双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计及MATLAB仿真验证
双闭环调速系统调节器设计及matlab仿真验证
参考文献
[1]阮毅 陈伯时.电力拖动自动控制系统——运动控制系统.机械工业出版社，2009
[2]王孝武 方敏. 自动控制理论.机械工业出版社，2009
[3]王兆安 刘进军.电力电子技术. 机械工业出版社，2009
（a）启动转速和电流波形图
实线：电流
虚线：转速
（b）直流电压 波形图
（c）ASR输出电压 波形图
（d）ACR输出电压 波形图
图15 稳定运行时磁场突然减半个量变化波形图
波形分析：
当系统满载启动稳定运行，为了保持 为恒值，即保持电磁转矩不变，根据 知，3s时磁场突然减半，那么需在3s时突加 。这一阶段分析和与直流双闭环调速系统启动过程分析类似。由图15（a）所示，转速n突增至2n，经过两个调节器的跟随作用，ASR的输出电压 、ACR的输出电压 、直流电压 和电流 都下降， 降低到 ，由于ASR有限幅，所以 降到-10V，ASR很快进入并保持饱和状态。
ACR时间常数： = =0.031s。
电流环开环增益：要求 5%时，按表2，应选取 =0.5，因此
而电流反馈系数为
于是，ACRD的比例系数为
4.ACR限幅值的确定
根据图1 双闭环直流调速系统无稳态结构图知
5.校验近似条件
电流环截止频率:
（1）校验晶闸管整流装置传递函数的近似条件
满足近似条件。
（2）校验忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件
⑷计算调节器电阻和电容
按含给定滤波和反馈滤波的模拟式PI型电流调节器原理图如图8，图中 为电流给定电压， 为电流反馈电压，调节器的输出就是电力电子变换器的控制电压 。
双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计及MATLAB仿真验证
双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计及MATLAB仿真目录目录 (1)中英文摘要 (2)摘要 (2)Abstract (2)正文 (3)双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计 (3)设计分析 (3)主电路设计 (8)电流调节器参数计算 (9)信号产生电路 (11)GTR驱动电路原理 (12)辅助回路设计 (13)转速给定电路设计 (13)转速检测设计 (14)MATLAB仿真设计 (15)双闭环调速系统仿真框图 (15)仿真结果 (15)结果分析 (19)总结 (20)参考文献 (21)中英文摘要摘要直流电机由于具有速度控制容易，启、制动性能良好，且在宽范围内平滑调速等特点而在冶金、机械制造、轻工业等工业部门中得到广泛应用。
直流时机转速的控制方法可以分为两类，即励磁控制法与电枢电压控制法。
本文主要研究直流调速系统，它主要由三部分组成，包括控制部分、功率部分、直流电动机。
长期以来，直流电动机因其具有调节转速比较灵活、方法简单等特点，一直在传动领域占有统治地位。
本文对双闭环可逆直流PWM调速系统进行了较深入的研究，从直流调整系统原理出发，逐步建立了闭环直流PWM调整系统的模型。
AbstractWith dc motor speed control is easy, rev, braking performance is good, smooth and in wide range speed adjustment characteristics in metallurgy, machinery manufacturing, light industry, etc. Is widely used in the industrial sector. The rotational speed of dc timing control method can be divided into two categories, namely excitation control method with the armature voltage control method. This paper mainly studies the dc speed regulation system, it mainly consists of three parts, including parts, power control, direct current motor. For a long time, the dc motor because of its adjustment speed is more flexible, simple method and so on, have been occupied dominant position in the field of transmission.In this paper, the double closed-loop irreversible dc PWM speed regulating system, a further study from the principle of dc adjusting system, gradually establish a closed-loop dc PWM adjustment model of the system.正文双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计设计分析双闭环调整系统的传动系统结构图直流PWM控制系统是直流脉宽调制式调速控制系统的简称，与晶闸管直流调速系统的区别在于用直流PWM变换器取代了晶闸管变流装置，作为系统的功率驱动器，系统构成原理图如下所示：直流PWM传动系统结构图其中属于脉宽调制调速系统主要由调制波发生器GM、脉宽调制器UPM、逻辑延时环节DLD和电力晶体管基极的驱动器GD和脉宽调制（PWM）变换器组成。
PWM脉宽直流调速系统设计及matlab仿真验证
PWM脉宽直流调速系统设计及matlab仿真验证1设计任务1.1双闭环调速系统结构图图1输出功率、电流反馈控制直流变频系统原理图为了使转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别引入转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流，二者之间实行嵌套链接，如图1所示。
把转速调节器的输出当做电流调节器的输入，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，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。
这就形成了转速、电流反馈控制直流调速系统。
1.2双闭环直流变频系统的稳态结构图1图2双闭环直流变频系统的稳态结构图双闭环直流调速系统的稳态结构图如图2所示，两个调节器均采用带限幅作用的pi调节器。
转速调节器asr的输出限幅电压电流调节器acr的输出限幅电压udmucm?uim同意了电流取值的最大值，限制了电力电子变换器的最大输出电压。
当调节器饱和状态时，输入踢至限幅值，输入量的变化不再影响输入，除非存有反向的输入信号使调节器退出饱和。
当调节器不饱和时，pi调节器工作在线性调节状态，其作用是使输入偏差电压?u在稳态时为零。
为了同时实现电流的实时控制和快速追随，期望电流调节器不要步入饱和状态，因此对于静特性来说，只有输出功率调节器饱和状态与不饱和两种情况。
1.3双闭环直流调速系统的动态结构图图3双闭环直流变频系统的动态结构图双闭环直流调速系统的动态结构图如图3所示，图中表示转速调节和电流调节器的传递函数。
2wasr(s)和wacr(s)分别双闭环直流调速系统起动过程的转速和电流波形如图所示：图4双闭环直流调速系统起动过程的转速和电流波形例如图4右图，电机的再生制动过程中输出功率调节器asr经历了不饱和、饱和状态、脱饱和状态三种情况：第ⅰ阶段（0-t1）是电流上升阶段；第ⅱ阶段（t1-t2）是恒流升速阶段；第ⅲ阶段（t2以后）是转速调节阶段。
双闭环直流变频系统的再生制动过程存有以下三个特点：1）饱和状态非线性掌控2）输出功率市场汇率3）科东俄时间最优控制1.4系统参数选取1.4.1整流电路平均值失控时间常数ts设定pwm的开关频率为1khz，故h型双极式pwm整流的调制周期为：t=1/f=0.001s1.4.2电流滤波时间常数和输出功率滤波常数h桥式电路每个波头的时间为0.5ms，为了基本滤平波头，应有3(1~2)toi?0.5ms，因此取toi?0.0004s。
PWM脉宽直流调速系统设计及matlab仿真验证
PWM脉宽直流调速系统设计及matlab仿真验证————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：目录1．MATLAB简介 (3)3系统设计及参数计算 (5)3.1系统总体设计 (5)3．1.1 H型双极式PWM原理 (5)3．1。
2双闭环调速系统结构图 (7)3．1。
3双闭环调速系统启动过程分析 (8)3。
2电流调节器设计及参数计算 (9)3。
3转速调节器设计及参数计算 (11)4 MATLAB仿真验证 (14)4.1稳定运行时电流环突然断线仿真分析 (14)参考文献 (19)PWM脉宽直流调速系统设计及matlab仿真验证1．MATLAB简介MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。
它将数值分析、矩阵计算科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言的编辑模式,代表了当今国际科学计算软件的先进水平。
[MATLAB和MATHEMATICA、MAPLE并称为三大数学软件。
它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。
MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像MAPLE等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。
2 设计分析直流双闭环调速系统调节器包括转速调节器（ASR）和电流调节器(ACR）,从而分别引入了转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流，二者之间实行串级连接.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。
PWM脉宽调制直流调速系统设计及MATLAB仿真验证
PWM 脉宽调制直流调速系统设计及MATLAB 仿真验证第一章 系统概述1.1 设计目的1. 掌握转速，电流双闭环控制的双极式PWM 直流调速原理。
2. 掌握并熟练运用MATLAB 对系统进行仿真。
1.2 设计题目转速，电流双闭环控制的H 型双极式PWM 直流调速系统，已知：直流电动机：48, 3.7,200/min,nom nom nom U V I A n r ===允许过载倍数λ=2；时间常数：L T =0.015s ，m T =0.2s ；PWM 环节的放大倍数：S K =4.8,；电枢回路总电阻：R=3Ω；电枢电阻Ra=2Ω。
调节器输入输出电压**nm im U U ==10V.采用MATLAB 对双闭环系统进行仿真，绘制直流调速系统（Id=const ）稳定运行时转速环突然断线（1、有ACR 限幅值；2、无ACR 限幅值）仿真框图，仿真得出启动转速，起动电流，直流电压Ud ，ASR,ACR 输出电压的波形。
并对结果进行分析。
1.3 设计内容1 简述设计题目及对题目的分析；2 简述双极式PWM 直流调速系统原理；3 简述电流环，转速环的控制原理；4 对电流环、转速环的参数进行计算选取；5 根据电流环、转速换的参数进行MATLAB 仿真；第二章 转速、电流双闭环式的双极式PWM 直流调速系统2.1 双极式PWM 调速原理可逆PWM 变换器主电路有多种形式，最常用的是桥式（亦称H 形）电路，如图2-1所示，电动机M 两端电压AB U 的极性随全控型电力电子器件的开关状态而改变。
图2-1 桥式可逆PWM 变换电路双极式控制可逆PWM 变换器的四个驱动电压的关系是：1423g g g g U U U U ==-=-。
在一个开关周期内，当0≤t<on t 时 ，AB S U U =，电枢电流id 沿回路1流通；当on t ≤t<T 时，驱动电压反号，id 沿回路2经二极管续流，AB S U U =-。
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。
双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计及MATLAB仿真验证
双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计及MATLAB仿真验证双闭环可逆直流脉宽调制（PWM）调速系统是一种常见的电机调速控制方案。
该系统通过两个闭环来实现电机的速度控制和电流控制，从而实现精准的调速效果。
本文将介绍双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统的设计原理，并使用MATLAB进行仿真验证。
设计原理：该系统由以下几个主要部分组成：1.输入信号：输入信号一般是一个速度设定值，表示期望电机的转速。
该信号可以通过人机界面或其他控制系统输入。
2.速度控制环：速度控制环根据输入信号和反馈信号之间的差异来控制电机的转速。
常见的速度控制算法有比例控制、积分控制和微分控制。
3.脉宽调制器：脉宽调制器根据速度控制环输出的控制信号来生成PWM信号，控制电机的转速。
通常使用的脉宽调制算法有定时器计数法和比较器法。
4.电流控制环：电流控制环根据PWM信号和反馈信号之间的差异来控制电机的电流。
常见的电流控制算法有比例控制、积分控制和微分控制。
5.电机驱动器：电机驱动器将电流控制环输出的控制信号转换为电机驱动信号，驱动电机正常运转。
MATLAB仿真验证：为了验证双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统的性能，可以使用MATLAB进行仿真。
以下是一种基本的MATLAB仿真流程：1.定义电机模型：根据电机的参数和特性，定义一个数学模型来表示电机的动态响应，例如通过电机的转矩-转速曲线或电机的方程。
2.设计速度控制器：根据系统要求和电机模型，设计一个适当的速度控制器。
可以使用PID控制器或其他控制算法。
3.设计PWM调制器：根据速度控制器输出的控制信号，设计一个PWM调制器来生成PWM信号。
根据电机模型和控制要求，选择合适的PWM调制算法。
4.设计电流控制器：根据PWM信号和电机模型，设计一个电流控制器。
可以使用PID控制器或其他控制算法。
5. 仿真验证：将以上设计参数输入到MATLAB仿真模型中，并进行仿真验证。
可以使用Simulink工具箱来搭建仿真模型，并通过逐步增加负载或改变速度设定值等方式来验证系统的性能。
双闭环直流调速系统课程设计(matlab仿真设计)
Hefei University电子信息与电气工程系自动化专业控制系统数字仿真与CAD课程报告课题：直流电动机双闭环调速系统仿真班级：08自动化（1）班*名：**0805070073朱彤0805070068李方舟0805070053指导老师：***摘要：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。
对最常用的转速、电流双闭环调速系统的工程设计方法进行了详细的推导。
然后采用Matlab/Simulink方法对实际系统进行仿真，找出推导过程被忽略的细节部分对调速系统的影响，给出工程设计和实际系统之间产生差距的原因，有助于在实际中设计出较优的系统。
关键词：直流电机调速系统仿真MatlabAbstract: Double closed loop ( speed loop, current loop DC speed control system ) is a kind of current application is wide, economic, applicable power transmission system.The paper presents the derive ationof engineering design methods in the speed regulation system of speed and current double closed loop in details. Then，a demo is designed and simulated by Matlab/Simulink to study the influence resulted from the details of the derivation，which has been ignored in the speed regulation system. The reason of difference between the engineeringdesign and the real conditions is given to help working out theoptimaldesigninpractice. Keywords: DC motor Speed regulation system Simulation Matlab一、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。
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。
双闭环调速系统调节器设计及MTALAB仿真验证
1双闭环直流调速系统 (1)1.1双闭环直流调速系统的介绍 (1)1.2 双闭环直流调速系统的组成 (2)1.3 双闭环直流调速系统的稳态结构图和静特性 (2)1.4 双闭环直流调速系统的动态数学模型 (4)2.电流调节器设计 (4)2.1 确定电流调节器结构 (4)2.2 电流调节器原理 (5)2.3 电流调节器的参数计算 (6)3 转速调节器设计 (7)3.1确定转速调节器的参数 (7)3.2转速调节器原理 (8)3.3转速调节器参数计算 (9)3.4系统超调量的计算 (10)4 仿真与调试 (11)4.1双闭环直流调速系统仿真图 (11)4.2空载起动时的仿真 (12)4.3 恒定负载下稳定运行时磁场减半的仿真 (13)个人总结 (16)参考文献 (17)双闭环调速系统调节器设计及MTALAB仿真验证1双闭环直流调速系统1.1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，高性能的直流调速系统。
它具有动态响应快、抗干扰能力强的优点。
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。
对于单闭环系统来说它不能完全按照理想要求来控制动态过程的电流的动态过程。
所以为了使直流调速系统获得更加优良的静、动态性能，我们往往采用双闭环直流调速系统。
在起动过程中，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，使电力拖动系统以最大的加速度运行，到达稳定转速后，最好让电流立即降下来，使电磁转矩马上与负载转矩相平衡，从而迅速转入稳态运行。
这类起动电流成方波形，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，按照反馈控制规律，采用某个物理量d m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。
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。
双闭环直流调速系统设计及matlab仿真验证(
双闭环直流调速系统设计与MATLAB仿真验证班级:姓名:学号：指导教师：摘要：对双闭环直流调速系统的电流调节器和速度调节器用PID 调节器进行设计，该方法比以前常用的PI 调节器大大地减小饱和超调，仿真结果表明，该方法十分有效。
关键词：直流调速系统；调节器；超调；仿真1双闭环直流调速系统1.1双闭环直流调速系统的介绍双闭环直流调速系统，是在单闭环直流调速系统的基础上发展起来的.转速单闭环调速系统使用PI 调节器，可以实现转速的无静差调速，采用电流截止负载环节，限制了起（制）动时的最大电流。
这对一般的要求不太高的调速系统，基本上已能满足基本要求，但电流环只是在超过临界电流值以后，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 1-1-（1）所示。
当电流从最大值降低下来以后，电机转矩也随之减小，起动（调整时间s t ）的时间就比较长。
在实际工作中为了尽快缩短过渡时间，希望能够充分利用晶闸管元件和电动机所允许的过载能力，使起动的电流保护在最大允许值上，并且始终允许最大值，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 1-1-（2）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）受限制时调速系统所能获得到的最快的起动过程。
(1)带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动过程 (2)时间最优的理想过渡过程图1-1 调速系统起动过程的电流和转速波形I dtI dI dcr(1)(2)实际上，由于主电路电感的作用，电流不可能突变，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dm I 的恒流过程。
按照反馈控制规律，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。
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。
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。
PWM脉宽直流调速系统设计及matlab仿真验证
PWM脉宽直流调速系统设计及matlab仿真验证摘要双闭环（电流环、转速环）调速系统是一种当前应用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。
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在保证系统稳定的前提下实现转速无差。
但如果对系统的动态性能要求较高，例如要求起制动、突加负载动态速降较小等，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，达到稳定转速后，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条件下调速系统所能得到的最快启动过程。
关键字：PWM脉宽直流调速 matlab仿真Abstract：Dual closed loop speed control system is a widely used electric power transmission system (current loop, speed loop). It has the advantages of fast dynamic response, anti-interference ability. The feedback loop control system has a good anti-interference performance, it is for all the perturbation effects on the prior to the passage of the feedback loop can be effectively suppressed. Single negative feedback and PI regulator speed closed-loop speed control system can guarantee the system stability under the premise of speed without error. But if the higher requirements of the dynamic performance of the system, such as requiring braking, sudden load dynamic downhill smaller, single closed-loop system would be difficult to meet the requirements. This is primarily because in a single closed-loop system is notcompletely in accordance with the need to control the current or torque of the dynamic process. Single closed-loop system, the only the current deadline negative feedback link is designed to control current. But it is only after more than the critical current value, a strong negative feedback effect limit the impact of the current, and is not very satisfactory control current dynamic waveform. We hope that the maximum current limit of the motor under the conditions, make full use of the motor allows overload capacity, it is best to always keep in the over-the process of current (torque) to allow the maximum, so that the electric drive system as much as possible in the actual work, start with the greatest acceleration, reach a steady speed, letting the current immediately down the torque immediately be balanced with the load, and thus transferred to the steady-state operation. At this time, the starting current square-wave, while the speed is linear growth. This is a speed control system under conditions of maximum current torque can get the fastest boot process.Keywords: PWM pulse width DC speed matlab imitationPWM脉宽直流调速系统设计及matlab仿真验证1设计任务1.1双闭环调速系统结构图图1 转速、电流反馈控制直流调速系统原理图为了使转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别引入转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流，二者之间实行嵌套链接，如图1所示。
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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双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计及MATLAB仿真目录目录 (1)中英文摘要 (2)摘要 (2)Abstract (2)正文 (3)双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计 (3)设计分析 (3)主电路设计 (9)电流调节器参数计算 (11)信号产生电路 (13)GTR驱动电路原理 (14)辅助回路设计 (15)转速给定电路设计 (16)转速检测设计 (16)MATLAB仿真设计 (17)双闭环调速系统仿真框图 (17)仿真结果 (18)结果分析 (22)总结 (23)参考文献 (24)中英文摘要摘要直流电机由于具有速度控制容易，启、制动性能良好，且在宽范围内平滑调速等特点而在冶金、机械制造、轻工业等工业部门中得到广泛应用。
直流时机转速的控制方法可以分为两类，即励磁控制法与电枢电压控制法。
本文主要研究直流调速系统，它主要由三部分组成，包括控制部分、功率部分、直流电动机。
长期以来，直流电动机因其具有调节转速比较灵活、方法简单等特点，一直在传动领域占有统治地位。
本文对双闭环可逆直流PWM调速系统进行了较深入的研究，从直流调整系统原理出发，逐步建立了闭环直流PWM调整系统的模型。
AbstractWith dc motor speed control is easy, rev, braking performance is good, smooth and in wide range speed adjustment characteristics in metallurgy, machinery manufacturing, light industry, etc. Is widely usedin the industrial sector. The rotational speed of dc timing control method can be divided into two categories, namely excitation control method with the armature voltage control method. This paper mainly studies the dc speed regulation system, it mainly consists of three parts, including parts, power control, direct current motor. For a long time, the dc motor because of its adjustment speed is more flexible, simple method and so on, have been occupied dominant position in the field of transmission.In this paper, the double closed-loop irreversible dc PWM speed regulating system, a further study from the principle of dc adjusting system, gradually establish a closed-loop dc PWM adjustment model of the system.正文双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计设计分析双闭环调整系统的传动系统结构图直流PWM控制系统是直流脉宽调制式调速控制系统的简称，与晶闸管直流调速系统的区别在于用直流PWM变换器取代了晶闸管变流装置，作为系统的功率驱动器，系统构成原理图如下所示：直流PWM传动系统结构图其中属于脉宽调制调速系统主要由调制波发生器GM、脉宽调制器UPM、逻辑延时环节DLD和电力晶体管基极的驱动器GD和脉宽调制（PWM）变换器组成。
最关键的部件为脉宽调制器。
模拟式脉宽调制器本质为电压-脉冲变换装置，它是由一个运算放大器和几个输入信号构成电压比较器。
去处放大器工作在开环状态，在电流调节器的输出控制信号Uс的控制下，产生一个等幅、宽度受Uс控制的方波脉冲序列，为PWM变频器提供所需的脉冲信号。
脉宽调制器按所加输入端调制信号不同，可分为锯齿波脉宽、三角波脉宽调制器。
目前就用较多脉宽调制信号由数字方法来产生，如专用集成PWM控制电路及单片微机所构成的脉宽调制器。
双闭环调速系统的结构图直流双闭环调速系统的结构图如图1所示，转速调节器与电流调节器串极联结，转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制PWM装置。
其中脉宽调制变换器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速，达到设计要求。
双闭环调速系统的结构图调速系统起动过程的电流和转速波形如图2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。
(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2 调速系统起动过程的电流和转速波形H 桥式可逆PWM 变换器的工作原理PWM 控制的示意图如图3所示:可控开关S 以一定的时间间隔重复地接通和断开，当S 接通时，供电电源Us 通过开关S 施加到电动机两端，电源向电机提供能量，电动机储能：当开关S 断开时，中断了供电电源Us 向电动机电流继续流通。
图3：PWM 控制示意图这样，电动机得到的电压平均值U as 为：I dLn I d I dm I dL n I d O I dm I n n(a) (b)U as=t on·Us/T=U as在系统主电路部分，采用的是大功率GTR为开关元件、H桥电路为功率放大电路所构成的电路结构，如图4所示。
图中，四只GTR分为两组，VT1和VT4为一组，VT2和VT3为另一组。
同一组中的两只GTR同时导通，同时关断，且两组晶体管之间可以是交替的导通和关断。
脉宽调制器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定宽度可变的脉冲电压序列，从而平均输出电压的大小，以调节电机转速。
图4：H桥式可逆PWM变换器正向运行（如图a）所示:第1阶段，在0≤t≤t on期间，Ub1、Ub4为正，VT1、VT4导通，Ub2、Ub3为负，VT2、VT3截止，电流i d沿回路1流通，电动机M两端电压U AB=+U s；第2阶段，在t on≤t≤T期间，Ub1、Ub4为负，VT1、VT4截止，VD2、VD3续流，并使VT2、VT3保持截止，电流i d沿回路2流通，电动机M两端电压U AB=-U s;反向运行（如图b）所示：第1阶段，在0≤t≤t on期间，Ub2、Ub3为负，VT2、VT3截止，VD1、VD4续流，并使VT1、VT4截止，电流-i d沿回路4流通，电动机M两端电压U AB=+U s;第2阶段，在t on≤t≤T期间，Ub2、Ub3为正，VT2、VT3导通，Ub1、Ub4为负，使VT1、VT4保持截止，电流-i d沿回路3流通，电动机M两端电压U AB=-U s。
双极式控制的桥式可逆PWM变换器的优点：（1）电流一定连续；（2）可使电机在四象运行；（3）电机停止时有微振电流，能消除静摩擦死区；（4）低速平稳性好，系统的调速范围可达1：20000左右；（5）低速时，每个开关器件的驱动脉冲仍较宽，有利于保证器件的可靠通。
a.正向电动运行波行b.反向电动运行波形双极式控制可逆PWM变换器的输出平均电压为：主电路设计H桥式可逆直流脉宽调速系统主电路的如图5所示。
PWM逆变器的直流电源由交流电网经不控的二极管整流器产生，并采用大电容滤波，以获得恒定的直流电压由于电容量较大，突加电源时相当短路，势必产生很大的充电电流，容易损坏整流二极管。
为了限制充电电流，在整流器和滤波电容之间串入限流电阻或电抗），合上电源以后，延时用开关将短路，以免在运行中造成附加损耗。
滤波电容器往往在PWM装置的体积和重量中占有不小的份额，因此电容量的选择是PWM装置设计中的重要问题。
但对于PWM变换器中的滤波电容，其作用除滤波外，还有当电机制动时吸收运行系统动能的作用。
由于直流电源靠二极管整流器供电，不可能回馈电能，电机制动时只好对滤波电容充电，这将使电容两端电压升高，称作“泵升电压”。
为了限制泵升电压，用镇流电阻R b消耗掉这些能量，在泵升电压达到允许值时接通VT5。
图5：桥式可逆直流脉宽调速系统主电路的原理图元件的选择与参数的计算直流电动机拖动的机械装置系统。
主要动机技术数据为：U N=48V，I N=3.7A，n N=200r/min,R d=6.5Ω，电枢回路总电阻R=8Ω,电枢回路电磁时间常数T t=5ms,机电时间常数T m=200ms,电源电压Us=60V，给定值和ASR、ACR的输出限幅值均为10V,电流反馈系统β=1.33V/A，转速反馈系数α=0.05V·min/r，电动势转速比C e=0.18V·min/r。
调速范围D=2；系统飞轮矩（含电机及传动机构）GD²=100Nm²;主电源：可以选择单相交流220V供电，变压器二次电压为67V；PWM装置的放大系数Ks=4.8；PWM装置的延迟时间Ts=0.4ms 。
技术指标和要求：电动机能够实现可逆运行。
要求稳态无静差。
动态过渡过程时间ts ≤0.1s ，电流超调量бi %≤5%，空载起动到额定转速时的转速超调量бi %≤10%。
电流调节器参数计算按典型Ⅰ型设计电流调节器。
电流环控制对象是双惯性型的,所以把电流调节器设计成PI 型的，其传递函数为1()i ACR i i s W s K s ττ+=要求得具体参数，则需要知道i K 及i τ，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s 005.0==l i T τ则可得到电流环放大系数βτs i K R K K I i =， 要求i σ<5%即可取I K i ΣT =0.5有 i ci 21ΣωT K I ==，则可得到)(22i l s i s l i T T K R T K R T K ∑∑==ββ其中oi s i T T T +=∑，oi T =0.005s ，选取时间常数s T s 0004.0=,则有0054.0=∑i T ；Ω=8R ;Ks=4.8，β=1.33则可求得58.0≈i K则有电流环传递函数为：ss s W ACR 005.0)1005.0(58.0)(+= 此时电流超调量i σ=4.3%，小于5%，符合系统要求。