数设置、控制策略选择、系统仿真以及性能分析等方面。
文章将以1200字以上的篇幅进行详细阐述。
一、系统设计直流电机双闭环调速系统由速度环和电流环构成。
速度环控制系统的输入为速度设定值和电机实际速度，输出为电机期望电压；电流环控制系统的输入为速度环输出的电压和电机实际电流，输出为电机实际电压。
通过控制电机的期望电压和实际电压，达到对电机速度的调控。
二、参数设置在进行系统仿真之前，需要确定系统中各个参数的值。
包括电机的额定转矩、额定电压、电感、电阻等参数，以及控制环节的比例增益、积分增益、微分增益等参数。
这些参数的选择会影响系统的稳定性和动态性能，需要根据实际情况进行调整。
三、控制策略选择常见的控制策略包括PID控制、PI控制、PD控制等。
在直流电机双闭环调速系统中，可以选择PID控制策略。
PID控制器由比例环节、积分环节和微分环节组成，可以提高系统的稳定性和响应速度。
四、系统仿真在MATLAB中进行直流电机双闭环调速系统的仿真，可以使用Simulink模块进行搭建。
根据系统设计和参数设置，搭建速度环和电流环的控制器，连接电机实际速度和电机实际电流的反馈信号，输入速度设定值和电机期望电流，输出电机期望电压。
通过仿真可以得到系统的动态响应曲线，评估系统的性能。
五、性能分析在仿真结果中，可以分析系统的静态误差、超调量、调整时间等指标，评估系统的控制性能。
通过参数调整和控制策略更改等方式，可以优化系统的控制性能，使系统达到更好的调速效果。
总结：本文基于MATLAB软件对直流电机双闭环调速系统进行了设计与仿真。
通过系统设计、参数设置、控制策略选择、系统仿真以及性能分析等步骤，可以得到直流电机双闭环调速系统的动态响应曲线，并通过参数调整和控制策略更改等方式，优化系统的控制性能。
基于MATLAB的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真
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》课程大作业之一基于MATLAB 的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真1 计算电流和转速反馈系数β=U im∗dm=10V=1.25Ωα=U nm∗=10=0.02V∙min/r2 按工程设计法，详细写出电流环的动态校正过程和设计结果根据设计的一般原则“先内环后外环”，从内环开始，逐步向外扩展。
在这里，首先设计电流调节器，然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器。
电流调节器设计分为以下几个步骤：a 电流环结构图的简化1）忽略反电动势的动态影响在按动态性能设计电流环时，可以暂不考虑反电动势变化的动态影响，即∆E ≈0。
这时，电流环如下图所示。
2） 等效成单位负反馈系统如果把给定滤波和反馈滤波两个环节都等效地移到环内，同时把给定信号改成U *i (s ) /β ，则电流环便等效成单位负反馈系统。
3） 小惯性环节近似处理由于T s 和 T 0i 一般都比T l 小得多，可以当作小惯性群而近似地看作是一个惯性环节，其时间常数为T ∑i = T s + T oi 简化的近似条件为ois ci 131T T ≤ω电流环结构图最终简化成图。
b 电流调节器结构的选择 1) 典型系统的选择：从稳态要求上看，希望电流无静差，以得到理想的堵转特性，采用 I 型系统就够了。
从动态要求上看，实际系统不允许电枢电流在突加控制作用时有太大的超调，以保证电流在动态过程中不超过允许值，而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要的因素，为此，电流环应以跟随性能为主，应选用典型I 型系统 2) 电流调节器选择电流环的控制对象是双惯性型的，要校正成典型 I 型系统，显然应采用PI型的电流调节器，其传递函数可以写成ss K s W i i i ACR )1()(ττ+=K i — 电流调节器的比例系数；τi — 电流调节器的超前时间常数3) 校正后电流环的结构和特性为了让调节器零点与控制对象的大时间常数极点对消，选择则电流环的动态结构图便成为图a 所示的典型形式，其中a) 动态结构图:b) 开环对数幅频特性c. 电流调节器的参数计算电流调节器的参数有：K i 和 τi ，其msT l8i==τRK K K i siI τβ=中 τi 已选定，剩下的只有比例系数 K i ， 可根据所需要的动态性能指标选取。
双闭环直流电机调速的matlab仿真
双闭环直流电机调速系统的设计与MATLAB 仿真双闭环调速系统的工作原理转速控制的要求和调速指标生产工艺对控制系统性能的要求经量化和折算后可以表达为稳态和动态性能指标。
设计任务书中给出了本系统调速指标的要求。
深刻理解这些指标的含义是必要的，也有助于我们构想后面的设计思路。
在以下四项中，前两项属于稳态性能指标，后两项属于动态性能指标调速范围D 生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围，即m inm axn n D =（1-1） 静差率s 当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落，与理想空载转速之比，称作静差率，即%1000⨯∆=n n s nom（1-2） 静差率是用来衡量调速系统在负载变化下转速的稳定度的。
跟随性能指标 在给定信号R （t ）的作用下，系统输出量C (t )的变化情况可用跟随性能指标来描述。
具体的跟随性能指标有下列各项：上升时间r t ，超调量σ，调节时间s t .抗扰性能指标 此项指标表明控制系统抵抗扰动的能力，它由以下两项组成：动态降落%max C ∆，恢复时间v t .调速系统的两个基本方面在理解了本设计需满足的各项指标之后，我们会发现在权衡这些基本指标，即1) 动态稳定性与静态准确性对系统放大倍数的要求； 2) 起动快速性与防止电流的冲击对电机电流的要求。
采用转速负反馈和PI 调节器的单闭环调速系统,在保证系统稳定的条件下,实现转速无静差，解决了第一个问题。
但是，如果对系统的动态性能要求较高，例如要求快速启制动，突加负载动态速降小等等，则单闭环系统就难以满足要求。
这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程中的电流和转矩。
在电机最大电流受限的条件下，希望充分利用电机的允许过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流为允许的最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动，到达稳态后，又让电流立即降低下来，使转速马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。
双闭环直流调速系统优化设计与Matlab验证
快，器结构与参数，并通过搭建Matlab/Simulink仿真模型，验数T oi=0.0006s，转速滤波时间常数T on=0.01s。
设计要求：①⩽5%；②图1双闭环直流调速系统各环节参数确定图2忽略反电动势作用时的电流环结构图以系数1/0.1277，即可得出整个电流环的等效传递函数。
将图3中的闭环内除电流调节器ACR以外的其它环节相乘作为被控对象，传递函数为（1）将被控对象分母中两个小惯性环节合为一个小惯性环节[1]，被控对象化简为2.3电流调节器的确定要求电流动态超调量σi⩽5%，因此可将电流环设计为典型Ⅰ型系统，由此可以确定电流调节器采用器，此时，电流环开环传递函数为（4）查阅阶跃信号作用下典型Ⅰ型系统参数与动态跟随性能指标关系表，当KT取0.5时，系统超调量约为4.3%[1]，由此可得控制器的参数K pi取18.49构与参数为2.4仿真验证根据图2的电流环结构图和公式（6）所求出的电流调由仿真结果可知，系统启动时，电枢电流约为78A，满足1.5倍的电机过载倍数（≈1.5×52.2A），此时电机转速应在此电流产生的电磁转矩下加速上升。
此外，电枢电流超调量约为4.3%，符合设计要求。
3转速调节器设计3.1被控对象求取根据电流环的设计，可以求出电流环的闭环传递函数为（7）将其简化为由此可以得到转速环的结构如图反馈作用点前移，可将图6的结构图化为图乘作为被控对象，传递函数为被控对象化简为图3电流环的单位负反馈结构图图4电流环仿真计算模型图5电流环仿真计算结果图6电流环简化后的转速环结构图（10）3.2转速调节器的确定为了实现转速无静差，在负载扰动前应该有一个积分其结构为转速环的开环传递函数为（12）典型Ⅱ型系统中频宽度按最佳值整定，即h=5[1]，则有由此可得即转速调节器结构与参数为3.3仿真验证根据图1的结构图和所求的电流调节器、的数学模型，利用Matlab/Simulink软件搭建双闭环直流调速系统的仿真计算模型如图8所示，仿真中，转速给定信号为10V，两个调节器输出均限幅值-10~+10，电机负载电流初始值为0，即电机空载启动，4s时突然给电机加额定电流52.2A，电流和转速仿真结果如图9所示。
基于MATLAB的双闭环直流调速系统的设计与仿真
摘要摘要直流调速系统的在工业中的应用很广泛，也是交流调速系统的基础。
直流调速系统用双闭环结构时控制效果最好，为此本文对双闭环直流调速系统进行了研究，重点对控制部分展开研究。
分析调速系统的稳态和动态结构，建立双闭环直流调速系统的数学模型，通过全面分析根据双闭环直流调速系统的控制要求将电流和转速都设计为比例积分调节器，并设计了电流和转速调节器的参数。
对经典双闭环系统进行分析的同时，为了能得到合理的设计参数，用MATLAB软件对电流环和转速环的设计举例进行了仿真，通过比较说明了直流调速系统的特性。
关键词：双闭环直流调速系统；比例积分调节器；MATLABIABSTRACTDC servo system is widely used in the industry，and is the fadation of AC servo System.The DC servo system can be controled well with double-closed system.In this paper double-closed loop DC servo system is studied,the importance of zhe study is the control section.analysis of the static and dynamic of speed control system,and establishing a double-closed loop DC system mathematical model. PI controler is designed for both the current and speed regulator，and design current and speed regulator parameters. When analysis of the classical double-loop system，in order to get a reasonable design parameters. MATLAB software has been selected to simulate parameters of the system which has been choosen,with a comparison to show the characteristics ofDC Control system.KEY WORDS：Double-closed loop DC servo system ;PI controller;MATLABII目录目录第一章绪论 (1)1.1 课题背景、发展及意义 (1)1.2 课题的主要任务及内容 (1)1.3论文的内容安排及主要工作 (5)第二章直流调速系统理论研究和方案确定 (6)2.1双闭环调速系统的工作原理 (6)2.1.1 转速控制的要求和调速指标............................................... 错误!未定义书签。
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。
双闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告
双闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告一、系统结构设计双闭环直流调速系统由两个闭环控制组成，分别是速度子环和电流子环。
速度子环负责监测电机的转速，并根据设定值与实际转速的误差，输出电流指令给电流子环。
电流子环负责监测电机的电流，并根据电流指令与实际电流的误差，输出电压指令给电机驱动器，实现对电机转速的精确控制。
二、参数选择在进行双闭环直流调速系统的设计之前，需选择合适的控制参数。
根据实际的电机参数和转速要求，确定速度环和电流环的比例增益和积分时间常数等参数。
同时，还需根据电机的动态特性和负载特性，选取合适的速度和电流传感器。
三、控制策略速度子环采用PID控制器，通过计算速度误差、积分误差和微分误差，生成电流指令，并传递给电流子环。
电流子环也采用PID控制器，通过计算电流误差、积分误差和微分误差，生成电压指令，并输出给电机驱动器。
四、仿真实验为了验证双闭环直流调速系统的性能，进行了仿真实验。
首先，通过Matlab/Simulink建立双闭环直流调速系统的模型，并设置不同转速和负载条件，对系统进行仿真。
然后，通过调整控制参数，观察系统响应速度、稳定性和抗干扰性等指标的变化。
五、仿真结果分析根据仿真实验的结果可以看出，双闭环直流调速系统能够实现对电机转速的精确控制。
当系统负载发生变化时，速度子环能够快速调整电流指令，使电机转速保持稳定。
同时，电流子环能够根据速度子环的电流指令，快速调整电压指令，以满足实际转速的要求。
此外，通过调整控制参数，可以改善系统的响应速度和稳定性。
六、总结双闭环直流调速系统是一种高精度的电机调速方案，通过双重反馈控制实现对电机转速的精确控制。
本文介绍了该系统的设计与仿真实验，包括系统结构设计、参数选择、控制策略及仿真结果等。
仿真实验结果表明，双闭环直流调速系统具有良好的控制性能，能够满足实际转速的要求。
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。
双闭环不可逆直流调速系统课程设计(matlab仿真设计)
双闭环晶闸管不可逆直流调速系统设计(matlab simulink 仿真)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。
而直流调速系统调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能，在高性能的拖动技术领域中，相当长时期内几乎都采用直流电力拖动系统。
双闭环直流调速系统是直流调速控制系统中发展得最为成熟，应用非常广泛的电力传动系统。
它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。
我们知道反馈闭环控制系统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。
采用转速负反馈和PI调节器的单闭环的调速系统可以再保证系统稳定的条件下实现转速无静差。
但如果对系统的动态性能要求较高，例如要求起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足要求。
这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩。
在单闭环系统中，只有电流截止至负反馈环节是专门用来控制电流的。
但它只是在超过临界电流值以后，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。
在实际工作中，我们希望在电机最大电流限制的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过度过程中始终保持电流（转矩）为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度启动，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的条件下调速系统所能得到的最快的启动过程。
随着社会化大生产的不断发展，电力传动装置在现代化工业生产中的得到广泛应用，对其生产工艺、产品质量的要求不断提高，这就需要越来越多的生产机械能够实现制动调速，因此我们就要对这样的自动调速系统作一些深入的了解和研究。
本次设计的课题是双闭环晶闸管不可逆直流调速系统，包括主电路和控制回路。
主电路由晶闸管构成，控制回路主要由检测电路，驱动电路构成，检测电路又包括转速检测和电流检测等部分。
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。
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。
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。
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。
双闭环不可逆直流调速系统课程设计(matlab仿真设计)91524
双闭环晶闸管不可逆直流调速系统设计(matlab simulink 仿真)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。
而直流调速系统调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能，在高性能的拖动技术领域中，相当长时期内几乎都采用直流电力拖动系统。
双闭环直流调速系统是直流调速控制系统中发展得最为成熟，应用非常广泛的电力传动系统。
它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。
我们知道反馈闭环控制系统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。
采用转速负反馈和PI调节器的单闭环的调速系统可以再保证系统稳定的条件下实现转速无静差。
但如果对系统的动态性能要求较高，例如要求起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足要求。
这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩。
在单闭环系统中，只有电流截止至负反馈环节是专门用来控制电流的。
但它只是在超过临界电流值以后，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。
在实际工作中，我们希望在电机最大电流限制的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过度过程中始终保持电流（转矩）为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度启动，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的条件下调速系统所能得到的最快的启动过程。
随着社会化大生产的不断发展，电力传动装置在现代化工业生产中的得到广泛应用，对其生产工艺、产品质量的要求不断提高，这就需要越来越多的生产机械能够实现制动调速，因此我们就要对这样的自动调速系统作一些深入的了解和研究。
本次设计的课题是双闭环晶闸管不可逆直流调速系统，包括主电路和控制回路。
主电路由晶闸管构成，控制回路主要由检测电路，驱动电路构成，检测电路又包括转速检测和电流检测等部分。
基于matlab的直流电机双闭环调速系统仿真
基于Matlab的直流电机双闭环调速系统仿真本文将介绍使用Matlab软件进行直流电机双闭环调速系统的仿真。
直流电机调速系统是工业控制领域中常见的一种控制系统，通过控制电机的输入电压，调节电机的转速。
双闭环调速系统在传统的单闭环调速系统的基础上增加了速度环和电流环，提高了系统的稳定性和响应速度。
1. 直流电机调速系统介绍直流电机调速系统主要包括电机、电机功率器件、传感器和控制器等组成部分。
其中，电机是被控对象，通过控制电机功率器件的输入电压，可以调节电机的转速。
传感器用于实时测量电机的转速和转矩，将测量值反馈给控制器。
控制器根据测量值和设定值的差异，生成控制信号，控制输入电压，使得电机的转速达到设定值，并保持在设定值附近。
2. 双闭环调速系统结构双闭环调速系统在传统的单闭环调速系统的基础上增加了速度环和电流环，使得系统的控制更加精确。
速度环对电机的速度进行控制，根据速度误差生成调节电压；电流环则对电机的电流进行控制，根据电流误差生成最终的控制信号。
双闭环调速系统的结构如下所示：_______ _______| | e1 | |r +--+ | |---+-->| C |---+--> u| | | | |_____| |+--->| P1 | | | +-------+| | | _______ | | |y <---+ |_____| _|_ | | | | |_______ | | C1 | | | P2 || | | |_____| | | |--| P0 |--+ +--> | |t |_____| | +-------+y其中，r为输入信号（设定值），y为输出信号（测量值），e1为速度误差，e2为电流误差，P1为速度环比例控制器，P2为电流环比例控制器，C1为电流环输入限幅器，C为速度环输入限幅器，u为控制信号（调节电压）。
3. 双闭环调速系统仿真实现步骤步骤一：建立模型在Matlab软件中，建立直流电机的数学模型。
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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 dLntI dOI dmI dL ntI d OI dmI dcrnn(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。
问题是应该在启动过程中只有电流负反馈，没有转速负反馈，在达到稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不再让电流负反馈发挥作用。
1.2双闭环调速系统的组成为了达到1.1节分析后的目的，系统采用转速、电流双闭环直流调速系统。
分别引入转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流，二者之间实行嵌套连接，如图1-2所示。
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。
这就形成了转速、电流反馈控制直流调速系统。
为了获得良好的静，动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用PI 调节器。
图1-2 转速、电流反馈控制直流调速系统原理图图中*n U 、n U —转速给定电压和转速反馈电压；*i U 、i U —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。
MTG*nU ASRACRUPE+-+-nU *i U +-cU dU +-TAiU nIndI本设计采用三相全控桥整流电路，该电路能为电动机负载提供稳定可靠的电源，改变控制角的大小可有效的调节转速，由于使用了闭环控制，并且内外环均采用PI调节器，使得整个调速系统具有很好的动态性能和稳态性能。
1.3双闭环直流调速系统的稳态结构图和静特性双闭环直流调速系统稳态结构如图1-3所示，两个调节器均采用带限幅作用的PI调节器。
转速调节器ASR的输出限幅电压*U决定了电流给定的最大值，im电流调节器ACR的输出限幅电压U限制了电力电子变换器的最大输出电压cmU，图中用带限幅的输出特性表示PI调节器的作用。
当调节器饱和时，输出dm达到限幅值，输入量的变化不再影响输出，除非有反向的输入信号使调节器退出饱和。
换句话说，饱和的调节器暂时隔断了输入与输出间的联系，相当于使该调节环开环。
当调节器不饱和时，PI调节器工作在线性调节状态，其作用是输入偏差电压U在稳态时为零。
为了实现电流的实时控制和快速跟随，希望电流调节器不要进入饱和状态，因此，对于静特性来说，只有转速调节器有饱和和不饱和两种情况。
I时表现为转速无静差，这双闭环直流调速系统的静特性在负载电流小于dmI时对应于转速调节器为饱和输时，转速负反馈起主要作用。
当负载电流达到dm出*U，这时，电流调节器起主要作用，系统表现为电流无静差，起到过电流的im自动保护作用。
图1-3 双闭环直流调速系统的稳态结构图α—转速反馈系数 β—电流反馈系数**100.027min/375100.0088/1.5760nm N im dm U V r n U V A I αβ⎧===⎪⎪∴⎨⎪===⎪⨯⎩1.4双闭环直流调速系统的动态数学模型图1-4 双闭环直流调速系统的动态结构图其中()ASR W s 和()ACR W s 分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数。
为了引出电流反馈，在动态结构图中引出相应的电枢电流d I ，而α表示转速反馈系数，β表示电流反馈系数。
*nU ()ASR W s *i U ()ACR W s iU 1s s K T s +1/1l R T s +m RT s1eC βαcU 0d U d I dLI E+++---+nnU1.4.1起动过程分析图1-5 双闭环直流调速系统起动过程的转速和电流波形从电流与转速变化过程所反映出的特点可以将起动过程分为电流上升、恒流升速和转速调节三个阶段：电流上升阶段：突加给定电压*n U 后，经过两个调节器的跟随作用，c U 、0d U 、d I 均上升，但是在d I 没有达到负载电流dL I 以前，电动机还不能转动。
当d dL I I ≥后，电动机开始起动，由于几点惯性的作用，转速不会很快增长，因而转速调节器ASR 的输入偏差电压（*c n n U U U ∆=-）的数值仍较大，其输出电压保持限幅值*imU ，强迫电枢电流d I 迅速上升直到d d mI I≈，*i imU U ≈，电流调节很快就压制了d I 的增长。
该阶段结束，此阶段中，ASR 很快进入并保持饱和状态，而ACR 一般不饱和。
恒流升速阶段：此阶段中，ASR 始终是饱和的，转速换相当于开环，系统成为在恒值电流给定下的电流调速系统，基本上保持电流很定，因而系统加速度恒定，转速呈线性增长（见图1-5）。
转速调节阶段：当转速上升到给定值是，转速调节器ASR 的输入偏差为零，但其输出却由于积分作用还维持在限幅值，所以电动机仍在加速，使转速超调。
转速超调后，ASR 输入偏差为负，使它开始推出饱和状态，电动机开始在负载的阻力下调速，直到稳态。
此阶段中，ASR 和ACR 都不饱和，ASR 起主导的转速调节作用，而ACR 则力图使d I 很快地跟随其给定值*i U 。
起动过程归纳的特点有：（1）饱和非线性控制；（2）转速超调；（3）准时间最优控制。
2双闭环控制直流调速系统的设计2.1电流调节器的设计2.1.1电流调节器的工作原理及作用电流调节器有两个输入信号。
一个是转速调节器输出反映偏差大小的主控信号*i U *，一个是由交流互感器测出的反映主回路电流反馈信号i U ，当突加一个很大的给定速度输入值，其输出整定在最大饱和值上，与此同时电枢电流为最大值，从而电动机在加速过程中始终保持在最大转距和最大加速度，使起、制动过程时间最短。
如果电网电压发生突变（如降低）时，整流器输出电压也会随之变化（降低），引起主回路电流变化（减小），由于快速性好，立即使调节器的输出变化（增大），则 也变化（变小），最后使整流器输出电压又恢复（增加）至原来的数值，这就抑制了主回路电流的变化。
也就是说，在电网电压变化时，在电动机转速变化之前，电流的变化首先被抑制了。
同样，如果机械负载或电枢电流突然发生很大的变化，由于采用了频率响应较好的快速电流负反馈，当整流器电流侧发生类似短路的严重故障时，电流负反馈也及时的把电流故障反馈到电流控制回路中去，以便迅速减小输出电压，从而保护晶闸管和电流电动机不致因电流过大而损坏。
综上所述，电流调节器ACR 的主要作用如下： (1) 对电网电压波动起抗干扰作用 ； (2) 启动时保证获得容许的最大电流 I dm ；(3) 在转速调节过程中，使电枢电流跟随给定电压变化 ；(4) 当电机过载甚至堵转时，可以限制电枢电流的最大值，从而起到快速的过流安全保护，如故障消失，系统能自动恢复工作。
2.1.2电流环结构图的简化电流环结构图如图3-1所示。
图2-1 电流环的动态结构图由于突加给定阶跃后，速度调节器输出马上达到饱和限幅值，电流环投入工作使电机电枢电流很快上升，相对电流来说，速度变化很缓慢。
因此，可以认为反电势产生的影响很小，令0E ∆=，则图2-1通过结构图变换，简化为图2-2+-ACRU c (s )K s /R (T s s+1)(T l s+1)I d (s )U *i (s )ββT 0i s+1图2-2 电流环动态结构图的化简一查表得三相桥式全控平均失控时间0.0017s T s =，电流滤波时间常数0.002oi T s = ，电磁时间常数0.031L T s =，s T 和oi T 都比L T 小得多，可以当作小惯性环节处理，看成一个惯性环节，取s oii T T T ∑=+则电流环结构图最终简化成图3-3.-11U K U d0(s )+U i (s )ACR/RT l s+*i (s )U c (s )s T s s+1I d (s )βT 0i s+11T 0i s+1+-ACRU c (s )βK s /R(T l s+1)(T ∑i s+1)I d (s )U *i (s )β图2-23c图2-3 电流环动态结构图的化简二2.1.3确定时间常数1)查表可得，三相桥式电路的平均失控时间0.0017s T s =。
2)三相桥式电路每个波头的时间是3.3ms ，为了基本滤平波头，应有(1~2) 3.33,oi T ms = ，因此取20.002oi T ms s ==。
3)电流环小时间常数之和i T ∑。
按小时间常数近似处理，取0.0037i s oi T T T s∑=+=2.1.4选择电流调节器结构根据设计要求5%i σ≤，并保证稳态电流无差，可按典型I 型系统设计电路调节器。
电流环控制对象是双惯性型的，因此可用PI 型电流调节器，其传递函数为：(1)()i i ACR i K s W s sττ+=（2-1）电流环开环传递函数为：(1)()(1)(1)i i s opi i L i K s K RW s s T T s τβτ∑+=++ （2-2）因为L i T T ∑>>，所以选择i L T τ=，用调节器零点消去控制对象中大的时间常数点，以便矫正成典型I 型系统，因此1()(1)(1)i s opi i i i K K R K W s s T s s T s βτ∑∑==++ （2-3）检查对电源电压的抗扰性能：0.0318.380.0037L i T T ∑≈=，查看对应表格的典型I 型系统动态抗扰性能，各项指标都是可以接受的。