运动控制 大作业 单闭环直流调速系统仿真 直流电机Z
运动控制(1)大作业-单闭环直流调速系统仿真 直流电机Z4-132-1
本科生课程论文 ........................................................................... 错误!未定义书签。 一、仿真题目................................................................................................................ 2 单闭环直流调速系统仿真.................................................................................... 2 二、仿真过程................................................................................................................ 2 2.1 仿真总图......................................................................................................... 2 2.2 PWM 模块 ......................................ห้องสมุดไป่ตู้................................................................ 3 2.3 电机模块......................................................................................................... 3 2.4 仿真结果......................................................................................................... 4 三、心得体会.............................................................................................................. 10
单闭环直流调速系统PID控制器参数设计仿真
实验名称：单闭环直流调速系统PID 控制器参数设计仿真 1.实验原理1)单闭环直流调速系统典型单闭环直流调速系统框图直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。
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(包括单闭环系统和多闭环系统)。
对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速指标较高的则采用多闭环系统。
在单闭环系统中，转速单闭环使用较多。
2)PID 控制在模拟系统中，PID 调节器是一种线性调节器，它将给定值r(t)与实际输出值c(t)的偏差的比例(P)、积分(I)、微分(D)通过线性组合构成控制量，对控制对象进行控制。
1、PID 调节器的微分方程⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=⎰tDI P dt t de T dt t e T t e K t u 0)()(1)()(式中 )()()(t c t r t e -= 2、PID 调节器的传输函数⎥⎦⎤⎢⎣⎡++==S T S T K S E S U S D D I P 11)()()(PID 调节器各校正环节的作用1、比例环节：即时成比例地反应控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，调节器立即产生控制作用以减小偏差。
2、积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。
积分作用的强弱取决于积分时间常数TI ，TI 越大，积分作用越弱，反之则越强。
3、微分环节：能反应偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号的值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。
4）建立单闭环直流调速系统模型直流电动机：额定电流V Un 220=，额定电流A I dn 55=，额定转速min /1000r n N =，电动机电势系数r V C e m in/192.0•=，假设晶闸管整流装置输出电流可逆，装置放大系数44=s k ，滞后时间常数s T s 00167.0=，电枢回路总电阻Ω=1.0R ，电枢回路电磁时间常数s T l 00167.0=，电力拖动系统机电时间常数s Tm075.0=，转速反馈系数r V min/01.0⋅=α，对应额定是给定电压V U n 10=*。
单闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告
单闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告摘要：本文基于基本原理和方法，设计和仿真了一个单闭环直流调速系统。
首先介绍了直流电机调速的基本原理，然后根据系统要求，设计了控制系统的结构和参数，包括PID控制器的参数调整方法。
接下来使用Matlab/Simulink软件进行系统仿真实验，对系统的性能进行评估。
最后根据仿真结果对系统进行分析和总结，并提出了可能的改进方法。
关键词：直流电机调速、单闭环控制系统、PID控制器、仿真实验一、引言直流电机广泛应用于机械传动系统中，通过调节电机的电压和电流实现电机的调速。
在实际应用中，需要确保电机能够稳定运行，并满足给定的转速要求。
因此，设计一个高性能的直流调速系统至关重要。
本文基于单闭环控制系统的原理和方法，设计和仿真了一个直流调速系统。
首先介绍了直流电机调速的基本原理，然后根据系统要求，设计了控制系统的结构和参数，并采用PID控制器进行调节。
接着使用Matlab/Simulink软件进行系统仿真实验，并对系统的性能进行评估。
最后根据仿真结果对系统进行分析和总结，并提出了可能的改进方法。
二、直流电机调速的基本原理直流电机调速是通过调节电机的电压和电流实现的。
电压变化可以改变电机的转速，而电流变化可以改变电机的转矩。
因此，通过改变电机的电压和电流可以实现电机的调速。
三、控制系统设计和参数调整根据系统的要求，设计一个单闭环控制系统，包括传感器、控制器和执行器。
传感器用于测量电机的转速，并将信息传递给控制器。
控制器根据测量的转速和给定的转速进行比较，并调节电机的电压和电流。
执行器根据控制器的输出信号来控制电机的电压和电流。
在本实验中，采用PID控制器进行调节。
PID控制器的输出信号由比例项、积分项和微分项组成，可以根据需要对各项参数进行调整。
调整PID控制器的参数可以使用试错法、频率响应法等方法。
四、系统仿真实验使用Matlab/Simulink软件进行系统仿真实验，建立直流调速系统的模型，并对系统进行性能评估。
单闭环直流调速系统的MATLAB计算与仿真
1.1 直流调速系统概述
从生产机械要求控制的物理量来看，电力传动自动控制系统有调速系统、位置伺服 系统、力控制系统等其他多种类型，各种系统往往是通过控制转速来实现的，因此调速 系统是最基本的驱动控制系统。调速系统目前分为交流和直流调速控制系统，由于直流 调速系统的调速围广，静差率小、稳定性好并且具有良好的动态性能。因此在相当长的 时期，高性能的调速系统几乎都采用了直流调速系统。相比于交流调速系统，直流调速 系统在理论上和实践上更加成熟。
中的 SimuLink 实用工具来辅助设计，由于它可以构建被控系统的动态模型，直观迅速 观察各点波形，因此调速系统性能的完善可以通过反复修改其动态模型来完成，而不必 对实物模型进行反复拆装调试。本文运用 MATLAB 中的 SimuLink 实用工具对设计电路进 行了仿真。
1.3 国外现状
从 1971 年开始到目前的这个阶段，直线电机进入了独立的应用时代，在这个时代， 各类直线电机的应用得到了迅速的推广，制成了许多具有实用价值的装置和产品，例如 直线电机驱动的钢管输送机、运煤机、起重机、空压机、冲压机、拉伸机、各种电动门、 电动窗、电动纺织机等等。特别可喜的是利用直线电机驱动的磁悬浮列车，其速度已超 500km/h，接近了航空的飞行速度，且试验行程累计已达数十万千米。
单闭环直流电机调速系统课程设计
《计算机控制技术》课程设计（单闭环直流电机调速系统）摘要运动控制系统中应用最普遍的是自动调速系统。
在工程实践中，有许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求有良好的静、动态性能。
由于直流电动机具有极好的运行性能和控制特性，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。
当然，近年来，随着计算机技术、电力电子技术和控制技术的发展，交流调速系统发展很快，并有望在不太长的时间内取代直流调速系统，但是就目前来讲，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要方式。
在我国许多工业部门，如轧钢、矿山采掘、海洋钻探、金属加工、纺织、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。
随着电子技术和计算机技术的高速发展，直流电动机调速逐步从模拟化走向数字化，特别是单片机技术的应用，使直流电动机调速技术进入一个新的发展阶段。
因此，本次课程设计就是针对直流电动机的起动和调速性能好，过载能力强等特点设计由单片机控制单闭环直流电动机的调速系统。
本设计利用AT89C52单片机设计了单片机最小系统构成直流电动机反馈控制的上位机。
该上位机具有对外部脉冲信号技术和定时功能，能够将脉冲计数用软件转换成转速，同时单片机最小系统中设计了键盘接口和液晶显示接口。
利用AT89C52单片机实现直流电机控制电路，即直流电动机反馈控制系统的下位机，该下位机具有直流电机的反馈控制功能，上位机和下位机之间采用并行总线的方式连接，使控制变得十分方便。
本系统能够用键盘实现对直流电机的起/停、正/反转控制，速度调节既可用键盘数字量设定也可用电位器连续调节并且有速度显示电路。
本系统操作简单、造价低、安全可靠性高、控制灵活方便，具有较高的实用性和再开发性。
关键词：直流电动机AT89C52 L298N 模数转换1课题来源1.1设计目的计算机控制技术课程是集微机原理、计算机技术、控制理论、电子电路、自动控制系统、工业控制过程等课程基础知识一体的应用性课程，具有很强的实践性，为了使学生进一步加深对计算机控制技术课程的理解，掌握计算机控制系统硬件和软件的设计思路，以及对相关课程理论知识的理解和融会贯通，提高学生运用已有的专业理论知识分析实际应用问题的能力和解决实际问题的技能，培养学生独立自主、综合分析与创新性应用的能力，特设立《计算机控制技术》课程设计教学环节。
自动控制课程设计(论文)-单闭环无静差直流调速系统仿真研究
《自动控制》课程论文姓名：王耀明学号：14082101440(35)2011年12月15日目录1 绪论 (3)1.1 选题依据 (3)1.2 题目要求介绍 (3)1.3 论文主要完成的工作 (3)2 系统原理 (3)2.1 系统简介 (3)2.2 系统的整体设计 (4)2.2.1 转速闭环调速环节简介 (4)2.2.2 无静差调速环节简介 (4)2.2.3 电流截止负反馈简介 (5)2.3 参数计算 (5)2.4 系统的静态结构框图 (6)3 系统仿真 (6)3.1 仿真软件MATLAB简介 (6)3.2 仿真模型 (6)3.3 系统仿真图 (7)4 总结 (8)参考文献 (8)单闭环无静差直流调速系统仿真研究1 绪论1.1 选题依据在生产中，很多设备都需要用直流电机进行拖动。
为了保证产品质量，提高生产效率，要求这些设备在不同的场合能以不同的速度工作，或者要求在变化的负载下能保持设定的速度。
在调整生产设备的速度时，不仅要求能保证达到最高与最低速度，还要求有一定的调速精度，而单闭环无静差直流调速系统便可实现这一动态与稳态性能要求。
1.2 题目要求介绍第1组电动机参数：功率kw P N 18=，额定电压v U N 220=，额定电流A I N 94=，额定转速min /0001r n N =，电枢电阻Ω=0.15a R ，主电路总电阻Ω=0.45R ，40=s k 。
最大给定电压v U nm 15*=，整定电流反馈电压v U im 10=。
要求系统调速范围D=20，静差率≤10%，N dbl I I 5.1=，N dcr I I 1.1=。
1.3 论文主要完成的工作✧ 单闭环调速系统的组成和各环节的介绍；✧ 参数计算，依据以上参数和指标要求完成单闭环调速系统相关参数计算✧ 画出调速系统电路原理图和静态结构图✧ 根据参数计算结果，在MATLAB 上仿真实现，检验调速系统的动，静态性能指标。
论文中要附有调速系统在启动过程中电流和转速变化的仿真图，如有需要，应加入电流截止负反馈。
计算机仿真技术作业一 转速反馈单闭环直流调速系统仿真
计算机仿真技术作业一——转速反馈单闭环直流调速系统仿真姓名：班级：学号：一、直流电机模型直流电机模型框图如下图所示，仿真参数为R=0.6，T l=0.00833，T m=0.045，Ce=0.1925。
本次仿真采用算法为ode45，仿真时间5s。
图1 直流电机模型二、开环仿真：1、用Simulink实现上述直流电机模型，如下图所示：图2其中，直流电压U d0取220V；而d I: 0~2.5s，电机空载(I d=0), 2.5s~5s，电机满载(I d=55A)。
2、输出转速n示波器显示的波形如下：图3将数据导入Workspace 中，并利用plot（）指令绘图如下：图4从图上读取相关数据：图5可知：空载时的转速min /11420r n =，负载时的转速min /971r n N =。
故而，静差率为1497.01142971114200=-=-=n n n s N 。
3、改变仿真算法，观察效果（运算时间、精度等） (1)改用定步长连续算法ode3，得到的转速波形如下：00.51 1.52 2.53 3.54 4.55100图6将仿真时间改为10s ，波形如下：148图7如此可见运用这个算法误差极大，不适用于本模型的仿真。
(2)改用变步长连续算法ode113，得到的转速波形如下：00.51 1.52 2.53 3.54 4.55图8与图4比较，可见这个算法的精度与ode45相近。
三、闭环仿真：在上述仿真基础上，添加转速闭环控制器，转速指令为1130rpm.图9 转速闭环直流电机调速控制框图1、用Simulink实现上述控制框图，如下图所示：图10子系统PI Controller内部结构如下：图11其中，积分器限幅为-1130～1130。
2、控制器为比例环节：试取不同p K 值，画出转速波形，求稳态时n 和s 并进行比较。
（1）设定10=p K ，0=I K ，得到转速波形如下：00.51 1.52 2.53 3.54 4.5520040060080010001200140016001800图12如图可得，负载时的转速min /1110r n N =。
运动控制系统转速闭环控制的直流调速系统
n(s)
U
* n
(s)
(Tss 1)(TmTl s2 Tms 1)
1
(Ts
s
K p Ks /
1)(TmTl s2
Ce Tms
1)
K p Ks / Ce (Tss 1)(TmTl s2 Tms 1)
K
K p Ks
Ce (1 K )
TmTlTs s3 Tm (Tl Ts ) s2 Tm Ts s 1
图2-30 闭环系统中PI调整器旳输入和输出动态过程
(s)
Uc (s) U n (s)
K
p
（2-42）
电力电子变换器旳传递函数
Ws
(s)
Ks Ts s
1
(2-33)
测速反馈旳传递函数
W fn
(s)
Un (s) n(s)
(2-43)
他励直流电动机在额定励磁下旳等效电路
假定主电路电流连续，动态电压方程为
Ud0
RId
L dId dt
E
(2-34)
scl
ncl n0cl
开环系统旳静差率为
sop
nop n0op
当 n0op n0cl 时，
scl
sop 1 K
（2-49）
（3）假如所要求旳静差率一定，则 闭环系统能够大大提升调速范围
假差如率电都动是机s，旳可最得高转速都是nN，最低速静
开环时，
Dop
nN s nop (1
s)
闭环时，
图2-23 转速反馈控制直流调速系统旳动态构造框图
转速反馈控制旳直流调速系统旳开环传递函数
W (s) Un(s)
K
Un (s) (Tss 1)(TmTl s2 Tms 1)
带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统设计与仿真运动控制实验报告
带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统设计与仿真 一、设计要求系统稳定并无静差 二、给定参数17,220,3000/min N N N P kw U V n r ===，I N =87.3A ，电枢回路电阻0.087a R =Ω，电感0.0032a L H =,励磁回路电阻181.5Ω,电动机的转动惯量20.76.J Kg m =三、闭环直流调速系统稳态参数的计算 1）额定负载时的稳态速降应为：m i n/12.6min /)02.01(1002.03000)1(r r s D s n n N cl =-⨯⨯≤-=∆2）闭环系统应有的开环放大系数：计算电动机的电动势系数： r V r V n R I U C N a N N e min/071.0min/3000087.03.87220⋅=⋅⨯-=-=闭环系统额定速降为：min /97.106min /071.0087.03.87r r C R I n e N op =⨯==∆闭环系统的开环放大系数为：5.16112.697.1061=-≥-∆∆=clop n n K003.0/max max n ==n U α3）计算运算放大器的放大系数和参数 运算放大器放大系数K p 为:5.16/e p ≥=s K KC K α电枢回路的总电感为0.0032H电磁时间常数为037.0/l ==R L T 27/1l ==τK4)电流截止负反馈 四加电网扰动（第8s电压220→240）负载扰动给定值扰动五、将PI调节器参数改变1.电网扰动（第8s电压220→240）2.负载扰动3.给定值扰动转速、电流双闭环直流调速系统设计与仿真一、设计要求系统稳定并无静差 二、给定参数17,220,3000/min N N N P kw U V n r ===，I N =87.3A ，电枢回路电阻0.087a R =Ω，电感0.0032a L H =,励磁回路电阻181.5Ω,电动机的转动惯量20.76.J Kg m =三、电流调节器ACR 参数计算允许电流过载倍数λ=2；设调节器输入输出电压im nm **U U ==10V ，电力电子开关频率为f=l kHz ．首先计算电流反馈系数β和转速反馈系数α：06.0 I n im *==ββλU N U n nm *α= α=0.003s T 001.0s = ，电流环小时间常数为s T T T oi 002.0s i =+=∑电流调节器超前时间常数为s T K l i 015.0/1i ===τ 而对电流环开环增益局l K =250/5.0=∑i T ，于是ACR 的比例系数为：94.4/i l i ==s K R K K βτ 四、转速调节器ASR 参数计算 选中频段宽度h=5。
实验一-单闭环直流调速系统仿真
图2-49 传递函数模块对话框
阶跃时刻， 可改到0 。
阶跃值，可 改到10 。
图2-50 阶跃输入模块对话框
填写所需要 的放大系数
图2-51 增益模块对话框
图2-52
Integrator模块对话框
积分饱和值, 可改为10。
积分饱和值,可 改为-10。
(4)模块连接
以鼠标左键点击起点模块输出端，拖动鼠标至终 点模块输入端处，则在两模块间产生“→”线。
图2-56 无超调的仿真结果
K p 0.8
1 15
系统转速的响应 的超调较大、但 快速性较好。
图2-57 超调量较大的仿真结果
SIMULINK软件的仿真方法为系统设计提 供了仿真平台，可以选择合适的PI参数， 满足系统的跟随性能指标。
在《自动控制理论》课程中讨论了多种PI 调节器的设计方法，MATLAB也为它们的 实现提供了模块。
仿真模型的运行
(1)仿真过程的启动：单击启动仿真工具条的按钮 或选择Simulation→Start菜单项，则可启动仿真过 程，再双击示波器模块就可以显示仿真结果。
(2)仿真参数的设置：为了清晰地观测仿真结果， 需要对示波器显示格式作一个修改，对示波器的 默认值逐一改动。改动的方法有多种，其中一种 方法是选中SIMULINK模型窗口的 Simulation→Configuration Parameters菜单项，打 开仿真控制参数对话框，对仿真控制参数进行设 置。
关于直流电动机调速系统的PI设计，将在 第3章中作详细的论述。
对应额定转速时的给定电压
U
* n
10V
。
图2-45 比例积分控制的直流调速系统的仿真框图
仿真模型的建立
进入MATLAB，单击 MATLAB命令窗口工 具栏中的SIMULINK 图标，
直流电机PID转速闭环调速控制系统Proteus仿真实现
基于uC/COS的直流电机PID转速闭环调速控制系统Proteus仿真实现在工业自动控制系统和各种智能产品中常常会用用电动机进行驱动、传动和控制，而现代智能控制系统中，对电机的控制要求越来越精确和迅速，对环境的适应要求越来越高。
随着科技的发展，通过对电机的改造，出现了一些针对各种应用要求的电机，如伺服电机、步进电机、开关磁阻电机等非传统电机。
但是在一些对位置控制要求不高的电机控制系统如传动控制系统中，传统电机如直流电机乃有很大的优势，而要对其进行精确而又迅速的控制，就需要复杂的控制系统。
随着微电子和计算机的发展，数字控制系统应用越来越广泛，数字控制系统有控制精确，硬件实现简单，受环境影响小，功能复杂，系统修改简单，有很好的人机交换界面等特点。
在电机控制系统开发中，常常需要消耗各种硬件资源，系统构建时间长，而在调试时很难对硬件系统进行修改，从而延长开发周期。
随着计算机仿真技术的出现和发展，可用计算机对电机控制系统进行仿真，从而减小系统开发开支和周期。
计算机仿真可分为整体仿真和实时仿真。
整体仿真是对系统各个时间段对各个对象进行计算和分析，从而对各个对象的变化情况有直观的整体的了解，即能对系统进行精确的预测，如Matlab就是一个典型的实时仿真软件。
实时仿真是对时间点的动态仿真，即随着时间的推移它能动态仿真出当时系统的状态。
Proteus是一个实时仿真软件，用来仿真各种嵌入式系统。
它能对各种微控制器进行仿真，本系统即用Proteus对直流电机控制系统进行仿真。
在系统软件开发中开发中可用操作系统，也可不用操作系统。
如用操作系统，程序可实现模块化，并能对系统资源进行统筹管理，最主要的是可实现多任务运行。
如果需要多任务并行运行，并且需要一定的时间间隔，某些任务对时间的要求不高时，如不用操作系统则要占用定时器资源，并且对栈空间和硬件资源很难进行管理，所以在这种情况下需要操作系统。
本系统用操作系统uC/COS.uC/COS是一个完整的、可移植、可固化、可剪裁的占先式实时多任务内核.uC/COS 已经有很多产品成功使用的案例且得到美国军方的认证，说明了该系统的可靠性。
单闭环直流调速系统的MATLAB计算与仿真
目录目录 ............................................................................................................................................................... - 1 -1 绪论 ......................................................................................................................................................... - 2 -1.1 直流调速系统概述................................................................................................................... - 2 -1.2 MATLAB简介 ......................................................................................................................... - 3 -2 直流电动机的降压调速.......................................................................................................................... - 4 -2.1 直流电动机构成......................................................................................................................... - 4 -2.2 直流电机励磁方式................................................................................................................... - 4 -2.3 直流电动机工作原理............................................................................................................... - 4 -2.4 直流电动机的降压调速........................................................................................................... - 5 -3 单闭环直流调速系统 ............................................................................................................................. - 6 -3.1 V-M系统简介 .......................................................................................................................... - 6 -3.2 三相桥式全控整流电路........................................................................................................... - 6 -3.3 闭环调速系统的组成............................................................................................................... - 7 -4 电路设计和仿真 ..................................................................................................................................... - 8 -4.1 电路原理 .................................................................................................................................. - 8 -4.2 系统的建模和参数设置........................................................................................................... - 9 -4.3 仿真结果 ................................................................................................................................ - 17 -结论 ......................................................................................................................................................... - 18 -小组分工 ..................................................................................................................................................... - 18 -附录 ............................................................................................................................................................. - 19 -1 绪论直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在广泛范围内平滑调速，在轧钢机、矿井卷扬机、挖掘机、海洋钻机、金属切割机床、造纸机、高层电梯等需要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛的使用。
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。
单闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告4.doc
单闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告4比例积分控制的单闭环直流调速系统仿真一、实验目的1．熟练使用MATLAB 下的SIMULINK 仿真软件。
2．通过改变比例系数以及积分时间常数τ的值来研究和τ对比例积分控制的直流调速系统的影响。
二、实验内容1．调节器的工程设计2．仿真模型建立3．系统仿真分析三、实验要求建立仿真模型，对参数进行调整，从示波器观察仿真曲线，对比分析参数变化对系统稳定性，快速性等的影响。
四、实验原理图4-1 带转速反馈的闭环直流调速系统原理图调速范围和静差率是一对互相制约的性能指标，如果既要提高调速范围，又要降低静差率，唯一的方法采用反馈控制技术，构成转速闭环的控制系统。
转速闭环控制可以减小转速降落，降低静差率，扩大调速范围。
在直流调速系统中，将转速作为反馈量引进系统，与给定量进行比较，用比较后的偏差值进行系统控制，可以有效的抑制甚至消除扰动造成的影响。
当t=0时突加输入时，由于比例部分的作用，输出量立即响应，突跳到，实现了快速响应；随后按积分规律增长，。
在时，输入突降为0，=0，= ，使电力电子变换器的稳态输出电压足以克服负载电流压降，实现稳态转速无静差。
五、实验各环节的参数及和1/τ的参数的确定5.1各环节的参数：直流电动机：额定电压=220V，额定电流=55A,额定转速=1000r/min,电动机电动势系数=0.192V •min/r。
假定晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数=44，滞后时间常数=0.00167s。
电枢回路总电阻R=1.0Ω，电枢回路电磁时间常数=0.00167s 电力拖动系统机电时间常数=0.075s。
转速反馈系数=0.01V •min/r。
对应额定转速时的给定电压=10V。
稳态性能指标D=20，s 5% 。
5.2 和1/τ的参数的确定：PI调节器的传递函数为其中，。
（1）确定时间常数1）整流装置滞后时间常数；2）转速滤波时间常数；3）转速环小时间常数；（2）计算参数按跟随和抗扰性都较好的原则，取h=5，则调节器超前时间常数，即积分时间常数：，则由此可得开环增益：于是放大器比例放大系数：六、仿真模型的建立如图6-1为比例积分控制的无静差直流调速系统的仿真框图，根据仿真框图，利用MATLAB下的SMULINK软件进行系统仿真，建立的仿真模型如图6-2所示。
直流电机闭环调速系统设计与仿真
工 程 与 试验 Ｅ Ｉ Ｅ Ｒ ＮＧ ＆ Ｔ Ｓ ＮＧ Ｎ Ｅ Ｉ Ｅ Ｔ
Ｄ ｃ ００ ｅ ．２ １
直 流 电机 闭 环 调 速 系统 设 计 与 仿 真
李 勇 智 ， 维屏 ， 连 义 杨 超 巩 毕 ’ 立
（ 蒙 古 兴 安 盟 科 右 前 旗 宏 沣 水 力 发 电厂 ， 蒙 古 右 前 旗 １ ｉ ｎ ａ ｄ Ｓ ｍ ｕ ａ ｉ ｎ ｓｇ ｎ ｉ ｌ ｔｏ ｏ ｈ ｎ ｔ ｅ ＤＣ ｎ ｅ ｔ ｒ Ｄｏ ｂ ｅ Ｃｌ ｓ ｄ－ ｏ ｎ ｒ ｌＳ ｓ ｅ Ｃｏ ｖ ｒ ｅ ｕ ｌ ｏ ｅ －ｏ ｐ Ｃｏ ｔ ｏ ｙ ｔ ｍ ｌ
ＬｉＹ ｏ ｚ ，Ｇ ｏ ｅｐｉ ｇ，ＢｉＬｉ ｎ ｉ Ｙ ａ ｇ Ｌｉｈａ ｎｇ ｈｉ ｎｇ Ｗ ｉ ｎ ａ ｙ， ｎ ｃ ｏ
摘 要 ： 闭环直流调速控制系统有较好性能 ， 双 因而 得 到 广 泛 应 用 。在 实 际 应 用 中 ， 定 电动 机 后 ， 参 数 是 不 可 选 其
变 的 ， 能 通 过 改 变 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 内 环 电 流 调 节 器 和外 环 的转 速调 节器 的 参 数 来 提 高 整 个 系 统 的 性 能 。建 只 立 系 统 的 数学 模 型 ， 别 按 二 阶 最 佳 和 三 阶 最 佳 设 计 方 案 ， 用 Ｐ 控 制 算 法 ， 电 流 调 节 器 和 转 速 调 节 器 进 行 设 分 采 Ｉ 对
系 统 概 述
双 闭 环直 流 调速 控 制 系统 主 要 由主 控 开关 、 电
机励 磁 电路 、 晶闸 管调速 电路 （ 括 测速 电路 ） 整流 包 、 滤波 电路 、 波电抗 器及放 电电路 、 平 能耗制 动 电路 组 成（ 系统 组成 框 图见 图 １ 。系 统 采 用 闭 环 Ｐ 调 节 ） Ｉ 器控 制 ， 当主控 开关 闭合后 ， 单相 交 流电经 晶 闸管 调 速 电路控 制 ， 经过桥 式整 流 、 波 、 波 电抗器后 ， 又 滤 平
自主学习一：单闭环调速系统 (2)
运动控制系统分析与设计自主学习报告题目：单闭环直流调速系统仿真姓名：学号：班级：任务一 单闭环直流调速系统仿真直流电动机：型号为Z4-132-1，额定电压400N U =V ，额定电流52.2dN I =A ，额定转速为2610 r/min ，反电动势系数e C =0.1459 V ⋅min/r ，允许过载倍数λ=1.5；PWM 变换器开关频率：8KHz ，放大系数：s K =107.5；(538/5=107.5)，直流母线电压为538V 。
电枢回路总电阻： 0.368R =Ω；时间常数：电枢回路电磁时间常数l T =0.0144s ，电力拖动系统机电时间常数m T =0.18s ；转速反馈系数0.00383min/V s =⋅α(N n V /10≈)；对应额定转速时的给定电压V U n10*=。
（1） 在matlab/simulink 仿真平台下搭建系统仿真模型。
再报告中给出模型图形及建模过程。
其中PWM 变换器利用给出的PWM 控制器模块和simulink/Powersystem 工具包中的功率封装模块搭建，不能直接利用传递函数建模。
比例积分调节器进行积分和输出限幅，输出限幅值为+5和-5。
（2） 给出采用比例调节器（7p K =）、比例积分调节器时（7p K =，1107=τ）空载起动到额定转速的转速波形，并就稳态静差和动态性能进行对比，分析说明原因。
注意比例积分调节器参数是按照式（3-27）定义的。
答：首先单独使用比例调节器时，只需将积分一路断开、负载置零即可。
下图展示了使用比例调节器时，空载起动到额定转速的转速波形，分别是0.5s 时和10s 时的波形。
当使用比例积分调节器时，将积分一路连接，负载置零。
起动到额定转速的转速波形，分别是0.5s时和10s时的波形。
下面是空载起动到额定转速的转速波形，分别是0.5s时和10s时的波形。
由图可知，稳定后转速n=2610 r/min ，等于额定转速，为无静差系统。
单闭环直流调速系统的MATLAB计算与仿真
单闭环直流调速系统的MATLAB计算与仿真单闭环直流调速系统是工程控制中的一种常见系统，它由电机、转速传感器、控制电路和执行机构组成。
MATLAB是一种功能强大的数学软件，可以进行数值计算、数据分析和可视化等工作。
在本文中，我们将介绍如何使用MATLAB来进行单闭环直流调速系统的计算与仿真。
首先，我们需要用到MATLAB中的控制系统工具箱。
这个工具箱包含了一些用于分析和设计控制系统的函数和命令。
可以通过在MATLAB命令窗口中输入"controlSystemDesigner"来打开控制系统设计器。
在这个界面中，我们可以通过拖动和连接不同的图标来构建控制系统。
在单闭环直流调速系统中，我们需要将电机模型与控制电路连接起来。
电机模型可以用传输函数表示，其转速输入和电压输出之间的关系可以由下面的传输函数描述：$G(s) = \frac{k}{s(Ts+1)}$其中，k表示电机的增益，T表示系统的时间常数。
可以根据电机的参数进行实际的估计或测量。
控制电路通常包括PID控制器。
PID控制器以比例、积分和微分三个部分的加权和作为输出，与期望转速进行比较，然后通过调节输入电压来控制电机。
PID控制器的传输函数可以表示为：$C(s) = K_p + \frac{K_i}{s} + K_d s$其中，Kp、Ki和Kd表示比例、积分和微分增益。
有了电机模型和PID控制器的传输函数，我们可以将它们连接起来，并通过控制系统设计器进行仿真。
在设计器中，可以将电机模型作为输入，PID控制器作为输出。
然后，我们可以通过调整PID控制器的增益来改变系统的动态响应。
还可以通过添加阻尼器或滤波器来进一步优化系统的性能。
完成连接后，可以点击设计器界面中的“模拟”按钮来进行系统的仿真。
仿真结果将显示在设计器的右侧窗口中，包括系统的阶跃响应、频率响应和鲁棒性等指标。
通过观察这些指标，可以评估系统的性能并进行参数优化。
除了使用控制系统设计工具箱之外，MATLAB还提供了许多其他功能来进行系统的计算和仿真。
运动控制实验精选全文
可编辑修改精选全文完整版第二章运动控制（一）实验实验三不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究一．实验目的1．研究晶闸管直流电动机调速系统在反馈控制下的工作。
2．研究直流调速系统中速度调节器ASR的工作及其对系统静特性的影响。
3．学习反馈控制系统的调试技术。
二．实验系统组成及工作原理采用闭环调速系统，可以提高系统的动静态性能指标。
转速单闭环直流调速系统是常用的一种形式。
实验图3一1所示是转速单闭环直流调速系统的实验线路图。
实验图3一1转速单闭环直流调速系统图中电动机的电枢回路由晶闸管组成的三相桥式全控整流电路V供电，通过与电动机同轴刚性连接的测速发电机TG检测电动机的转速，并经转速反馈环节FBS分压后取出合适的转速反馈信号U n，此电压与转速给定信号U*经速度调节器ASR综合调节，ASR的n输出作为移相触发器GT的控制电压U ct，由此组成转速单闭环直流调速系统。
图中DZS和转速反馈电压U n均为零时，DZS的输出信号使转速为零速封锁器，当转速给定电压U*n调节器ASR锁零，以防止调节器零漂而使电动机产生爬行。
三、实验设备及仪器1．MCL—II型电机控制教学实验台主控制屏。
2．MCL—20组件。
3．MCL—03组件。
4．MEL—11电容箱。
5．MEL—03三相可调电阻（或自配滑线变阻器）6．电机导轨及测速发电机、直流发电机MO l7．直流电动机M03。
8．双踪示波器。
四．实验内容1．移相触发电路的调试（主电路未通电）（a）用示波器观察MCL—20的脉冲观察孔，应有双脉冲，且间隔均匀，幅值相同；观察每个晶闸管的控制极、阴极电压波形，应有幅值为1V-2V的双脉冲。
（b）触发电路输出脉冲应在30º~90º范围内可调。
可通过对偏移电压调节单位器及ASR输出电压的调整实现。
例如：使ASR输出为0V，调节偏移电压，实现α=90º：再保持偏移电压不变，调节ASR的限幅电位器RP1，使α =30º。
单闭环直流电机调速Simulink仿真
直流调速系统及其仿真
首先，我先大致讲一下电机调速的基本原理：
01()d d n a U E I R R R =+++（1）
e e E C n K n ==Φ（2）
3） 直流他励电动机供电原理图 （1） （2） （3） V-M
n U n n U U =放大器p n U K U
晶闸管整流器及触发装置U V-M 式中，p K 为放大器的电压放大系数；s K 为晶闸管整流器及触发装置的电压放大系数；
2α为反馈电位器分压比；etg C 为测速发电机额定磁通下的电动势转速比；2etg C αα=为转速反馈系数。
以上就是单电机比较简单的理论，下面我要向大家介绍一下无静差转速负反馈调速系统的构成、建模及仿真。
单闭环无静差转速负反馈调速系统的电气原理图如图所示：
系统的建模包括主电路的建模和控制电路的建模两部分。
该系统由给定、速度调节器、同步脉冲触发器、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机、速度给定环节、限流环节等部分组成。
（一）
三相交流电源
A 超前C120度，C 超前B120度。
同步脉冲触发器和封装之后的子系统符号
六脉冲触发器需要用三相线电压同步，所以同步电源的任务是将三相交流电源的相电压转换成线电压。
图中
触发器开关信号block 为0时，开放触发器；为1时，封锁触发器。
晶闸管整流桥及其参数设置
直流电机模块
PID 模块及其参数设置
PI 的控制器可以通过现有的PID 模块进行设置。
限幅器模块及其参数设置
通过对ct U 参数变化范围的探索而知：在单闭环无静差系统中，当ct U 在110~207范围内变化时，同步脉冲
为样。
（二）
（三）。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
目录
本科生课程论文 ........................................................................... 错误!未定义书签。
一、仿真题目 (2)
单闭环直流调速系统仿真 (2)
二、仿真过程 (2)
2.1 仿真总图 (2)
2.2 PWM模块 (3)
2.3 电机模块 (3)
2.4 仿真结果 (4)
三、心得体会 (10)
一、仿真题目
单闭环直流调速系统仿真
直流电动机：型号为Z4-132-1，额定电压400N U =V ，额定电流52.2dN I =A ，额定转速为2610 r/min ，反电动势系数e C =0.1459 V ⋅min/r ，允许过载倍数λ=1.5；PWM 变换器开关频率：8KHz ，放大系数：s K =107.5；(538/5=107.5)，直流母线电压为538V 。
电枢回路总电阻： 0.368R =Ω；
时间常数：电枢回路电磁时间常数l T =0.0144s ，电力拖动系统机电时间常数
m T =0.18s ；转速反馈系数0.00383min/V s =⋅α(N n V /10≈)；
对应额定转速时的给定电压V U n 10*
=。
● 在matlab/simulink 仿真平台下搭建系统仿真模型。
其中PWM 变换器利用给
出的PWM 控制器模块和simulink/Powersystem 工具包中的功率封装模块搭建，不能直接利用传递函数建模。
比例积分调节器进行积分和输出限幅，输出限幅值为+5和-5。
● 给出采用比例调节器（7p K =）、比例积分调节器时（7p K =，1107
=τ
）空载起动
到额定转速的转速波形，并就稳态静差和动态性能进行对比，分析说明原因。
● 给出采用比例积分调节器时（7p K =，1107
=τ
）的转速、电流、电枢电压波形，
分析空载起动过程中电流过流原因，请给出解决过流问题的方法。
● 在4s 突加40%额定负载，给出仿真波形（包括转速、电流、转速调节器输
出），并加载过程中波形变化加以分析，比较加载前后稳态转速，说明原因。
二、仿真过程
2.1 仿真总图
图1 仿真总图
2.2 PWM模块
图2 PWM模块仿真图
PWM变换器利用给出的PWM控制器模块和simulink/Powersystem工具包中的功率封装模块搭建。
2.3 电机模块
图3 比例积分控制的直流调速系统的仿真图
根据上图和已知数据确定参数，搭建仿真图如下：
图4 电机模块仿真图
2.4 仿真结果
（1）在matlab/simulink 仿真平台下搭建系统仿真模型。
利用给出的PWM 控制器模块和simulink/Powersystem 工具包中的功率封装模块搭建PWM 变换器。
比例积分调节器进行积分和输出限幅，输出限幅值为+5和-5。
图5 输出限幅设置
（2）给出采用比例调节器（7p K =）、比例积分调节器时（7p K =，1107
=τ
）空载起
动到额定转速的转速波形，并就稳态静差和动态性能进行对比，分析说明原因。
使用比例调节器时，只需将积分一路断开、负载置零即可。
下图展示了使用比例调节器时，空载起动到额定转速的转速波形，分别是10s 时与0.5s时的波形。
图6 比例调节时空载启动转速波形
下图展示了使用比例积分调节器时，空载起动到额定转速的转速波形，分别是10s时与0.5s时的波形。
图7比例积分调节时空载启动转速波形
将二者比较
表1 比例与比例积分空载启动时稳态静差和动态性能进行对比
稳态转速 （r/min ）
稳态静差 （r/min ） 峰值时间 （s ） 调整时间 （s ） 超调量 （%） 比例 2480 130 0.253 0.320 1.2 比例积分
2610
0.264
-
-
由图可知，稳定后转速 n=2610 r/min ，等于额定转速，为无静差系统。
这是由于比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状，而积分调节器的输出包含了输入偏差量的全部历史，因此积分控制可以实现无静差调速。
由上表可知，相较于比例，比例积分的稳态性能好，动态性能稍差。
比例部分能迅速响应控制作用，积分部分则最终消除稳态误差但会在一定程度上影响动态性能。
（3）给出采用比例积分调节器时（7p K =，1107
=τ
）的转速、电流、电枢电压波形，
分析空载起动过程中电流过流原因，请给出解决过流问题的方法。
图8 比例积分调节时空载启动电流、转速波形
图9 比例积分调节时空载启动电枢电压波形
由上图可知，启动电流最大值超过1000A。
这是因为在转速反馈控制直流调速系统上突加给定电压时，由于惯性的作用，转速不能立即建立起来，反馈电压为零，相当于偏差电压∆Un=Un*，调节器的输出是Kp*Un*。
这时，由于放大器和变换器的惯性都很小，电枢电压Ud立即达到它的最高值，对电动机来说，相当于全压起动，所以会造成电动机过电流。
要解决过电流问题，系统中必须有自动限制电枢电流的环节，故可引入电流截止负反馈，当电流大到一定程度时出现电流负反馈，使其不超过允许值。
（4）在4s突加40%额定负载，给出仿真波形（包括转速、电流、转速调节器输出），并加载过程中波形变化加以分析，比较加载前后稳态转速，说明原因。
在step(2)处加入负载扰动，4s时作用，如下图：
图10 负载扰动参数设置
图11 转速、电流、转速调节器输出（启动时）
图12 转速、电流、转速调节器输出（扰动时）在4s时加负载后电流波形出现一个波动，调整后电流增大，并且逐渐进入一个新的稳态（有负载，不为零）；同时转速也有一个波动，减小后进入新的转速稳态；转速调节器输出波形的波动显示了转速调节器起作用。
由于机械特性较硬，加入负载扰动后，转速、电流、转速调节器的输出稍有变化，经过一个小的波动后进入新的稳态。
三、心得体会
本次仿真作业是初学Simulink工具箱，碰到了一些问题并且已经解决。
1.数据类型不正确
初次仿真时产生error：Input port 1 of 'untitled2/PWM/NOT' is not connected.
原因在于直接使用逻辑非门，输入前数据类型为double，输出后数据类型为boolean，无法仿真，因此转换数据类型即可，如下图：
或者再添加两个非门
2.搭建完成仿真电路后，产生许多错误，无法运行，查阅资料后得知没有添加powergui，powergui可用于对搭建的模块进行统一以及协调以及对相应量的初始化。
11
3.搭建电路时不可想当然，在自控原理中我们比较熟悉负反馈，常用相减的节点来表示负反馈。
此电路中的比例积分调节器是采用比例与积分调节器相加，因此节点不应想当然使用减号。
这样的错误还不容易被发现，导致仿真时花了许多不必要的精力排查。
4.电路运行后，使用repeating sequence 未能得到既定波形，查阅资料、修改仿真步长都未能解决，最后使用一个三角波发生器和一个放大器代替。
我认为最让我有收获的是在设计过程中，加深了对转速闭环负反馈控制的理解，构建仿真图让我有了对系统框图有了更加深刻的理解。
在仿真中遇到的问题，在很大程度上也培养了我动手解决问题的能力，非常具有实践意义。