基于MATLAB的直流调速系统的仿真研究
直流调速系统的MATLAB仿真(参考程序)
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。
N 220V U =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 =⋅。
基于MATLAB的直流调速控制系统设计研究
毕业设计
毕业设计任务书
设计题目：基于 MATLAB 的直流调速控制系统设计研究 系部： 学生： 机械工程系 专业： 机械电子工程 专业负责人： 学号：
指导教师：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1．设计的主要任务及目标 本设计要求设计者能设计出一个较好的双闭环直流调速系统。 了解直 流 调 速 的 原 理 和 方 法 ，比 较 各 种 调 速 方 法 的 特 点 与 不 足 。本 课 题 还 要 求 研 究 MATLAB 与 Simulink 在 控 制 方 面 的 应 用 ， 掌 握 仿 真 程 序 的 编 写 与 Simulink 模 块 参 数 的 设 置 。 2．设计的基本要求和内容 1. 主要调速方法选择，电路选择，调节器调节方式选择 2. 建立系统的数学模型和仿真模型 3. 系统参数的设定与校正 4. 编写仿真程序并进行仿真实验和分析实验结果 3．主要参考文献 [1] 陈伯时 自动控制系统 机械工业出版社 1981.7 [2] 李先允 自动控制系统 高等教育出版社 2003.2 [3］刘坤.MATLAB 自控原理习题精解[M].北京：国防工业出版社，2004 [4] 张葛祥，李娜.MATLAB 仿真技术与应用.清华大学出版社.2003. 4．进度安排 设计各阶段名称 1 2 3 4 5 查阅相关文献资料，并撰写开题报告 分析并确定系统的设计方案 系统各部分的设计和实验 对仿真结果进行研究和分析 整理毕业设计相关资料，准备答辩 起 止 日 期
直流电机调速matlab仿真报告
直流电机调速matlab仿真报告以直流电机调速Matlab仿真报告为标题引言：直流电机是一种常见的电动机，广泛应用于工业、交通、家电等领域。
在实际应用中，电机的调速控制是一项关键技术，可以使电机在不同工况下实现恒定转速或变速运行。
本文将利用Matlab软件进行直流电机调速的仿真实验，旨在通过仿真结果分析不同调速控制策略的优劣，并提供一种基于Matlab的直流电机调速方法。
一、直流电机调速原理直流电机的调速原理基于电压与转速之间的关系。
电机的转速与输入电压成正比，即在给定电压下，电机转速可以通过调整电压大小来实现调速。
常用的直流电机调速方法有电压调速、电流调速和PWM调速等。
二、Matlab仿真实验设置本次仿真实验将以直流电机调速为目标，基于Matlab软件进行实验设置。
首先，需要建立电机的数学模型，包括电机的转速、电流和电压等参数。
其次，选择合适的调速控制策略，如PID控制、模糊控制或神经网络控制等。
最后，通过调节电压输入，观察电机的转速响应和稳定性。
三、PID控制调速实验1. 实验目的本实验旨在通过PID控制器对直流电机进行调速控制，并分析不同PID参数对控制效果的影响。
2. 实验步骤(1) 建立直流电机的数学模型；(2) 设计PID控制器，包括比例系数Kp、积分系数Ki和微分系数Kd；(3) 利用Matlab软件进行仿真，设定电机的目标转速和初始转速；(4) 通过调节PID参数，观察电机的转速响应和稳定性。
3. 实验结果与分析根据实验设置，我们分别对比了不同PID参数值下的电机转速响应曲线。
结果显示，在合适的PID参数设置下，电机能够实现快速响应和稳定控制。
但是，过大或过小的PID参数值都会导致转速超调或调速不稳定的问题。
四、模糊控制调速实验1. 实验目的本实验旨在通过模糊控制器对直流电机进行调速控制，并分析不同模糊规则和输入输出的影响。
2. 实验步骤(1) 建立直流电机的数学模型；(2) 设计模糊控制器，包括模糊规则、输入变量和输出变量；(3) 利用Matlab软件进行仿真，设定电机的目标转速和初始转速；(4) 通过调节模糊规则和输入输出变量，观察电机的转速响应和稳定性。
基于Matlab无刷直流电机双闭环调速系统仿真研究_张克涵
绕组的相电流幅值。 BLDCM 的运动方程可表示为 J· dω = Te － Tl － kb ω dt （ 3）
式中，J 为电机转子的转动惯量，ω 为电机转子的机 械角速度，T e 为电机电磁转矩， T l 为电机转子负载 转矩，k b 为转子对轴承的阻尼系数。
2
基于 Matlab / Simulink 的 BLDCM 调 速系统模型的建立
［23 ］
0
引
言
永磁无 刷 直 流 电 机 （ Brushless DC Motor， BLDCM） 以其体积小、 效率高、 转动惯量小、 控制方法 相对简单、控制效果较好等优点， 同时还保留了普 通直流电动机优良的机械特性， 广泛应用于伺服控 制、航空航天、 机器人等领域
［1 ］
，
也为实际电机调速系统的设计提供了新的思路 。
真模型的新方法。在 Matlab / Simulink 环境下，把功能模块和 S 函数相结合， 实现了 BLDCM 本体模块、 速度控制模 块、电流滞环控制模块等 ，再进行功能模块的有机整合 ， 搭建了 BLDCM 调速系统的仿真模型。 仿真和试验结果证 明了该方法的有效性 ，同时也适用于验证其他控制算法的合理性 ，为实际电机调速系统设计提供了新的思路 。 关键词： 无刷直流电机； 电流滞环； 双闭环 中图分类号： TM36 + 1 文献标志码： A 文章编号： 1001-6848 （ 2015 ） 02-0044-05
2期
张克涵等： 基于 Matlab 无刷直流电机双闭环调速系统仿真研究
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（ 4 ） 不 考 虑 电 枢 反 应， 气 隙 磁 场 分 布 近 似 为 120° 平顶矩形波，三相绕组完全对称。 则根据 BLDCM 特性，可建立其电压、转矩与运 动方程： 1. 1 BLDCM 的电压方程 假设 电 机 各 相 绕 组 及 空 间 结 构 完 全 对 称， 则 BLDCM 的定子三相绕组的电压平衡方程为 ： U an Ｒ U = 0 bn U cn 0 0 Ｒ 0 0 ia L － M 0 ib + 0 Ｒ ic 0 0 L －M 0 0 · L － M （ 1） 0
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的数字PID直流电机调速系统
基于MATLAB的数字PID直流电机调速系统本文主要研究基于MATLAB的数字PID直流电机调速系统。
直流电机是工业生产中常用的电机，其调速系统对于保证生产效率和质量至关重要。
因此，研究直流电机调速系统的控制方法和参数设计具有重要意义。
本文将首先介绍直流电机的数学模型和调速系统的工作原理，然后探讨常规PID控制器的设计方法和参数控制原理，最后通过MATLAB仿真实验来研究数字PID控制器的设计和应用。
2 直流电机调速系统的数学模型直流电机是一种常见的电动机，其数学模型可以用电路方程和动力学方程来描述。
电路方程描述了电机的电气特性，动力学方程描述了电机的机械特性。
通过这两个方程可以得到直流电机的数学模型，为后续的控制器设计提供基础。
3 直流电机调速系统的工作原理直流电机调速系统是通过控制电机的电压和电流来改变电机的转速。
其中，电压和电流的控制可以通过PWM技术实现。
此外，还可以通过变换电机的电极连接方式来改变电机的转速。
直流电机调速系统的工作原理是控制电机的电压和电流，从而控制电机的转速。
4 常规PID控制器的设计方法和参数控制原理常规PID控制器是一种常见的控制器，其控制原理是通过比较实际输出值和期望输出值来调整控制器的参数，从而实现控制目标。
常规PID控制器的参数包括比例系数、积分系数和微分系数，这些参数的选取对于控制器的性能有重要影响。
常规PID控制器的设计方法是通过试错法和经验公式来确定参数值。
5 数字PID控制器的设计和应用数字PID控制器是一种数字化的PID控制器，其优点是精度高、可靠性强、适应性好。
数字PID控制器的设计方法是通过MATLAB仿真实验来确定控制器的参数值。
数字PID控制器在直流电机调速系统中的应用可以提高系统的控制精度和稳定性。
6 结论本文主要研究了基于MATLAB的数字PID直流电机调速系统，介绍了直流电机的数学模型和调速系统的工作原理，探讨了常规PID控制器的设计方法和参数控制原理，最后研究了数字PID控制器的设计和应用。
matlab课程设计--基于Matlab的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真
matlab课程设计--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班级：自动化12-1班姓名：学号：指导老师：前言MATLAB是一种对技术计算高性能的语言，它集成了计算、可视化和编程于一个易用的环境中。
在此环境下，问题和解答都表达为我们熟悉的数学符号。
典型的应用有：1.数学和计算；2.算法开发；3.建模、模拟和原形化；4.数据分析、探索和可视化；5.科学与工程制图；6.应用开发，包括图形用户界面的建立。
MATLAB在信号与系统中的应用主要包括符号运算和数值计算仿真分析。
由于信号与系统课程的许多内容都是基于公式演算，而MATLAB借助符号数学工具箱提供的符号运算功能，能基本满足信号与系统课程的需求。
例如解微分方程、傅里叶正反变换、拉普拉斯正反变换和z正反变换等。
MATLAB在信号与系统中的另一主要应用是数值计算与仿真分析，主要包括函数波形绘制、函数运算、冲击响应与阶跃响应仿真分析、信号的时域分析、信号的频谱分析、系统的S域分析和零极点图绘制等内容。
数值计算仿真分析可以帮助学生更深入地理解理论知识，并为将来使用MATLAB进行信号处理领域的各种分析和实际应用打下基础。
此次课程设计主要是为了进一步熟悉对matlab软件的使用，以及学会利用matlab对直流电机双闭环调速系统这种实际问题进行处理，将理论应用于实际，加深对它的理解。
目录前言第一章Matlab软件简介1.1 Matlab的产生和历史背景 (1)1.2 Matlab的语言特点 (2)第二章系统介绍2.1 设计参数要求 (4)2.2 稳态参数计算 (4)2.3 电流环设计 (5)2.4 转速换设计 (8)第三章仿真调试3.1 仿真结果分析 (11)3.2 转速电流双闭环程序流程框图 (11)3.3 Matlab源程序 (12)第四章总结 (14)参考文献第一章 Matlab软件简介1.1 Matlab的产生和历史背景在20世纪70年代中期，Cleve Moler博士和其同事在美国国家科学基金的资助下开发了调用EISPACK和LINPACK的FORTRAN子程序库。
matlab直流电动机调速系统仿真实训心得
一、概述在现代工业生产中，直流电动机广泛应用于各种设备和机械中，其调速控制系统的稳定性和性能直接影响到整个生产线的效率和质量。
为了提高学生的实践操作能力和掌握直流电动机调速系统的原理和方法，我校开设了相关的仿真实训课程。
在本次实训中，我主要使用Matlab 软件，进行了直流电动机调速系统的仿真实验，获得了丰富的经验和收获，现将心得体会整理如下。
二、理论基础1. 直流电动机调速原理直流电动机调速系统是通过调节电动机的电流或电压来实现转速的调节。
常用的调速方法包括电阻调速、调速励磁和PWM调速等。
2. Matlab在仿真中的应用Matlab是一种功能强大的科学计算软件，广泛用于工程技术领域。
其仿真环境和信号处理工具箱可以方便地进行电机控制系统的建模和仿真。
三、实训内容与步骤1. 系统建模我根据直流电动机的特性和调速原理，进行了系统的建模工作。
通过Matlab的Simulink工具，搭建了直流电动机的数学模型，包括电动机的等效电路、控制系统和负载模型等。
2. 参数设置与仿真在建立完毕电机系统模型后，我对电机的各项参数进行了设置，包括额定转速、额定电流、负载惯量等。
利用Matlab进行了系统的仿真实验，观察了不同调速方法对电机性能的影响。
3. 实验结果分析通过对仿真实验数据的分析，我发现了不同调速方法的优缺点，比较了电机在不同负载和控制参数下的性能表现，提出了一些改进和优化控制策略的建议。
四、心得体会与经验总结1. 对仿真实验的认识通过本次实训，我深刻体会到仿真实验的重要性。
在实际工程中，通过仿真可以事先评估系统设计的合理性，降低试错成本，提高工程质量。
2. 对Matlab的认识与应用Matlab作为工程领域的标准软件之一，其强大的建模和仿真能力为工程师提供了便利。
在实训中，我更加熟练地掌握了Matlab的使用技巧，对其在电机控制系统仿真中的应用有了更深刻的理解。
3. 对直流电动机调速系统的认识通过本次实训，我对直流电动机调速系统的原理和方法有了更加深入的了解，认识到了控制系统设计和参数调节对电机性能的影响，为今后的工程实践打下了坚实的基础。
基于MATLAB的直流调速系统仿真研究
由于 系统 的结 构 较 复 杂 ， 节 器 可 调 参 数 较 调
多 ， 以整个 系统 的设 计 和校 正 比较 困难 ， 所 需要 有
一
个 功 能全 面 、 析 方 便 的 仿 真 设 计 平 台Ｌ ． 分 ４ 利 Ｊ
察系统仿真的结果 ， 从而加深对工程设计方法 的 理解 ． 经过多次实验 ， 观察运行结果 ， 寻求“ 最佳 ” 参数 ， 最终使系统性能达到最佳并且稳定 ． 下面就 以转 速 、 流 反馈 控 制 的双 闭环 直 流 电 调速系统为 目标 ， 采用 Ｓ ｌ ｋ仿真软件 ， 出 ｉ ｉ ｍｕ ｎ 给
第２ ２卷 第 ５ 期
２ １ ０ ０年 １ ０月
沈 阳 大 学
学 报
Ｖｏ ．２， ． １２ Ｎｏ ５ Ｏｃ ． ２０１０ ｔ
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＨＥＮＹＡＮＧ Ｓ ＵＮＩ ＶＥＲＳ ＴＹ Ｉ
文章编号 ：１０ —２ ５ ２ １ ） ５０ １—４ ０ ８９ ２ （０ ０ ０ —０ １０
用 ＭＡ Ｌ Ｂ软件 的 Ｓ ｕ ｎ ＴＡ ｉ ｌｋ仿 真工具 ， ｍ ｉ 能够 有 效地 对直 流 调速 系统 进 行 参 数 调 试 ， 以直 观 地 可 对系统的电流和转速 响应情况进行分析 ， 目前 是 广 泛流行 的工程仿 真 技术 ｌ－本 文利 用 ＭＡＴ ＡＢ ５． ５ Ｌ
仿 真工具 ， 双 闭 环 直 流 调速 系统 的仿 真 问题 进 对
用 … 在 双 闭环直 流 调速 系统 中 ，根据 实 际 运 行 １．
行 研 究 ， 出仿 真方 法 ， 整 理 论设 计 参 数 ， 出 给 调 找 系统调 节器 的 最 佳参 数 ， 仿 真结 果 来 指 导 实 际 用
基于MATLAB的直流调速系统参数研究
参数 ， 最后单击“ Ｋ 键 ． Ｏ ” 这样就完成了初始参数
的设置 ． 照相 同 的方 法 设 置其 他 子 模 块 的初 始 按 参数 ， 到如 图 ３所 示 的符合 设 计 要 求 的转 速 反 得 馈直 流调 速系统仿 真模 型 ．
２ ２ 参数 整定及 临界 值 的确定 ．
经理论 计算 ， Ｋ ．７ ｒ ．７时 ， 当 ＝１１ ， ＝０８ 系统 的超调 量小 于 １ ％． 以 这 两 个 数 值 为 依 据 ， ０ 现 对 控制器 的参 数进行 整定 ． 于这两 个参 数 ， 固定 对 先
高 ， 相角滞 后 ９ 。对 于系统 的稳定性 十分不 使 ０， 利． 综上， 本文采用 比例积分调节器完成该系统的 参 数调节 及参 数 分 析 ． 速 反馈 直 流调 速 系 统 如 转
图 １所示 ．
时间常数 Ｔ ＝ ．３ ， ｌ ０ ０ 机电时间常数 Ｔ ＝ ．８ ， ｓ ０ １ Ｓ 电枢 回路总 电阻 Ｒ＝０ ５ 电动势 常数 Ｃ ＝ ． Ｑ，
收稿 日期 ：２ １ —０ —０ ０１ ６ ７
各个拖人的子模块 ， 组成转速反馈直流调速 系统 仿真框图【Ｉ ４ ． 要对系统进行仿真 ， 必须设置各模块的初始 参数＿ ． ５ 以系统仿真框 图中的 Ｔ ａｓ ｒ ｃ 子模 Ｊ ｒ ｆ ｎ ｎ ｅＦ
作者简介 ： 贺娟 （９８ ， ， 宁沈 阳人 ， 阳大学硕士研究生 ；马 杨 １８ 一）女 辽 沈
统 不稳定 ． 分 调 节器 有 利 于 系 统稳 态 性 能 的提 积
程， 并分析了其参数变化规律 ． 本文 中 的 转 速 反 馈 直 流 调 速 系 统 的 参 数 如
下： 给定输 入 电 压 ｕ ＝１ 晶 闸管 放 大 倍 数 ０Ｖ， Ｋ。 ０ 晶 闸 管 的失控 时 间 Ｔ ：００ １ ， ＝４ ， ．０ Ｓ电磁 ７
MATLAB与交直流调速系统仿真
• Matlab软件介绍 • 交直流调速系统概述 • 交直流调速系统的仿真模型 • Matlab在交直流调速系统仿真中的
应用 • Matlab仿真的优化与改进
01
Matlab软件介绍
Matlab的特点与优势
强大的数学计算能力
Matlab提供了丰富的数学函数库，支持各种复杂的数学计算，包括 矩阵运算、统计分析等。
控制系统分析与设计
Matlab提供了多种控制系统分析和设计的 方法，如根轨迹法、频率响应法、状态空间 法等。
02
交直流调速系统概述
交直流调速系统的定义与分类
交直流调速系统的定义
交直流调速系统是指通过调节交流或直流电源的电压、电流等参数，实现对电机 等驱动装置的速度调节的系统。
交直流调速系统的分类
直流电机调速系统的仿真模型
01பைடு நூலகம்
建立直流电机数学 模型
根据直流电机的工作原理，建立 电压、电流、转速等物理量之间 的数学关系。
02
建立控制系统模型
03
仿真模型的验证
根据控制策略和控制电路，建立 控制系统的传递函数或状态方程。
通过实验数据或实际系统运行数 据，对仿真模型的准确性和可靠 性进行验证。
交流电机调速系统的仿真模型
详细描述
通过对仿真结果进行统计分析、性能 指标评估等，可以全面了解各种控制 策略和算法在不同工况下的表现。这 有助于选择最优的控制方案，提高调 速系统的性能和稳定性。
05
Matlab仿真的优化与改进
提高仿真的精度和稳定性
算法改进
采用更精确的数值计算方法，如有限差分法、有限元 法等，以提高仿真精度。
图形可视化
单闭环直流调速系统的仿真研究【基于MATLAB软件的仿真】《论文》
单闭环直流调速系统的仿真研究【基于MATLAB软件的仿真】《论文》1引言调速方法通常有机械的、电气的、液压的、气动的几种，仅就机械与电气调速方法而言，也可采用电气与机械配合的方法来实现速度的调节。
电气调速有许多优点，如可简化机械变速机构，提高传动效率，操作简单，易于获得无极调速，便于实现远距离控制和自动控制，因此，在生产机械中广泛采用电气方法调速。
1.1直流调速系统的概述由于直流电动机具有极好的运动性能和控制特性，尽管它不如交流电动机那样结构简单、价格便宜、制造方便、维护容易，但是长期以来，直流调速系统一直占据垄断地位。
就目前来看，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式。
在我国许多工业部门，如海洋钻探、纺织、轧钢、矿山、采掘、金属加工、造纸以及高层建筑等需要高性能可控电力拖动的场合，仍然广泛采用直流调速系统。
而且，直流调速系统在理论上和实践上都比较成熟，从控制技术的角度来看，它又是交流调速系统的基础。
随着GTO晶闸管、GTR、P-MOSFET、IGBT和MCT等全控型功率器件的问世，这些有自断能力的器件逐步取代了原来普通晶闸管系统所必须的换向电路，简化了电路的结构，提高了效率和工作频率，降低了噪声，缩小了电力电子装置的体积和重量。
谐波成分大、功率因素差的相控变流器逐步被斩波器或脉冲宽度调制器所代替，明显的扩大了电动机控制的调速范围，提高了调速精度，改善了快速性、效率和功率因素。
PWM电源终将取代晶闸管相控式可控功率电源，成为电源的主流。
随着信息、控制与系统学科以及电力电子的发展，电力拖动系统获得了迅猛发展，从旋转交流机组到水银整流器静止交流装置、晶闸管整流装置，再到众多集成电力模块。
目前完全数字化的控制装置已成功应用于生产，以微机作为控制系统的核心部件，并具有控制、检测、监视、故障诊断及故障处理等多功能电气传动系统正处在形成和不断完善之中。
1.2本章小结本章介绍了直流调速系统的研究前景及其优点。
基于Matlab的直流电动机双闭环调速系统的仿真研究
的转速 反馈 信号 的差值 输入 到速 度调节 器 Ａ Ｒ中 ， Ｓ 其 输 出作 为 内环 电流 环 的给定用来 控制 电枢 电流 和 转矩 Ｔ， 而实现 转 速调 节 。ＡＳ 输 出 与 电流 反馈 从 Ｒ
直流电机调速matlab仿真报告
直流电机调速仿真报告1. 背景直流电机是一种常见的电动机类型，广泛应用于工业生产和家庭设备中。
在实际应用中，为了满足不同工况下的需求，需要对直流电机进行调速控制。
调速控制可以实现电机转速的精确控制，提高系统的稳定性和效率。
本报告旨在通过Matlab仿真分析直流电机调速控制系统，在理论与实践结合的基础上，提出相应的建议。
2. 分析2.1 直流电机调速原理直流电机调速原理主要基于改变电源的电压或者改变外加负载来实现对电机转速的控制。
常见的直流电机调速方法有：•电压调制法：通过改变直流电源的输出电压来改变转矩和转速；•变阻器分压法：通过改变外接阻值来改变转矩和转速；•变极数法：通过改变励磁回路中串联或并联的励磁线圈数目来改变转矩和转速；•PWM调制法：通过脉冲宽度调制技术来控制输入给定功率。
2.2 直流电机调速控制系统直流电机调速控制系统由电源、电机、传感器、控制器和负载组成。
其中，传感器用于测量电机的转速和位置，控制器根据测量值计算出合适的控制信号，通过电源提供给电机。
负载则影响电机的转速和转矩。
常见的直流电机调速控制方法有：•比例积分（PI）控制：根据误差信号进行比例和积分运算，生成合适的输出信号；•模糊控制：基于模糊推理原理，根据输入变量和规则库生成输出信号；•自适应控制：根据系统动态特性自动调整参数以实现最优性能。
2.3 仿真建模与参数设置本次仿真采用Matlab/Simulink软件进行建模与仿真。
首先需要确定直流电机的基本参数，如额定功率、额定转速、额定电压等。
然后根据实际情况设置仿真模型中的参数。
本次仿真设置了一个基于PWM调制法的直流电机调速系统模型。
具体参数如下：•额定功率：100W•额定转速：1500rpm•额定电压：220V•PWM调制频率：1kHz•控制器采样周期：0.01s3. 结果与分析3.1 仿真结果展示在进行仿真之后，我们得到了直流电机调速系统的仿真结果。
以下是部分结果的展示：•转速曲线图：•转矩曲线图：3.2 结果分析根据仿真结果，可以对直流电机调速系统进行分析。
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。
根据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 ∗I dm =10V 4A =1.25Ωα=U nm ∗n =10500=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 简化的近似条件为电流环结构图最终简化成图。
ois ci 131T T ≤ωb 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ss K s W i i i ACR )1()(ττ+=msT l 8i ==τRK K K i s i I τβ=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。
基于Matlab的双闭环直流电机调速系统的仿真
Ａｂ ｔａ ｔ ＤＣ ｍ ｔｒ ａ ｏ ｄｓ ｅ ｄａｊ ｓａ ｌｐ ｒｏｍａ ｃ ．ｎｔｉｐ ｐ ｒｔｅ ｅｉｎｏ ｈ ｏ ｂｅｃｏ ｅ ｓｒ ｃ： ｏｏ ｓａ ｏ ｅ ｄｕ ｔｂｅ ｅ ｒ ｎ ｅ Ｉ ｓ ａ ｅ，ｈ ｓ ｅｄ ｕ ｌ ｌｓｄ ｈ ｇ ｐ ｆ ｈ ｄ ｇ ｆｔ
文献标 识码 ：Ａ
文章 编号 ： １０ ．８ ２２ １）２０ ３ ．３ ０ ３４ ６ （０ １０ ．０ ００
Ｍ ａ ｌ ｂ－ ａ ｅ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｕ ｌ ｏ ｅ ｏ ｔａ － ｓ ｄ Ｓ ｍ ｌ ｔｏ ｆ ｂ Ｄｏ ｂ ｅ Ｃｌ ｓ ｄ Ｌｏ ｐ ＤＣ ｏ ｏ Ｍ ｔｒ Ｄｒ ｖ ｓＳ ｓ ｅ ｉ ｅ ｙ ｔ ｍ
直观 的观察转速 － 电流双 闭环调 速系 统的启 动过程 ，可方 便地 设计 各种不 同 的调节器 参数 及控制 策略 并分 析
其 他 系 统 性 能 的 影 响 ，取 得 了较 好 的 效 果 。 关 键 词 ： 直 流 电机 调速 双 闭环 ＰＤ控制 Ｉ ＭＡＴ ＡＢ 仿 真 Ｌ
中图分 类号 ：Ｔ ３ Ｍ３
ｒｇ ｌｔｒａ ｄｔｅｃ ｎｒ ｌ ｔａｅｙ ａ ｄ ａ ａ ｚｓｉ ｎ ｕ ｎ ｅ ｏ ｈ ｅ ｏ ｍ ｎ ｅｏ ｅｓｓｅ ａ ｄｇ ｏ ｅ ｕａｏ ｎ ｏ ｔ ｒ ｔｇ ｎ ｎ ｌ ｅ ｔ ｉ ｅ ｃ ｎｔｅｐ ｒ ｒ ａ ｃ ｔ ｙ ｔｍ， ｎ ｏ ｄ ｈ ｏｓ ｙ ｓ ｆ ｌ ｆ ｆ ｈ
基于MATLAB直流双闭环调速系统仿真研究
图２ 电流环节
一
般， Ｔ ｓ 和Ｔ ｃ ｉ 都比
满 足 条 件 为 １ ／ 表， 这 时 才 可 忽 略 反 电 势 的 影 响 。
Ｔ １ 小得多， 所 以可 以看成一个惯性环节， 令Ｔ ； ＝ Ｔ ｓ ＋ Ｔ ｃ ｉ 则 电流环 节被 控对象为：
Ｇ ：
图１ 直流双 闭环调速系统的静态特性
２ ． ２ 系统的静态特性
在稳态工作点上， 转 速ｎ 是 由给定电压ｕ ｎ 和反馈 系数 ａ 决
定 的， 转 速调 节器 Ａ ｓ Ｒ的输 出量Ｕ 是 电流调 节器 的参 考输 入， 其大小有Ｂ 和负载系数Ｊ 决定。由于转速调节器处于不饱和
统校 正为典型Ｉ Ｉ 型 系统。 在 通常情况下， 其中有 两个惯性环节 时间常数 ， 当Ｔ １ ／ Ｔ ≤ｉ ０ 的时候 ， 典型系统 的恢 复时间是可 以 接受的。 在 题中， Ｔ Ｉ ＝ Ｏ ． ０ １ ２ ８ ， Ｔ ： ＝ Ｔ ｓ ＋ Ｔ ｃ ｉ ＝ Ｏ ． ０ ０ １ ６ ７ ＋ ０ ． ０ ０ ２ ＝ ０ ． ０ ０ ３ ６
（ ＋ １ ） （ ＋１ ） 其中， 被控 对象有两个惯 性环 节， 为了把 系统校正为典型Ｉ
型系统， 显然调节器选用Ｐ Ｉ 调节器， 其传递 函数为：
（ ） ：
三
ｆ－
等效 时间常数 Ｔ ＝ Ｏ ． ０ ０ ３ ６ ７ ， 采用 零极 点对 消的原理 ， 取
Ｔ ｉ ＿ Ｔ １ ＝ ０ ． ０ １ ２ ８ ：
， 因此， Ｔ １ ／ Ｔ １ Ｏ ， 系统选 用典型Ｉ 型系统。 状态 ； 当转速调节器Ａ Ｓ Ｒ 饱和时， ｕ ｎ ’ ＝ ｕ ’ ， 转速 的变化不再对系 ７ 在按动态性 能设计电流环 时， 可暂时不考虑反电势 的动态 统产 生影响， 相当于转速 反馈 环开环， 双闭环系统变成 为一个 影响， 即△Ｅ 一０ ， 这是电流环如图２ 所示： 电流无静 差的电流单 闭环调速系统 。 这 时稳态时， Ｉ ＝ Ｉ 因此 双 闭环调速 系统在负载 电流Ｉ ＜ Ｉ 时表现为转速 无静差 ， 这 时 反馈起主要作用。 但 负载 电流Ｉ ＝ Ｉ 时， 对应于转速调节环的最 大输 出Ｕ 这时转速 的变化不再影响转速 调节器 的输 出， 电流 换起 主要调节， 系统表 现为电流无静差。 如 图１ 所示 ：
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。
《MATLAB工程应用》转速单闭环直流调速系统仿真
《MATLAB工程应用》转速单闭环直流调速系统仿真一、选题背景晶闸管开环直流调速系统启动电流大，转速随负载变化而变化，负载越大，转速降落越大，因此，无法在负载变动时保持转速的稳定，影响生产。
为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环控制系统(单闭环或双闭环)。
对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统;对调速指标要求高的场合，采用双闭环系统。
按反馈的方式不同，可分为转速反馈、电流反馈、电压反馈。
在单闭环系统中，般采用转速反馈。
二、原理分析转速单闭环直流调速系统原理如图 1 转速单闭环直流调速系统原理图所示。
图 1 转速单闭环直流调速系统原理图中将反映转速变化的电压信号作为反馈信号，经过速度变换后接到电流调节器的输入端，与给定的电压U;相比较经放大后，得到移相控制电压信号Uc，用作控制整流桥的触发电路，触发脉冲经功放后加到晶闸管的门极和阴极之间，以改变整流桥的输出电压，这就构成了速度负反馈闭环系统。
图 1 转速单闭环直流调速系统原理图该系统在电机负载增加时，转速n将下降，转速反馈U n减小，导致转速的偏差ΔU n。
将增大（ΔU n=U n∗−U n），U C增加，并经移相触发器使整流器输出电压U增加，电枢电流1。
也就增加了，从而使电动机电磁转矩增加，转速n也随之升高，补偿了负载增加造成的转速降。
在MATLAB仿真中，通常省略AD采样中的变换环节，直接用测量模块得到实际物理量。
三、过程论述利用Simulink建立有静差的转速单闭环直流调速系统仿真模型。
该系统由给定信号、速度调节器、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机、速度反馈等部分组成。
与开环直流调速系统相比，二者的主电路就基本相同，系统的差别主要在控制电路上。
图 2 有静差的转速单闭环直流调速系统仿真模型图 2 有静差的转速单闭环直流调速系统仿真模型中的二极管桥模块参数设置如图 3 二极管参数设置。
在整流桥后面并一个二极管桥，主要是为了加快电动机的减速过程,同时避免在整流桥输出端出现负电压而使波形畸变。
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基于 MATLAB 的直流调速系统的仿真研究
A Research of DC Speed Control System Based on MATLAB
大连交通大学 交通运输工程学院 孙渤 (Sun Bo)
在现代生产过程中，许多电机要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求有良好的稳态、动态性能。而直流电动 机开环调速系统具有良好的启动、制动性能，适宜在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到广泛 的应用。从控制角度来看，直流调速还是交流拖动的基础。直流电动机虽然存在结构复杂、价格较高、维修麻烦等缺点，但由于具 有较大的起动转矩和良好的起、制动性能以及易于在宽范围内实现平滑调速，因此直流调速系统至今仍是自动调速系统的主要形 式。 关键词：直流调速系统；直流电机；转速开环；稳态特性
76 THE WORLD OF INVERTERS
利用仿真的手段对设计的控制系统进行验证具有 十分重要的意义。对于直流调速系统我们利用 Matlab/ Simulink 软件就可以进行仿真。直流调速系统仿真研究 的内容包括系统的建模性能分析算法设计和优化参数等 几个方面，而算法设计是仿真中最重要的一项。本文对 一些典型的直流电机控制系统从原理上进行了分析，然 后直流开环调速系统、转速闭环调速系统进行了仿真建 模，随后对系统的稳态及动态指标进行了分析。
2 直流电动机开环调速系统
2.1 直流开环调速系统原理 直流开环调速系统的电气原理如图 1 所示。直流电
《变频器世界》 April , 2019
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。 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。
Abstract: In the modern production process, many motors require a smooth adjustment of speed within a certain range, and requires a good steady-state, dynamic performance. The DC motor open-loop speed control system has a good start, braking performance. It is suitable for smooth speed adjustment in a wide range, and it is widely used in many fields of power drag that require speed adjustment or fast forward and negative direction. From the control point of view, DC speed regulation is the basis of AC drag. The DC motor has some disadvantages such as complex structure, high price and trouble maintenance, but due to the high torque and good start, braking performance and easy to achieve smooth speed adjustment in wide range. Therefore, DC speed control system is still the main form of automatic speed control system. Key words: DC speed control system；DC motor；Speed open loop；Steady state characteristics
电枢电阻
，电枢电感由下式估算，即
（4）
图 1 直流开环调速系统电气原理
图 2 移相特性 电枢绕组和励磁绕组互感 Laf 为：
因为：
（5）
所以： 电动机转动惯量为：
（3）额定负载转矩为：
（6） （7）
（8） 77
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 Ls=0，直流电动机励磁由直流电源直接 供电。触发器（6-Pulse Generator）的控制角（alpha_ deg）由移相控制信号 Uc 决定，移相特性的数学表达 式为：
（1）
其移相特性如图 2 所示。
在本模型中取
，
，所以
。在电动机的负载转矩输入端 TL 接入了
【中图分类号】TM743 【文献标识码】B 【文章编号】1561-0330(2019)04-0076-07
1 引言
随着近些年来我国经济的迅速发展，工农业生产、 交通运输以及日常生活越来越多的需求对电机调速系统 的设计要求也越来越高。直流电机较交流电机有着较大 的启动转矩，具有良好的运行和控制特性，能够在广泛 范围内进行平滑的调速。因此，凭借着直流调速系统结 构简单、控制方便、工作可靠的特点，在许多大功率和 调速性能要求较高的场合，如矿井、挖掘机、机床以及 电梯等有着广泛的应用。从调速系统的发展过程来看， 直流调速系统在理论及实践上均已经很成熟了，并且它 还是交流调速系统的控制基础，因此，直流调速系统在 生活生产中占据着重要的地位。
Step 模块设定加载为
，
，
，4 极，
，
励磁电压
，励磁电流
。采用三相
桥 式 整 流 电 路， 整 流 器 内 阻
。平波电抗
器
。
相关参数的计算如下：
供电电源电压 U2 为：
（2）
（2）电动机参数如下： 励磁电阻为：
（3）
励磁电感在恒定磁场控制时可取 0。