电机控制大作业直流电机双闭环调速

实验报告

课程名称：电机控指导老师：年珩成绩：

实验名称：直流电机双闭环调速实验类型：___同组学生姓名：

一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）

三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤

五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）

七、讨论、心得

一、实验目的和要求

1、加深对直流电机双闭环PWM调速模型的理解。

2、学会利用MATLAB中的SIMULINK工具进行建模仿真。

3、掌握PI调节器的使用，分析其参数对电机运行性能的影响。

二、实验内容

1、描述Chopper-Fed DC Motor Drive中每个模块的功能。

2、仿真结果分析：包括转速改变、转矩改变下电机运行性能，并解释相应现象。

3、转速PI调节器参数对电机运行性能的影响。

4、电流调节器改用PI调节器后，对电机运行调速结果的影响。

三、主要仪器设备和仿真平台

1、MATLABR2013a

2、Microsoft Officials Word 2013

四、实验步骤及分析

1、直流电机双闭环调速各模块功能分析

参考Matlab自带的直流电机双闭环调速的SIMULINK仿真模型：

demo/simulink/simpowersystem/Power Electronics Models/Chopper-Fed DC

Motor Drive

专业：电气工程与自动化

姓名：

学号：

日期：

地点：

1.1转速给定模块

转速给定有两种方式：一为恒定转速给定，二是阶跃的给定。两种方式的选择通过单刀双掷开关实现。

恒转速给定可由以下窗口修改设置：

Step Time为从初始状态到阶跃完成所需的时间，Initial Value为初始转速，Final Value为阶跃后最终转速，Sample Time为采样时间间隔。即从图中可得出，当前转速给定为一个从120rad/s到160rad/s的阶跃过程，直到阶跃过程结束耗时

0.4s。

1.2转矩给定模块

转矩给定也有两种方式：一为恒定转矩给定，二是阶跃转矩的给定。两种方式的选择通过单刀双掷开关实现。

恒转矩给定可由以下窗口修改设置：

Step Time为从初始状态到阶跃完成所需的时间，Initial Value为初始转矩，Final Value为阶跃后最终转矩，Sample Time为采样时间间隔。即从图中可得出，当前转矩给定为一个从5 Nm到25 Nm的阶跃过程，直到阶跃过程结束耗时1.2s。

1.3速度控制器Speed Controller

速度控制器其内部结构如下：

两个输入量分别为由转速给定模块提供作为转速参考值的wref和当前速度实际值wm，得出差值通过比例积分环节，再通过Saturation限幅环节，获得输出电流值Iref。

可知该环节为PI控制环节，其内部参数主要有比例调节系数Kp和积分调节系数Ki。

可通过如下窗口修改设置：

由图中可观察得该PI调节系统的系数Kp=1.6，Ki=16，Current Limit为输出电流最大限定值，设置为30A。

1.4 电流控制器Current Controller

其内部结构如下：

可得知该电流控制系统为滞环调节系统，其两个输入量分别为由电流给定模块提供参考电流值Iref和当前实际电流反馈值Ia，经过滞环调节，输出GTO的通断开关信号。

滞环模块的参数设置如下，可设置滞环的开关时间点和开关时各自的输出值：

电流控制系统内部参数设置如下图，当Hysteresis Band滞环电流两个输入量差别超过正负2A时，输出GTO关或开信号进行调节电路。

1.5 PWM波生成模块

其内部结构如下：

Powersysdomain模块是一个P-code文件，具体里面的内容是看不到的，存在于matlab文件夹下。Powersysdomain为电机三相绕组的电力电子电路，外部三相电路A、B、C只有接入这个电路才能产生三相电流，电机其他模块则是根据测到的三相电流进行变换和控制，GTO存在于该模块当中。

Model(Continuous)模块的具体结构如下：

由图中可知，GTO模块以一个280V直流电压作为该模块输入阳极电压信号a，滞环控制环节输出信号作为该模块的门极触发信号g，当输入信号g为正时，输出高电平；当输入信号g为负时，输出低电平。

该模块内部参数设置如下图：

Resistance Ron为晶闸管元件内电阻，Inductance Lon为晶闸管元件内电感Lon(H)，Forward voltage Vf为晶闸管元件的正向管压降，Current 10% fall time 为电流下降到10%的时间，Current tail time为电流拖尾时间，Initial current Ic 为初始电流，Snubber resistance Rs为缓冲电阻，Snubber capacitance Cs 为缓冲电容。

1.6 直流电机模块

由图可知该直流电机为一台他励直流电机，励磁电压为240V的直流电压源。由转矩给定模块给定转矩信号，同时输出当前电流和转速的实时反馈信号。

电机的内部参数可由如下窗口设置：

由图可得，可由Armature Resistance And Inductance设置电枢绕组电阻和电感，Field Resistance And Inductance设置励磁绕组的电阻和电感，Field-Armature Mutual Inductance Laf设置励磁绕组和电枢绕组的互感，Total Inertia J设置转动惯量，Viscous Friction Coefficient Bm设置粘滞摩擦系数，Coulomb Friction Torque Tf设置库仑摩擦转矩，Initial Speed为初始角速度。

则可以读取，当前电枢绕组的Ra=0.5ohms，La=0.01H，当前励磁绕组的Rf=240ohms，Lf=120H，励磁绕组和电枢绕组的互感Laf=1.23H，转动惯量J=0.05Kg.m^2等参数。

1.7 速度和电流反馈模块

其内部变量如下图：

由上图可知，由直流电机系统获得的可选择的反馈输入量有转速、电枢电流、励磁电流和电磁转矩，我们所选择的输出为电机转速和电枢电流。

1.8 反馈电流滤波模块