双闭环直流调速系统的课程设计(MATLAB仿真)
双闭环直流调速系统的课程设计(MATLAB仿真)
(a)带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动过程(b)理想快速起动过程
图1 调速系统起动过程的电流和转速波形
在实际工作中，我们希望在电机最大电流（转矩）受限的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流（转矩）为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。这样的理想起动过程波形如图1-（b）所示，这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。这是在最大电流（转矩）受限的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程。
第三阶段是转速调节阶段。转速调节器在这个阶段中起作用。开始时转速已经上升到给定值，ASR的给定电压 与转速负反馈电压 相平衡，输入偏差 等于零。但其输出却由于积分作用还维持在限幅值 ，所以电动机仍在以最大电流 下加速，使转速超调。超调后， ，使ASR退出饱和，其输出电压（也就是ACR的给定电压） 才从限幅值降下来， 也随之降了下来，但是，由于 仍大于负载电流 ，在开始一段时间内转速仍继续上升。到 时，电动机才开始在负载的阻力下减速，知道稳定（如果系统的动态品质不够好，可能振荡几次以后才稳定）。在这个阶段中ASR与ACR同时发挥作用，由于转速调节器在外环，ASR处于主导地位，而ACR的作用则力图使 尽快地跟随ASR输出 的变化。
（3）准时间最优控制：在设备允许条件下实现最短时间的控制称作“时间最优控制”，对于电力拖动系统，在电动机允许过载能力限制下的恒流起动，就是时间最优控制。但由于在起动过程Ⅰ、Ⅱ两个阶段中电流不能突变，实际起动过程与理想启动过程相比还有一些差距，不过这两段时间只占全部起动时间中很小的成分，无伤大局，可称作“准时间最优控制”。采用饱和非线性控制的方法实现准时间最优控制是一种很有实用价值的控制策略，在各种多环控制中得到普遍应用。
双闭环直流调速系统仿真(Matlab)
Wcli (s)
Ti
1 s2 1
s 1
KI
KI
联系仿真实例，经计算可得
136.2 W cli(s)0.00367s2s136.2
根据经验公式，转速环的开环传函为
Wn(s)
KN(ns1)
s2(Tns1)
同理可得 Wn(s)03.041.67s34s3399.s12
通过MATLAB指令可得其闭环传函为
图1 原始调速系统结构框图
2021/7/1
3
对于该系统，联系仿真实例，经计算可得其开环传递函数为
3 5 G (s) 0 .1 2 9 (0 .0 0 1 6 7 s 1 )(0 .0 0 1 s2 0 .0 5 s 1 )
借助于MATLAB仿真软件，绘制Bode图如图2所示。
图2 原始控制系统伯德图
主程序文件main.m 和目标函数文件optm.m，运行主程序，得到 kp,ki,kp1,ki1的
存储空间，在Command window键入gatool,调用出遗传算法工具箱的人机接 口，在里面设置相关参数，设置完毕后点击start按钮开始运行。经过迭代，
会得到 kp,ki,kp1,ki1的最优解，参数值如图7所示，将再其带入图6中即可
Id(s)
R
Tm s
1 n(s) Ce
电流环
Tois 1
Ton s 1
2021/7/1
图3 双闭环直流调速系统动态结构框图
5
3.仿真环境中步长的选择
刚性是指其Jacobian（雅可比）矩阵的特征值
相差悬殊。在解的性态上表现为，其中一些解
变化缓慢，刚性方程，又称为Stiff方程。
根据经验公式，电流环闭环传递函数公式为
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。
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。
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。
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。
利用Matlab仿真平台设计双闭环直流调速系统
1 设计任务及要求1、已知条件：某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据如下：直流电动机：220V 、136A 、1460r/min ,Ce=0.132 min/r ,允许过载倍数5.1=λ 。
闸管放大系数：Ks=40。
R 0.5=Ω电枢回路电阻：。
时间常数：T1=0.03s ，Tm=0.18s 。
电流反馈系数：)10V /1.5I V /A(05.0nom ≈=β转速反馈系数：)n /10(r /m in 007.0nom V V ≈=α2、技术要求：稳态指标：无静差；动态指标：电流超调量%5i ≤σ；空载起动到额定转速时的转速超调量%10%n =σ。
3、设计要求：① 简述单闭环直流调速系统的基本构成和工作原理。
② 分析所设计系统的静态性能指标和动态性能指标。
③ 根据动态性能指标设计校正装置。
④ 设计出系统的Simulink 仿真模型，验证所设计系统的性能。
⑤ 给出所设计系统的性能指标：上升时间r t 、超调量%p σ、调节时间s t 、最大启动电流dmax I 、稳态误差ss e 。
2系统的基本结构和工作原理许多生产机械，由于加工和运行的要求，使电动机经常处于起动、制动、反转的过渡过程中，因此起动和制动过程的时间在很大程度上决定了生产机械的生产效率。
为缩短这一部分时间，仅采用PI调节器的转速负反馈单闭环调速系统，其性能还不很令人满意。
双闭环直流调速系统是由电流和转速两个调节器进行综合调节，可获得良好的静、动态性能（两个调节器均采用PI调节器），由于调整系统的主要参量为转速，故将转速环作为主环放在外面，电流环作为副环放在里面，这样可以抑制电网电压扰动对转速的影响。
双闭环直流调速系统较单闭环相比具有动态响应快、抗干扰能力强等优点，具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。
具有单闭环不能比拟的优势。
双闭环调速系统的结构示意图如下图1：图1 双闭环调速系统结构示意图双闭环调速系统结构原理图如下图2：图2 双闭环调速系统结构原理图3系统的静态性能和动态性能指标3.1系统的静态性能指标为了分析双闭环调速系统，必须先绘出它的稳态结构框图。
利用Matlab仿真平台设计双闭环直流调速系统
1 设计任务及要求1、已知条件：某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据如下：直流电动机：220V 、136A 、1460r/min ,Ce=0.132 min/r , 允许过载倍数1.5 。
闸管放大系数：Ks=40 。
电枢回路电阻：R 0.5 。
o时间常数：T1=0.03s ，Tm=0.18s 。
电流反馈系数：0.05V/A( 10V/1.5I nom )转速反馈系数：0.007Vmin /r( 10V /n nom)2 、技术要求：稳态指标：无静差；动态指标：电流超调量i 5% ；空载起动到额定转速时的转速超调量n% 10% 。
3 、设计要求：①简述单闭环直流调速系统的基本构成和工作原理。
②分析所设计系统的静态性能指标和动态性能指标。
③根据动态性能指标设计校正装置。
④设计出系统的Simulink 仿真模型，验证所设计系统的性能。
⑤给出所设计系统的性能指标：上升时间t r 、超调量p% 、调节时间t s 、最大启动电流Idmax 、稳态误差e ss 。
2 系统的基本结构和工作原理许多生产机械，由于加工和运行的要求，使电动机经常处于起动、制动、反转的过渡过程中，因此起动和制动过程的时间在很大程度上决定了生产机械的生产效率。
为缩短这一部分时间，仅采用PI调节器的转速负反馈单闭环调速系统，其性能还不很令人满意。
双闭环直流调速系统是由电流和转速两个调节器进行综合调节，可获得良好的静、动态性能（两个调节器均采用PI调节器），由于调整系统的主要参量为转速，故将转速环作为主环放在外面，电流环作为副环放在里面，这样可以抑制电网电压扰动对转速的影响。
双闭环直流调速系统较单闭环相比具有动态响应快、抗干扰能力强等优点，具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。
具有单闭环不能比拟的优势。
双闭环调速系统的结构示意图如下图1：双闭环调速系统结构原理图如下图2 :渊电源输出*" ---3Hj图2 双闭环调速系统结构原理图触发电踣匸桥-功放rIF1 Io"电源H+II个柠3系统的静态性能和动态性能指标3.1系统的静态性能指标为了分析双闭环调速系统，必须先绘出它的稳态结构框图。
双闭环直流电机调速的matlab仿真
双闭环直流电机调速的matlab 仿真双闭环直流电机调速系统的设计与MATLAB 仿真1.1 双闭环调速系统的工作原理1.1.1 转速控制的要求和调速指标生产工艺对控制系统性能的要求经量化和折算后可以表达为稳态和动态性能指标。
设计任务书中给出了本系统调速指标的要求。
深刻理解这些指标的含义是必要的，也有助于我们构想后面的设计思路。
在以下四项中，前两项属于稳态性能指标，后两项属于动态性能指标1.1.1.1 调速范围D 生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围，即minmax n n D = （1-1） 1.1.1.2 静差率s 当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落，与理想空载转速之比，称作静差率，即%1000⨯∆=n n s nom （1-2） 静差率是用来衡量调速系统在负载变化下转速的稳定度的。
1.1.1.3 跟随性能指标 在给定信号R （t ）的作用下，系统输出量C (t )的变化情况可用跟随性能指标来描述。
具体的跟随性能指标有下列各项：上升时间r t ，超调量σ，调节时间s t .1.1.1.4 抗扰性能指标 此项指标表明控制系统抵抗扰动的能力，它由以下两项组成：动态降落%max C ∆，恢复时间v t .1.1.2 调速系统的两个基本方面在理解了本设计需满足的各项指标之后，我们会发现在权衡这些基本指标，即1) 动态稳定性与静态准确性对系统放大倍数的要求；2) 起动快速性与防止电流的冲击对电机电流的要求。
采用转速负反馈和PI 调节器的单闭环调速系统,在保证系统稳定的条件下,实现转速无静差，解决了第一个问题。
但是，如果对系统的动态性能要求较高，例如要求快速启制动，突加负载动态速降小等等，则单闭环系统就难以满足要求。
这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程中的电流和转矩。
在电机最大电流受限的条件下，希望充分利用电机的允许过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流为允许的最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动，到达稳态后，又让电流立即降低下来，使转速马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。
直流电动机双闭环调速系统MATLAB仿真实验报告
本科上机大作业报告课程名称：电机控制姓名：学号：学院：电气工程学院专业：电气工程及其自动化指导教师：提交日期：20年月日一、作业目的1.熟悉电机的控制与仿真；2.熟悉matlab和simulink等相关仿真软件的操作；3.熟悉在仿真中各参数变化和不同控制器对电机运行的影响。
二、作业要求对直流电动机双闭环调速进行仿真1.描述每个模块的功能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调节器三、实验设备MATLAB、simulink四、实验原理1.双闭环系统结构如图：该系统通过电流负反馈和速度负反馈两个反馈闭环实现对电机的控制，其内环是电流控制环，外环是转速控制环。
内环由电流调节器LT,晶闸管移相触发器CF,晶闸管整流器和电动机电枢回路所组成。
电流调节器的给定信号un。
与电机电枢回路的电流反馈信号相比较,其差值送人电流调节器.由调节器的输出通过移相触发器控制整流桥的输出电压。
在这个电压的作用下电机的电流及转矩将相应地发生变化。
电流反馈信号可以通过直流互感器取白肖流电枢回路,也可以用交流互感器取自整流桥的交流输人电流,然后经整流面得。
这两种办法所得结果相同，但后者应用较多,因为交流互感器结构比较简单。
当电流调节器的给定信号u n大于电流反馈信号uf,其差值为正时,经过调节器控制整流桥的移相角α,使整流输出电压升高,电枢电流增大。
反之,当给定信号u n 小于电流反馈信号时，使整流桥输出电压降低,电流减小,它力图使电枢电流与电流给定值相等。
外环是速度环,其中有一个速度调节器ST,在调节器的输入端送入一个速度给定信号u g，由它规定电机运行的转速。
另一个速度反馈信号u fn米自与电机同轴的测速发电机TG。
这个速度给定信号和实际转速反馈信号之差输人到速度调节器,由速度调节器的输出信号u n作电流调节器输人送到电流调节器，通过前面所讲的电流调节环的控制作用调节电机的.电枢电流Ia和转矩T ,使电机转速发生变化，最后达到转速的给定值。
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。
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。
实验三 双闭环直流调速系统MATLAB仿真
实验三双闭环直流调速系统MATLAB仿真
一、实验目的
1.掌握双闭环直流调速系统的原理及组成；
2.掌握双闭环直流调速系统的仿真。
二、实验原理
一、实验内容
基本数据如下:
直流电动机：220V, 136A, 1460r/min.Ce=0.132Vmin/r.允许过载倍数为1.5；晶闸管装置放大系数: Ks=40；Ts=0.0017s；
电枢回路总电阻: ；
时间常数: ；
电流反馈系数: ；
电流反馈滤波时间常数: ；
电流反馈系数: ；
转速反馈系数α=0.007vmin/r
转速反馈滤波时间常数:
设计要求：设计电流调节器, 要求电流无静差, 电流超调量。
转速无静差, 空载起动到额定负载转速时转速超调量。
并绘制双闭环调速系统的动态结构图。
四、实验步骤
1. 根据原理和内容搭建电路模型；
2. 设置各元器件的参数；
3. 设置仿真参数：仿真时间设为0.06s；计算方法为ode15或ode23。
4. 仿真实现。
五、实验报告
1.Idl=0和Idl=136A时电流和转速的输出波形
2.讨论PI 调节器参数对系统的影响.
τi =TL,s
i i K R
T KT Kp βτ•∑=
…………………………取KT=0.5 转速环设计成典型二型系统
h =5, T 087.0)2(=+==∑∑on i n n T T h hT τ Kn=7.112)1(=∑+=
n
RT h CeTm
h Kn αβ
取11.7 , 11.7/0.087。
双闭环直流电动机调速系统设计及MATLAB仿真
目录1、引言 (3)二、初始条件:ﻩ3三、设计要求: (3)四、设计基本思路 (4)五、系统原理框图................................................................................................................. ４六、双闭环调速系统得动态结构图ﻩ４七、参数计算ﻩ51、有关参数得计算ﻩ52、电流环得设计ﻩ６3. 转速环得设计ﻩ７七、双闭环直流不可逆调速系统线路图ﻩ91。
系统主电路图ﻩ92。
触发电路 (10)3.控制电路 (14)4、转速调节器AＳR设计 ........................................................................................ 1４155。
电流调节器ACＲ设计ﻩ6、限幅电路得设计ﻩ1５八、系统仿真 (16)１。
使用普通限幅器进行仿真 (16)17２、积分输出加限幅环节仿真ﻩ183。
使用积分带限幅得ＰI调节器仿真ﻩ九、总结ﻩ２1一、设计目得1.联系实际,对晶闸管－电动机直流调速系统进行综合性设计,加深对所学《自动控制系统》课程得认识与理解,并掌握分析系统得方法。
2.熟悉自动控制系统中元部件及系统参数得计算方法。
3.培养灵活运用所学自动控制理论分析与解决实际系统中出现得各种问题得能力。
4.设计出符合要求得转速、电流双闭环直流调速系统,并通过设计正确掌握工程设计得方法、5.掌握应用计算机对系统进行仿真得方法。
二、初始条件:1．技术数据（1）直流电机铭牌参数:P N＝90KＷ, ＵN＝44０Ｖ,IＮ=220A, n N=1５０0r/mｉn,电枢电阻Ra=０.08８Ω,允许过载倍数λ=1。
５;（2）晶闸管整流触发装置:Rrec=0。
032Ω,Kｓ=45-４８。
（3）系统主电路总电阻:Ｒ＝０。
1２Ω（4）电磁时间常数:T1=0.012s（5）机电时间常数:Ｔｍ=0。
双闭环不可逆直流调速系统课程设计(matlab仿真设计)91524
双闭环晶闸管不可逆直流调速系统设计(matlab simulink 仿真)前言许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求具有良好的稳态、动态性能。
而直流调速系统调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能，在高性能的拖动技术领域中，相当长时期内几乎都采用直流电力拖动系统。
双闭环直流调速系统是直流调速控制系统中发展得最为成熟，应用非常广泛的电力传动系统。
它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。
我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。
采用转速负反馈和PI调节器的单闭环的调速系统可以再保证系统稳定的条件下实现转速无静差。
但如果对系统的动态性能要求较高，例如要求起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足要求。
这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩。
在单闭环系统中，只有电流截止至负反馈环节是专门用来控制电流的。
但它只是在超过临界电流值以后，强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。
在实际工作中，我们希望在电机最大电流限制的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过度过程中始终保持电流（转矩）为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度启动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。
这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。
这是在最大电流转矩的条件下调速系统所能得到的最快的启动过程。
随着社会化大生产的不断发展，电力传动装置在现代化工业生产中的得到广泛应用，对其生产工艺、产品质量的要求不断提高，这就需要越来越多的生产机械能够实现制动调速，因此我们就要对这样的自动调速系统作一些深入的了解和研究。
本次设计的课题是双闭环晶闸管不可逆直流调速系统，包括主电路和控制回路。
主电路由晶闸管构成，控制回路主要由检测电路，驱动电路构成，检测电路又包括转速检测和电流检测等部分。
双闭环直流调速系统的课程设计(MATLAB仿真)
= = =15V；调节器输入电阻 Ra=40k
3.设计要求
(1)稳态指标:无静差 (2)动态指标:电流超调量
...
5%；采用转速微分负反馈使转速超调量等于 0。
..
..
..
目录
任务书 .............................................................. I 目录 ............................................................... II 前言 ................................................................ 1 第一章 双闭环直流调速系统的工作原理 ................................ 2
.5 检验近似条件 ........................................ 18 2.4.6 计算调节器电阻和电容 ................................ 19 第三章 Simulink 仿真............................................. 20 3.1 电流环的仿真设计 .......................................... 20 3.2 转速环的仿真设计 .......................................... 21 3.3 双闭环直流调速系统的仿真设计 .............................. 22 第四章 设计心得 ................................................... 24 参考文献 ........................................................... 25
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。
双闭环直流电动机调速系统设计及MATLAB仿真
双闭环直流电动机调速系统设计及M A T L A B仿真(共21页)-本页仅作为预览文档封面，使用时请删除本页-目录1、引言..................................................错误!未定义书签。
二、初始条件：...........................................错误!未定义书签。
三、设计要求：...........................................错误!未定义书签。
四、设计基本思路.........................................错误!未定义书签。
五、系统原理框图.........................................错误!未定义书签。
六、双闭环调速系统的动态结构图...........................错误!未定义书签。
七、参数计算.............................................错误!未定义书签。
1. 有关参数的计算 ...................................错误!未定义书签。
2. 电流环的设计 .....................................错误!未定义书签。
3. 转速环的设计 .....................................错误!未定义书签。
七、双闭环直流不可逆调速系统线路图.......................错误!未定义书签。
1.系统主电路图 ......................................错误!未定义书签。
2.触发电路 ..........................................错误!未定义书签。
3.控制电路 ..........................................错误!未定义书签。
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任务书1.设计题目转速、电流双闭环直流调速系统的设计2.设计任务某晶闸管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：Un =440V，In=365A，nN=950r/min，Ra=,电枢电路总电阻R=,电枢电路总电感L=,电流允许过载倍数=，折算到电动机飞轮惯量GD2=20Nm2。
晶闸管整流装置放大倍数Ks =40，滞后时间常数Ts=电流反馈系数=A (10V/转速反馈系数= min/r (10V/nN)滤波时间常数取Toi =，Ton====15V；调节器输入电阻Ra=40k 3.设计要求(1)稳态指标:无静差(2)动态指标:电流超调量5%；采用转速微分负反馈使转速超调量等于0。
目录任务书 (I)目录 (II)前言 (1)第一章双闭环直流调速系统的工作原理 (2)双闭环直流调速系统的介绍 (2)双闭环直流调速系统的组成 (3)双闭环直流调速系统的稳态结构图和静特性 (4)双闭环直流调速系统的数学模型 (5)双闭环直流调速系统的动态数学模型 (5)起动过程分析 (6)第二章调节器的工程设计 (9)调节器的设计原则 (9)Ⅰ型系统与Ⅱ型系统的性能比较 (10)电流调节器的设计 (11)结构框图的化简和结构的选择 (11)时间常数的计算 (12)选择电流调节器的结构 (13)计算电流调节器的参数 (13)校验近似条件 (14)计算调节器的电阻和电容 (15)转速调节器的设计 (15)转速环结构框图的化简 (15)确定时间常数 (17)选择转速调节器结构 (17)计算转速调节器参数 (17)检验近似条件 (18)计算调节器电阻和电容 (19)第三章 Simulink仿真 (20)电流环的仿真设计 (20)转速环的仿真设计 (21)双闭环直流调速系统的仿真设计 (22)第四章设计心得 (24)参考文献 (25)前言许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求具有良好的稳态、动态性能。
而直流调速系统调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能，在高性能的拖动技术领域中，相当长时期内几乎都采用直流电力拖动系统。
双闭环直流调速系统是直流调速控制系统中发展得最为成熟，应用非常广泛的电力传动系统。
它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。
我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。
采用转速负反馈和PI调节器的单闭环的调速系统可以再保证系统稳定的条件下实现转速无静差。
但如果对系统的动态性能要求较高，例如要求起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足要求。
这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩。
在单闭环系统中，只有电流截止至负反馈环节是专门用来控制电流的。
但它只是在超过临界电流值以后，强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。
在实际工作中，我们希望在电机最大电流限制的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过度过程中始终保持电流（转矩）为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度启动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。
这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。
这是在最大电流转矩的条件下调速系统所能得到的最快的启动过程。
随着社会化大生产的不断发展，电力传动装置在现代化工业生产中的得到广泛应用，对其生产工艺、产品质量的要求不断提高，这就需要越来越多的生产机械能够实现制动调速，因此我们就要对这样的自动调速系统作一些深入的了解和研究。
本次设计的课题是双闭环晶闸管不可逆直流调速系统，包括主电路和控制回路。
主电路由晶闸管构成，控制回路主要由检测电路，驱动电路构成，检测电路又包括转速检测和电流检测等部分。
第一章 双闭环直流调速系统的工作原理双闭环直流调速系统的介绍双闭环（转速环、电流环）直流调速系统是一种当前应用广泛，经济，适用的电力传动系统。
它具有动态响应快、抗干扰能力强的优点。
我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。
采用转速负反馈和PI 调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。
但如果对系统的动态性能要求较高，例如要求起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足要求。
这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩。
在单闭环系统中，只有电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的。
但它只是在超过临界电流dcr I 值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。
带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动时的电流和转速波形如图1-（a ）所示。
当电流从最大值降低下来以后，电机转矩也随之减小，因而加速过程必然拖长。
(a)带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动过程 (b)理想快速起动过程图1 调速系统起动过程的电流和转速波形在实际工作中，我们希望在电机最大电流（转矩）受限的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流（转矩）为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。
这样的理想起动过程波形ttdcr(a)(b)如图1-（b）所示，这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。
这是在最大电流（转矩）受限的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程。
实际上，由于主电路电感的作用，电流不能突跳，为了实现在允许条件下最快启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值I的恒流过程，按照反馈控制规dm律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么采用电流负反馈就能得到近似的恒流过程。
问题是希望在启动过程中只有电流负反馈，而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器的输入端，到达稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不再靠电流负反馈发挥主作用，因此我们采用双闭环调速系统。
这样就能做到既存在转速和电流两种负反馈作用又能使它们作用在不同的阶段。
双闭环直流调速系统的组成为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级连接，如图2所示，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晶闸管整流器的触发装置。
从闭环结构上看，电流调节环在里面，叫做内环；转速环在外面，叫做外环。
这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。
该双闭环调速系统的两个调节器ASR和ACR一般都采用PI调节器。
因为PI 调节器作为校正装置既可以保证系统的稳态精度，使系统在稳态运行时得到无静差调速，又能提高系统的稳定性；作为控制器时又能兼顾快速响应和消除静差两方面的要求。
一般的调速系统要求以稳和准为主，采用PI调节器便能保证系统获得良好的静态和动态性能。
图2 转速、电流双闭环直流调速系统图中U *n 、U n —转速给定电压和转速反馈电压；U *i 、U i —电流给定电压和电流反馈电压； ASR —转速调节器； ACR —电流调节器；TG —测速发电机；TA —电流互感器；UPE —电力电子变换器双闭环直流调速系统的稳态结构图和静特性图3：双闭环直流调速系统的稳态结构图双闭环直流系统的稳态结构图如图3所示，分析双闭环调速系统静特性的关键是掌握PI 调节器的稳态特征。
一般存在两种状况：饱和——输出达到限幅值；不饱和——输出未达到限幅值。
当调节器饱和时，输出为恒值，输入量的变化不再影响输出，相当与使该调节环开环。
当调节器不饱和时，PI 作用使输入偏差电Ks1/C eU*nUctIdEnU d0Un++-A SR +U *i-RACR -U i UPE压U ∆在稳太时总是为零。
实际上，在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的。
因此，对静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况。
1．转速调节器不饱和这时，两个调节器都不饱和，稳态时，它们的输入偏差电压都是零，因此，*Un = Un =n ⨯α=0n ⨯α （1-1） *Ui = Ui =d I ⨯β （1-2）由式（1-1）可得：n=α*nU =0n从而得到静特性曲线的CA 段。
与此同时，由于ASR 不饱和，*Ui <*imU 可知d I <dm I ，这就是说，CA 段特性从理想空载状态的Id=0一直延续到d I =dm I。
而dm I ，一般都是大于额定电流dnI 的。
这就是静特性的运行段，它是一条水平的特性。
2．转速调节器饱和 这时，ASR 输出达到限幅值*imU ，转速外环呈开环状态，转速的变化对系统不再产生影响。
双闭环系统变成了一个电流无静差的单电流闭环调节系统。
稳态时：dI =β*imU =dm I（1-3）其中，最大电流dmI 取决于电动机的容许过载能力和拖动系统允许的最大加速度，由上式可得静特性的AB 段，它是一条垂直的特性。
这样是下垂特性只适合于n n 〈的情况，因为如果n n 〉，则*nn U U 〉，ASR 将退出饱和状态。
图4 双闭环直流调速系统的静特性曲线双闭环直流调速系统的数学模型双闭环直流调速系统的动态数学模型双闭环控制系统数学模型的主要形式仍然是以传递函数或零极点模型为基础的系统动态结构图。
双闭环直流调速系统的动态结构框图如图5所示。
图中)(s W ASR 和)(s W ACR 分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数。
为了引出电流反馈，在电动机的动态结构框图中必须把电枢电流d I 显露出来。
图5：双闭环直流调速系统的动态结构框图U *nU ct-I dL nUd0U n+- UW ASR (s) W ACR (s)K sT s+1 1/R T l s+1RT m s U*I 1/C +E起动过程分析双闭环直流调速系统突加给定电压gnU 由静止状态起动时，转速调节器输出电压giU 、电流调节器输出电压k U 、可控整流器输出电压d U 、电动机电枢电流a I和转速n 的动态响应波形过程如图2—8所示。
由于在起动过程中转速调节器ASR 经历了不饱和、饱和、退饱和三种情况，整个动态过程就分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个阶段。
图6 双闭环直流调速系统起动过程的转速和电流波形第一阶段是电流上升阶段。
当突加给定电压gnU 时，由于电动机的机电惯性较大，电动机还来不及转动（n=0），转速负反馈电压0=fn U ，这时，fngn nU U U -=∆很大，使ASR 的输出突增为gioU ，ACR 的输出为koU ，可控整流器的输出为doU ，使电枢电流aI 迅速增加。
当增加到La I I ≥（负载电流）时，电动机开始转动，以后转速调节器ASR 的输出很快达到限幅值gimU ，从而使电枢电流达到所对应的最大值amI （在这过程中dk U U ,的下降是由于电流负反馈所引起的），到这时电流负反馈电压与ACR 的给定电压基本上是相等的，即amfi gim I U U β=≈ （1-3）式中，β——电流反馈系数。