双闭环直流调速系统设计

一、课程设计目的
在《电机与拖动》、《电力电子技术》、《伺服系统》和《电力拖动自动控制系统》课程知识的基础上，完成课程的综合性设计。

通过课程设计环节的训练，包括设计方案的论证、参数计算、系统仿真和设计报告的撰写，掌握系统综合应用项目的设计流程和方法，加深对完整项目开发的的理解和掌握，培养应用系统的设计能力，初步积累双闭环直流调速系统的设计方法，以及分析问题和解决问题的能力，并进一步拓宽专业知识面，培养实践应用技能和创新意识。

电力系统综合课程课程设计是电气工程及其自动化专业的一门专业课程，它是一次综合性的理论与实践相结合的训练，也是本专业的一次基本技能训练，其主要目的是：
1、理论联系实际，掌握根据实际工艺要求设计电力拖动自动控制系统的基本方法。

2、对一种典型的双闭环调速自动控制系统进行综合性分析设计，掌握各部件和整个系统的设计调试步骤、方法及操作实际系统的方法。

加强基本技能训练。

3、掌握参数变化对系统性能影响的规律，培养灵活运用所学理论解决控制系统中各种实际问题的能力。

4、培养分析问题、解决问题的独立工作能力，学会实验数据的分析与处理能力及编写设计说明书和技术总结报告的能力。

为下学期毕业设计作准备。

5、通过设计熟练地查阅有关资料和手册。

二、课程设计内容与要求
1、本课程设计的对象
直流伺服电机：学生自行查找电机型号
直流测速机：学生根据设计任务选择
2、本课程设计的内容
要求设计一个直流双闭环调速系统。

其主要内容为：
1、测定综合实验中所用控制对象的参数（在实验室完成）。

2、根据给定指标设计电流调节器和转速调节器，并选择调节器参数和具体实现电路。

3、按设计结果组成系统，以满足给定指标。

4、研究参数变化对系统性能的影响。

5、在时间允许的情况下进行调试。

3、本课程设计的设计要求
a.调速范围D＝5～10，静差率S≤5％。

b.空载启动时电流超调σi≤5%,转速超调σn≤10%(在额定转速时)。

c.动态速降小于10％。

d.振荡次数小于2次。

三、设计总体方案
3.1主电路计算
3.1.1整流变压器的计算
1、二次侧线电压：
U2=(1.1∼1.2)U d
AεB
V（3-1）变压器采用D，y11接线，表知，三相全控桥时
A=U d0/ U2=2.34（取ε=0.9为电网波动系数）
查表知B=cosα，α角考虑10裕量
故B=0.985
所以
U2=(1.1∼1.2)U N
AεB =(1.1~1.2)400
2.34×0.9×0.985
=212.08~231.36V(2-2)
取U2=221V,二次相电压U2φ=221/√3=128V
故相变比K=U1/U2φ=400/128=3
2、变压器一次、二次侧电流的计算
查表知K I1=0.816 ，K I2=0.816（分别为直流电流与变压器一、二次相电流电流关系系数）I1=K I1I N/K=1.05×0.816×10.1/3=2.88A
I2=K I2I N=0.816×10.1=8.24A
3、变压器容量的计算
一次侧，二次侧绕组的相数m1=3，m2=3
所以S1=m1U1I1=3×400×2.88=3.456k VA
S2=m2U2φI2=3×128×8.24=3.164k VA
S=（S1+ S2）/2=（3.456+3.164）/2=3.31kVA
3.1.2晶闸管及其元件保护选择
1、晶闸管的额定电压
U TN =(2∼3)√6×U 2φ=(2∼3)√6×128=627∼941V (2-3)
取U TN =786V
2、晶闸管的额定电流
查表知 K=0.367（流过晶闸管电流与直流电流关系系数）
I T (VA )=(1.5~2)K IN =(1.5~2)×0.367×10.1=5.6~7.4A 取I T(VA)=6A
查武整厂有关技术数据，故选KP10-KL8型元件
3、晶闸管保护环节的计算
（1）交流侧过电压保护措施
1）阻容保护
I m 为变压器励磁电流百分数。

取额定电流的5%
则 I m =5%×10.1=0. 5A,取9.6A
则 C 1≧6I m S 3U 2φ2=6×9.6×3.31×1033×1282uF ≈3.88uF
耐压≧1.5U m =1.5×√2×128=272V
由公式计算出电容量一般偏小，实际选用时还可参照过去的使用情况来确定保护电
容的电容量，考虑诸多因素和安全，这里选电容量50uF ，耐压40V 的电容器，阻容 保护电阻
R 1≥2.3×U 2φ213S ×√U k √I m =2.3×128213×3.31×10
3×1.04≈35.52Ω 式中I m %为空载电流百分值，可选取5~10，小变压器可取10~15。

I c =2×3.14f ×C 1×U c ×10−6=2×3.14×50×3.88×128×10−6=0.16A
P R ≧(3~4)I c 2R1=(3~4)×0.162×35.52=2.73~3.6W,取4W 。

可选40Ω，4W 金属膜电阻
2）压敏电阻R V1的选择 标准电压：U imA =1.3×√2U 2φ=1.3×√2×128=235V
取240V ，通流量取3kA ，故选MY-240/3的压敏电阻作交流侧流通过电压保
护。

（2）直流侧过电压保护措施
U imA≧(1.8~2)U DC=(1.8~2)×48V=86.4~96V
选MY-90/3作直流侧过压保护。

（3）晶闸管及整流二极管两端的过电压保护
晶闸管：按经验选C2=0.2uF，R2=40Ω
电容耐压≧1.5Um=1.5×√6×U2φ=1.5×√6×128=470V
选C2JD-2型金属化介电容器，电容量0.22uF，耐压60V
电阻功率：P R2=f×C×U m2×10−6=50×0.22×32768×10−6=0.3604W
取R2=40Ω（可调电阻），1W金属膜电阻
整流二极管两端的过电压保护是用可调电阻来实现的。

（4）过电流保护
1）快速熔断器的选择
接有电抗器的三相全控桥电路，通过晶闸管电流有效值I T=I N/√3=10.1/√3=5.8A，故选用RLS-40熔断器，熔断电流为40A
2）电流继电器的选择
根据负载电流为55A，可选用吸引线圈电流为100A的J214-100S型手动复位直流过电流继电器。

（5）电压和电流上升率的限制
电压上升率du/dt，正向电压上升率较大时，使晶闸管误导通。

限制du/dt过大可在电源输入端串联电感和在晶闸管每个桥臂上串联电感，利用电感的滤波特性，使du/dt 降低。

电流上升率di/dt，导通时电流上升率过大则可能引起门极附近过热造成晶闸管损坏限制di/dt，除在阻容保护中选择合适的电阻外，也可采用与限制du/dt相同的措施，其中电感可采用空心电抗器，其中L≧30uH。

3.1.3平波电抗器的计算
1、使电流连续的临界电感量L1
查表得K1=0.695，I dmin=0.05I N=0.05×10.1=0.51A(教材16-19)
则L1=K1×U2φ/I dmin=0.695×128/0.51=174.4mH,取175mH
2、限制电流脉动的电感量L2
最大电压系数已知为K2=1.045，这里取S i=0.1
则L2=K2×U2φ
（S i×I N）=1.05×128
0.1×10.1
mH=133.07 mH取134mH
3、电动机电感量L D和变压器漏电感量L T
取K D=7，则L D=K D×U D
2×n×I a ×103=7×128
2×1000×10.1
×103=44.4mH
查得K T=3.9，取U sh=3
则L T=K T×U sℎ/100×U2/I a=3.9×3/100×128/10.1=1.5mH
4、实际串入电抗器电感量
L d=L1+L2−(L d+2L T)=175+134−(44.4+2×1.5)≈261.6mH，取262mH
3.1.4励磁电路元件的选择
整流二极管，耐压与主电路晶闸管相同，故取800V。

额定电流可查表知，α=0时，K=0.367
则I D(AV)=(1.5~2)KI fN(1.5~2)×0.367×5=2.75~3.67A
可选IP型5A、900V的二极管。

R Pf电动机配套的磁场变阻器，用来调节励磁电流，一般为0~20kΩ可调变阻器，为实现弱磁保护，在磁场回路中串入了欠电流继电器KA2，动作电流通过RP1调整。

根据额定励磁电流I Fn=3A，可选用吸引线圈电流为2.5A的JL14-112Q直流欠电流继电器。

3.2系统总体方案设计
在设计过程中，为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，需要设置两个调节器，分别是调节转速和电流，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电力电子变换器UPE。

从闭环结构上看，电流调节环在里面，叫做内环；转速还在外面，叫做外环。

这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。

图中，ASR是转速调节器，ACR是电流调节器，TG为测速发电机，TA为电流互感器，UPE是电力电子变换器，Un是给定转速值（即给定电压值），Ufn为转速反馈电压，Ui是电枢电流给定电压，Ufi为电枢电流反馈电压。

该系统的工作原理是：
在起动阶段，转速调节器输出最大的电流给定值，使电流调节器输出最大的控制电压，从而使直流电动机以最大允许的电枢电流恒流加速。

在稳态阶段，转速调节器输入端的偏差信号减小到近于零，转速调节器和电流调节器退出饱和状态，闭环调节开始起作用。

转速调节器使直流电动机转速跟随给定值变化，并对负载扰动起抗扰作用。

电流调节器使电枢电流紧紧跟随转速调节器的输出变化，并对电网波动起抗扰作用。

在制动阶段，转速调节器输出负的电流给定值，使直流电动机反向制动。

当转速降低到给定值时，系统恢复正常运行状态。

该系统具有良好的静、动态性能和自动保护功能。

它可以实现无静差、准时间最优和抗干扰的控制目标。

图3-1转速、电流双闭环调速系统原理图
在起动过程有三个特点：①随着ASR的饱和与不饱和，整个系统处于完全不同的两种状态。

当ASR饱和时，转速环开环，系统表现为恒值电流调节的单闭环系统：当ASR 不饱和时，转速环闭环，整个系统是一个无静差调速系统，而电流内环则表现为电流随
动系统。

这就是饱和非线性控制的特征。

②准时间最优控制即恒流升速阶段，电流保持
恒定，一般选择为允许的最大值，以便充分发挥电机的过载能力，是起动过程尽可能的
最快。

③转速超调：由于采用了饱和非线性控制，起动过程结束进入转速调节阶段后，
必须使转速调节器退出饱和状态。

按照PI调节器的特性，只有使转速超调，ASR的输入偏差电压为负值，才能使ASR退出饱和。

即采用PI调节器的双闭环调速系统的转速动态响应必然有超调。

双闭环调速系统的动态结构图是一种用来描述双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能的图形。

它可以分析系统的稳态和动态特性，以及系统对给定信号、负载扰动和电网电压扰动的响应。

双闭环调速系统由转速环和电流环两个闭环组成，每个闭环都有一个PI调节器，分别控制转速和电流。

双闭环调速系统的动态结构图如下所示：
其中，Un是给定转速值（即给定电压值），Ufn是转速反馈电压，Ui是电枢电流给定电压，Ufi是电枢电流反馈电压，ASR是转速调节器，ACR是电流调节器，TG为测速发电机，TA为电流互感器，UPE是电力电子变换器。

双闭环调速系统的动态结构图可以用来推导出系统的传递函数和差分方程，并用来进行仿真和分析。

图3-2 双闭环调速系统的动态结构图
3.2.1电流环方案设计
1、确定时间常数
（1）整流装置滞后时间常数T
由电力拖动自动控制系统中3-2查得，三相桥式电路的平均失控时间为T s
（2）电流滤波时间常数T oi
（3）电流环小时间常数T∑i=T s+T oi
（4）选择电流调节器结构
根据设计要求：S i=5%，而且
T l=L R
查教材表3-2或查电工设计手册得知，上式对于性能完全可以接受，符合要求。

因此可以按照典型I型系统设计。

系统选用PI型，其传递函数为
W ASR (s)=K iτi s+1
τi s
（5）选用电流调节器参数
ACR超前时间参数：τi=T l
电流环开环增益：要求S i=5%时，应取KTΣi=0.5，因此
K I=0.5 T Σi
于是，ACR比例系数为
K i=K I T l R βK s
2、校验近似条件
电流环截止频率ωci=K I
（1）校验整流装置传递函数的近似条件：
1
3T s
>ωci 满足近似条件。

（2）校验忽略反电动势对电流环影响的条件：
3
1
√T m T l
=>ωci
先计算公式中
T m=
GD2R 375C e C m
C e=U N−I N R
n N
则C m=9.55C e 满足近似条件
（3）校验电流环小时间常数近似处理条件：
1 3
1
√T m T oi
=9.87>ωci
满足近似条件
3、计算调节器电阻和电容
电流调节器原理图如图3-6所示，按所用运算放大器取R0=360kΩ，各电阻和电容值计算如下：
R i=K i R0
Ci=T i R i
C oi=4T0i R0
按照上述参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标为G,=4.3%<5%(见表4-1)，满足设计要求
图3-3 电流调节器
3.2.2转速环方案设计
1、确定时间常数
(1)按照典型I型系统设计电流环时，已取K I T∑i=0.5，因此电流环等效时间常数为
2T∑i
(2)转速滤波时间常数T on：根据所用测速发电机纹波情况，取T on
(3)转速环小时间常数T∑n：按小时间常数近似处理，取
T∑n=2T∑i+T on
2、选择转速调节器结构
按照设计要求，选用PI调节器
3、计算转速调节器参数
按跟随和抗扰性能都较好的原则，取h=5，则ASR的超前时间常数为
τn=ℎT∑n
求得转速环开环增益
K N=
ℎ+1 2ℎ2T∑n2
求得ASR的比例系数为
K n=(ℎ+1)βC e T m 2ℎ2αRT∑n
4、检验近似条件
转速环典II环节截止频率为
ωcn=K N
ω1
=K Nτn
(1)电流环传递函数简化条件
1 3√K I
√T∑i
>ωcn满足简化条件
(2)转速环小时间常数近似处理条件
1 3√K I
√T on
>ωcn满足近似条件
5、计算调节器电阻和电容
转速调节器原理图图3-7所示，取R0=39kΩ，则
R n=K n R0=49.32×39kΩ=1923.48kΩ 取2MΩ
C n=τn
R n
=
0.24
2000×103
F=1.2×10−7F 取100pF
C on=4T on
R0
=
4×0.01
39×103
F=1.02×10−6=1.02μF 取1μF
图3-4含配合滤波与反馈滤波的PI型转速调节器
6、校核转速超调量
当h=5时，有电力拖动自动控制系统教材表4-4查得，σ
n
%=37.6%，似乎不能满
足设计要求。

实际上，表4-4是按线性系统计算的，而在一般的直流调速系统中，突加较大阶跃给定时，ASR常常是要饱和的，已经不符合线性系统的前提。

在饱和限幅的非线性控制作用下，超调量会大大降低，应该按ASR退饱和时的情况计算实际超调量，对于一些点动起动或斜坡给定起动的传动设备，转速调节器未能进入饱和状态，这时可在给定信号之后增加一阶输入滤波环节，可以满足设计要求。

四、系统参数计算
4.1 固有参数计算
C e=0.36V·min/r
C m=9.55C e=9.55×0.36=3.44V·min/r
T L=0.017s
T m=0.008s
T0i=0.002s
T s=0.0017s
β=
10
1.5I N
=0.66
α=10
n N
=0.01
电枢回路总电阻R=4.14Ω，电枢回路电感L A=70mH，磁场电感L F=14H，外接电感L H=15mH，电流允许过载倍数λ=1.5，折算到电动机轴的飞轮惯量GD2=0.088N⋅m2。

励磁电流为5A。

4.2 电流环参数计算
1、确定时间常数
（1）整流装置滞后时间常数T s=0.0017s
（2）电流滤波时间常数T oi=0.002s
（3）电流环小时间常数T∑i=T s+T oi=0.0037s
（4）选择电流调节器结构
根据设计要求：S i=5%，而且
T l TΣi =0.017
0.0037
=4.59<666
查教材表3-2或查电工设计手册得知，上式对于性能完全可以接受，符合要求。

因此可以按照典型I型系统设计。

系统选用PI型，其传递函数为
W ACR(s)=K i τi s+1τi s
（5）选用电流调节器参数
ACR超前时间参数：τi=T l=0.017s
电流环开环增益：要求S i=5%时，应取KTΣi=0.5，因此
K I=0.5
T
Σi
=
0.5
0.0037
=135.1s−1
于是，ACR比例系数为
K i=K I T l R
βK s
=
135.1×0.017×4.14
0.66×40
=0.36
2.校验近似条件
电流环截止频率ωci=K I=135.1s
（1）校验整流装置传递函数的近似条件：
1 3T s =
1
3×0.0017
S−1≈196.1S−1>ωci
满足近似条件。

（2）校验忽略反电动势对电流环影响的条件：
3
1
√T m T l
=3
1
√0.008∗0.017
=257.2 s−1>ωci
先计算公式中
T m=
GD2R
375C e C m
=0.008s
C e=U N−I N R
n N
=0.36V·min/r
则C m=9.55C e=3.44满足近似条件
（3）校验电流环小时间常数近似处理条件：
1 3
1
√T m T oi
=
1
3
1
√0.008×0.002
=83.3＜ωci
满足近似条件
3.计算调节器电阻和电容
按所用运算放大器取R o=360kΩ，各电阻和电容值计算如下
R i=K i R0=0.36×360kΩ=129.6kΩ 取129.6kΩ
C i=T i
R i
=
0.18
0.3
=0.6 取0.6mF
C oi=4T0i
R0
=4×
0.002
360×103
F=0.006μF 取0.006μF
4.3 转速环参数计算
1、确定时间常数
（1）按照典型I型系统设计电流环时，已取K I T∑i=0.5，因此电流环等效时间常数为
2T∑i=2×0.0037s=0.0074s
（2）转速滤波时间常数T on：根据所用测速发电机纹波情况，取T on=0.01s
（3）转速环小时间常数T∑n：按小时间常数近似处理，取
T∑n=2T∑i+T on=(0.0074+0.01)s=0.0174s
2、选择转速调节器结构
按照设计要求，选用PI调节器
3、计算转速调节器参数
按跟随和抗扰性能都较好的原则，取h=5，则ASR的超前时间常数为
τn=ℎT∑n=5×0.0174s=0.087s
求得转速环开环增益
K N=
ℎ+1
2ℎ2T∑n2
=
6
2×52×0.01742
s−2=396.4s−2
求得ASR的比例系数为
K n=(ℎ+1)βC e T m
2ℎαRT∑n
=
6×0.66×0.36×0.008
2×5×0.01×4.14×0.0174
=1.58
4、检验近似条件
转速环典II环节截止频率为
ωcn=K N
ω1
=K Nτn=396.4×0.087s−1=34.5s−1
(1)电流环传递函数简化条件
1 3√K I
√T∑i
=63.7s−1>ωcn满足近似条件
(2)转速环小时间常数近似处理条件
1 3√K I
√T on
=
1
3
√135.1
√0.01
=38.74>ωcn满足简化条件
5、计算调节器电阻和电容
转速调节器原理图图3-7所示，取R0=39kΩ，则
R n=K n R0=1.58×39kΩ=61.62kΩ 取62kΩ
C n=τn
R n
=
0.087
62×103
F=1.4×10−7F 取100pF
C on=4T on
R0
=
4×0.01
39×103
F=1.02×10−6=1.02μF 取1μF
五、系统仿真
5.1设计思路
双闭环调速系统属于多环控制系统。

目前采用先从内环（电流环）开始，根据电流控制要求，确定电流环校正哪种典型系统，按照调节对象选择调节器及其参数。

设计完电流环后，在用同样的方法设计转速环。

通过MATLAB进行动态分析，根据分析情况更改实现方案，对参数进行调整。

5.2电流环的设计与仿真
5.2.1电流环的设计
1、电流环的整体仿真模型如图5-2所示
图 5-1电流负反馈闭环系统模块搭建图
2、电流环各个模块的参数设置
1）双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路的参数如下：
直流电动机：48V，55A，2500r/min，C e=0.36Vmin/r，允许过载倍数λ=1.5；
根据理论设计所得数据和参数
晶闸管装置放大系数：K s=40；
电枢回路总电阻：R=4.14Ω；
时间常数：T l=0.017s;T m=0.008s
电流反馈系数：β=10
1.5I N
=0.66
转速反馈系数:α=10
n N
=0.01；
2）各个环节传递函数
电枢回路电流传递函数W i(s)=1/R
T l s+1=1/4.14
0.017s+1
=0.24
0.017s+1
晶闸管装置传递函数W s(s)=K s
T s s+1=40
0.0017s+1
拖动系统的传递函数W m(s)=R
T m s = 4.14
0.008s+1
电流滤波传递函数W oi(s)=1
T oi s+1=1
0.002s+1
转速滤波传递函数W on(s)=1
T on s+1=1
0.01s+1
电流滤波传递函数W oif(s)=β
T oi s+1=0.66
0.002s+1
转速反馈传递函数W onf(s)=α
T on s+1=0.01
0.01s+1
3）确定时间函数
（1）整流装置滞后的时间T s
晶闸管整流器的失控时间（f=50Hz）的设置，可得T s=0.0017s。

（2）电流滤波时间常数T oi
T smax=3.33，为了基本滤平波头，应有（1～2）T oi=3.33ms，因此取
T oi=2ms=0.002s
（3）电流环小时间常数T
Σi = T
S
+T
Oi
=0.0037s
（4）系统选用PI型，其传递函数为
W ASR (s)=K iτi s+1
τi s
a、电流调节器超前时间常数为：τi =T l = 0.017 s
b、流环开环增益Ki：
K i = K I T l R
βK s
= 135.1×0.017×4.14
0.66×40
=0.36
取KT=0.5时PI调节器的传递函数
W ASR (s)=0.36(0.017s+1)
0.017s
=0.36+21.2
s
5.2.2仿真结果
图 5-2电流负反馈闭环系统仿真结果图5.3转速环的设计与仿真
5.3.1转速环的设计
1、转速环的整体仿真模型如图5-4所示
图 5-3转速电流双闭环仿真模块搭建图
2、转速环各个模块的参数设置
由电流环的仿真知电流环的参数取KT=0.5时超调量满足综合条件，电流环模块的值保持不变。

确定时间常数
（1）电流环的等效时间常数1/K
i。

由上面可知取取K I T∑i=0.5，则
1/K i=2T∑i=2×0.0037s=0.0074s
（2）转速滤波时间常数T on=0.01s；
（3）转速环小时间常数T∑n=2T∑n+T on=(0.0074+0.01)s=0.0174s
（4）ASR超前时间常数τn=ℎT∑n=0.087s
同理可写出ASR的传递函数
W ASR (s)=K iτi s+1
τi s
=K n(τn+1)
τn s
=1.58(0.087s+1)
0.087s
=1.58+1.82
s
5.3.2仿真结果
图 5-4转速电流双闭环仿真结果图
六、设计总结
6.1系统设计步骤及仿真分析
MATBLB仿真可以帮助我们对系统进行研究和分析。

要建立一个仿真模型，我们需要先对系统进行建模，然后设置参数，再进行仿真和结果分析。

在建模的过程中，我们需要先分析系统的原理和结构，然后从SIMULINK中选择合适的模块；接下来，我们需要设置参数，可以用计算出来的参数作为初始值，并根据需要调整控制器的参数。

为了限制启动电枢电流，转速调节器输出一个小于额定值的给定电压，作为电流调节器的输入。

电流调节器输出一个移相信号，控制晶闸管整流装置，使其输出一个较低的直流电压。

此时，系统处于开环状态，以最大允许的电枢电流恒流加速启动。

当电动机达到给定转速后，转速调节器输入端的偏差信号减小到近于零，转速调节器和电流调节器退出饱和状态，闭环调节开始起作用。

对于负载或者网络波动引起的转速或者电流波动，两个调节器分别进行反馈校正，使系统保持在稳定运行状态。

从仿真结果可以看出，双闭环直流调速系统能够实现对电动机的精确控制，无论是空载还是满载，无论是起动还是受到负载扰动，系统都能够快速地达到给定转速，并且保持稳定运行。

同时，电流调节器能够有效地限制电枢电流的最大值，保护电动机免受过载和堵转的损害。

6.2 总结
直流电动机双闭环调速系统是一种能够有效控制电机转速和负载变化的技术方案。

它使用两个反馈控制器，一个控制电机的转速，一个控制电机的电流。

这样可以使系统
具有良好的动态性能和稳定性，快速响应给定信号和负载扰动，减少超调和静差。

但
是，这种系统也有一些缺点，比如系统结构复杂，成本高，设计难度大等。

直流电动机
双闭环调速系统仍然是一种广泛应用的直流调速技术，因为直流电动机有着简单的结构
和优异的调速性能，在许多领域中发挥着重要作用。

利用MATLAB和Simulink软件，搭
建双闭环直流调速系统的仿真模型，并对不同的给定转速和负载转矩进行仿真分析。

仿
真结果表明，双闭环直流调速系统能够实现对电动机的精确控制，在不同阶段表现出良
好的响应特性和抗扰特性。

同时，电流调节器能够有效地限制电枢电流的最大值，保护
电动机免受过载和堵转的损害。

七、心得体会
通过本课程设计，我深刻理解了双闭环直流调速系统的组成与基本工作原理，掌握了晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法，掌握了调节器的仿真方法。

我认识到了理论知识与实际应用之间的联系与差异，学会了运用所学知识解决实际问题。

我还锻炼了自己的文献查阅、资料收集、数据分析、绘图绘制等能力，提高了自己的综合素质。

在课程设计过程中，我们首先学习了直流电机的工作原理和数学模型。

了解了直流电机的转矩速度特性以及各种控制策略的原理。

通过对直流电机的数学建模，我们可以利用控制算法来实现对电机的转速和转矩的精确控制。

闭环控制系统的设计基于反馈原理，通过测量输出信号与期望信号的偏差来进行控制。

在双闭环调速系统中，我们需要设计两个闭环控制回路，一个用于速度控制，另一个用于电流控制。

通过控制电流和速度的闭环，我们可以实现对直流电机的精确调速。

我遇到了一些困难和问题，例如如何选择合适的调节器结构和参数、如何建立准确有效的仿真模型、如何分析仿真结果等。

为了解决这些问题，我参考了相关书籍、论文、网络资料等，向老师和同学请教交流，通过不断地尝试和改进，最终完成了课程设计任务。

通过这门课程的学习和实践，我不仅加深了对双闭环直流调速系统的理解，还提高了使用MATLAB进行仿真设计和实验验证的能力。

这对我今后从事相关工作或研究都具有重要的意义。

总之，本课程设计对我有很大的启发和帮助，让我对双闭环直流调速系统有了更深入的认识和掌握，也增强了我自主学习和创新思维的能力。

我相信这对我今后的学习和工作都会有很大的益处。

参考文献
[1]刘瑞静,张婷,吴美杰等.双闭环直流调速系统实验教学设计与实现[J].实验科学与技术,2023,21(03):117-122.
[2]王麟珠,戴立庆.MATLAB在直流调速系统教学中的应用[J].科技风,2023(02):104-106.DOI:10.19392/k
i.1671-7341.202302034.
[3]曾新然.直流双闭环调速系统工程设计时应考虑的问题[J].南方金属,2021(03):37-39+42.
[4]陈玉庆.双闭环直流调速系统调节器优化设计与分析[J].电子技术,2018,47(11):55-60.
[5]袁丹鹤.双闭环直流调速系统的Simulink仿真研究[J].现代商贸工业,2018,39(32):218-219.DOI:10.19311/ki.1672-3198.2018.32.110.
[6]雷金莉.直流电机调速系统的MATLAB仿真研究[J].电子设计工程,2018,26(11):150-153.DOI:10.14022/ki.dzsjgc.2018.11.033.
[7]冯骏宇,德湘轶.双闭环直流调速系统研究[J].数码世界,2018(05):264-265.
[8]蒋国波.直流电机双闭环调速控制系统研究[J].通信电源技术,2018,35(02):54-55.DOI:10.19399/ki.tpt.2018.02.02024.
附录1
课程设计任务书
设计题目
某晶闸管供电（PWM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：P N=3kW，U N=400V，I N=10.1A，n N=1000/min，电枢回路总电阻R=4.14Ω，电枢回路电感L A=70mH，磁场电感L F=14H，外接电感L H=15mH，电流允许过载倍数λ=1.5，折算到电动机轴的飞轮惯量GD2=0.088N⋅m2。

励磁电流为5A。

晶闸管整流装置放大倍数K s=40，滞后时间常数T s=0.0017s
U nm∗=U im∗=U cm=10V10-15V之间,都可以
电流反馈系数β=10/1.5I N=0.66
转速反馈系数α=10/n N=0.01
调节器输入电阻R0=40kΩ。

设计要求：稳态指标：无静差；
动态指标：电流超调量σi=5%；空载启动转速超调量小于σn=10%。

要求为控制对象设计为转速电流双闭环直流调速系统。

21。