直流电机双闭环PWM调速系统的设计与仿真
直流电机双闭环PWM调速系统的设计与仿真
3、系统具有较好的控制精度；
主要内容与基 本要求
本课题主要研究直流电动机的PWM双闭环调速系统，采用全控器件PWM调 压控制方案，该同学主要工作是双闭环调速系统设计与仿真试验分析。
?
基本内容：
1、设计直流电动机双闭环调速系统总体方案；
2、电流调节器设计；
主管院长签名：
年 月曰
3、转速调节器设计；
4、PWM控制算法设计；
5、分别对空载、负载、扰动工况进行仿真模拟；
主要参
考资料
一、主要参考文献
1、基于C语言编程MCS-51单片机原理与应用；张培仁，清华大学出版社；
2、电气传动的脉宽调制控制技术，吴守，机械工业出版社；
3、电力电子技术，浣喜明，高等教育出版社；
4、电动机的单片机控制，王晓明，北京航空航天出版社；
(
一、该同学的主要任务
1、查找文献，了解直流电动机PWM双闭环调速系统的的应用
2、设计直流电动机双闭环调速系统，并设计出相应的电路原理图；
3、用SIML1LINK中的电力系统模块进行仿真试验；
4、设计PID算法，对转速、电流双闭环系统进行负我试验、抗干扰试验；
二、目标
1、建立直流电动机可逆调速系统双闭环数学模型；
5、电机与拖动基础，李发海，清华大学出版社
计划进度：
序号
内容
1
任务布置与介绍
2
系统总体方案设计
3
硬件系统建模
4
直流电机数学模型推导
5
PWM算法设计
6
电流调节器设计
7
速度调节器设计
8
(
仿真调试与试验
双闭环直流调速系统设计及仿真
双闭环直流调速系统设计及仿真一转速、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下，尽量发挥直流电动机的过载能力，使电力拖动控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。
nnt图1 转速调节系统理想起动过程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。
根据反馈控制规律，要控制某个量，就要引入这个量的负反馈。
因此很自然地想到要采用电流负反馈控制过程。
这里实际提到了两个控制阶段。
起动过程中，电动机转速快速上升，而要保持电流恒定，只需电流负反馈；稳定运行过程中，要求转矩保持平衡，需使转速保持恒定，应以转速负反馈为主。
如何才能做到使电流、转速两种负反馈在不同的控制阶段发挥作用呢？答案是采用转速、电流双闭环控制系统。
如图2所示。
图2 双闭环直流调速控制系统原理图参考双闭环的结构图和一些电力电子的知识，采用机理分析法可以得到双闭环系统的动态结构图。
如图3所示。
图3 双闭环直流调速系统动态结构图在转速环、电流环的反馈通道和输入端增加了转速滤波、电流滤波和给定滤波环节。
因为电流检测信号中常含有交流成分，须加低通滤波，其滤波时间常数按需要而定。
滤波环节可以抑制检测信号中的交流分量，但同时也个反馈检测信号带来延迟。
所以在给定信号通道中加入一个给定滤波环节，使给定信号与反馈信号同步，并可使设计简化。
由测速发电机得到的转速反馈电压含有电机的换向纹波，因此也需要滤波，其时间常数用表示[2]。
二双闭环控制系统起动过程分析前面已经指出，设置双闭环控制的一个重要目的就是要获得接近于理想的起动过程，因此在分析双闭环调速系统的动态性能时，有必要先探讨它的起动过程。
双闭环调速系统突加给定电压由静止状态起动时，转速和电流的过渡过程如图4所示。
由于在起动过程中转速调节器ASR 经历了不饱和、饱和、退饱和三个阶段，整个过渡过程也就分为三个阶段，在图中表以Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。
直流电机的PWM电流速度双闭环调速系统课程设计
直流电机的PWM电流速度双闭环调速系统课程设计LT一、设计目标与技术参数直流电机的PWM电流速度双闭环调速系统的设计目标如下：额定电压：U N=220V；额定电流：I N=136A；额定转速：n N：=1460r/min；电枢回路总电阻：R=0.45Ω；电磁时间常数：T l=0.076s；机电时间常数：T m=0.161s；电动势系数：C e=0.132V*min/r；转速过滤时间常数：T on=0.01s；转速反馈系数α=0.01 V*min/r；允许电流过载倍数：λ=1.5；电流反馈系数：β=0.07V/A；电流超调量：σi ≤5%；转速超调量：σi≤10%；运算放大器：R=4KΩ；晶体管PWM功率放大器：工作频率：2KHz；工作方式：H型双极性。
PWM变换器的放大系数：K S=20。
二、设计基本原理（一）调速系统的总体设计在电力拖动控制系统的理论课学习中已经知道，采用PI调节的单个转速闭环直流调速系统可以保证系统稳定的前提下实现转速无静差。
但是，如果对系统的动态性能要求较高，例如要求快速起制动，突加负载动态速降小等等，单闭环调速系统就难以满足需要。
这主要是因为在单闭环调速系统中不能随心所欲的控制电流和转矩的动态过程。
如图2-1所示。
图2-1 直流调速系统启动过程的电流和转速波形用双闭环转速电流调节方法，虽然相对成本较高，但保证了系统的可靠性能，保证了对生产工艺的要求的满足，既保证了稳态后速度的稳定，同时也兼顾了启动时启动电流的动态过程。
在启动过程的主要阶段，只有电流负反馈，没有转速负反馈，不让电流负反馈发挥主要作用，既能控制转速，实现转速无静差调节，又能控制电流使系统在充分利用电机过载能力的条件下获得最佳过渡过程，很好的满足了生产需求。
直流双闭环调速系统的结构图如图2-2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。
直流电机PWM双闭环调速系统的控制策略优化与仿真
．
应 波 形 。在 转 速 达 到额 定值 ２ ４ ０ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ后 ， 电流 下 降为 ４ Ａ 左
再与实际 电流相 比较 ，经 Ｐ ＷＭ 调制得到 占空比可调 的调制 右 ， 正转 制 动 和 反 转 起 动 约 用 时 １ ． ５ ｓ ， 达到稳定状态 。
为双极式 Ｈ型 Ｐ ＷＭ 变换器 ， Ｈ型变流器调用 了多功能桥 ， 设
在 单 闭环 系统 基 础 上 ， 专 门加 入 电流 调 节 器 ， 构 成转 速 一 电流双 为二相桥 臂、 以Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ为开关器件。 驱 动信 号发 生电路 中输入
闭环调速系统。实现在 最大 电枢 电流约束下的转速 最快过渡 脉宽调制信号 ， 输出四路 Ｉ ＧＢ Ｔ的驱动信 号。Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ模块模拟
１ ＿ ３双 闭环 控 制 系统 的仿 真
采 用 Ｈ 型 主 电路 和 直 流 Ｐ ＷＭ． Ｍ 双 闭环 可 逆 调 速 模 块 ，
两个非线性关系的问题等 ， 直流 电机调压调速 ， 不改变电机负 直流 Ｐ ＷＭ— Ｍ 调速系统在变流主电路上 ， 采用 了脉宽调制方
载 的性 质 ， 并 且速 度 与 电压 线 性 相 关 ， 较之交流调速 ， 有 更 广 式，转速和 电流的控制和晶闸管 直流调速系统类似 。本文中 泛 的应 用 价值 。 为 充 分利 用 电动 机 的过 载 能 力加 快 启 动 进 程 ，
文 献 标 识码 ： Ａ 中图 分 类 号 ： Ｔ Ｍ９ ２ １ ． ５
直流调速系统调速 范围广 、 稳 定性好 、 过载能力大， 具有 差 ， 实现转速无静差 。
运动控制系统课程设计_双闭环PWM双极式直流调速系统的工程设计及仿真
I
双闭环 PWM 双极式直流调速系统的工程及仿真
1. 绪 论
1.1 课题概述
在现代化的工业生产过程中，几乎无处不使用电力传动装置，生产工艺、 产品质量的要求不断提高和产量的增长，使得越来越多的生产机械要求能实现 自动调速。对可调速的传动系统，可分为直流调速和交流调速。直流电动机具 有优良的调速特性，调速平滑、方便，易于在大范围内平滑调速，过载能力大， 能承受频繁的冲击负载，可实现频繁地无级快速启动与制动和反转，能满足生 产过程自动化系统中各种不同的特殊运行要求，至今在金属切削机床、造纸机 等需要高性能可控电力拖动的领域仍有广泛的应用，到目前为止是调速系统的 主要形式。
3.5 锯齿波信号产生电路 ....................................................................................15 3.6 基于 EXB841 驱动电路设计 ....................................................................16 4. 系统参数的计算 .........................................................................................................19 4.1 电流调节器的设计 .........................................................................................19 4.2 转速调节器的设计 .........................................................................................21 5. 利用 MATLAB 建模并对所设计的系统进行仿真 .................................25 5.1 MATLAB 简要介绍.........................................................................................25 5.2 双闭环调速系统仿真模型图 ....................................................................26 总 结 .....................................................................................................................................28 参考文献 ................................................................................................................................29
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。
直流双闭环调速系统的设计与仿真
1 绪论当今社会电机是非常重要的。
因为它与人们日常发电和用电是密切相关的，它实现了机械能与电能之间的相互转换，国内各方面都不可缺少的重要设备。
通过研究电机转速控制方面的技术，不但能满足工业生产需要、而且可以提升能源的利用率，对国家的经济发展有着很大的作用。
1.1 电机调速系统控制及其分类电机可以分为两大类：直流电机和交流电机。
直流电机在电机的运行和控制方面的优势比较突出，所以直流调速系统在很多方面一直有着无可代替的位置。
特别是高性能的调速系统在很多工业领域都占据着重要的位置。
而且直流调速系统也是其他调速系统的基础，想要开发新的调速系统必须先发展直流调速系统。
如现在的智能调速系统，也是先以直流调速系统为基础来进行研究的。
直流调速系统的应用是相当广泛的，特别是在数字采集与计算机的控制方面的应用是无可厚非的，因为其控制算法对于控制系统起着非常重要的作用。
虽然直流电机在调速方面是比较优秀的，但是它也是存有弊端的，那就是换向器的存在。
因为这样会使直流电机的使用时间减少，而且需要经常的去维护电机，这样造成的麻烦也是相当多的，所以这也是直流调速系统的不足之处。
而交流电机其构造比较紧凑，而且安装与维护都是比较简单的，没有直流电机那么繁琐，所以正因为具有这些优点，所以这些年来许多大型企业都开始向交流电机调速系统方面研究。
在当今社会竞争是相当激烈的，所以只有质量可靠才能得到消费者的信赖。
所以由于消费者的需求不断提升，随之给工业的生产也带来了很大的困扰。
因为生产的过程在不断的复杂化，所以生产系统也不可避免的会遇到非线性情况。
虽然在很多时候我们都可以用线性代替非线性，这样的话只需研究线性模型就比较简单了。
然而在很多情况下线性模型是不能够代替非线性模型的，人们需要系统的真实非线性模型，所以我们需要去建立和研究非线性模型，当然这比线性模型会繁琐很多。
1.1.1 调速控制系统的发展现状及其应用由于直流调速系统自身的特点，即调速的性能优越、起动时的转矩比较大。
双闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告
双闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告一、系统结构设计双闭环直流调速系统由两个闭环控制组成，分别是速度子环和电流子环。
速度子环负责监测电机的转速，并根据设定值与实际转速的误差，输出电流指令给电流子环。
电流子环负责监测电机的电流，并根据电流指令与实际电流的误差，输出电压指令给电机驱动器，实现对电机转速的精确控制。
二、参数选择在进行双闭环直流调速系统的设计之前，需选择合适的控制参数。
根据实际的电机参数和转速要求，确定速度环和电流环的比例增益和积分时间常数等参数。
同时，还需根据电机的动态特性和负载特性，选取合适的速度和电流传感器。
三、控制策略速度子环采用PID控制器，通过计算速度误差、积分误差和微分误差，生成电流指令，并传递给电流子环。
电流子环也采用PID控制器，通过计算电流误差、积分误差和微分误差，生成电压指令，并输出给电机驱动器。
四、仿真实验为了验证双闭环直流调速系统的性能，进行了仿真实验。
首先，通过Matlab/Simulink建立双闭环直流调速系统的模型，并设置不同转速和负载条件，对系统进行仿真。
然后，通过调整控制参数，观察系统响应速度、稳定性和抗干扰性等指标的变化。
五、仿真结果分析根据仿真实验的结果可以看出，双闭环直流调速系统能够实现对电机转速的精确控制。
当系统负载发生变化时，速度子环能够快速调整电流指令，使电机转速保持稳定。
同时，电流子环能够根据速度子环的电流指令，快速调整电压指令，以满足实际转速的要求。
此外，通过调整控制参数，可以改善系统的响应速度和稳定性。
六、总结双闭环直流调速系统是一种高精度的电机调速方案，通过双重反馈控制实现对电机转速的精确控制。
本文介绍了该系统的设计与仿真实验，包括系统结构设计、参数选择、控制策略及仿真结果等。
仿真实验结果表明，双闭环直流调速系统具有良好的控制性能，能够满足实际转速的要求。
直流电机PWM调速系统理论设计和仿真实验
一、直流电机PWM 调速理论设计和仿真实验1、直流电机调速原理直流电动机根据励磁方式不同,分为自励和他励2种类型。
不同励磁方式的直流电动机,其机械特性曲线有所不同。
但是对于直流电动机的转速,总满足下式:r n e e R U T C C C =-内式中：U-电压，R-励磁绕组的内阻，Ce-电势常数，Cr-转矩常量由上式可知，直流电机的速度控制既可采用电枢控制法，也可采用磁场控制法。
磁场控制法控制磁通，其控制功率虽然较小，但低速时受到磁极饱和的限制，高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制，而且由于励磁线圈电感较大，动态响应较差，所以在工业生产过程中常用的方法是电枢控制法。
电枢控制是在励磁电压不变的情况下，把控制电压信号加到电机的电枢上来控制电机的转速。
传统的改变电压方法是在电枢回路中串联一个电阻，通过调节电阻改变电枢电压，达到调速的日的，这种方法效率低平滑度差，由于串联电阻上要消耗电功率，因而经济效益低，而且转速越慢，能耗越大。
随着电力电子的发展，出现了许多新的电枢电压控制方法。
2 、PWM 技术简介在直流电机系统中，开关放大器提供驱动电机所需要的电压和电流，通过改变加在电动机上的电压的平均值来控制电机的运转。
在开关放大器中，常采用晶体管作为开关器件，晶体管如同开关一样，总是处在接通和断开的状态。
在晶体管处在接通时，其上的压降可以略去；当晶体管处在断开时，其上压降很大，但是电流为零，所以不论晶体管接通还是断开，输出晶体管中的功耗都是很小的。
一种比较简单的开关放大器是按照一个固定的频率去接通和断开放大器，并根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”的相位宽窄，这样的放大器被称为脉冲调制放大器。
PWM(Pulse Width Modulation)脉冲宽度调制技术就是通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形(含形状和幅值)的技术。
根据PWM 控制技术的特点，到目前为止主要有八类方法：相电压控制PWM 、线电压控制PWM 、电流控制PWM 、空间电压矢量控制PWM 、矢量控制PWM 、直接转矩控制PWM 、非线性控制PWM 、谐振软开关PWM 。
直流双闭环调速系统的设计与仿真
目录第一篇直流调速系统的设计及仿真1 系统方案选择和总体结构设计1.1 调速方案的选择1.2 总体结构设计.2 控制电路的设计与计算2.1 给定环节的选择2.2 控制电路的直流电源3 主电路设计与参数计算3.1 晶闸管的选择3.1.1 晶闸管的额定电流3.1.2 晶闸管的额定电压3.2 整流变压器的设计3.2.1 变压器二次侧电压U2的计算3.2.2 一次、二次相电流I1 、I2 的计算3.2.3 变压器容量的计算4 触发电路的选择4.1 触发电路的选择5 双闭环励磁设计和校验5.1 电流调节器的设计和校验5.2 转速调节器的设计和校验6 转速、电流双闭环直流调速系统的电气总图7 直流系统MATLAB仿真7.1 系统的建模与参数设置7.2 系统仿真结果的输出第二篇交流调压调速系统的建模与仿真8 交流调压调速系统的原理及特性8.1 异步电动机改变电压时的机械特性8.2 闭环控制的变压调速系统及其静特性8.3 闭环变压调速系统的近似动态结构框图9 交流调压调速系统的Matlab 仿真9.1 交流调压调速系统的建模9.2 交流调压调速系统的仿真总结参考文献摘要转电流双闭环控制直流调速系统是性能很好、应用最广的直流调速系统。
具有调速范围广、精度高、性能好和易于控制等优点，所以在电气传动系统中得到了广泛的应用。
20 世纪70 年代初出现了交流电动机的矢量控制原理，为高性能交流控制奠定了理论基础，实现像直流电动机那样的对磁场和转矩的解耦控制。
矢量控制理论的提出和成功应用，开创了用交流调速系统代替直流调速系统的时代。
80年代掀起了交流调速热，矢量控制理论进一步完善和发展，一些新的控制策略和方法相继提出并被采用，例如“直接转矩控制”就是80 年代中期提出的又一交流调速控制技术，直接转矩控制利用观察电动机的电磁转矩和宽一子磁链，不需在进行复杂的坐标变换，采用闭环控制，直接控制电磁转矩和定子磁链，系统更加简单，控制更加直接，受到各国学者的重视。
直流双闭环调速系统设计及仿真
直流双闭环调速系统设计及仿真一、系统采用三相桥式晶闸管整流装置，各环节参数如下： ① 直流电动机：220n U V =，13.6n I A =，1480/min n n r =，0.131min e C V r =，允许过载倍数 1.5l =。
② 晶闸管装置：76sK =。
③ 电枢回路总电阻： 6.58R =W 。
④ 时间常数：10.018T s =，0.25m T s =。
⑤ 反馈系数：0.00337min V r a =，0.4/V A b =。
⑥ 反馈滤波时间常数：0.005oi s t =，0.005ons t =。
⑦ ASR 、ACR 均采用PI 调节器，调节器，电流环按照典型Ⅰ型系统设计，电流环按照典型Ⅰ型系统设计，电流环按照典型Ⅰ型系统设计，转速环按照转速环按照典型Ⅱ型系统设计。
双闭环直流调速系统动态结构电流调节器的设计1.1.电流环结构框图电流环结构框图电流环结构框图2．电流调节器结构的选择．电流调节器结构的选择校正成典型I 型系统，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 t t )1()(+=3．确定时间常数．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：Ts=0.00167s »0.0017s ② 电流滤波时间常数oiT ：s T oi005.0=③ 电流环小时间常数之和i T å,按小时间常数近似处理，取按小时间常数近似处理，取 s s s T T T oiS i 0067.0005.00017.0=+=+=S检查对电源电压的抗扰性能4.4.计算电流调节器参数计算电流调节器参数计算电流调节器参数① 电流调节器超前时间常数电流调节器超前时间常数::sT Li018.0==t② 电流环开环增益：要求s i ≤5%，按附表1，应取I K i T S =0.5，因此，因此163.740067.05.05.0-S ===s sT K i I 于是，ACR 的比例系数为的比例系数为26.05747.06058601806374=´´´==bt S iI iK R K K③ 代入数据得到电流调节器的传递函数为s s s W ACR018.0)1018.0(26.0)(+= 5．校验近似条件．校验近似条件-11U K U d0(s )+U i (s )ACR/RT l s+*i (s )U c (s )s T s s+1I d (s )bT 0i s+11T 0i s+169.20067.0018.0==åiT T L电流环截止频率：163.74-==s K Iciw① 晶闸管整流装置传递函数的近似条件晶闸管整流装置传递函数的近似条件ci S s T w >=´=-11.1960017.03131 满足近似条件。
直流电机PWM调速系统仿真与设计.docx
电机与电器综合设计与实践设计任务1 直流电机PWM f 速系统仿真与设计班级，电代工及其自动化组别：_______________ 第组 _______________组长学号姓名：_____________组员1学号姓名；___________组员2学号姓名，___________指导老师：_________________起止时间：_________________电机与电器综合设计与实践 (1)1. 绪论 (3)1.1 国内外现状 (3)1.2 小组分工.............................................. 错误I未定义书签.2 主电路器件选型与设计........................................ 错课！未定义书签.2.1 设计要求 (3)2.2 总体设计方案 (3)2.2.1 具体内容 (5)2.2.2 系统结构 (5)2.2.3 器件选型 (5)2.3 主电路设计方案 (6)2.3.1 整流电路 (6)2.3.2 电机电路 (6)3 转速电流双闭环控制回路及MATLAB电路仿真 (6)3.1 转速电流双闭环........................................ 错误I未定义书签.3.2 仿真结果.............................................. 错误！未定义书签。
4 总结 (8)4.1 项目遇到的问题及解决过程 (8)4.2 个人小结 (8)4.2.1 组长方宇昊的个人小结 (9)4.2.2 组员王焜的个人小结 (9)4.2.3 组员杨云宵的个人小结 (9)参考文献 (10)21.1发展现状在现代化的工业生产过程中.儿乎无处不使用电力传动装迓，生产工艺、产品质虽的要求不断提高和产虽的增长，使得越來越多的生产机械要求能实现口动调速。
对可调速的电气传动系统，可分为直流调速和交流调速。
直流双闭环调速系统设计与仿真
直流双闭环调速系统设计与仿真一、直流双闭环调速系统的基本原理电流环用于控制电机的电流，通过测量电机的电流反馈信号与给定的电流信号进行比较，得到误差信号，然后经过PID控制器计算控制信号，最后通过逆变器输出给电机控制电流。
二、直流双闭环调速系统的设计1.确定系统参数：包括电机的转矩常数，转矩惯量，电感，电阻等参数。
2.设计速度环控制器：根据转速信号和转速误差信号，设计速度环控制器的传递函数。
可以选择PID控制器，也可以选择其他类型的控制器。
3.设计电流环控制器：根据电流信号和电流误差信号，设计电流环控制器的传递函数。
同样可以选择PID控制器或其他类型的控制器。
4.进行系统仿真：将设计好的速度环和电流环控制器加入电机模型，进行系统仿真。
通过调整控制器参数，观察系统的响应特性，可以优化系统性能。
5.调整控制参数：根据仿真结果，调整控制器的参数，使系统响应更加快速、稳定。
三、直流双闭环调速系统的仿真1.定义系统模型：建立直流电机的状态方程，包括速度环和电流环的动态方程。
2.设定系统初始条件和输入信号：设置电机的初始状态和给定的转速信号以及电流信号。
3.选择控制器类型和参数：根据设计要求，选择控制器类型和参数。
可以选择PID控制器，并根据调试经验选择合适的参数。
4.搭建控制系统模型：将速度环和电流环的控制器模型和电机模型连接在一起，构建闭环控制系统模型。
5.进行系统仿真：利用MATLAB或其他仿真软件进行系统仿真，根据给定的转速信号和电流信号，观察系统的响应特性。
四、直流双闭环调速系统的优化1.参数调整：根据仿真结果，调整控制器的参数，使系统的性能得到优化。
可以通过试探法或自适应调节方法进行参数调整。
2.饱和处理：考虑到电机的饱和特性，可以在控制器中添加饱和处理模块，以提高系统的稳定性和抗干扰能力。
3.鲁棒性设计：考虑到系统参数的不确定性，可以采用鲁棒控制方法，提高系统的鲁棒性能。
4.死区补偿：在电机控制中常常会出现死区现象，可以在控制器中添加死区补偿模块，以减小死区对系统性能的影响。
PWM双闭环直流脉宽调速系统建模与仿真设计kkk
PWM 直流调速系统的建模与仿真设计PWM双闭环直流脉宽调速系统建模与仿真设计一、设计内容1.1设计目的1. 掌握转速，电流双闭环控制的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设计参数调速系统的基本数据如下:晶闸管三相桥式全控整流电路供电的双闭环直流调速系统,直流电动机:220V,136A,1460r/min,电枢电阻R a=0.2Ω,允许过载倍数λ= 1.5;电枢回路总电阻:R= 0.5Ω,电枢回路总电感:L= 15mH,电动机轴上的总飞轮力矩:GD2= 22.5N·m2,晶闸管装置:放大系数K s=40,电流反馈系数:β=0.05V/A,转速反馈系数:α=0.007Vmin/r,滤波时间常数:T oi=0.002s ,T on=0.01s1.3设计要求(1)稳态指标:转速无静差;(2)动态指标:电流超调量σi≤5%,空载起动到额定转速的转速超调量σn≤10%二、设计思路2.1 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，如图所示，电动机M两端电压U的极性随全控型电力电子器件的开关状态而改AB变。
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<o n t 时，AB S U U =，电枢电流id 沿回路1流通；当o n 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 =-。
因此，AB U 在一个周期内具有正负相间的脉冲波形，这是双极式名称的由来。
2.2 PWM 发生器的建模直流脉宽调速系统仿真的关键是PWM 发生器的建模。
从双闭环调速系统的动态结构框图可知， 电流调节器ACR 输出最大限幅时，H 桥的占空比为1。
对于PWM 发生器， 采用两个Discrete PWM Generator 模块。
双闭环直流调速系统的设计及其仿真
双闭环直流调速系统的设计及其仿真班级：自动化学号：姓名：目录1前言 (3)1.1课题研究的意义 (3)1.2课题研究的背景 (3)2总体设计方案 (3)2.1MATLAB仿真软件介绍 (3)2.2设计目标 (4)2.3系统理论设计 (5)2.4仿真实验 (9)2.5仿真结果 (10)3结论 (12)4参考文献 (13)1 前言1.1课题研究的意义现代运动控制技术以各类电动机为控制对象，以计算机和其他电子装置为控制手段，以电力电子装置为弱电控制强电的纽带，以自动控制理论和信息处理理论为基础，以计算机数字仿真和计算机辅助设计为研究和开发的工具。
直调调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。
就目前而言，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式，在许多工业部门，如轧钢、矿山采掘、纺织、造纸等需要高性能调速的场合得到广泛的应用。
且直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。
由于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。
所以加深直流电机控制原理理解有很重要的意义⑴。
1.2课题研究的背景电力电子技术是电机控制技术发展的最重要的助推器，电力电机技术的迅猛发展设计一个双闭环直流调速系统，利用晶闸管供电，整流装置采用三相桥式电路，调速范围D=10,要求:静差率；稳态无静差，电流超调量 直流电动机数据:额定功率：29.92KW 额定电压：220V,额定电流：136A,_min额定转速：1460r/m ， _ 允许过载倍数：■ -L 晶闸管装置放大系数：-心 电枢回路总电阻：只二：二 时间常数: 机电时间常数: 电磁时间常数:0,05V电流反馈系数:转速反馈系数:转速反馈滤波时间常数：肯备「D 茲，…0亦 h=52.3系统理论设计：在双闭环系统中应该首先设计电流调节器，然后把整个电流环看作转速调节系统中，电流脉动系数启动到额定转速时的转速退饱和超调量[1] [3]。
双闭环直流调速系统设计与仿真开题报告
双闭环直流调速系统设计与仿真开题报告双闭环直流调速系统设计与仿真开题报告一、研究背景直流电机作为一种常见的电动机，广泛应用于各种工业控制系统中。
在实际应用中，直流电机的转速控制是非常重要的，因此需要设计一种高效的调速系统。
双闭环直流调速系统是一种常用的调速系统，其具有响应速度快、稳定性好等优点，因此受到了广泛的关注。
二、研究目的本研究旨在设计一种双闭环直流调速系统，并进行仿真验证。
具体目的如下：1.设计双闭环直流调速系统的控制算法。
2.建立双闭环直流调速系统的数学模型。
3.进行双闭环直流调速系统的仿真验证。
三、研究内容1.双闭环直流调速系统的控制算法设计本研究将采用PID控制算法来设计双闭环直流调速系统的控制算法。
其中，外环控制器采用PI控制算法，内环控制器采用PI控制算法。
通过对控制算法的设计，可以实现对直流电机的转速进行精确控制。
2.双闭环直流调速系统的数学模型建立本研究将建立双闭环直流调速系统的数学模型，包括直流电机的动态模型和控制系统的数学模型。
通过对数学模型的建立，可以更好地理解双闭环直流调速系统的工作原理，并为后续的仿真验证提供基础。
3.双闭环直流调速系统的仿真验证本研究将采用MATLAB/Simulink软件对双闭环直流调速系统进行仿真验证。
通过对仿真结果的分析，可以评估双闭环直流调速系统的性能，并对控制算法进行优化。
四、研究意义本研究的意义在于：1.提高直流电机的转速控制精度，提高工业控制系统的效率。
2.为双闭环直流调速系统的应用提供理论基础和技术支持。
3.为控制算法的优化提供参考。
五、研究方法本研究将采用理论分析和仿真验证相结合的方法。
具体方法如下：1.理论分析：通过对双闭环直流调速系统的控制算法和数学模型进行分析，得出系统的控制规律和性能指标。
2.仿真验证：通过MATLAB/Simulink软件对双闭环直流调速系统进行仿真验证，得出系统的性能指标，并对控制算法进行优化。
六、研究计划本研究的计划如下：1.第一阶段（1个月）：研究双闭环直流调速系统的控制算法，包括外环控制器和内环控制器的设计。
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。
双闭环直流调速系统设计及仿真
双闭环直流调速系统设计及仿真———————————————————————————————— 作者：———————————————————————————————— 日期：1绪论直流调速是现代电力拖动自动控制系统中开展较早的技术。
在20世纪60年代，随着晶闸管的出现，现代电力电子和控制理论、计算机的结合促进了电力传动控制技术研究和应用的繁荣。
晶闸管-直流电动机调速系统为现代工业提供了高效、高性能的动力。
尽管目前交流调速的迅速开展，交流调速技术越趋成熟，以及交流电动机的经济性和易维护性，使交流调速广泛受到用户的欢送。
但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场，并且建立在反响控制理论根底上的直流调速原理也是交流调速控制的根底[1]。
现在的直流和交流调速装置都是数字化的，使用的芯片和软件各有特点，但根本控制原理有其共性。
对于那些在实际调试过程中存在很大风险或实验费用昂贵的系统，一般不允许对设计好的系统直接进展实验。
然而没有经过实验研究是不能将设计好的系统直接放到生产实际中去的。
因此就必须对其进展模拟实验研究。
当然有些情况下可以构造一套物理装置进展实验，但这种方法十分费时而且费用又高，而且在有的情况下物理模拟几乎是不可能的。
近年来随着计算机的迅速开展，采用计算机对控制系统进展数学仿真的方法已被人们采纳。
但是长期以来，仿真领域的研究重点是仿真模型的建立这一环节上，即在系统模型建立以后要设计一种算法。
以使系统模型等为计算机所承受，然后再编制成计算机程序，并在计算机上运行。
因此产生了各种仿真算法和仿真软件[2]。
由于对模型建立和仿真实验研究较少，因此建模通常需要很长时间，同时仿真结果的分析也必须依赖有关专家，而对决策者缺乏直接的指导，这样就大大阻碍了仿真技术的推广应用。
MATLAB提供动态系统仿真工具Simulink，那么是众多仿真软件中最强大、最优秀、最容易使用的一种。
它有效的解决了以上仿真技术中的问题。
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3、系统具有较好的控制精度；
主要内容与基本要求
本课题主要研究直流电动机的PWM双闭环调速系统，采用全控器件PWM调压控制方案，该同学主要工作是双闭环调速系统设计与仿真试验分析。
基本内容：
1、设计直流电动机双闭环调速系统总体方案；
2、电流调节器设计；
一、该同学的主要任务
1、查找文献，了解直流电动机PWM双闭环调速系统的的应用
2、设计直流电动机双闭环调速系统，并设计出相应的电路原理图；
3、用SIMULINK中的电力系统模块进行仿真试验；
4、设计PID算法，对转速、电流双闭环系统进行负载试验、抗干扰试验；
二、目标
1、建立直流电动机可逆调速系统双闭环数学模型；
3、转速调节器设计；
4、PWM控制算法设计；
5、分别对空载、负载、扰动工况进行仿真模拟；
主要参
考资料
一、主要参考文献
1、基于C语言编程MCS-51单片机原理与应用；张培仁，清华大学出版社；
2、电气传动的脉宽调制控制技术，吴守，机械工业出版社；
3、电力电子技术，浣喜明，高等教育出版社；
4、电动机的单片机控制，王晓明，北京航空航天出版社；
5、电机与拖动基础，李发海，清华大学出版社
计划进度：
序号
内容
1
任务布置与介绍
2
系统总体方案设计
3
硬件系统建模
4
直流电机数学模型推导
5
PWM算法设计
6
电流调节器设计
7
9
撰写课程设计报告
10
答辩
实习地点
15-212
指导教师
签 名
年 月 日
系 意 见
系主任签名：
年 月 日
学院
浙江理工大学本科课程设计任务书
课题名称
直流电机双闭环PWM调速系统的设计与仿真
主要任务与
目标
随着社会的发展，各种智能化的产品日益走入寻常百姓家。为了实现产品的便携性、低成品以及对电源的限制，小型直流电机应用相当广泛。对直流电机的速度调节，可分为励磁控制法与电枢电压控制法两类。随着电力电子技术的进步，发展了许多新的电枢电压控制方法。如：由交流电源供电，使用晶闸管进行相控调压；使用硅整流器将交流电整流成直流或由蓄电池等直流电源供电，再由PWM斩波器进斩波调压等。PWM驱动装置与传统晶闸管驱动装置比较，具有下列优点：需用的大功率可控器件少，线路简单；调速范围宽：电流波形系数好，附加损耗小；功率因数高。可以广泛应用于现代直流电机伺服系统中。
盖章
主管院长签名：
年 月 日