基于MATLAB的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真设计
基于MATLAB的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真资料
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班级：自动化12-2姓名：学号：目录一、目录-----------------------------------------------------------1二、前言-----------------------------------------------------------2三、设计目的及要求--------------------------------------------3四、设计题目及参数--------------------------------------------3五、设计内容过程-----------------------------------------------31.计算电流和转速反馈系数-----------------------------------------32.电流环的动态校正过程--------------------------------------------33.转速环的动态校正过程--------------------------------------------94.建立转速电流双闭环直流调速系统的Simulink仿真模型，对上述分析设计结果进行仿真-------------------------------------14六、设计总结---------------------------------------------------18七、参考文献---------------------------------------------------19二、前言：控制系统理论与技术是现代科学技术的主要内容，以经广泛应用于航空与航天工业、电力工业、核能工业、石油工业、化学工业及冶金工业等众多学科和工程技术领域，并且具有经济、安全、快捷、优化设计和预测的特殊功能等优点，在非工程系统（如社会、管理、经济等系统）中，由于其规模及复杂程度巨大，直接实验几乎不可能，这是通过仿真技术的应用可以获得对系统的某种超前认识，因此仿真技术已经成为对控制系统进行分析、设计和综合研究中很有效的手段。
哈工大_基于matlab的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真设计
一、设计参数设一转速、电流双闭环直流调速系统，采用双极式H 桥PWM 方式驱动，已知电动机参数为：额定功率200W ； 额定转速48V ； 额定电流4A ；额定转速=500r/min ； 电枢回路总电阻8=R Ω； 允许电流过载倍数λ=2；电势系数=e C 0.04Vmin/r ； 电磁时间常数=L T 0.008s ； 机电时间常数=m T 0.5；电流反馈滤波时间常数=oi T 0.2ms ； 转速反馈滤波时间常数=on T 1ms ；要求转速调节器和电流调节器的最大输入电压==**im nmU U 10V ； 两调节器的输出限幅电压为10V ； PWM 功率变换器的开关频率=f 10kHz ； 放大倍数=s K 4.8。
试对该系统进行动态参数设计，设计指标： 稳态无静差； 电流超调量≤i σ5%；空载起动到额定转速时的转速超调量σ ≤ 25%； 过渡过程时间=s t 0.5 s 。
二、设计过程1、稳态参数计算根据两调节器都选用PI 调节器的结构，稳态时电流和转速偏差均应为零；两调节器的输出限幅值均选择为10V电流反馈系数；*nom 10 1.25/24im U VV A I Aβλ===⨯转速反馈系数：*100.02min/500/min nm nom U Vn V rn r ===⋅2、电流环设计1) 确定时间常数电流滤波时间常数0.2oi T ms =，按电流环小时间常数环节的近似处理方法，则s T T T oi s i 0003.00002.00001.0=+=+=∑2）选择电流调节器结构电流环可按典型Ⅰ型系统进行设计。
电流调节器选用PI 调节器，其传递函数为1()i ACR ii s G s K sττ+= 3）选择调节器参数超前时间常数：i τ=T L =0.008s电流环超调量为5%i σ≤，电流环开环增益：取0.5i i K T ∑=，则0.50.51666.670.0003I i K T ∑=== 于是，电流调节器比例系数为0.00881666.6717.7781.25 4.8i i I s R K K K τβ⨯=⋅=⨯=⨯ 4）检验近似条件电流环截止频率1666. 67 1/ci I K s ω== （1）近似条件1：13ci sT ω≤现在113333.3330.0003ci s T ω==＞，满足近似条件。
基于MATLAB的双闭环直流调速系统建模与仿真
第36卷第2期2016年5月桂林理工大学学报Journal of Guilin University of TechnologyVol . 36 No . 2 May 2016文章编号：1674 -9057(2016)02 -0378 -05doi ：10. 3969/j . issn . 1674 -9057. 2016. 02. 032基于MATLAB 的双闭环直流调速系统建模与仿真刘胜前，张烈平，孙旋，钟志贤(桂林理工大学机械与控制工程学院，广西桂林541004)摘要：结合转速、电流双闭环直流调速系统的系统结构和电路组成，使用仿真软件Simulink 对双闭环直 流调速系统电流环进行建模仿真。
结果表明：阻尼系数越大，超调量越大，上升时间越短，当阻尼系数为0.5时，电流环性能达到最优。
在电流环性能最优时：空载运行条件下，系统稳定转速随给定电压变小而 变小；额定负载条件下，通过较长上升时间，达到额定转速。
抗扰性检验表明，该系统抗扰性较强。
关键词：负反馈；双闭环；直流调速系统；Simulink中图分类号：TP 273文献标志码：A在生产和生活中，各种电机的快速起动、制动 事关工业生产效率和人们的生活质量，基于电力电 子技术的不断发展，对于调速系统的起动时间、制动响应等性能指标要求也越来越高。
由于直流调 速系统技术比较成熟，多年以来一直是自动调速系 统的主要形式，普遍应用于冶金、地质、土建、轻 工业等领域[1]。
相比开环调速系统，闭环调速系 统的各项性能指标更优[2]。
如果对于系统的动态 性能要求较高，要求系统可以快速的起、制动，尤 其是在突然施加负载的情况下，速降很小，那么就 需要应用转速、电流双闭环直流调速系统[3]。
1双闭环直流调速系统的数学建模选取整流装置采用三相桥式电路由晶闸管供电的双闭环调速系统，基本参数如下：直流电动 机，220 V ，120 A , 1 000 r /min ，允许过载倍数 A = 1.4;晶闸管放大系数& =30;电枢回路总电阻只 =0.4 11;时间常数 L =0.023 s ，r m =0.2 s ，转速 滤波环节时间常数7^取〇.〇1 S。
基于matlab的双闭环直流调速系统仿真及参数进化设计
基于matlab的双闭环直流调速系统仿真及参数进化设计本文基于matlab平台，设计了一个双闭环直流调速系统，并通过参数进化算法对其进行优化设计，以提高系统的性能和稳定性。
一、双闭环直流调速系统的基本结构和参数双闭环直流调速系统包括基本结构和控制回路两个部分。
其基本结构如下图所示：
摘要直流电机双闭环调速系统是一个复杂的自动控制系统，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，本文从直流电机的基本特性进行双闭环直流电机设计，最后用实际系统进行工程设计，并采用MATLAB/SIMULINK进行仿真。
对于直流电机双闭环调速系统，在设计和调试过程中有大量的参数需要计算和调整，运用传统的设计方法工作量大，系统调试困难。
本文对直流电机双闭环调速系统进行辅助设计，选择调节器结构，进行参数计算和近似校验，根据给出和计算出的相应参数，建立起制动、抗电网电压扰动和抗负载扰动的MATLAB/SIMULINK仿真模型，分析转速和电流的仿真波形，并进行调试，使直流电机双闭环调速系统趋于完善、合理。
仿真结果证明了该方法的可行性和合理性。
关键词：直流调速，双闭环系统，电流调节器，转速调节器，计算机仿真AbstractThe double closed loop direct current velocity modulation system is a complex automatic control system, is in the present direct current velocity modulation system mainstream equipment, has the velocity modulation scope width, the stability is good, the steady fast precision higher merit, in the theory and the practice aspect all is the quite mature system, in drives in the domain to play the extremely vital role.Because the direct current machine double closed loop velocity modulation is each kind of electrical machinery velocity modulation system foundation, from the direct current machine basic characteristic conducts the double closed loop direct current machine design method research, finally uses the actual system to carry on the engineering design, and uses MATLAB/Simulink to carry on the simulation.Regarding the double closed loop direct current velocity modulation system, has the massive parameters in the design and the debugging process to need to calculate and to adjust, the utilization tradition design method work load is big, system debugging difficulty.This article carries on the assistance design to the double closed loop direct current velocity modulation system, chooses the regulator structure, carries on the parameter computation and the approximate verification, according to produces the corresponding parameter which and calculates, establishes applies the brake, the anti- electrical network voltage perturbation and the anti-load perturbation MATLAB/Simulink simulation model, the analysis rotational speed and the electric current simulation profile, and carries on the debugging, enable the double closed loop direct current velocity modulation system to tend to the consummation, is reasonable. The simulation result has proven this method feasibility and the rationality.Keywords:Speed control of DC-drivers，Double-closed-loop，Current regulator，Speed regulator，Computer simulation目录摘要 (I)Abstract........................................................... I I 目录........................................................... I II 1．绪论. (1)1.1 课题背景 (1)1.2 课题研究的目的和意义 (1)1.3 论文的主要内容 (2)2．直流电动机调速系统 (4)2.1 直流电动机简介 (4)2.1.1 直流电动机的工作原理 (4)2.1.2 直流电动机的运行特性 (5)2.1.3 直流电动机的起动与调速 (6)2.2 转速控制的要求和调速指标 (7)3．方案选择及系统工作原理 (9)3.1 电动机参数及设计要求 (9)3.2 方案选择及系统框图 (9)3.2.1 方案一：直流电机单闭环调速系统 (9)3.2.2 方案二：直流电机双闭环调速系统 (10)3.2.3 方案三：双闭环脉宽调速系统 (11)3.3 系统工作原理简介 (11)3.3.1 双闭环调速系统静态特性 (11)3.3.2 双闭环系统启动过程分析 (14)3.3.3 双闭环调速系统的动态抗扰动性能 (17)3.3.4 双闭环调速系统中两个调节器的作用 (18)4．双闭环调速系统的设计 (19)4.1 双闭环直流调速系统总体设计方案 (19)4.2 主电路设计与参数计算 (20)4.2.1 主电路原理图 (20)4.2.2 整流变压器的设计 (21)4.2.3 晶闸管元件选择 (23)4.2.4 电抗器参数的计算 (24)4.2.5 励磁电路 (26)4.2.6 三相桥式全控整流电路 (26)4.2.7 晶闸管触发电路 (28)4.3 直流调速系统的保护 (30)4.3.1 过电压保护 (30)4.3.2 电流保护 (33)4.4 控制电路设计 (34)4.4.1 电流调节器的设计 (35)4.4.2 转速调节器的设计 (37)5．调速系统的仿真 (40)5.1.1 MATLAB简介 (40)5.1.2 MATLAB的安装 (41)5.1.3 MATLAB的启动运行 (41)5.1.4 MATLAB的帮助文件 (41)5.1.5 MATLAB所定义的特殊变量及其意义 (41)5.1.6 MATLAB工具箱及SIMULINK简介 (42)5.2 调速系统仿真模型的建立 (43)5.3 仿真结果 (43)5.4 仿真结果分析 (46)结论 (47)参考文献 (48)致谢 (49)附录 A (50)1．绪论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。
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。
MATLAB双闭环直流调速系统的工程设计与仿真
MATLAB双闭环直流调速系统的工程设计与仿真双闭环直流调速系统是一种常见的控制系统，在工业中被广泛应用于电机的调速。
本文将针对MATLAB中的双闭环直流调速系统进行工程设计与仿真。
1.系统架构设计双闭环直流调速系统主要由速度环和电流环组成。
速度环主要负责控制电机的速度，通过比较给定速度和实际速度，产生速度偏差。
电流环主要控制电机的电流，通过比较给定电流和实际电流，产生电流偏差。
速度环和电流环形成了一个闭环控制系统，可以使得电机在速度和电流方面达到我们所要求的目标。
2.系统建模在MATLAB中，可以使用Simulink进行系统建模。
首先，需要建立电机的数学模型，包括机械模型、电磁模型和电气模型。
电机的机械模型可以使用转矩方程来描述，电磁模型可以使用电压方程来描述，电气模型可以使用网路方程来描述。
然后，将这些模型通过各个子系统进行连接，并进行参数设置。
最后，通过连接速度环和电流环的闭环控制系统，完成整个系统的建模。
3.控制器设计在MATLAB中，可以使用PID控制器进行控制器的设计。
首先，通过调节PID控制器的参数，使得系统的过渡过程满足我们对速度和电流的要求。
然后，使用增量PID算法对控制器进行改进，减小控制误差。
最后，通过将速度控制器与电流控制器进行串联，完成双闭环控制系统的设计。
4.系统仿真在MATLAB中，可以使用Simulink进行系统的仿真。
首先，设置仿真时间和步长，并进行仿真参数设置。
然后，通过给定输入信号，例如阶跃信号，观察系统的输出响应。
通过调整控制器的参数，观察系统的响应特性，包括超调量、稳定时间和稳态误差等。
最后，通过对仿真数据的分析，检验系统是否满足我们的设计要求。
总结：MATLAB提供了丰富的工具和函数，可以帮助我们进行双闭环直流调速系统的工程设计与仿真。
通过建立系统模型、设计控制器并进行仿真分析，可以快速有效地完成系统设计。
同时，可以通过调整参数和算法对系统进行优化，使得系统的性能更加稳定和可靠。
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。
基于Matlab的双闭环直流调速系统设计及仿真1
基于Matlab的双闭环直流调速系统设计及仿真宋友志摘要：本文介绍了基于工程设计方法对直流调速系统的设计，根据直流调速双闭环控制系统的工作原理，详细分析了系统的起动过程及参数设计，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。
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；SimulinkDesignation and Simulation of Double Loop DC Motor Control SystemBased on MatlabAbstract:This paper introduces a design method of DC system based on engineering, according to its working principle,analyzing the dynamic process and the parameters designation detailedly,modeling and simulating were carried out to the dual closed-loop control system of the direct current motor by using Simulink.In the end,analyzing the simulation results.Key words:loop of revolution rate;loop of current;regulator;Simulink一转速、电流双闭环控制系统一般来说，我们总希望在最大电流受限制的情况制系统以尽可能大的加速度起动，达到稳态转速后，电流应快速下降，保证输出转矩与负载转矩平衡，进入稳定运行状态[1]。
这种理想的起动过程如图1所示。
为实现在约束条件快速起动，关键是要有一个使电流保持在最大值的恒流过程。
基于MATLAB的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真95824
《机电控制系统分析与设计》课程大作业一基于MATLAB的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真：班级：学号：年月一． 设计要求与设计参数：设一转速、电流双闭环直流调速系统，采用双极式H 桥PWM 方式驱动，已知电动机参数为：额定功率200W ； 额定转速48V ； 额定电流4A ； 额定转速=500r/min ； 电枢回路总电阻8=R Ω； 允许电流过载倍数λ=2； 电势系数=e C 0.04Vmin/r ； 电磁时间常数=L T 0.008s ； 机电时间常数=m T 0.5；电流反馈滤波时间常数=oi T 0.2ms ； 转速反馈滤波时间常数=on T 1ms ；要求转速调节器和电流调节器的最大输入电压==**im nm U U 10V ；两调节器的输出限幅电压为10V ； PWM 功率变换器的开关频率=f 10kHz ； 放大倍数=s K 4.8。
试对该系统进行动态参数设计，设计指标： 稳态无静差； 电流超调量≤i σ5%；空载起动到额定转速时的转速超调量σ ≤ 25%； 过渡过程时间=s t 0.5 s 。
二. 设计过程1. 计算电流和转速反馈系数电流反馈系数：A A VI U im /V 25.14210nom *=⨯==λβ；转速反馈系数：rV r Vn U nm min/02.0min /50010max *⋅===α2. 电流环的动态校正过程和设计结果(1) 确定时间常数由已知条件知滤波时间常数=oi T 0.2ms=0.0002s ，按电流环小时间常数环节的近似处理方法，取(2) 选择电流调节器结构电流环可按典型I 型系统进行设计。
电流调节器选用PI 调节器，其传递函数为(3) 选择调节器参数超前时间常数==0.008s 。
电流环超调量≤i σ5%考虑，电流环开环增益：取，因此于是，电流调节器的比例系数为(4) 检验近似条件电流环的截止频率 1) 近似条件一：现在，，满足近似条件。
基于matlab的直流双闭环调速系统设计与仿真
第３３卷 ２００５年第９期８７Mining & Processing Equipment８７通用在直流双闭环调速系统设计中，在工程设计基础上根据实际系统运行情况作参数的调整是系统设计调试过程必不可少的一部分。
原因在于系统的实际参数，往往与工程设计时所用的值有一定的误差，而且环节非线性影响、简化处理、近似处理、降阶处理等因素会使系统在工程设计参数后并不能立即获得要求的调速性能，因此需要通过调试过程才能获得理想性能。
ｍａｔｌａｂ／ ｓｉｍｕｌｉｎｋ 仿真平台是基于模型化图形组态的动态系统仿真软件，只要在计算机上建立数字仿真模型，就可以模仿系统的运行状态及其随时间变化的过程。
利用 ｍａｔｌａｂ／ ｓｉｍｕｌｉｎｋ 仿真工具对直流调速系统进行参数调试，可以非常直观地观察电动机电流和转速响应情况进行静态和动态分析。
这里利用 ｍａｔｌａｂ 仿真工具对直流调速系统进行仿真分析，通过仿真结果分析来调整工程设计的参数，找出系统调节器的最佳参数，使设计系统的性能达到要求。
１直流调速系统的理论设计１．１系统组成及要求本文研究的对象为直流双闭环调速系统，其系统动态结构框图如图 １ 所示。
（１）系统参数电动机：U Ｎ ＝ ２００ Ｖ，I Ｎ ＝ １３６ Ａ，n Ｎ ＝ １ ４６０ ｒ／ ｍｉｎ；C ｅ ＝ ０．１３２ Ｖ・ｒ／ ｍｉｎ；允许过载倍数 λ ＝ １．５；三相桥式整流装置放大倍数 K ｓ ＝ ４０；电枢回路总电阻 R ∑ ＝ ０．５ Ω；时间常数 T ｌ ＝ ０．０３ ｓ；T ｍ ＝０．１８ ｓ，电流反馈系数 β ＝ ０．０５ Ｖ／ Ａ； 转速反馈系数α ＝ ０．０７ Ｖ・ｒ／ ｍｉｎ。
（２）设计要求①稳态指标：无静差；②动态指标：电流超调量，启动到额定转速时的转速超调量σｎ≤ １０％。
１．２电流调节器设计１．２．１确定时间常数（１）整流装置滞后时间常数 T ｓ三相桥式电路的平均失控时间 T ｍ ＝ ０．００１ ７ ｓ。
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的双闭环直流调速系统仿真研究
基于MATLAB的双闭环直流调速系统仿真研究双闭环直流调速系统是一种常用的控制系统结构，用于控制直流电动机的速度。
在这个系统中，有两个闭环控制环节：一个用于速度控制，另一个用于电流控制。
本文将基于MATLAB对双闭环直流调速系统进行仿真研究。
首先，我们需要建立直流电动机的数学模型。
直流电动机可以用以下方程描述：$$\begin{cases}J\frac{d\omega(t)}{dt} = T_e(t) - B\omega(t)\\L\frac{di(t)}{dt} = V(t) - R_i(t) - Ke\omega(t)\end{cases}$$其中，$J$是转动惯量，$\omega(t)$是转速，$T_e(t)$是机械负载转矩，$B$是摩擦系数，$L$是电机绕组电感，$i(t)$是电机电流，$V(t)$是电机电压，$R_i(t)$是电机内阻，$Ke$是电机反电动势系数。
为了进行仿真研究，我们需要假设一些参数值。
这里我们假设$J=0.01$ kg·m²，$B=0.1$ N·m·s/rad，$L=0.5$ H，$R=1$ Ω，$K_e=0.1$ V/(rad/s)。
接下来，我们需要设计控制器。
在这里，我们使用PID（比例积分微分）控制器，它是一种常用的控制器类型，可根据控制需求调整控制响应。
根据速度控制闭环调节器，PID控制器的传递函数为：$$C(s)= K_p + \frac{K_i}{s} + K_ds$$其中，$K_p$，$K_i$和$K_d$分别是比例增益，积分增益和微分增益。
根据电流控制闭环调节器，PID控制器的传递函数为：$$C(s) = K_{p1} + \frac{K_{i1}}{s} + K_{d1}s$$其中，$K_{p1}$，$K_{i1}$和$K_{d1}$分别是比例增益，积分增益和微分增益。
在进行仿真研究时，我们可以选择合适的参数值，并根据需要进行调整。
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。
基于MATLAB的双闭环直流调速系统仿真研究
基于MATLAB的双闭环直流调速系统仿真研究双闭环直流调速系统是一种常见的电机控制系统，通过使用两个闭环来控制电机转速和电流，能够使电机稳定运行并满足特定的转速和负载要求。
MATLAB作为一种功能强大的计算软件，可以提供一系列的工具和函数，用于建模、仿真和分析各种控制系统。
双闭环直流调速系统一般由速度环和电流环组成。
速度环用于控制电机的速度，通过测量电机的转速与设定值之间的误差，并将误差信号馈入控制器进行比例、积分、微分运算，最后将输出信号作为电机的控制电压。
电流环则用于控制电机的电流，通过将输出信号与电机的电流进行比较，并通过控制电机的电流调节器来控制电机的电流。
在MATLAB中进行双闭环直流调速系统的仿真研究，主要包括以下步骤：1.建立系统模型：根据实际的电机参数以及控制器的特性，建立电机系统的数学模型。
一般可以使用传递函数来描述电机的动态特性。
2.设计控制器：根据系统的性能要求，设计速度环和电流环的控制器。
可以使用PID控制器或者其他控制算法来实现控制器的设计。
3. 进行仿真实验：根据所设计的控制器和系统模型，进行仿真实验。
在MATLAB中，可以使用Simulink工具箱来搭建系统模型，并通过逐步调整控制器参数，在不同的工况下进行仿真实验，并观察系统的响应。
4.分析结果：根据仿真实验的结果，通过分析系统的响应曲线，评估系统的性能。
可以观察系统的稳态误差、超调量、调节时间等指标，以及系统的抗干扰性能和稳定性。
5.优化控制器参数：根据仿真实验的结果，对控制器参数进行优化调整，以获得更好的系统性能。
可以使用MATLAB提供的优化算法来自动求解最优参数。
总结，基于MATLAB的双闭环直流调速系统仿真研究可以通过建立系统模型、设计控制器、进行仿真实验、分析结果和优化控制器参数等步骤来完成。
通过这些步骤，可以评估控制系统的性能，并对系统进行改进和优化，以满足实际的控制需求。
基于Matlab双闭环直流调速系统设计与仿真
τn=hT∑n=5×0.0174=0.087s
KN=
h+1
22
2×h ×T∑n
=
5+1 2×25×0.01742
=396.4
于是，ASR 的比例系数 Kn 计算：
Kn=
(h+1)βCeTm 2hαRT∑n
=11.7
（3）计算转速调节器的电路参数，按所运算放大器,取 R0=40KΩ，各
电阻和电容值计算如下：
出电压 UC 作为触发电路的控制电压（其输出的限幅值 UCM 决定了晶闸
管整流输出电压的最大值）。改变控制电压 UC，就能改变触发器控制角
α 及整流输出电压 Ud0，相应地也就改变了电动机的转速, 达到调速的目
的。
通过原理图我们很容易画出其稳态结构框图，如图 2 所示。
图 2 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
*
β= Un = 10 =0.05 λIN 1.5×136
*
α=
Un n*
=
10 1800
=0.006
Kp=
KCe αKs
= 29.85×0.103 0.006×45
图
过仿真模型的输出我们可以看到，本设计的过程及计算数值均达 到了设计要求，结果很理想，但我们不得不说明一点是，上述结果是在 没有考虑扰动、参数随时间的变化等因素而得到的，如果再进一步考虑 其 他 因 素 ，则 系 统 设 计 必 将 会 得 到 更 加 真 是 真 实 、理 想 的 结 果 ，见 图 4。
科技信息
高校理科研究
基于 Matlab 双闭环直流调速系统设计与仿真
大连海洋大学信息工程学院 马占军
［摘 要］V- M 双闭环直流调速系统是目前应用比较成熟的一种调速系统，通过本次设计，给出一种具体的设计步骤和方法，使之能 够通过本方法对其他的调速系统的设计和计算起到指导性的作用；同时，通过本次设计和仿真方法，达到举一反三的效果。 ［关键词］V- M 系统 调速 仿真
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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班级：自动化12-2：学号：目录一、目录-----------------------------------------------------------1二、前言-----------------------------------------------------------2三、设计目的及要求--------------------------------------------3 四、设计题目及参数--------------------------------------------3 五、设计容过程-----------------------------------------------31.计算电流和转速反馈系数-----------------------------------------32.电流环的动态校正过程--------------------------------------------33.转速环的动态校正过程--------------------------------------------94.建立转速电流双闭环直流调速系统的Simulink仿真模型，对上述分析设计结果进行仿真-------------------------------------14六、设计总结---------------------------------------------------18七、参考文献---------------------------------------------------19二、前言：控制系统理论与技术是现代科学技术的主要容，以经广泛应用于航空与航天工业、电力工业、核能工业、石油工业、化学工业及冶金工业等众多学科和工程技术领域，并且具有经济、安全、快捷、优化设计和预测的特殊功能等优点，在非工程系统（如社会、管理、经济等系统）中，由于其规模及复杂程度巨大，直接实验几乎不可能，这是通过仿真技术的应用可以获得对系统的某种超前认识，因此仿真技术已经成为对控制系统进行分析、设计和综合研究中很有效的手段。
随着控制系统的日益复杂化，任务的多样化，对控制的要求越来越高，利用计算机进行仿真和研究，以及进一步实现计算机控制成为从事控制及相关行业的工程技术人员所必须掌握的一门技术。
在当今30多个数学类科技应用软件中，就软件数学处理的原始核而言，可分为两大类。
一类是数值计算型软件，如 MATLAB、Xmath、Gauss等，这类软件长于数值计算，对处理大批数据效率高；另一类是数学分析型软件，如Mathematica、Maple等，这类软件以符号计算见长，能给出解析解和任意精度解，其缺点是处理大量数据时效率较低。
MathWorks公司顺应多功能需求之潮流，在其卓越数值计算和图示能力的基础上，又率先在专业水平上开拓了其符号计算、文字处理、可视化建模和实时控制能力，开发了适合多学科、多部门要求的新一代科技应用软件MATLAB。
经过多年的国际竞争，MATLAB 已经占据了数值型软件市场的主导地位。
MATLAB是一套高性能的数值计算和可视化软件，集数值分析，矩阵运算和图形显示于一体，构成了一个方便的、界面友好的用户环境。
在MATLAB进入市场前，国际上的许多应用软件包都是直接以FORTRAN和C语言等编程语言开发的。
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。
它几乎可以轻易地再现C或FORTRAN语言全部功能，并设计出功能强大、界面优美、稳定可靠的高质量程序来，而且编程效率和计算效率极高。
MATLAB 环境下的SIMULINK是一个进行动态系统建模、仿真和综合分析的集成软件包，在它提供的图形用户界面（GUI）上，只要进行鼠标的简单操作就可以构造出复杂的仿真模型，是目前最优秀、最容易使用的一个仿真环境工具箱，且在各个领域都得到了广泛的应用。
MATLAB包含两个部分：核心部分和各种可选的工具箱。
核心部分中有数百个核心部函数。
其工具箱又可分为两类：功能性工具箱和学科性工具箱。
功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能、图示建模仿真功能、文字处理功能以及与硬件实时交互功能。
功能性工具箱能用于多种学科。
而学科性工具箱是专业性比较强的，如control、toolbox、signal processing toolbox、communication toolbox等。
这些工具箱都是由该领域的学术水平很高的专家编写的，所以用户无需编写自己学科围的基础程序，而直接进行高、精、尖的研究。
三、设计目的及要求:本综合课程设计总体目的是，使学生能熟练的应用MATLAB软件实现编程，了解程序开发过程中用到地一些基础知识，同时使学生熟悉应用程序开发过程，使学生从学校学习到参加工作之间有一个良好的过度，为今后处理相应领域的专业问题打下坚实的程序基础。
本次课程设计的基本要求是，利用MTLAB完成一个小应用程序的编程，课程设计结束时写出课程设计报告，相关程序源代码。
四、设计题目及参数:1.题目：基于MATLAB的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真2.参数：设一转速、电流双闭环直流调速系统，采用双极式H 桥PWM 方式驱动，已知电动机参数为：额定功率200W ；额定转速48V ；额定电流4A ；额定转速=500r/min ；电枢回路总电阻8=R Ω；允许电流过载倍数λ=2；电势系数=e C 0.04Vmin/r ；电磁时间常数=L T 0.008s ；机电时间常数=m T 0.5；电流反馈滤波时间常数=oi T 0.2ms ；转速反馈滤波时间常数=on T 1ms ；要求转速调节器和电流调节器的最大输入电压==**im nm U U 10V ；两调节器的输出限幅电压为10V ；PWM 功率变换器的开关频率=f 10kHz ；放大倍数=s K 4.8。
试对该系统进行动态参数设计，设计指标：稳态无静差；电流超调量≤i σ5%；空载起动到额定转速时的转速超调量σ ≤ 25%；过渡过程时间=s t 0.5 s 。
五、设计容过程：1.计算电流和转速反馈系数电流反馈系数：A AV I U im /V 25.14210nom *=⨯==λβ； 转速反馈系数：r V r V n U nm min/02.0min /50010max *⋅===α2.电流环的动态校正过程（1）编制MATLAB 程序，绘制经过小参数环节合并近似后的电流环开环频率特性曲线和单位阶跃响应曲线根据设计过程和结果，建立如下图所示的经过小参数环节合并并简化后的电流环动态结构图。
也可通过编制MARLAB 程序进行仿真，程序如下：>>sys0=1/1.25;>> sys1=tf(6,[0.0003 1]);>> sys2=tf(0.125,[0.008 1]);>> w=17.78*tf([0.008 1],[0.008 0]);>> figure(1);>> margin(sys1*sys2* w);>> hold on>> grid on>> figure(2);>> closys1=sys0*sys1*sys2 *w/(1+sys1*sys2* w);>> t=0:0.0001:0.0035;>> step(closys1,t);>> grid on通过MATLAB仿真，获得如下图所示的经过小参数环节合并近似后的电流环开环频率特性曲线和单位阶跃响应曲线：经过小参数环节合并近似后的电流环开环频率特性曲线经过小参数环节合并近似后的单位阶跃响应曲线=4.32%5%，满足设计指标要求。
对阶跃响应曲线进行分析，如下图所示，可知电流超调量i（2）编制MATLAB程序，未经过小参数环节合并近似后的电流环开环频率特性曲线和单位阶跃响应曲线根据设计过程和结果，建立如下图所示的未经过小参数环节合并并简化后电流环的动态结构图。
也可通过编制MARLAB程序进行仿真，程序如下：>> sys0=tf(1,[0.0002 1]);>> sys1=tf(1.25,[0.0002 1]);>> sys2=tf(4.8,[0.0001 1]);>> sys3=tf(0.125,[0.008 1]);>> w=17.78*tf([0.008 1],[0.008 0]);>> figure(1);>> margin(sys1*sys2*sys3*w);>> hold on>> grid on>> figure(2);>> closys1=sys0* sys2*sys3*w/(1+sys1*sys2*sys3*w);>> t=0:0.0001:0.008;>> step(closys1,t);>> grid on通过MATLAB仿真，获得如下图所示的未经过小参数环节合并近似后的电流环开环频率特性曲线和单位阶跃响应曲线：未经过小参数环节合并近似后的电流环开环频率特性曲线未经过小参数环节合并近似后的电流环单位阶跃响应曲线=4.57%5%，满足设计指标对阶跃响应曲线进行分析，如下图所示，可知电流超调量i要求。
比较经过经过小参数环节合并近似后的电流环单位阶跃响应曲线和未经过小参数环节合并近似后的电流环单位阶跃响应曲线可知，在满足近似条件的前提下，可以按小惯性环节的降阶处理方法，将小惯性环节合并成一个惯性环节，从而简化电流环，并且不影响结果。
3.转速环的动态校正过程（1）编制MATLAB曲线，绘制经过小参数环节合并近似后的转速环开环频率特性曲线和单位阶跃响应曲线根据设计过程和结果，建立如下图所示的经过小参数环节合并并简化后的转速环动态结构图。
也可通过编制MARLAB程序进行仿真，程序如下：>> n=50;>> sys1=tf(0.016,[0.0016 1]);>> sys2=tf(8,[0.02 0]);>> w=53.71*tf([0.016 1],[0.016 0]);>> figure(1);>> margin(sys1*sys2*w);>> hold on>> grid on>> figure(2);>> closys1=n* sys1*sys2*w/(1+sys1*sys2*w);>> t=0:0.001:0.06;>> step(closys1,t);>> grid on通过MATLAB仿真，获得如下图所示的经过小参数环节合并近似后的转速环开环频率特性曲线和单位阶跃响应曲线：经过小参数环节合并近似后的转速环开环频率特性曲线经过小参数环节合并近似后的转速环单位阶跃响应曲线对阶跃响应曲线进行分析，如下图所示，可知转速超调量=23.3%25%，过渡过程远小于0.5s，满足设计指标要求。