开环直流调速系统的动态建模与仿真
实验三 开环直流调速系统Matlab仿真
实训三 晶闸管开环直流调速系统的 MATLAB 仿真实训一、实验实训目的1．学习并掌握晶闸管开环直流调速系统模型建立及模型参数设置的方法和步骤。
2．熟悉并掌握系统仿真参数设置的方法和步骤。
3．学会利用 MA TLAB 软件对系统进行稳态与动态计算与仿真。
4．巩固并加深对晶闸管开环直流调速系统理论知识的理解。
二、实验实训原理及知识准备1． 晶闸管开环直流调速系统的原理图如图331 所示。
图 31 晶闸管开环直流调速系统原理图2．晶闸管开环直流调速系统的直流电动机电枢电流、电磁转矩与转速之间的关系。
3．复习实验实训指导书中 MA TLAB 基本操作和 MA TLAB/Simulink/Power System工具 箱内容。
4．预习实验实训指导书中实验实训二，并写好预习报告。
5．画出晶闸管开环直流调速系统的动态结构图。
三、实验实训内容及步骤直流调速系统的仿真有两种方法，一是根据系统的动态结构图进行仿真，二是用 Power System的相关模块仿真，下面分别对两种方法进行介绍。
方法一：使用 Simulink 中的 Power System模块对直流调速系统进行仿真1．建立系统的仿真模型和模型参数的设置（1）建立一个仿真模型的新文件。
在 MA TLAB 的菜单栏上点击工具栏上的 simulink工 具 ，选择 File→New→Model，新建一个 simulink文件，绘制电路的仿真模型如图 331。
331（2）按图 331 要求提取电路元器件模块。
在仿真模型窗口的菜单上点击图标调出模 型库浏览器，在模型库中提取所需的模块放到仿真窗口，设置各模块参数。
晶闸管开环直流 调速系统由主电路（交流电源、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机、触发电路）和控 制电路（给定环节）组成，具体设置如下：1）三相交流电源的模型建立和参数设置①三相交流电源的模型建立首先从Simpowersystes 中的Electrical sources 电源模块组中选取一个交流电压源模块 AC Voltage Source，再用复制的方法得到三相电源的另两个电压源模块，用 Format(格式设定)菜单中 Rotate block(Ctrl +R)将模块水平放置，并点击模块标题名称，将模块标签分别改为“Uu ” 、 “Uv ” 、 “Uw ” ，然后从连接器模块 Connectors 中选取“Ground （output ）”元件 ，按图 332 进行连接。
开环直流调速系统的建模与仿真
院系电子信息工程系班级 10电气（4）姓名齐国昀学号 107301427 实验名称开环直流调速系统的建模与仿真实验日期 2012 - 11- 29一、实验目的1、掌握开环直流调速系统的组成和工作原理；2、掌握使用MATLAB的Simulink工具箱对其进行计算机仿真；3、检验仿真结果与理论分析的关系。
二、实验步骤：1、主电路的建模和参数设置：开环直流调速系统的主电路主要由三相对称交流电压源、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机等部分组成。
打开MATLAB软件，从左侧窗口中拉出主电路所需器件进行连线，参数设置如下：三相对称交流电压源（交流峰值电压取176.75、初相位0°，频率50HZ，其它为默认值，B、C相与A相基本相同，除了初相位设置成互差120°外）、晶闸管整流桥（缓冲电阻Rs=50K、缓冲电容Cs为无穷大inf、内电阻Ron=0.001、内电抗Lon=0）、平波电抗器（阻抗R=0、电感L=5Ml/电容C为无穷大inf）、直流电动机（励磁电阻Rf=146.7、电感取0、电枢电阻Ra=1.5、电枢电感La=0.016、电枢绕组和励磁绕组互感Laf=0.76H、电机转动惯量J=0.57kg.m^2、额定负载转矩Tl=18N.m）；2、控制电路的建模和参数设置：开环直流调速系统的控制电路只是一个给定环节，可以从输入模块选取“Constant”模块，双击该模块图标，打开参数设置对话框，将参数设置为20rad/s。
实际调速时，转速给定信号是在一定范围内变化的。
将主电路和控制电路的仿真模型按照开环直流调速系统电气原理图的连接关系进行模型连接，并用示波器观察三相交流电压源、触发脉冲信号、晶闸管整流桥的输出整流电压以及整流电压的平均值、直流电动机的转速n、电枢电流Ia、励磁电流If、电磁转矩Te等参数。
3、系统的仿真参数设置：院系电子信息工程系班级 10电气（4）姓名齐国昀学号 107301427实验名称开环直流调速系统的建模与仿真实验日期 2012 -11 -29 在MATLAB的模型窗口打开“Simulation”菜单，选中“Simulation parameters(仿真参数)”，弹出仿真参数设置对话框。
实验一、开环直流调速系统的仿真实验
实验一 开环直流调速系统的仿真一、实验目的1、熟悉并掌握利用MATLAB 中Simulink 建立直流调速系统的仿真模型和进行仿真实验的方法。
2、掌握开环直流调速系统的原理及仿真方法。
二、实验内容开环直流调速系统的仿真框图如图1所示，根据系统各环节的参数在Si ｍuli ｎｋ中建立开环直流调速系统的仿真模型，按照要求分别进行仿真实验，输出直流电动机的电枢电流Ｉｄ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。
+—*n ()U s s s 1K T s +1/1l R T s +m R T se1C ()n s Ed ()I s +dL ()I s _图1 开环直流调速系统的仿真框图开环直流调速系统中各环节的参数如下:直流电动机：额定电压UN = 220 V ,额定电流IdN ＝ 55 Ａ,额定转速ｎN = 1000r/min ，电动机电势系数Ce= 0.192 V ·min/r 。
假定晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数Ｋs = 44，滞后时间常数Ts = ０.001６７ s 。
电枢回路总电阻R =1.0 Ω,电枢回路电磁时间常数Tl = 0.０01６７ s,电力拖动系统机电时间常数Tm = 0.075 s 。
ﻩ对应额定转速时的给定电压Un*=4.36４V 。
三、实验步骤1、根据开环直流调速系统的各环节参数建立空载时的Ｓimul ｉnk 仿真框图，如图2所示。
图2 空载时开环直流调速系统的仿真框图2、设置合适的仿真时间，利用ｏut 器件或示波器将相关数据输出到ＭATL ＡＢ的W ｏrks ｐａc ｅ中，并在ＭATLA Ｂ中利用pl ｏｔ（X,Y)函数绘制出空载时直流电动机的电枢电流Id和转速ｎ的响应曲线，记录并分析实验数据,给出相应的结论。
3、根据开环直流调速系统的各环节参数建立带负载时的Simuｌｉnk仿真框图,如图3所示。
图3带负载时开环直流调速系统的仿真框图4、设置合适的仿真时间，在１s时分别加入负载电流为ＩdL=10、２0、５0A，利用ｏu ｔ器件或示波器将相关数据输出到MＡTＬAB的Workｓpace中，并在MATLAB中利用plot(X,Ｙ）函数绘制出在１s时加入负载电流分别为IｄL=１0、20、50A时直流电动机的电枢电流Id和转速ｎ的响应曲线，记录并分析实验数据,给出相应的结论。
开环直流调速系统的动态建模与仿真
电控学院运动控制系统仿真课程设计院（系）：电气与控制工程学院专业班级：姓名：学号：开环直流调速系统的动态建模与仿真摘要：MATLAB仿真在科学研究中的地位越来越高，如何利用MATLAB仿真出理想的结果，关键在于如何准确的选择MATLAB的仿真。
本文就简单的开环直流调速系统的MATLAB仿真这个例子，通过对MATLAB的仿真，得到不同的仿真结果。
通过仿真结果的对比，对MATLAB的仿真进行研究。
从而总结出如何在仿真过程中对MATLAB的仿真做到最优选择。
详细介绍了用MATLAB语言对《电机与拖动》中直流电动机调速仿真实验的仿真方法和模型建立。
其仿真结果与理论分析一致，表明仿真是可信的，可以替代部分实物实验。
首先在分析直流调速系统原理的基础上, 介绍了基于数学模型的仿真, 在仿真中可灵活调节相关参数, 优化参数设计。
其次完成了基于系统框图, 并分析了调速系统的抗干扰能力。
采用工程设计方法对开环直流调速系统进行设计,选择调节器结构,进行参数的计算和校验；给出系统动态结构图,建立起动、抗负载扰动的MATLAB 仿真模型。
分析系统起动的转速和电流的仿真波形,并进行调试,使开环直流调速系统趋于合理与完善。
1.1课题背景直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。
在20世纪60年代，随着晶闸管的出现，现代电力电子和控制理论、计算机的结合促进了电力传动控制技术研究和应用的繁荣。
晶闸管-直流电动机调速系统为现代工业提供了高效、高性能的动力。
尽管目前交流调速的迅速发展，交流调速技术越趋成熟，以及交流电动机的经济性和易维护性，使交流调速广泛受到用户的欢迎。
但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场，并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。
现在的直流和交流调速装置都是数字化的，使用的芯片和软件各有特点，但基本控制原理有其共性。
长期以来，仿真领域的研究重点是仿真模型的建立这一环节上，即在系统模型建立以后要设计一种算法。
直流电动机开环调速系统仿真
直流电动机开环调速系统仿真随着电动机在工业、交通等领域的广泛应用，开发一种高效可靠的电动机控制系统对于提高整个工业的精度和效率至关重要。
其中，直流电动机开环调速系统是电动机控制系统中的一种基础环节，其使得直流电动机能够以合适的速度运行，完成工作任务。
一、调速系统的基本原理1. 直流电动机的基本结构与原理直流电动机由定子、转子、刷子、通电电源四个基本部分组成，其中，定子上包覆绕组，绕组所带的电流受到直流电源的控制，与转子上的永磁体受到的作用力相互作用，产生电动力和电磁力，从而使转子旋转。
2. 直流电动机的调速根据直流电动机的转矩-速度特性曲线可知，直流电动机的转速与电极数、电流和电磁力等因素密切相关。
因此，通过控制直流电动机的电流大小，可以达到调节直流电动机转速的目的。
直流电动机开环调速系统主要由电动机本体、电流传感器、减速器以及驱动器等基本组成部分组成。
其中，电流传感器用于检测电动机电流的大小，而驱动器则输出一定的电压或电流，控制直流电动机的运行。
二、仿真实现1. 基本仿真模型基于MATLAB/Simulink软件建立的直流电动机开环调速系统仿真模型主要由瞬时电压、转速检测、控制逻辑、直流电机、直流电阻负载以及电流检测等组成，实时进行电磁转矩的计算，最终得到直流电机的运动状态，从而实现调速功能。
2. 仿真分析通过此仿真模型，我们可以得到直流电动机的运行状态，理解不同负载下的转矩-转速特性曲线以及电流在不同转速下的变化，从而通过调节电流、电压等参数，以达到理想的调速效果。
三、结论直流电动机的开环调速系统是一个重要的电动机控制系统组成部分，其能够有效地提高电动机的自动控制能力，大大提升了直流电动机的工作效率和精度。
本文通过介绍直流电动机调速系统的基本原理和仿真实现，为电动机控制系统研究和开发提供了参考和借鉴，对推动整个行业智能化和自动化发展具有重要意义。
直流电动机开环调速MATLAB系统仿真
东北石油大学MATLAB电气应用训练2013年 3 月 8日MATLAB电气应用训练任务书课程 MATLAB电气应用训练题目直流电动机开环调速系统仿真专业电气信息工程及其自动化姓名赵建学号 110603120121主要内容：采用工程设计方法对双闭环直流调速系统进行设计,选择调节器结构,进行参数的计算和校验；给出系统动态结构图,建立起动、抗负载扰动的MATLAB /SIMULINK 仿真模型。
分析系统起动的转速和电流的仿真波形,并进行调试,使双闭环直流调速系统趋于合理与完善基本要求：1.设计直流电动机开环调速系统2.运用MATLAB软件进行仿真3.通过仿真软件得出波形图参考文献：[1] 陈伯时. 电力拖动自动控制系统—运动控制系统第3版[M]. 北京：机械工业出版社, 2007.[2] 王兆安, 黄俊. 电力电子技术第4版[M]. 北京：机械工业出版社, 2000.[3] 任彦硕. 自动控制原理[M]. 北京：机械工业出版社, 2006.[4] 洪乃刚. 电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真[M]. 北京：机械工业出版社, 2006.完成期限 2013.2.25——2013.3.8指导教师李宏玉任爽2013年 2 月25 日目录1课题背景 (1)2直流电动机开环调速系统仿真的原理 (2)3仿真过程 (5)3.1仿真原理图 (5)3.2仿真结果 (9)4仿真分析 (12)5总结 (13)参考文献 (14)1课题背景直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。
在20世纪60年代，随着晶闸管的出现，现代电力电子和控制理论、计算机的结合促进了电力传动控制技术研究和应用的繁荣。
晶闸管-直流电动机调速系统为现代工业提供了高效、高性能的动力。
尽管目前交流调速的迅速发展，交流调速技术越趋成熟，以及交流电动机的经济性和易维护性，使交流调速广泛受到用户的欢迎。
但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场，并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。
直流电机开环调速系统的仿真
直流电动机开环调速系统仿真直流电动机开环调速系统原理1原理直流开环调速系统的电气原理如图1所示。
直流电动机电枢由三相晶闸管整流电路经平波电抗器L供电，并通过改变触发器移相控制信号U c调节晶闸管的控制角，从而改变整流器的输出电压实现直流电动机的调速。
该系统的仿真模型如图2所示。
在仿真中为了简化模型，省略了整流变压器和同步变压器，整流器和触发同步使用同一交流电源，直流电动机励磁由直流电源直接供电。
图1 直流开环调速系统电气原理图3 移相特性2个参数的理论计算值Generator)的同步电压连接。
触发器的控制角（alpha—deg端）通过了移相控制环节（shifter），移相控制模块的输入是移相控制信号Uc（图2中Uc），输出是控制角，移相控制信号Uc由常数模块设定。
移相特性如图3所示。
移相特性的数学表达式为Uc Uc a a maxmin9090-︒+︒=在本模型中取︒=30min a ，V Ucm 10±=，所以Uc a 690+︒=。
在电动机的负载转矩输入端TL 接入了斜坡（Ramp ）和饱和(Satutration)两个串联模块，斜坡模块用于设置负载转矩上升速度和加载的时刻，饱和模块用于限制负载转矩的2仿真过程2.1仿真原理如图2根据实验原理图在Matlab 软件环境下查找器件、连线，接成入上图所示的线路图。
图2 直流电动机开环调速系统的仿真模型1、具体步骤a 、点击桌面Matlab 图标，打开Matlab 软件，在工具栏里根据提示点击，再点击matlab help ，打开一个对话框，点击里的newmodel ，创建一个文件头为的新文件。
b 、点击View ，Library Browser ，打开元器件库查找新的元器件。
2、所用元器件及其参数设置a.Three Phase Sourceb.Synchronized 6-Pulsec.XY Graphf.Gain 1e.DC Machineg.Senies RLC Branchh.Universal Bridgei.Mean Valuej.blockl.Saturationj.Ranpk.Fcnm.Uctl.ud13.3仿真结果根据上面的步骤查找器件，连线，可画出原理图，运行之后，得到如下波形。
实验一、开环直流调速系统的仿真实验
实验一、开环直流调速系统的仿真实验实验目的本实验旨在通过搭建开环直流调速系统的仿真实验平台，深入理解电机的转速调节原理，了解直流电机的调速方法，掌握仿真软件的基本操作，为后续实验打下坚实的基础。
实验器材•个人电脑•仿真软件MATLAB/Simulink实验原理直流电动机的转速调节方法有开环调速和闭环调速两种。
开环调速是采用给定电压和负载转矩（或负载电流）的关系表格，来确定电机所需要的电压值，然后通过直流调速器给电机供给相应电压值来调节电机的转速。
本次实验采用开环调速方法，实现直流电动机的转速控制。
电机通过直接接到电源上，输入直流电，可在一段范围内自动调节电机的转速。
实验过程中，通过修改电机被驱动的电压来达到调节电机的转速和功率的目的。
实验步骤1.在MATLAB/Simulink软件中新建一个仿真模型。
2.从Simulink库中拖拽Power System Toolbox中引入电源，将其与直流电动机模块相连。
3.调整电压、电流、电功率大小，展示不同转速下直流电动机的性能。
4.分析电动机性能曲线并记录实验数据。
5.结束实验后，停止仿真，保存实验数据。
实验结果通过本次实验，得到了不同电压下直流电动机的表现，所有数据都记录到实验报告中，以供参考。
从实验结果来看，不同电压下直流电动机的性能有很大的差异。
不同电压产生的转速和功率差异也十分明显。
本实验是初步了解直流电动机转速调节原理的实验，从中我们可以清晰地了解到开环调速的方法和它的应用。
同时还要深刻理解几个关键的概念，如转速、电压和功率之间的关系，并且会更加熟练地掌握这些内容。
此外，在进行实验时还需要注意实验操作的细节，避免出现过程错误和误差。
我们需要紧密联系育人活动和实验课程，深入了解和掌握实验原理，要严格按照实验要求操作，提高实验技能和实验思维能力，为以后的实验打下基础。
实验一 开环直流调速系统仿真
实验一开环直流调速系统仿真一、实验目的1.熟悉MATLAB中的sinulink仿真的Powersystem库的元器件；2.掌握直流电动机的模型；3.掌握开环直流调速系统的原理及仿真。
二、实验原理1. 直流电动机的数字模型及模块SimPowersystem/machine/DC machine2. 开环直流调速系统三、实验内容基本数据如下：电动机：150kW,1000r/min, 700A,0.05Ω；Ld=2mH, Rd=0.08; Ce=0.185,Cm=0.18; Tm=0.8s;Tl=0.025s三相全控桥整流：Ks=23；Ts=0.0017；Ce=0.185,Cm=0.18; Tm=0.8s;Tl=0.025s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——1s；计算方法为ode15或ode23tb。
4．仿真实现。
元器件清单：元器件名称提取元器件路径同步6脉冲发生器（Synchronized6-Pulse Generator）SimPowerSystems/Extra Library/Control Block/Synchronized6-Pulse Generato多功能桥式电路模型（Universal Bridge）SimPowerSystems/Power Electronics/ Universal Bridge直流电机(DC Machine) SimPowerSystems/Extra Library/Additional Machines/DC Machine五、实验报告1. 绘制仿真电路图及输出波形图(波形要求的白底)；2.分析开环调速系统的特性，负载变化时速度如何变化；。
第2章直流调速系统的动态设计PPT课件
传递函数：
Id(s) 1/R
Ud0(s)E(s) 1Tls
Tl为电枢回路电磁 时间常数 Tl=L/R
力矩方程
Id IdLC JG mddnt TRmddtE
Tm
JGR CeCm
Id电枢电流；IdL负载电流；Tm电机的机电时间常数
传递函数：
E(s) R Id(s)IdL(s) Tms
7
电动机的动态结构图为
Ts虽小，但却影响系统的动态性能。
10
二、单闭环调速系统的动态分析——稳定性分析
特征方程为 T m T lT ss3 T m (T l T s)s2 T m T ss 1 0 1 K 1 K 1 K
稳定条件 Tm(Tl ( 1T s)K T ()2 mTs)T 1 m TlK Ts
化简得
KTm(Tl Ts)Ts2 TlTs
Kcr
Kcr为临界放大系数，K值超出此值系统将不稳定。 与静特性K越大越好相矛盾。
11
三、单环调速系统的动态校正—PI串联校正
从自动控制系统典型伯德图的三个频段的特征，可以判 断系统的性能，这些特征包括以下四个方面：
1.如 c果中频段以-20dB/dec的斜率穿越0dB线，而且这一 斜率能覆盖足够的频带宽度，则系统的稳定性好。
Tons 1
16
图2-10 双闭环调速系统的动态结构图
（二）双闭环调速系统的动态性能分析
动态性能包括跟随性能和抗扰性能。双闭环系统的动 态性能比单环系统有明显的提高。
1、动态跟随性能 （1）单闭环转速负反馈系统的动态结构图下图所示。
U
n
ASR
+ -Un
+- Ud
Ks Ud0
1/ R Id
直流调速系统的MATLAB仿真(报告)
直流调速系统的MATLAB 仿真一、开环直流速系统的仿真开环直流调速系统的电气原理如图1所示。
直流电动机的电枢由三相晶闸管整流电路经平波电抗器L 供电，通过改变触发器移相控制信号c U 调节晶闸管的控制角α，从而改变整流器的输出电压，实现直流电动机的调速。
该系统的仿真模型如图2所示。
图1 开环直流调速系统电气原理图图2 直流开环调速系统的仿真模型为了减小整流器谐波对同步信号的影响，宜设三相交流电源电感s 0L =，直流电动机励磁由直流电源直接供电。
触发器（6-Pulse ）的控制角（alpha_deg ）由移相控制信号c U 决定，移相特性的数学表达式为minc cmax9090U U αα︒-=︒-在本模型中取min 30α=︒，cmax 10V U =，所以c 906U α=-。
在直流电动机的负载转矩输入端L T 用Step 模块设定加载时刻和加载转矩。
仿真算例1 已知一台四极直流电动机额定参数为N 220V U =，N 136A I =，N 1460r /min n =，a 0.2R =Ω，2222.5N m GD =⋅。
励磁电压f 220V U =，励磁电流f 1.5A I =。
采用三相桥式整流电路，设整流器内阻rec 0.3R =Ω。
平波电抗器d 20mH L =。
仿真该晶闸管-直流电动机开环调速系统，观察电动机在全压起动和起动后加额定负载时的电机转速n 、电磁转矩e T 、电枢电流d i 及电枢电压d u 的变化情况。
仿真步骤：1）绘制系统的仿真模型（图2）。
2）设置模块参数（表1） ① 供电电源电压N rec N 2min 2200.3136130(V)2.34cos 2.34cos30U R I U α++⨯==≈⨯︒② 电动机参数 励磁电阻：f f f 220146.7()1.5U R I ===Ω 励磁电感在恒定磁场控制时可取“0”。
电枢电阻：a 0.2R =Ω电枢电感由下式估算：N a N N 0.422019.119.10.0021(H)2221460136CU L pn I ⨯==⨯≈⨯⨯⨯电枢绕组和励磁绕组间的互感af L ：N a N e N 2200.21360.132(V min/r)1460U R I K n --⨯==≈⋅ T e 60600.132 1.262π2πK K ==⨯≈T af f 1.260.84(H)1.5K L I === 电机转动惯量2222.50.57(kg m )449.81GD J g ==≈⋅⨯③ 额定负载转矩L T N 1.26136171.4(N m)T K I ==⨯≈⋅表1 开环直流调速系统主要模型参数3）设置仿真参数：仿真算法odel5s ，仿真时间5.0s ，直流电动机空载起动，起动2.5s 后加额定负载L 171.4N m T =⋅。
开环直流调速系统的动态建模与仿真.
开环直流调速系统的动态建模与仿真学院：电气与控制工程学院班级：学号：姓名：设计题目：开环直流调速系统的动态建模与仿真设计目的：1.掌握开环直流调速系统的建模方法2.熟悉MATLAB/Simulink的使用方法MATLAB的概述：MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。
MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。
它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。
MATLAB是目前国际上最流行，应用最广泛的科学与工程计算软件，它由MATLAB语言，MATLAB工作环境，MATLAB图像处理系统，MATLAB数据函数库，MATLAB应用程序接口五大部分组成的集数值计算，图形处理，程序开发为一体的功能强大的系统．它应用于自动控制，数学计算，信号分析，计算机技术，图像信号处理，财务分析，航天工业，汽车工业，生物医学工程，语音处理和雷达工程等各行业，也是国内高校和研究部门进行许多科学研究的重要工具。
MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学,工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB来解算问题要比用C,FORTRAN等语言完相同的事情简捷得多。
MATLAB是以矩阵运算为基础的交互式程序语言，能够满足科学、工程计算和绘图的需求。
与其它计算机语言相比，其特点是简洁和智能化，适应科技专业人员的思维方式和书写习惯，使得编程和调试效率大大提高。
直流电动机开环调速系统设计与仿真设计
东北大学秦皇岛分校控制工程学院自动控制系统课程设计设计题目：直流电动机开环调速系统设计与仿真专业名称自动化班级学号学生姓名指导教师设计时间2015.7.13~2014.7.24成绩目录1.设计任务书 (3)2.概述 (4)2.1前言 (4)2.2 系统原理 (5)2.3 simulink框图 (6)3.元件参数设置 (8)3.1三相交流电压源设置 (8)3.2.同步六脉冲触发器 (8)3.3.三相全控桥整流电路 (9)3.4.直流电动机设计 (9)4.仿真结果分析 (10)α=时 (12)4.2 当30oα=时 (15)4.3 当60oα=时 (17)4.4 当90o4.5励磁电流 (20)5.结论 (20)6.参考文献 (23)7.结束语 (23)东北大学秦皇岛分校控制工程学院《自动控制系统》课程设计任务书专业自动化班级姓名设计题目：直流电动机开环调速系统设计与仿真一、设计实验条件地点：实验室实验设备：PC机二、设计任务R=0.21 ，直流电动机的额定数据为220V，136A，1460r/min，4极，a 22g；励磁电压为220V，励磁电流为1.5A。
采用三相桥式全控整流GD=22.5N m电路。
平波电抗器L=200mH。
p设计要求：设计并仿真该晶闸管-电动机（V-M）开环调速系统。
观察电动机在全压起动和起动后加额定负载时电动机的转速、转矩和电流变化。
三、设计说明书的内容1、设计题目与设计任务（设计任务书）2、前言（绪论）(设计的目的、意义等)3、主体设计部分4、参考文献5、结束语四、设计时间与设计时间安排1、设计时间：7月13日～7月24日2、设计时间安排：熟悉课题、收集资料： 3天（7月13日～ 7月15日)具体设计（含上机实验）： 6天（7月16日～ 7月21日)编写课程设计说明书： 2天（7月22日～ 7月23日)答辩： 1天（7月24日）2.概述2.1前言直流电动机是将直流电能转换为机械能的电动机，因其良好的调速性能而在电力拖动中得到广泛应用。
直流电机PWM调速系统的设计与仿真
直流电机PWM调速系统的设计与仿真一、引言直流电机是电力传动中最常用的一种电动机，具有调速范围广、响应快、结构简单等优点。
而PWM（脉宽调制）技术是一种有效的电机调速方法，可以通过改变占空比控制电机的转速。
本文将介绍直流电机PWM调速系统的设计与仿真，包括建模分析、控制策略、电路设计和仿真实验等内容。
二、建模分析1.直流电机的模型直流电机的数学模型包括电动势方程和电机转矩方程。
电动势方程描述电机的输出电动势与供电电压之间的关系，转矩方程描述电机的输出转矩与电机转速之间的关系。
2.PWM调速系统的控制策略PWM调速系统的控制策略主要包括PID控制和模糊控制两种方法。
PID控制是一种经典的控制方法，通过比较实际输出与期望输出，计算出控制量来调整系统。
模糊控制则是一种基于模糊逻辑的控制方法，通过模糊推理，将输入量映射为输出量。
三、电路设计1.电机驱动电路设计电机驱动电路主要由电流传感器、逆变器和滤波器组成。
电流传感器用于测量电机的电流，逆变器将直流电压转换为交流电压，滤波器用于消除电压中的高频噪声。
2.控制电路设计控制电路主要由控制器、比较器和PWM信号发生器组成。
控制器接收电机转速的反馈信号，并与期望转速进行比较，计算出控制量。
比较器将控制量与三角波进行比较，生成PWM信号。
PWM信号发生器将PWM信号转换为对应的脉宽调制信号。
四、仿真实验1.系统建模与参数设置根据直流电机的模型，建立MATLAB/Simulink仿真模型，并根据实际参数设置电机的转矩常数、转矩常数、电机阻抗等参数。
2.控制策略实现使用PID控制和模糊控制两种方法实现PWM调速系统的控制策略。
通过调节控制参数，比较不同控制方法在系统响应速度和稳定性上的差异。
3.仿真实验结果分析通过仿真实验，分析系统的静态误差、动态响应和稳定性等性能指标。
比较不同控制方法的优缺点，选择合适的控制方法。
五、结论本文介绍了直流电机PWM调速系统的设计与仿真，包括建模分析、控制策略、电路设计和仿真实验等内容。
开环直流调速控制系统与仿真
《计算机仿真及应用B》答卷学号：姓名：班级：任课老师：开环直流调速控制系统的仿真1、开环直流调速控制系统的组成开环控制系统是根据给定的控制量进行控制，而被控制量在整个控制过程中对控制量不产生任何影响。
对于被控制量相对于其预期值可能出现的偏差，开环控制系统不具备修正能力。
而直流调速开环控制系统通常是采用调节电枢电压方案，具体实现在20世纪60年代晶闸管整流器的应用而采用由晶闸管整流器和电动机（V-M ）系统实现开环或闭环控制调速系统。
2、开环直流调速控制系统仿真（1）基于数学模型的开环直流调速系统仿真。
①开环直流调速控制系统数学模型。
开环直流调速控制系统主要包括给定信号、晶闸管触发装置及整流环节、平波电抗器和直流电动机等4个环节。
这里所说的基于数学模型的系统仿真主要是指基于传递函数的matlab 下的Simulink 下的实现，再通过机理法可以建立开环直流调速控制系统动态结构图，如图1-1所示。
然后，根据系统I 直接给出各个环节的传递函数及参数。
可以得到系统I 开环控制的动态结构图，如图1-2所示。
②开环直流调速系统仿真实现。
图1-1 开环直流调速控制系统动态结构图图1-2 系统I 的开环系统动态结构图根据系统I 的开环系统动态结构图及其参数值，在matlab 的Simulink 环境可以轻松的建立系统的仿真结构，如图1-3所示。
电动机的转速输出动态曲线，如图1-4所示。
I L (S) — n(s) U *n (s) 一 1/R a T d S+1 R a C e T m SC e K s T s S+1 U d (s) I d (s) I L (S) — n(s) U *n (s) 一1/0.08 0.025s+1 0.08 0.185×0.8s 0.185 23 0.0017s+1 U d (s) I d (s)图1-3 系统I仿真模型图1-4 电动机转速输出曲线通过改变给定信号的大小，来实现对电机输出转速的控制与调节的目的。
晶闸管开环直流调速系统的仿真
晶闸管开环直流调速系统的仿真一、工作原理晶闸管开环直流调速系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、平波电抗器、电动机-发电机组等组成。
在本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制电路课直接由给定电压Ug座位触发器的移相控制电压Uct，改变Ug的大小即可改变控制角α，从而获得可调的直流电压，以满足实验要求。
实验系统的组成原理如图1所示。
图1 晶闸管开环直流调速实验控制原理图二．设计步骤1主电路的建模和参数设置开环直流调速系统的主电路由三相对称交流电压源、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机灯部分组成。
由于同步脉冲触发器与晶闸管整流桥是不可分割的两个环节，通常作为一个组合体来讨论，所以讲触发器轨道主电路进行建模。
①三相对称交流电压源的建模与参数设置。
首先从电源模块中选取一个交流电压源模块，即，再用复制的方法得到三相电源的另外两个电压源模块，并用模块标题名修改方法将模块标签分别改为“A相”、“B相”，“C相”，然后从连接器模块中选取，按图1主电路图进行连接。
为了得到三相对称交流电压源，其参数设置方法及参数设置如下。
双击A相交流电压源图标，打开电压源参数设置对话框，在A相交流电源参数设置中，幅值取220V，初相位设置成0°，频率为50Hz，其它为默认值，如图2所示，B、C相交流电源设置方法与A相基本相同，除了初相位设置成互差120°外，其它参数与A相相同。
由此可以得到三相对称交流电源。
②晶闸管整流桥的建模和参数设置。
首先从电力电子模块组中选取中的，并将模块标签改成“晶闸管整流桥”，然后双击模块图标，打开整流桥参数设置对话框，参数设置如图3所示。
当采用三相整流桥时，桥臂数为3，A、B、C三相交流电源接到整流桥的输入端，电力电子选择晶闸管。
参数设置原则如下，如果是针对某个具体的交流装置进行参数设置，对话框中的Rs、Cs、R ON、Vf应取该装置中晶闸管元件的实际值，若果是一般情况，不针对某个具体的变流装置，这些参数可先取默认值进行仿真。
开环直流调速系统的建模与仿真
院系电子信息工程系班级 10电气（4）姓名齐国昀学号 107301427 实验名称开环直流调速系统的建模与仿真实验日期 2012 - 11- 29一、实验目的1、掌握开环直流调速系统的组成和工作原理；2、掌握使用MATLAB的Simulink工具箱对其进行计算机仿真；3、检验仿真结果与理论分析的关系。
二、实验步骤：1、主电路的建模和参数设置：开环直流调速系统的主电路主要由三相对称交流电压源、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机等部分组成。
打开MATLAB软件，从左侧窗口中拉出主电路所需器件进行连线，参数设置如下：三相对称交流电压源（交流峰值电压取176.75、初相位0°，频率50HZ，其它为默认值，B、C相与A相基本相同，除了初相位设置成互差120°外）、晶闸管整流桥（缓冲电阻Rs=50K、缓冲电容Cs为无穷大inf、内电阻Ron=0.001、内电抗Lon=0）、平波电抗器（阻抗R=0、电感L=5Ml/电容C为无穷大inf）、直流电动机（励磁电阻Rf=146.7、电感取0、电枢电阻Ra=1.5、电枢电感La=0.016、电枢绕组和励磁绕组互感Laf=0.76H、电机转动惯量J=0.57kg.m^2、额定负载转矩Tl=18N.m）；2、控制电路的建模和参数设置：开环直流调速系统的控制电路只是一个给定环节，可以从输入模块选取“Constant”模块，双击该模块图标，打开参数设置对话框，将参数设置为20rad/s。
实际调速时，转速给定信号是在一定范围内变化的。
将主电路和控制电路的仿真模型按照开环直流调速系统电气原理图的连接关系进行模型连接，并用示波器观察三相交流电压源、触发脉冲信号、晶闸管整流桥的输出整流电压以及整流电压的平均值、直流电动机的转速n、电枢电流Ia、励磁电流If、电磁转矩Te等参数。
3、系统的仿真参数设置：院系电子信息工程系班级 10电气（4）姓名齐国昀学号 107301427实验名称开环直流调速系统的建模与仿真实验日期 2012 -11 -29 在MATLAB的模型窗口打开“Simulation”菜单，选中“Simulation parameters(仿真参数)”，弹出仿真参数设置对话框。
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电控学院运动控制系统仿真课程设计院（系）：电气与控制工程学院专业班级：姓名：学号：开环直流调速系统的动态建模与仿真摘要：MATLAB仿真在科学研究中的地位越来越高，如何利用MATLAB仿真出理想的结果，关键在于如何准确的选择MATLAB的仿真。
本文就简单的开环直流调速系统的MATLAB仿真这个例子，通过对MATLAB的仿真，得到不同的仿真结果。
通过仿真结果的对比，对MATLAB的仿真进行研究。
从而总结出如何在仿真过程中对MATLAB的仿真做到最优选择。
详细介绍了用MATLAB语言对《电机与拖动》中直流电动机调速仿真实验的仿真方法和模型建立。
其仿真结果与理论分析一致，表明仿真是可信的，可以替代部分实物实验。
首先在分析直流调速系统原理的基础上, 介绍了基于数学模型的仿真, 在仿真中可灵活调节相关参数, 优化参数设计。
其次完成了基于系统框图, 并分析了调速系统的抗干扰能力。
采用工程设计方法对开环直流调速系统进行设计,选择调节器结构,进行参数的计算和校验；给出系统动态结构图,建立起动、抗负载扰动的MATLAB 仿真模型。
分析系统起动的转速和电流的仿真波形,并进行调试,使开环直流调速系统趋于合理与完善。
1.1课题背景直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。
在20世纪60年代，随着晶闸管的出现，现代电力电子和控制理论、计算机的结合促进了电力传动控制技术研究和应用的繁荣。
晶闸管-直流电动机调速系统为现代工业提供了高效、高性能的动力。
尽管目前交流调速的迅速发展，交流调速技术越趋成熟，以及交流电动机的经济性和易维护性，使交流调速广泛受到用户的欢迎。
但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场，并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。
现在的直流和交流调速装置都是数字化的，使用的芯片和软件各有特点，但基本控制原理有其共性。
长期以来，仿真领域的研究重点是仿真模型的建立这一环节上，即在系统模型建立以后要设计一种算法。
以使系统模型等为计算机所接受，然后再编制成计算机程序，并在计算机上运行。
因此产生了各种仿真算法和仿真软件。
由于对模型建立和仿真实验研究较少，因此建模通常需要很长时间，同时仿真结果的分析也必须依赖有关专家，而对决策者缺乏直接的指导，这样就大大阻碍了仿真技术的推广应用。
MATLAB提供动态系统仿真工具Simulink，则是众多仿真软件中最强大、最优秀、最容易使用的一种。
它有效的解决了以上仿真技术中的问题。
在Simulink 中，对系统进行建模将变的非常简单，而且仿真过程是交互的，因此可以很随意的改变仿真参数，并且立即可以得到修改后的结果。
另外，使用MATLAB中的各种分析工具，还可以对仿真结果进行分析和可视化。
Simulink可以超越理想的线性模型去探索更为现实的非线性问题的模型，如现实世界中的摩擦、空气阻力、齿轮啮合等自然现象；它可以仿真到宏观的星体，至微观的分子原子，它可以建模和仿真的对象的类型广泛，可以是机械的、电子的等现实存在的实体，也可以是理想的系统，可仿真动态系统的复杂性可大可小，可以是连续的、离散的或混合型的。
Simulink会使你的计算机成为一个实验室，用它可对各种现实中存在的、不存在的、甚至是相反的系统进行建模与仿真。
传统的研究方法主要有解析法，实验法与仿真实验，其中前两种方法在具有各自优点的同时也存在着不同的局限性。
随着生产技术的发展，对电气传动在启制动、正反转以及调速精度、调速范围、静态特性、动态响应等方面提出了更高要求，这就要求大量使用调速系统。
由于直流电机的调速性能和转矩控制性能好，从20世纪30年代起，就开始使用直流调速系统。
它的发展过程是这样的：由最早的旋转变流机组控制发展为放大机、磁放大器控制；再进一步，用静止的晶闸管变流装置和模拟控制器实现直流调速；再后来，用可控整流和大功率晶体管组成的PWM 控制电路实现数字化的直流调速，使系统快速性、可控性、经济性不断提高。
调速性能的不断提高，使直流调速系统的应用非常广泛。
1.2直流电动机开环调速系统仿真的原理1.2.1仿真原理直流电动机电枢由三相晶闸管整流电路经平波电抗器L 供电，并通过改变触发器移相控制信号Uc 调节晶闸管的控制角，从而改变整流器的输出电压实现直流电动机的调速。
任何一台需要控制转速的设备，其生产工艺对调速性能都有一定的要求。
例如，最高转速与最低转速之间的范围，是有级调速还是无级调速，在稳态运行时允许转速波动的大小，从正转运行变到反转运行的时间间隔，突加或突减负载时允许的转速波动，运行停止时要求的定位精度等等。
归纳起来，对于调速系统转速控制的要求有以下三个方面：(1) 调速。
在一定的最高转速和最低转速范围内，分档地（有级）或平滑地（无级）调节转速。
(2) 稳速。
以一定的精度在所需转速上稳定运行，在各种干扰下不允许有过大的转速波动，以确保产品质量。
(3) 加、减速。
频繁起、制动的设备要求加、减速尽量快，以提高生产率；不宜经受剧烈速度变化的机械则要求起、制动尽量平稳。
为了进行定量的分析，可以针对前两项要求定义两个调速指标，叫做“调速范围”和“静差率”。
这两个指标合称调速系统的稳态性能指标。
调速范围 生产机械要求电动机提供的最高转速m ax n 和最低转速min n 之比叫做调速范围，用字母D 表示，即minmaxn n D其中，m ax n 和min n 一般都指电动机额定负载时的最高和最低转速，对于少数负载很轻的机械，例如精密磨床，也可用实际负载时的最高和最低转速。
(2) 静差率 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时所对应的转速降落N n ∆，与理想空载转速0n 之比，称作静差率s ，即或用百分数表示显然，静差率是用来衡量调速系统在负载变化时转速的稳定度的。
它和机械特性的硬度有关，特性越硬，静差率越小，转速的稳定度就越高。
然而静差率与机械特性硬度又是有区别的。
一般变压调速系统在不同转速下的机械特性是互相平行的，对于同样硬度的特性，理想空载转速越低时，静差率越大，转速的相对稳定度也就越差。
由此可见，调速范围和静差率这两项指标并不是彼此孤立的，必须同时提才有意义。
在调速过程中，若额定速降相同，则转速越低时，静差率越大。
如果低速时的静差率能满足设计要求，则高速时的静差率就更能满足要求了。
因此，调速系统的静差率指标应以最低速进所能达到的数值为准。
(3) 直流变压调速系统中调速范围、静差率和额定速降之间的关系 在直流电动机变压调速系统中，一般以电动机的额定转速Nn 作为最高转速，若额定负载下的转速降落为Nn ∆，则按照上面分析的结果，该系统的静差率应该是最低速时的静差率，即于是，最低转速为而调速范围为将上面的min n 式代入，得 0n n N S ∆=％100n n 0⨯∆=N S N N N S n n n n n 00min ∆+∆=∆=Sn S n S n n n n n ∆-=∆-∆=)1(min minmin max n n n n D N ==)1(n s n S D N -∆=表示变压调速系统的调速范围、静差率和额定速降之间所应满足的关系。
对于同一个调速系统，N n ∆值一定，由此可见，如果对静差率要求越严，即要求s 值越小时，系统能够允许的调速范围也越小。
2设计参数：2.1控制对象电机参数为： 直流调速系统的基本数据如下:晶闸管三相桥式全控整流电路供电的双闭环直流调速系统,直流电动机:220V,136A,1460r/min,电枢电阻Ra=0.2Ω,允许过载倍数λ=1.5;电枢回路总电阻:R=0.5Ω,电枢回路总电感:L= 15mH,电动机轴上的总飞轮力矩:GD2= 22.5N ·m2,晶闸管装置:放大系数Ks=40,电流反馈系数:β=0.05V/A,转速反馈系数:α=0.007Vmin/r,滤波时间常数:Toi=0.002s ,Ton=0.01s2.2相关参数的计算：查表可得三相桥式电路的平均失控时间 Ts=0.00167s0.13214600.2136-220e =⨯=-=N a N N n R I U C e m 30C C π= 电磁时间常数 ：03.05.00015.0l ===R L T 机电时间常数 :s C C R GD T m e 18.0132.030132.03755.05.223752m =⨯⨯⨯⨯==π3.设计方案：3.1直流调速系统的仿真有两种方法：1：根据系统的动态结构图进行仿真2：用power system 的相关模块仿真本次设计比较简单所以采用方法一 仿真模型与结果3.2仿真模型:3.3无干扰时电流和转速波形：3.4加入扰动后电流和转速的波形：4.实验心得：本次控制系统仿真设计实习中，我学到了MATLAB仿真的一些方法，更加深入的了解了MATLAB这款非常优秀的数学软件。
通过它使我对运动控制系统的设计有了很大的帮助。
MATLAB是一个基于矩阵运算的软件，它的运算功能非常强大，编程效率高，强大而智能化的作业图功能，可扩展性强，MATLAB动态仿真功能，主要用于仿真、验证、算法思想是正确。
利用MATLAB，可以使原本复杂的计算过程大大简化，在处理矩阵、复数运算的过程中尤其明显。
本次设计是电力拖动自动控制系统——运动控制系统这门课的一次课程设计，主要目标是设计一个符合要求参数的直流双闭环调速系统。
电力拖动自动控制系统——运动控制系统这门课是我们自动化专业的一门综合性非常强的课程，它综合了之前学习过的模拟电子技术、自动控制原理、电力电子技术及电机拖动技术等课程的很多知识点，所以，本次设计也是对以前课程的一次梳理和升华。
参考文献[1]陈伯时.电力拖动自动控制系统——运动控制系统.北京：机械工业出版社，2007[2]王兆安，黄俊.电力电子技术.北京：机械工业出版社，2000[3]李友善.自动控制原理.北京：机械工业出版社，1981[4]王离九.电力拖动自动控制系统.武汉：华中理工大学出版社，1991[5]陈治明.电力电子器件.北京：机械工业出版社，1992[6]张广益.电机学.重庆：重庆大学出版社，2002。