双闭环直流电机调速系统的SIMULINK仿真实验
双闭环直流调速控制系统MATLAB／Simulink建模与仿真
双闭环直流调速控制系统MATLAB／Simulink建模与仿真文章针对传统PID直流电机调速系统转速超调量过高、调节时间不理想的问题，设计了一种双闭环直流电机调速控制系统。
建立了双闭环直流电机调速系统的数学模型，并对控制器参数进行了整定。
建立了系统Simulink模型并进行仿真，分析了系统在启动过程中的动态特性。
实验结果表明，相较于传统PID 直流电机调速控制系统，本双闭环直流调速控制系统可以消除超调量、有效缩短系统调节时间，具有更好的静态和动态性能。
标签：双闭环；直流调速；Simulink建模；仿真分析随着电机控制技术的不断发展，工业上对于电机的使用频率及动态性能的要求不断提高，直流电机的速度控制问题是常见且重要的工程研究问题之一[1]。
传统PID直流调速控制系统存在超调量过高、调节时间缓慢等问题，导致系统的动态性能不理想，在一些对于工艺要求精准的情况下无法满足系统动态指标的要求。
如何解决控制系统中稳、快、准等各方面性能制约，以达到对于转速、电流控制指标的要求，始终是一个重要的讨论课题[2]。
文章针对上述问题，设计了一种双闭环直流调速控制系统，在传统PID直流调速系统的基础上，引入了电流调节器，以改善系统输出转速的动态性能，相对于传统PID调速系统，本系统有效降低了直流电机输出转速的超调量，明显提高了系统的静态和动态指标，具有更好的系统性能。
1 双闭环直流调速系统结构设计直流电机的速度控制问题是常见且重要的工程研究问题之一，随着工业控制技术的不断发展，工程上对于直流电机调速系统的稳、准、快性能指标有了越来越苛刻的要求[3]。
双闭环控制系统是一种常用的复杂控制系统，是改善过程控制系统品质的一种有效方式，并在实际工程中得到了广泛应用[4]。
文章所设计双闭环调速系统结构如图1所示，从闭环结构上看，双闭环控制系统由两个负反馈闭环结构组成，电流调节器在里面（电流环）；转速调节器在外边，（速度环）。
为了实现转速和电流两种负反馈分别作用，在系统中设置了两个调节器，电流调节器ACR（Current Regulator）和转速调节器ASR（Speed Regulator），两者之间实行串级连接，其中转速调节器ASR的输出作为电流调节器ACR的输入，再用电流调节器ACR的输出去控制晶闸管装置。
双闭环直流调速系统的建模与仿真实验研究
双闭环直流调速系统的建模与仿真实验研究摘要利用MATLAB下的SIMULINK软件和电力系统模块库(SimPowerSystems)进行系统仿真是十分简单和直观的，用户可以用图形化的方法直接建立起仿真系统的模型，并通过SIMULINK环境中的菜单直接启动系统的仿真过程，同时将结果在示波器上显示出来。
掌握了强大的SIMULINK工具后，会大大增强用户系统仿真的能力。
关键词：matlab；simulink；双闭环；电机；调速ABSTRUCTUsing simlink software of MATLAB and SimPowerSystems ,it is simple and manifest to simulate the ers can build up system model by graph,and run simulative program by pressing the menu of Simulink environment,whose result will display on the er’s capability of simulation will be fortified much with the learning of powerful SIMULINK tools.KEY WORD:matlab;simulink;Double closed loop;electric motor;speed regulation一引言：本课题所涉及的调速方案本质上是改变电枢电压调速。
该调速方法可以实现大范围平滑调速，是目前直流调速系统采用的主要调速方案。
但电机的开环运行性能远远不能满足要求。
按反馈控制原理组成转速闭环系统是减小或消除静态转速降落的有效途径。
转速反馈闭环是调速系统的基本反馈形式。
可要实现高精度和高动态性能的控制，不尽要控制速度，同时还要控制速度的变化率也就是加速度。
双闭环直流电机调速系统的SIMULINK仿真实验
双闭环直流电机调速系统的SIMULINK仿真实验电流环图1 直流电机双闭环调速系统的动态结构图 2.系统设计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, 系统参数：直流电动机：，允许过载倍数；晶闸管装置：；电枢回路总电阻：；时间常数：，；反馈系数：，；反馈滤波时间常数：，。
2. 1 电流调节器的设计2. 1. 1 计算时间常数经查表,三相桥式电路的平均失控时间Ts =0. 0017s ,电流环小时间常数TΣi = Ts + Toi = 0. 0067s ,电枢回路的电磁时间常数Tl = 0.018s。
2. 1. 2 确定电流调节器结构和参数根据性能指标要求σi ≤5 % , 保证稳态无误差。
把电流环校正成典型I 型系统,其传递函数为:WACR ( s) =Ki (τis + 1)/τis 式中Ki ,τi 分别为电流调节器的比例放大系数和领先时间常数. 其中τi = T1 = 0. 018s ,为满足的要求,应取K1TΣi = 0.5 因此: K1 =0.5/ TΣi= 74.63s- 1 ,于是可以求得ACR 的比例放大系数Ki =K1τi R/βKs=0.29故电流调节器的传递函数WACR (s) =0.29(0.018 s + 1)/0.018s经过校验,满足晶闸管整流装置传递函数近似条件,也满足电流环小时间常数近似处理条件,设计后电流环可以达到的动态指标σi = 4. 3 % ≤5 %满足设计要求。
2. 2 速度调节器的设计2 .2. 1 计算时间常数电流环等效时间常数:2 TΣi = 0. 0134s,转速环小时间常数: TΣn = 2 TΣi + Ton = 0. 0318s 2. 2. 2 确定转速调节器结构和参数在转速调节器设计时,可以把已经设计好的电流环作为转速环的控制对象. 为了实现转速无静差,提高系统动态抗扰性能,转速调节器必须含有积分环节,又考虑到动态要求,因此把转速环设计成典型II 型系统,其传递函数为:WASR ( s) = Kn(τns+ 1)/τns式中Kn ,τn 分别为转速调节器的比例放大系数和领先时间常数. 取中频宽h = 5 ,则ASR 的领先时间常数:τn = hTΣn = 0. 159s ,按Mrmin 准则确定参数关系,转速环开环放大系数:KN =(h + 1)/2 h2 T2Σn= 118.67s- 1则ASR 的比例放大系数为:Kn =KNτnβCe TmαR=( h + 1)βCe Tm/2 hαRTΣn,则Kn =11.15 经过校验,满足电流环传递函数等效条件,也能满足转速环小时间常数近似处理条件,转速超调量σn = 8. 3 % ≤10 % 满足设计要求. 为保证电流调节器与转速调节器中的运算放大器工作在线性特性段以及保护调速系统的各个元件、部件与装置不致损坏,在电流调节器与转速调节器的输出端设置了限幅装置,幅值限制为- 6～+ 6。
双闭环直流调速控制系统仿真模型的建立与分析
作业5：双闭环直流调速控制系统仿真模型的建立与分析
一、模型的建立
从simulink库中找到搭建模型的元件，要用到如下元件：DC-Motor（直流电动机）、AC voltage source（交流电压源）、Universal Bridge（通用桥臂）、Step、PID Controller（PID 控制器）、Tranfser Fcn（传递函数）以及其他一些模块。
搭建好的模型图如图5-1所示。
图5-1 基于电气原理图的双闭环直流调速控制系统模型
二、仿真结果分析
仿真算法选用ode15s，仿真时间为0~10s，其他参数为默认值。
1、设置step参数
①直流电动机空载启动时情况
直流电动机TL端连接常数0. 设置完参数后，进行仿真运行。
点击scope ，查看波形。
下图为电机转速w、转矩Te、电枢电流Ia的波形图。
②直流电机突加负载情况分析
直流电动机TL端连接阶跃信号step1.Step1参数设置如下图所示。
设置完参数后，进行仿真运行。
点击scope ，查看波形。
下图为电机转速w、转矩Te、电枢电流Ia的波形图。
综合以上图形，当给定信号设置为8时，电机速度无论是在空载，还是突加负载情况下都能最终稳定在800rpm 。
我们可以分析得出，设置的转速调节器ASR 、电流调节器ACR 参数基本上能满足闭环控制的稳态精度、系统的快速性也比较良好。
Matlab_Simulink仿真技术在双闭环直流调速实验教学中的应用
1 双闭环不可逆调速系统的组成及工作原理
1 . 1 系统组成 转速、 电流双闭环不可逆直流调速系统的电路原理 图如图 1所示 , 其简化的结构图如图 2 所示 。图中: * U n 为转速给定信号 (电压信号形式 ); Un 为转速反馈信 号; U n 转速偏差信号; ASR 转速调节器; U 为电流给 定的电压信号; U i 为电流反馈信号; U i 为电流偏差信 号; ACR 为电流调节器; Uct为晶闸管整流桥的脉冲触发 控制信号; GT 为脉冲触发装置; TG 为测速发电机; TA 为电流互感器; UPE 为三相全控桥式晶闸管整流器。
182
实
验
室
研
究 与
探
索
第 30卷
化 , 电流环跟随转速环调节电动机的电枢电流以平衡 [ 1 3] 负载电流 。但是 , 双闭环直 流调速系统硬 件的电 气结构复杂 , 在研究和设计的过程中 , 许多参数的选择 需要 反复调试 , 需要 工作人员 花费大量 的时间 和精 力 。而运用计算 机仿真技术对系 统进行仿真 , 可 以方便地对参数进行设置 , 得到合理的参数组合, 为系 统的实现提供理论依据。鉴于上述理由 , 本文提出 1 种面向控制系统电气原理结构图的转速、 电流双闭环 不可逆直 流调 速系 统 仿真 的新 方法。使用 M atlab / Si m ulink 中的 S i m P ow erSystem s工具箱
图 2 中 , 电流调节器 ACR 和电流检测反馈回路构 成了电流环 ; 转速调节器 ASR 和转速检测反馈环节构 成了转速环 , 所以称作双闭环直流调速系统。从闭环 结构上看, 转速环包围电流环 , 电流环在里面, 称作内 环 ; 转速环在外边 , 称作外环。在电路中, 转速环 ASR 和电流环 ACR 串联, 再由 ACR 的输出去控制三相全 控桥式晶闸管整流器 UPE 的触发器。
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。
双闭环直流调速系统的Simulink仿真研究
双闭环直流调速系统的Simulink仿真研究作者：袁丹鹤来源：《现代商贸工业》2018年第32期摘要：对基于桥式可逆PWM变换器的双闭环直流调速系统进行了研究，并建立了其数学模型。
按工程设计方法对调节器进行了设计并计算了相关参数，最后用Simulink对系统进行了仿真研究，得到转速和电流的输出波形，具有一定的参考意义。
关键词：桥式可逆PWM变换器；双闭环直流调速；工程设计方法；仿真研究中图分类号：TB 文献标识码：Adoi：10.19311/ki.1672.3198.2018.32.1101 引言直流电动机具有调速性能好和起动力矩大的特点。
因其可以在重负载的条件下实现平滑而均匀的无级调速，具有较宽的调速范围和可以均匀实现转速的调节而得到广泛的应用。
而脉宽调制（PWM）控制技术以其控制简单、灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式。
在实际工程的应用中，电动机转速、电流双闭环调速系统是最典型的直流调速系统。
2 系统结构与数学模型双闭环直流调速系统的系统结构如图1所示。
其中，ASR（Automatic Speed Regulator）为转速调节器，ACR（Automatic Current Regulator）为电流调节器，TG为测速发电机，TA为电流互感器，UPE为电力电子变换器，U*n是转速给定电压，U*i是电流给定电压，Un是转速反馈电压，Ui是电流反馈电压。
从图中可以看出，为了使转速负反馈和电流负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调节器，用来引入转速和电流两个负反馈从而实现转速和电流的调节。
两个调节器之间实行串级连接，ASR的输出作为ACR的输入，然后用ACR的输出来控制电力电子变换器。
由于电流环在里面，所以被称为内环；同理，转速环被称为外环。
而在设计上一般要求系统在稳态下实现无静差调速，以及需要较好的动态性能，选择 PI 调节器作为转速和电流调节器可以达到设计要求的动、静态性能。
“双闭环控制直流电动机调速系统”数字仿真实验
“双闭环控制直流电动机调速系统”数字仿真实验24、SIMULINK建模我们借助SIMULINK，根据上节理论计算得到的参数，可得双闭环调速系统的动态结构图如下所示：图7 双闭环调速系统的动态结构图（1）系统动态结构的simulink建模①启动计算机，进入MATLAB系统检查计算机电源是否已经连接，插座开关是否打开，确定计算机已接通，按下计算机电压按钮，打开显示器开关，启动计算机。
打开Windows开始菜单，选择程序，选择MATAB6.5.1，选择并点击MATAB6.5.1，启动MATAB程序，如图8，点击后得到下图9：图8选择MATAB程序图9 MATAB6.5.1界面点击smulink 中的continuous,选择transfor Fc n（传递函数）就可以编辑系统的传递函数模型了，如图10。
图10 smulink界面②系统设置选择smulink界面左上角的白色图标既建立了一个新的simulink模型，系统地仿真与验证将在这个新模型中完成，可以看到在simulink目录下还有很多的子目录，里面有许多我们这个仿真实验中要用的模块，这里不再一一介绍，自介绍最重要的传递函数模块的设置，其他所需模块参数的摄制过程与之类似。
将transfor Fc n（传递函数）模块用鼠标左键拖入新模型后双击transfor Fc n（传递函数）模块得到图11，开始编辑此模块的属性。
图11参数表与模型建立参数对话栏第一和第二项就是我们需要设置的传递函数的分子与分母，如我们需要设置电流环的控制器的传递函数：0.01810.0181()0.2920.0180.062ACR s s W s s s++=⋅=，这在对话栏的第一栏写如：[0.018 1]，第二栏为：[0.062 0]。
点击OK ，参数设置完成。
如图12。
图12传递函数参数设置设置完所有模块的参数后将模块连接起来既得到图7所示的系统仿真模型。
在这里需要注意的是，当我们按照理论设计的仿真模型得到的实验波形与理想的波形有很大的出入。
电流转速双闭环直流调速系统matlab仿真实验
实用文档仿真设计报告内容学院专业班级学号学生姓名指导教师完成日期年月日转速、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。
可逆PWM控制双闭环直流调速系统的Simulink仿真
直流 调 压 调 速 方 法 简 单 、易 控 制 、调 速 平 滑 性 较 好 ，并 且 在一 定条 件下 可 以获得 较宽 的调 速范 围 ，因而 在直 流调 速 系 统 中 应 用较 为 广 泛 Ｌ１ ］。而 由转 速调 节 器 （ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｓｐｅｅｄ ｒｅｇｕｌａｔｏｒ，ＡＳＲ）作 为 外 环 、电 流 调节 器 （ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｕｒｒｅｎｔ ｒｅｇｕｌａｔｏｒ，ＡｃＲ）作 为 内环 组 成 的双 闭环直 流调 速 系统是 实 际工 程应用 中最典 型 的直流 调速 系统 ］。在 以前 的双 闭环 直 流 调 速 系 统
收 稿 日期 ：２０１７—０８—２８ 基 金 项 目：国家 自然 科 学 基 金 目（６１３７３０９８）资 助 ；江 苏 省 青 蓝 工 程 资
助 项 目 和 江 苏 高 校 品 牌 专 业 建 设 工 程 资 助 项 目
ＰＰＺＹ ２０１５Ａ ０８９
作者 简 介 ：苏 品 刚 （１９７１ ），男 ，江 苏 苏 州 ，硕 士 ，副 教 授 ，主 要 研 究 方 向 为数 字 图像 处 理 和 测 控 技 术 ．
苏 品 刚 ，尚 丽 。 （１．苏 州 市 职 业 大 学 电子 信 息 工程 学 院 ，江 苏 苏 州 ２１５１０４； ２． 中 国科 学技 术 大 学 信 息科 学技 术 学 院 ，安 徽 合 肥 ２３００２６）
摘 要 ：根 据 转 速 、电 流双 闭 环 直 流 调 速 系 统 和 脉 冲 宽 度 调 制 （ＰＷ Ｍ）技 术 原 理 ，采 用 Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ软 件 实 现 了基 于 Ｈ 型 ＰＷ Ｍ 可 逆 变 换 器 的双 闭环 直 流 调 速 系 统 的 仿 真 建 模 ，对 主要 仿 真 模 块 参 数 的设 置 进 行 了 讨 论 ，给 出 相 应 的 转 速 和 电枢 电 流 的仿 真 波 形 。 仿 真 结 果 验 证 了 ＰＷ Ｍ 双 环 直 流 调 速 系 统 的 理 论 分 析 结 果 ， 在 课 堂 教 学 中便 于 学 生 理 解 和掌 握 ，而且 对 该 系统 在 实 际 工 程 中的 应 用 也 具 有 一 定 的 借鉴 意 义 。 关 键 词 ：双 闭 环 直 流 调 速 ；可 逆 ＰＷ Ｍ 控 制 ；仿 真 实 验 ；Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 中图 分 类 号 ：ＴＰ３９１ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００２—４９５６（２０１８）０２—０１２４—０６
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的建模与仿真实验研究
双闭环直流调速系统的建模与仿真实验研究双闭环直流调速系统是现代控制领域的重要研究内容之一、它采用了两个闭环控制回路，可以实现对电机的速度和电流进行精确控制。
本文将对双闭环直流调速系统的建模方法和仿真实验进行研究，以期提高调速系统的控制性能。
首先，需要建立双闭环直流调速系统的数学模型。
该模型包括机械部分、电磁部分和电气部分。
机械部分主要是电机的动力学方程，包括转速、负载转矩和机械转动惯量等参数。
电磁部分包括电机的电磁方程和电磁转矩。
电气部分则包括电机的电流方程和电压方程。
将这些方程组合在一起，可以得到双闭环直流调速系统的数学模型。
接下来，可以利用MATLAB/Simulink等仿真软件进行系统仿真实验。
仿真实验的目的是验证建立的数学模型的准确性，并进行控制性能的评估。
首先，可以进行开环控制的仿真实验。
开环控制时，将输入期望速度信号，通过电流控制器输出加到电机输入端，然后通过机械部分的动力学模型计算出电机轴的转速。
仿真实验中，可以调节电流控制器的参数，观察实际转速与期望转速之间的误差。
通过不断调整电流控制器的参数，使得转速误差最小，从而得到最佳的开环控制参数。
然后，可以进行闭环控制的仿真实验。
闭环控制中，需要加入速度反馈回路，将实际转速信号与期望转速信号进行比较，并通过调节电流控制器输出的电流信号来实现转速的闭环控制。
在仿真实验中，可以观察调整速度环和电流环的参数对闭环控制性能的影响。
通过不断优化参数，使得系统的响应速度更快、稳定性更好。
最后，可以进行扰动实验。
扰动实验是为了评估系统在外部扰动下的鲁棒性能。
通过加入外部扰动信号，观察系统对扰动的抑制能力。
可以进行不同程度和频率的扰动实验，评估系统对扰动的抑制能力，并通过调整控制器参数来提高系统的抗扰能力。
通过以上的建模与仿真实验研究，可以得到双闭环直流调速系统的数学模型，并且评估调速系统的控制性能。
这对于实际工程控制中的双闭环直流调速系统设计和调试具有重要意义，可以帮助工程师更好地设计和优化控制系统，提高系统的性能和稳定性。
基于Matlab-Simulink仿真的双闭环直流调速系统的(精)
x x 学院学报Journal of xxx College基于Matlab-Simulink仿真的双闭环直流调速系统的设计与研究姓名(xxx大学,江苏,南京210000摘要:根据实际应用要求以及给定参数,对转速、电流双闭环直流调速系统进行设计,计算其控制系统的参数,并通过matlab软件的simnlink,对设计的系统进行仿真,以验证设计的正确性,并分析仿真结果,从而进一步说明双闭环调速系统的可行性与优越性。
对计算过程做了着重重视,详细精炼,可以为高校学生参与调速研究提供细节性的指导。
关键词:双闭环直流调速matlab 仿真中图分类号:TG156文献标志码:DESIGN AND RESEARCH Of DOUBLE-LOOP DC MOTOR SPEED CONTROL SYSTEM BASED ON MATLAB-SIMULINKName(xxx College ,Nanjing 210000,Jiangsu ,ChinaAbstract:According to the practical appliance and the parameters given , make a design of the double-loop DC motor speed control system, calculating the other parameters that are needed in the control system we design .I make a simulation of the control system through Matlab-simulink to ensure the preciseness of it. Besides, there is adeep analyse about the characters of the designed system to account for the feasibility of the double-loop DC motor speed control system,as well as the supriorities of it . I make stronge emphysis on specific calculation of the parameters, it can supply a guide for college student who are in research of the speed control system in details.Key words: double-loop;DC machine speed control ; matlab ;simulation0 引言*直流电动机因其性能宜于在广泛范围内平滑调速,其调速控制系统历来在工业控制中占有极其重要的地位。
双闭环直流调速系统的Simulink仿真研究
工程管理与技术现代商贸工业２０１８年第３２期２１８㊀㊀作者简介:袁丹鹤(１９９３－),男,汉族,江西丰城人,在读研究生,广东工业大学自动化学院,研究方向:控制科学与工程.双闭环直流调速系统的S i m u l i n k 仿真研究袁丹鹤(广东工业大学自动化学院,广东广州５１０００６)摘㊀要:对基于桥式可逆P WM 变换器的双闭环直流调速系统进行了研究,并建立了其数学模型.按工程设计方法对调节器进行了设计并计算了相关参数,最后用S i m u l i n k 对系统进行了仿真研究,得到转速和电流的输出波形,具有一定的参考意义.关键词:桥式可逆P WM 变换器;双闭环直流调速;工程设计方法;仿真研究中图分类号:T B ㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀㊀㊀㊀d o i :１０．１９３１１/j ．c n k i ．１６７２Ｇ３１９８．２０１８．３２．１１０１㊀引言直流电动机具有调速性能好和起动力矩大的特点.因其可以在重负载的条件下实现平滑而均匀的无级调速,具有较宽的调速范围和可以均匀实现转速的调节而得到广泛的应用.而脉宽调制(P WM )控制技术以其控制简单㊁灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式.在实际工程的应用中,电动机转速㊁电流双闭环调速系统是最典型的直流调速系统.２㊀系统结构与数学模型双闭环直流调速系统的系统结构如图１所示.其中,A S R (A u t o m a t i cS p e e dR e gu l a t o r )为转速调节器,A C R (A u t o m a t i cC u r r e n tR e gu l a t o r )为电流调节器,T G 为测速发电机,T A 为电流互感器,U P E 为电力电子变换器,U ∗n 是转速给定电压,U ∗i 是电流给定电压,U n 是转速反馈电压,U i 是电流反馈电压.图１㊀双闭环直流调速系统结构从图中可以看出,为了使转速负反馈和电流负反馈分别起作用,在系统中设置了两个调节器,用来引入转速和电流两个负反馈从而实现转速和电流的调节.两个调节器之间实行串级连接,A S R 的输出作为A C R 的输入,然后用A C R 的输出来控制电力电子变换器.由于电流环在里面,所以被称为内环;同理,转速环被称为外环.而在设计上一般要求系统在稳态下实现无静差调速,以及需要较好的动态性能,选择P I 调节器作为转速和电流调节器可以达到设计要求的动㊁静态性能.２．１㊀直流电动机数学模型直流电动机可以看作是一个二阶线性环节.直流电动机的电压平衡方程和运动控制系统的运动方程为:U d ０＝R I d ＋Ld I dd t ＋E (１)Te －T L ＝４g J M ３７５ d n d t(２)其中,将感应电动势E ＝C en 和电磁转矩C m I d 代入上式,整理并进行拉氏变换,得到直流电机的数学模型如图２所示.图２㊀直流电动机的数学模型图中,T l ＝L/R 为电枢回路电磁时间常数,T m ＝４g J M R ３７５C e C m 为机电时间常数.２．２㊀桥式可逆P WM 变换器的数学模型不管是哪种P WM 变换器电路,它的驱动电压都是从P WM 控制器发出的.P WM 控制器和变换器的数学模型基本上与晶闸管触发和整流装置是一样的.P WM 变换器的输出电压U d 随控制电压U c 变换时,会有一个最大延时为一个开关周期T 的延迟,因此可将其看作一个滞后环节.然而实际中这个时间常数都很小,在一般的电力拖动自动控制系统中,时间常数这么小的滞后环节可以近似看成是一个一阶惯性环节:W S (S )＝K ST S S ＋１(３)式中,K s 是P WM 装置的放大系数,T s 是P WM 装置的延迟时间.从而得到双闭环直流调速系统的动态原理图如图３所示.图３㊀双闭环直流调速系统动态原理图由图３可知,为了消除电流检测中含有的交流分量对调节器输入的影响,加入了一个低通滤波环节,滤波时间常数为T o i ;而因为转速反馈电压中也含有换向纹波,为了消除其影响,也加入了一个低通滤波环节,滤波时间常数为T o n .为了平衡反馈通路中的滤波环节带来的延迟作用,电流调节器和转速调节器的输入都加入了同等时间常数的滤波环节.３㊀调节器设计先内环后外环是用工程设计方法来设计双闭环直流调速系统的原则.首先从电流环开始,进行简化处现代商贸工业２０１８年第３２期２１９㊀理后根据控制要求将其校正成某一典型系统,然后选择电流调节器的类型,最后以动态指标计算调流调节器参数.设计完电流环后,将其等效为转速环的一个环节后使用与电流环设计一样的方法来设计转速环.现以某双闭环直流调速为例,功率变换器采用桥式双极式P WM 变换器,已知参数如下:额定电枢电压U N ＝４４０V ,额定电枢电流I N ＝５．７A ,额定转速n N ＝２２４３r /m i n ,电枢电阻R ＝６．２８Ω,电枢电感L＝５３．６mH ,转动惯量J M ＝０．０２２４K gm ２,允许过载倍数λ＝１．５;P WM 变换器开关频率为１０K H z,平均失控时间T s ＝０．００００５s ,放大倍数K s ＝８８;电流反馈时间常数T o i ＝０．０００５s ,电压反馈时间常数T o n ＝０．００１s ,且输入电压为５V ,则电流反馈系数β＝U ∗i m /λI N ʈ０．５８４V /A ,电压反馈系数α＝U ∗n m /n N ʈ０．００２２V m i n /r .设计指标要求稳态无静差,动态电流超调δi ɤ５％,转速超调量δn ɤ１０％.３．１㊀电流调节器设计根据文献[３]~[５]可知,电流环可以通过忽略反电动势的影响,等效成单位负反馈系统和小惯性环节近似处理简化,最终校正成典型I 型系统.电流调节器采用P I 调节器,其传递函数为:W A C R ＝K i (τis ＋１)τis (４)可以看出,只有电流调节器的比例系数K i 和超前时间常数τt 两个参数.令τi ＝T i ＝L/R ＝０．００８５以使得调节器零点和控制对象的大时间常数极点对消,电流环校正成典型I 型系统后有:K l ＝K i K s βτiR (５)因为要求电流超调量δɤ５％,可以选ξ＝０．７０７,即K I T ði ＝０．５,整理得到K i ＝T iR ２K s βT ði (６)式中T ði ＝T s ＋T o i ＝０．０００５５s ,根据已知,求得K i ＝０．９４４.３．２㊀转速调节器设计同样的,在电流环设计结束后,忽略高次项对其降阶近似后,接入转速环并用等效环节代替电流环,然后通过等效成单位负反馈系统和小惯性近似处理,最终将转速环校正成典型I I 型系统.转速调节器同样也是采用P I 调节器,其传递函数为:W A S R (s )＝K n (τn s ＋１)τns (７)可以看出,同样只有转速调节器的比例系数K n 和超前时间常数τn 两个参数.校正成典型I I 型系统后,此时的系统开环增益为:K N ＝K n αR τn βC e T m (８)根据典型I I 型系统的参数关系,有:τn ＝hT ðn (９)开环增益:K N ＝h ＋１２h ２T ２ðn(１０)整理得到:K n ＝(h ＋１)βC e T m ２h αR T ðn(１１)其中,T ðn ＝２T ðI ＋T o n ＝０．００２１s ,选取h ＝５,则求得τn ＝０ ０１０５s ;电动机电动势系数C e ＝(U n －I N R )/n N ＝０．１８V m i n /r ,转矩系数C m ＝３０C e/π＝１．７２V m i n /r ,则机电时间常数T m ＝４gJ M R ３７５C eC m ＝０．０４７５s ,再根据已知条件,求得K n ＝１１３．５８５.４㊀M A T L A B 仿真研究在S i m u l i n k 下搭建双闭环直流电机调速系统的仿真模型,其中P I 调节器的S i m u l i n k 仿真模型使用了文献[６]提到的积分带限幅的P I 调节器,如图４所示.图４㊀积分带限幅的P I 调节器仿真模型输入给定初始为５V ,在２s 时输入给定变为－５V ;在１s 时加入５．７A 的额定负载,２s 时空载,３s 时加入－５．７A 的负载.运行仿真得到转速和电流的输出波形如图５－a 和图５－b 所示.㊀(a )转速输出波形㊀㊀㊀㊀㊀(b)电流输出出波形图５㊀仿真输出波形可以看出,在空载起动阶段的瞬间电流上升得很快并达到最大值(约８．５５A ),同时电动机转速呈线性提高;当转速略微超过额定转速时,转速调节器开始退饱和并起调节作用,电流下降,转速最终稳定在额定转速２２４３r /m i n ;在１s 受到额定负载影响时,转速略微下降后快速回到额定转速,同时电流快速上升略超调后回落并稳定在额定值５．７A ;２s 时,在负输入给定的作用下转速开始降低,到零后进入反转状态,与正转状态一样,转速最后稳定在额定转速－２２４３r /m i n,电流稳定在额定电流－５．７A .５㊀结论首先建立了直流电动机和桥式可逆P WM 变换器的数学模型,然后采取工程设计的方法设计了双闭环直流调速系统,并对系统进行了S i m u l i n k 仿真.通过仿真结果可以知道,系统可以进行可逆运行,并且运行较为平稳,静态过程无静差;动态时转速超调小,只有０．９％;在受到突然负载影响时,可以快速回到额定转速,且动态速降＝１．３８％;但是电流超调略大,与理论分析具有一定的差距,但仿真结果对实际工程也有一定的参考意义.参考文献[１]韦建德．基于P WM 转速电流双闭环直流调速系统[J ]．海南师范大学学报(自然科学版),２０１０,２３(４):３８３Ｇ３８６．[２]张程,张卓．双闭环直流调速控制系统MA T L A B /S i m u l i n k 建模与仿真[J ]．科技创新与应用,２０１６,(９):２６Ｇ２７．[３]陈伯时．电力拖动自动控制系统:运动控制系统[M ]．北京:机械工业出版社,２０１０．[４]韦建德．基于P WM 转速电流双闭环直流调速系统[J ]．海南师范大学学报(自然科学版),２０１０,２３(４):３８３Ｇ３８６．[５]万里光．基于M a t l a b 的双闭环直流电机调速系统的仿真[J ]．船电技术,２０１１,３１(２):３０Ｇ３２．[６]沈凤龙．基于MA T L A B /S I MU L I N K 的双闭环直流调速系统仿真[J ]．辽东学院学报(自然科学版),２０１０,１７(１):４１Ｇ４４．[７]邵雪卷,张井岗,赵志诚．双闭环直流调速系统的饱和限幅问题[J ]．电气电子教学学报,２００９,３１(１):３３Ｇ３６．。
直流电动机双闭环调速系统的仿真模拟
直流电动机双闭环调速系统的仿真模拟摘要：本文介绍了利用MATLAB软件中的Simulink组件对直流电动机双闭环调速系统进行仿真模拟，获得了直流电动机双闭环调速系统的相关曲线。
可知，在该调速系统中运用双闭环调速系统能够显著改善系统的静态与动态性能，以及应用MATLAB软件对系统进行仿真具有便捷、高效等优点。
关键词：MATLAB；直流电动机；双闭环调速系统；仿真引言目前大多数以直流电动机作为动力源的生产设备都对直流电动机的转速和快速启动能力有较高的要求，如工业机器人等设备，为了提高效率和质量，还要求其系统本身具有自我调节的能力，以实现其系统的自动化功能，这就对调速系统有了较高的要求。
本文通过一个基于MATLAB的系统实例做一些分析，其对相似的设计具有一定的参考意义。
1.直流电动机双闭环调速控制系统1.1转速、电流双闭环调速系统的构成[1]双闭环调速系统的控制电路包括：给定环节、转速调节器ASR、电流调节器ACR、限幅装置、电流反馈环节、转速反馈环节等。
1.2直流电动机双闭环调速系统的动态特性[2]建立双闭环调速控制系统的动态结构图，应用软件MATLAB提供的Simulink 组件动态仿真工具，如图1所示。
在下图控制系统中，PI调节器控制电流和转速；将晶闸管整流环节及电动机环节分别近似成一阶惯性环节和二阶传递函数模型。
图1动态结构图2.直流电动机双闭环调速系统的仿真实例2.1直流电动机双闭环调速系统的设计[3]首先设计系统内部电流环，确定电流调节器的组成电路与电路元件。
将电流环作为一个惯性环节；同理，根据已知模型的参数要求采用同样的方法设计出转速调节环节。
系统参数设置如下：电势常数：转矩常数：电磁时间常数：机电时间常数：晶闸管整流装置滞后时间常数：选取转速调节器的输出限幅值为通过计算可以得出：晶闸管装置放大系数：启动电流：选取电流调节器的输出限幅值为可以得到：电流反馈系数：选取电流反馈滤波时间常数：选取转速最大给定值：可以得到转速反馈系数：选取转速反馈滤波时间常数：反馈调节系统的设计：电流调节器的数学模型为：。
直流电动机双闭环调速系统及其SIMULINK的仿真
文章编号:167127963(2003)02230204收稿日期:2002212230作者简介:韩 璐(1972-),女,学士,助理工程师直流电动机双闭环调速系统及其SI MULINK 的仿真韩 璐(中国长江航运集团宜昌船厂,宜昌443002)摘 要:根据直流调速双闭环控制系统的工作原理,运用S imulink 进行直流电动机双闭环调速系统的数学建模和系统仿真的研究,最后显示控制系统模型以及仿真结果并加以分析。
关键词:转速环;电流环;调节器;SI M U LI NK 中图分类号:TP391.9 文献标识码:AAbstract :According to its w orking principle ,m odeling and simulating researches were carried out to the dual closed 2loop control system of the direct current m otor.At the end ,the author analyzed the simulation results.K ey w ords :loop of rev olution rate ;loop of current ;regulator ;SI M U LI NK1 引言直流电动机因其性能宜于在广泛范围内平滑调速,其调速控制系统历来在工业控制具有及其重要的地位,直流调速控制系统中最典型一种调速系统就是转速、电流双闭环调速系统。
在当今社会,仿真技术已经成为分析、研究各种系统尤其是复杂系统的重要工具,为了简便工程设计和解决设计中可能出现的问题,利用Matlab 中SI MU LI NK 实用工具对直流电动机的双闭环调速系统进行仿真和系统分析就成为我们今天急需探讨的课题。
2 电力拖动控制系统的设计设计一个电力拖动控制系统的依据就是系统的稳态和动态性能指标。
稳态指标反映了系统稳态运行的准确性和可调性;跟随性能中的超调量反映系统的相对稳定性;上升时间则反映快速性;抗扰指标中的动态降落也反映系统调节性能的快速性,这一切可归纳为稳、准、快3个字。
双闭环直流电动机调速系统仿真课程实验指导书
ns 1 ns
（13）
式中 Kn—电流调节器的比例系数；
n —电流调节器的超前时间常数。
转速开环增益 按照典型Ⅱ型系统的参数选择方法， （ T n 2T i Ton ） n hT n ，
KN h 1 2h 2Tn 2
KN
a，确定时间常数
整流装置滞后时间常数 Ts 按表 1，三相桥式电路的平均失控时间 Ts=0.00167s。 电流滤波时间常数 Toi=0.005s。 电流环小时间常数 Ti 取 Ti Ts Toi 0.00167 0.005 0.00667s 。
b，选择电流调节器结构
电流调节器选择 PI 型，其传递函数为
三、 实验步骤 1、系统建模
A．控制对象的建模 建立线性系统动态数学模型的基本步骤如下： （1）根据系统中各环节的物理定律，列写描述据该环节动态过程的微分方程； （2）求出各环节的传递函数；
（3）组成系统的动态结构图并求出系统的传递函数。 下面分别建立双闭环调速系统各环节的微分方程和传递函数。 B．额定励磁下的直流电动机的动态数学模型 图 1 给出了额定励磁下他励直流电机的等效电路，其中电枢回路电阻 R 和电感 L 包含整流装置内阻和平波电抗器电阻与电感在内，规定的正方向如图所示。
按小时间常数近似处理，取 Tn 2Ti Ton 0.01334 0.005 0.01834s 。
b，选择转速调节器结构
由于设计要求无静差，转速调节器必须含有积分环节；又根据动态要求，应按 典型Ⅱ型系统设计转速环。故 ASR 选用 PI 调节器，其传递函数为
WASR ( s ) K n
WACR ( s ) K i
is 1 is
555KW直流电动机双闭环调速系统SIMULINK的仿真
目录1引言 (2)2电力拖动控制系统的设计 (2)3用SIMULINK 建双闭环直流电动机调速系统模型 (3)3.1 电流内环的建立 (3)3.2 转速外环的建立 (4)双闭环直流调速系统的仿真设计 (5)3.4 系统封装后可得系统总结构框图如图8 (6)4结论 (7)参考文献 (7)555KW直流电动机双闭环调速系统SIMULINK的仿真摘要：依照直流调速双闭环操纵系统的工作原理，运用Simulink 进行直流电动机双闭环调速系统的数学建模和系统仿真的研究,最后显示操纵系统模型和仿真结果并加以分析。
关键词：转速环;电流环;调剂器;SIMULINKAbstract:According to its working principle,modeling and simulating researches were carried out to the dual closedloop control system of the direct current motor. At the end , the author analyzed the simulation results.Key words:loop of revolution rate;loop of current;regulator; SIMULINK1引言直流电动机因其性能宜于在普遍范围内滑腻调速,其调速操纵系统从来在工业操纵具有极为重要的地位，直流调速中最典型的一种调速确实是转速.电流双闭环调速系统，在现今社会，仿真技术已经成为分析研究各类系统尤其是复杂系统的重要工具，为了简便工程设计和解决设计中可能显现的问题，利用MATLAB 中的Simulink有效工具对直流电动机的双闭环调速系统进行仿真和系统分析成为咱们今天急需探讨的课题。
2电力拖动操纵系统的设计设计一个电力拖动操纵系统的依据确实是系统的稳态和动态性能指标。
稳态指标反映了系统稳态运行的准确性和可调性;跟从性能中的超调量反映系统的相对稳固性;上升时刻那么反映快速性;抗扰指标中的动态降落也反映系统调剂性能的快速性,这一切可归纳为稳准快3个字。
双闭环直流调速系统Simulink仿真
双闭环直流调速系统Simulink仿真1.1双闭环直流系统的原理ASR（速度调节器）根据速度指令Un*和速度反馈Un的偏差进行调节，其输出是电流指令的给定信号Ui*（对于直流电动机来说，控制电枢电流就是控制电磁转矩，相应的可以调速）。
ACR(电流调节器)根据Ui*和电流反馈Ui的偏差进行调节，其输出是UPE （功率变换器件的）的控制信号Uc。
进而调节UPE的输出，即电机的电枢电压，由于转速不能突变，电枢电压改变后，电枢电流跟着发生变化，相应的电磁转矩也跟着变化，由Te-TL=Jdn/dt，只要Te与TL不相等转速会相应的变化。
整个过程到电枢电流产生的转矩与负载转矩达到平衡，转速不变后，达到稳定。
1.2双闭环调速系统的动态结构图设计的基本数据如下：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，直流电动机额定电压220V，额定电流136A，转速1460r/min，Ce=0.132Vmin/r，允许过载倍数λ=1.5，晶闸管装置的放大倍数Ki=40，电枢回路总电阻R=0.5Ω，时间常数s .T l 030=，Tm=0.18s ，电流反馈系数β=0.05V/A ，转速反馈系数α=0.007Vmin/r,设计要求为：（1）稳态指标：无静差。
（2）动态指标：电流朝调量%σi 5≤；空载启动到额定转速电流超调量%%σn 10≤。
1.3 电流调节器设置根据设计要求，可以按照典型I 型系统设计，电流调节器选用PI 型，其传递函数为：S τiS τi K i WACR(S)1+= 式中，ACR 超前时间常数s i 03.0=τ，比例系数013.1=K i ，在设计过程中，对闸管装置传递函数近似条件，忽略反电动势对电流环影响的条件、小时间常数近似处理条件进行了校验。
1.4 转速调节器设计由于设计要求无静差，转速调节器必须有积分环节，又根据动态要求，应按照典型Ⅱ型系统设计转速环，所以ASR 选用PI 调节器，其传递函数为：Sτn S τnK n WASR(S)1+= 式中，ASR 的超前时间常数s n 087.0=τ,比例系数7.11=K n ，在设计过程中，对电流环传递函数简化条件，小时间常数近似处理条件进行了校验。
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双闭环直流电机调速系统的SIMULINK仿真实验
魏小景张晓娇刘姣
（自动化0602班）
摘要：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。
关键词:双闭环调速系统;调节器;Matlab Simulink建模仿真
1.引言
双闭环直流调速系统是目前直流调速系统中的主流设备，具有调速范围宽、平稳性好、稳速精度高等优点，在理论和实践方面都是比较成熟的系统，在拖动领域中发挥着极其重要的作用。
由于直流电机双闭环调速是各种电机调速系统的基础，直流电机双闭环调速系统的工程设计主要是设计两个调节器。
调节器的设计一般包括两个方面:第一选择调节器的结构,以确保系统稳定,同时满足所需的稳态精度. 第二选择调节器的参数,以满足动态性能指标。
本文就直流电机调速进行了较系统的研究，从直流电机的基本特性到单闭环调速系统，然后进行双闭环直流电机设计方法研究，最后用实际系统进行工程设计，并采用Matlab/Sim-ulink进行仿真。
2.基本原理和系统建模
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,二者之间实行串联连接. 把转速调节器ASR 的输出当作电流调节器ACR 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GT ,TA为电流传感器,TG 为测速发电机. 从闭环结构上看,电流调节环在里面,叫做内环,转速调节环在外边叫做外环,这样就形了转速、
图1 直流电机双闭环调速系统的动态结构图
3.系统设计
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, 系统参数：直流电动机：220,13.6,1480/m in,0.131/(/m in)e V A r C V r =，允许过载倍数1.5λ=；晶闸管装置：76s K =；电枢回路总电阻： 6.58R =Ω；时间常数：0.018l T s =，
0.25m T s =；反馈系数：0.00337/(/min)V r α=，0.4/V A β=；反馈滤波时间常数：0.005oi T s =，0.005on T s =。
3. 1 电流调节器的设计 3. 1. 1 计算时间常数
经查表,三相桥式电路的平均失控时间Ts =0. 0017s ,电流环小时间常数T Σi = Ts + Toi = 0. 0067s ,电枢回路的电磁时间常数Tl = 0.018s 。
3. 1. 2 确定电流调节器结构和参数
根据性能指标要求σi ≤5 % , 保证稳态无误差。
把电流环校正成典型I 型系统,其传递函数为:WACR ( s) =Ki (τis + 1)/τis
式中Ki ,τi 分别为电流调节器的比例放大系数和领先时间常数. 其中τi = T1 = 0. 018s ,为满足的要求,应取K1T Σi = 0. 5 因此: K1 =0.5/ T Σi= 74.63s- 1 ,于是可以求得ACR 的比例放大系数Ki =K1τi R/βKs=0.29故电流调节器的传递函数WACR (s) =0.29(0.018 s + 1)/0.018s 经过校验,满足晶闸管整流装置传递函数近似条件,也满足电流环小时间常数近似处理条件,设计后电流环可以达到的动态指标σi = 4. 3 % ≤5 %满足设计要求。
3. 2 速度调节器的设计 3 .2. 1 计算时间常数
电流环等效时间常数:2 T Σi = 0. 0134s
转速环小时间常数: T Σn = 2 T Σi + Ton = 0. 0318s 3. 2. 2 确定转速调节器结构和参数
在转速调节器设计时,可以把已经设计好的电流环作为转速环的控制对象. 为了实现转速无静差,提高系统动态抗扰性能,转速调节器必须含有积分环节,又考虑到动态要求,因此把转速环设计成典型II 型系统,其传递函数为:WASR ( s) = Kn(τns + 1)/τns 式中Kn ,τn 分别为转速调节器的比例放大系数和领先时间常数. 取中频宽h = 5 ,则ASR 的领先时间常数:τn = hT Σn = 0. 159s ,按Mrmin 准则确定参数关系,转速环开环放大系数:KN =(h + 1)/2 h 2 T 2Σn=
118.67s- 1则ASR 的比例放大系数为:Kn =KNτnβCe TmαR=( h + 1)βCe Tm/2 hαRTΣn,则Kn =11.15
经过校验,满足电流环传递函数等效条件,也能满足转速环小时间常数近似处理条件,转速超调量σn = 8. 3 % ≤10 % 满足设计要求. 为保证电流调节器与转速调节器中的运算放大器工作在线性特性段以及保护调速系统的各个元件、部件与装置不致损坏,在电流调节器与转速调节器的输出端设置了限幅装置,幅值限制为- 6～+ 6。
4. Simulink 仿真试验及结果分析
4. 1 系统起动过程的仿真
4. 1. 1 构建仿真模型
Simulink是MA T LAB 的一个用来进行动态系统仿真、建模和分析的软件包，Simulink 为用户提供了使用系统模型框图进行组态的仿真平台。
只需根据所建立的数学模型从Simulink 模块库中选取合适的模块组合在一起,并根据一些具体要求设置好各模块参数即可进行仿真.根据图1和上面计算出的相关参数,建立双闭环直流调速系统的Matlab/Simulink 动态仿真模型，如图2所示。
图2 双闭环调速系统的模块图
4. 1. 2 仿真
运行Simulink 仿真模型，输出示波器，得出转速的仿真曲线，如图3所示。
施加阶跃信号，如图4所示。
得双闭环调速系统在负载特变扰动的情况下,转速环的阶跃扰动响应曲线，如图5所示。
图5 扰动后的输出转速n波形图
4.2 结果分析：由上诉波形图分析可知，仿真后的转速输出虽然时间相应符合要求但是超调很大，需要对调节器进行改进。
适当减小转速调节器的比例系数和时间常数牺牲调节时间可以减小超调，所以取Kn=7, τn=6.3s得如下的输出波形，如图6.所示。
图6 校正后的输出转速n波形图
抗扰性能也比较好，如图7所示。
图7 校正后的抗扰性能
转速环和电流环输出下所示。
转速环电流环
图8 校正后的转速环、电流环输出
综上所述，这个调速系统起动特性好、超调量、抗扰性好，设计比较合理。
5.结论
本文通过直流电机转速、电流双闭环调速系统数学模型，对电流调节器和转速调节器进行的设计，选择了调节器的类型，给出了系统动态结构图并进行了仿真和分析。
在充分发挥电机过载能力的同时，可以获得良好的静、动态性能，在实际工程中有一定的应用价值。
造成系统工程设计方法与仿真实验之间有差距的原因，总结如下几点：
（a）工程设计方法在推导过程中做了许多近似的处理，而这些简化处理在一定的条件下才能成立。
（b）仿真实验在建立模型过程中忽略了许多非线性因素和次要因素。
（c）用Matlab/simulink软件是控制系统的一种功能完善，实现系统控制容易，构造模型简单的强大的动态仿真工具。
该方法经济又方便，能大大缩短科研开发的速度，提高开发效率，同时可以尝试不同的控制策略，进行优化设计。