带转速负反馈的有静差直流调速系统仿真
0实验一：转速负反馈闭环调速系统仿真框图及参数
0实验一：转速负反馈闭环调速系统仿真框图及参数实验一:转速负反馈闭环调速系统仿真框图及参数转速负反馈闭环调速系统系统仿真框图及参数(sI dL- * n(s) ) (s) U n+ + + + - + -,图一比例积分控制的直流调速系统的仿真框图图一中是转速负反馈闭环调速系统的仿真框图，由框图中可以看出:1、该系统是采用PI调节器进行调节的，PI调节器的传递函数如下式所示:其中，是比例系数，积分系数=。
2、该系统采用的是单闭环系统，通过把转速作为系统的被调节量，检测误差，纠正误差，有效地抑制直至消除扰动造成的影响。
各环节参数如下:直流电动机:额定电压U= 220V，额定电流，额定转速,N电动机电动势系数。
假定晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数，滞后时间常数0.00167s。
电枢回路总电阻R = 1.0,，电枢回路电磁时间常数，电力拖动系统机电时间常数。
转速反馈系数, , ,,,,。
对应额定转速时的给定电压。
转速负反馈闭环调速系统的仿真1. 仿真模型的建立比例积分控制的无静差直流调速系统的仿真模型进入MATLAB，并打开SIMULINK模块浏览器窗口，建立一个新的模型，并复制入相应模块，修改模块的参数.当其中PI调节器的至暂定为，1/, = 11.43时，把从10.0修改为0.6后控制参数的仿真结果:图1 电枢电流随时间变化的规律图2电机转速随时间变化的规律由图1可知电流的最大值为230A左右，显然不满足实际要求，故后面需对此进行处理，采用带电流截止负反馈环节的直流调速系统。
其中，由图2 scope输出结果中可以得出该控制系统的最大超调量M、上升时间 ,调p整时间，取值分别为:M= 108r/min, = 0.12s, = 0.28s(估计值) p2. PI调节器参数的调整改变PI调节器的参数，并在启动仿真，分别从仿真曲线中得到的最大超调量及调整时间，相互间进行比较，如下表所示最大超调量比例系数积分系数调整时间(s) M(r/min) p0.25 3 0 >0.6 0.56 3 0 >0.6 0.56 11.43 108 0.28 0.8 11.43 63 0.28 0.8 15 152 0.23由表中可以看出，改变PI调节器的参数，可以得到转速响应的超调量不一样、调节时间不一样的响应曲线。
直流调速系统仿真.doc
直流调速系统仿真目录一．直流调速系统仿真1.开环直流调速系统的仿真2.单闭环有静差转速负反馈调速系统的建模与仿真3.单闭环无静差转速负反馈调速系统的建模与仿真4.单闭环电流截止转速负反馈调速系统的建模与仿真5.单闭环电压负反馈调速系统的建模与仿真6．单闭环电压负反馈和带电流正反馈调速系统的建模与仿真7.单闭环转速负反馈调速系统定量仿真8.双闭环直流调速系统定量仿真9.PWM直流调速系统仿真二．双闭环直流调速系统1双闭环直流调速系统的工作原理1.1双闭环直流调速系统的介绍1.2双闭环直流调速系统的组成1.3双闭环直流调速系统的稳态结构图和静特性1.4双闭环直流调速系统的数学模型2系统设计方法及步骤2.1系统设计的一般原则2.2电流环设计2.2.1确定时间常数2.2.2选择电流调节器结构2.2.3选择电流调节器参数2.2.4校验近似条件2.3转速环设计2.3.1确定时间常数2.3.2选择转速调节器结构2.3.3选择转速调节器参数2.3.4校验近似条件三．Simulink环境中的系统模型、仿真结果及分析3.1Matlab和Simulink简介3.2 Matlab建模与仿真3.3电流环的MA TLAB计算及仿真3.3.1电流环校正前后给定阶跃响的MA TLAB计算及仿真3.3.2绘制单位阶跃扰动响应曲线并计算其性能指标3.3.3单位冲激信号扰动的响应曲线3.3.4电流环频域分析的MA TLAB计算及仿真3.4转速环的MA TLAB计算及仿真3.4.1转速环校正前后给定阶跃响应的MA TLAB计算及仿真3.4.2绘制单位阶跃信号扰动响应曲线并计算其性能指标3.4.3单位冲激信号扰动的响应曲线3.4.4转速环频域分析的MA TLAB计算及仿真4V-M双闭环直流不可逆调速系统的电气原理总图摘要直流调速系统有多种调速方法，各种方法各有优缺点。
就性能而言，闭环性能优于开环，双闭环性能优于单闭环，然而对于实际系统，还要考虑系统的成本和复杂性，因此各种方法都有一定的适应场合。
带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统建模与仿真
潇湘学院《课程设计报告》题目：带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统建模与仿真专业：电气工程及其自动化班级：姓名：学号：指导教师：陈敏初始条件：1．技术数据输出功率为:7.5Kw 电枢额定电压220V电枢额定电流 36A 额定励磁电流2A额定励磁电压110V 功率因数0.85电枢电阻0.2欧姆电枢回路电感100mH电机机电时间常数2S电枢允许过载系数1.5额定转速 1430rpm2．技术指标稳态指标：无静差（静差率s≤2%, 调速范围 D≥10 ）动态指标：系统稳定要求完成的主要任务:1．技术要求：(1) 该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机不可逆运行，具有较宽的调速范围（D ≥10），系统在工作范围内能稳定工作(2) 根据指标要求进行动态校正，选择调节器的参数，并确定电流截止负反馈环节的相关参数，(3) 系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续2．设计内容：(1) 根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构型式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图(2) 根据带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统原理图, 分析转速调节器和电流截止负反馈的作用,(3) 通过对调节器参数设计, 得到转速和电流的仿真波形，并由仿真波形通过MATLAB 来进行调节器的参数调节。
(4) 绘制带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统的电气原理总图（要求计算机绘图）(5) 整理设计数据资料，课程设计总结，撰写设计计算说明书目录摘要 (3)1.闭环调速控制系统构成 (5)1.1 主电路 (5)1.2 原理框图 (5)2带电流截止负反馈的转速负反馈的分析 (6)2.1电流截止负反馈的提出 (6)2.2 电流截止负反馈环节 (7)2.3 带电流截止负反馈调速系统结构框图和静特性 (8)3 参数设计 (10)3.1整体分析 (10)3.2稳定性参数计算和判断 (10)3.3 转速调节器校正 (11)3.3.1 PI调节器结构 (11)3.3.2 调节器的选择 (12)3.4 电流截止负反馈参数设计 (16)4. 电流MATLAB仿真 (17)4.1 将设计的参数进行仿真 (17)4.2 调节器参数调整 (18)5.电气总图 (19)6.结束语 (20)参考文献 (20)摘要为了提高直流调速系统的动态、静态性能，通常采用闭环控制系统（主要包括单闭环、双闭环）。
直流调速系统的MATLAB仿真(参考程序)
直流调速系统的MATLAB 仿真一、开环直流速系统的仿真开环直流调速系统的电气原理如图1所示。
直流电动机的电枢由三相晶闸管整流电路经平波电抗器L 供电，通过改变触发器移相控制信号c U 调节晶闸管的控制角α，从而改变整流器的输出电压，实现直流电动机的调速。
该系统的仿真模型如图2所示。
MU d+I dGTU cE +--UCR图1 开环直流调速系统电气原理图图2 直流开环调速系统的仿真模型为了减小整流器谐波对同步信号的影响，宜设三相交流电源电感s 0L =，直流电动机励磁由直流电源直接供电。
触发器（6-Pulse ）的控制角（alpha_deg ）由移相控制信号c U 决定，移相特性的数学表达式为minc cmax9090U U αα︒-=︒-在本模型中取min 30α=︒，cmax 10V U =，所以c 906U α=-。
在直流电动机的负载转矩输入端L T 用Step 模块设定加载时刻和加载转矩。
仿真算例1 已知一台四极直流电动机额定参数为N 220V U =，N 136A I =，N 1460r /min n =，a 0.2R =Ω，2222.5N m GD =⋅。
励磁电压f 220V U =，励磁电流f 1.5A I =。
采用三相桥式整流电路，设整流器内阻rec 0.3R =Ω。
平波电抗器d 20mH L =。
仿真该晶闸管-直流电动机开环调速系统，观察电动机在全压起动和起动后加额定负载时的电机转速n 、电磁转矩e T 、电枢电流d i 及电枢电压d u 的变化情况。
N 220V U =仿真步骤：1）绘制系统的仿真模型（图2）。
2）设置模块参数（表1） ① 供电电源电压N rec N 2min 2200.3136130(V)2.34cos 2.34cos30U R I U α++⨯==≈⨯︒② 电动机参数 励磁电阻：f f f 220146.7()1.5U R I ===Ω 励磁电感在恒定磁场控制时可取“0”。
转速闭环控制的直流电动机有静差调速系统仿真
目录一绪论 (2)二系统的结构与原理 (2)2.1 系统结构及电流 (2)2.2 系统静特性 (2)三电流截至负反馈环节的设计 (2)3.1 电流截止负反馈环节结构设计 (2)3.2 电流截止负反馈环节参数设计 (4)四利用matlab/simulink绘制系统的仿真 (4)4.1 仿真原理图 (4)五总结 (6)参考文献 (6)一绪论对于单闭环转速调节系统而言存在以下问题：1.起动的冲击电流——直流电动机全电压起动时，如果没有限流措施，会产生很大的冲击电流，这不仅对电机换向不利，对过载能力低的电力电子器件来说，更是不能允许的。
2.闭环调速系统突加给定起动的冲击电流——采用转速负反馈的闭环调速系统突然加上给定电压时，由于惯性，转速不可能立即建立起来，反馈电压仍为零，相当于偏差电压，差不多是其稳态工作值的 1+K 倍。
这时，由于放大器和变换器的惯性都很小，电枢电压一下子就达到它的最高值，对电动机来说，相当于全压起动，当然是不允许的。
3.堵转电流——有些生产机械的电动机可能会遇到堵转的情况。
例如，由于故障，机械轴被卡住，或挖土机运行时碰到坚硬的石块等等。
由于闭环系统的静特性很硬，若无限流环节，硬干下去，电流将远远超过允许值。
如果只依靠过流继电器或熔断器保护，一过载就跳闸，也会给正常工作带来不便。
为解决问题可以电枢串电阻起动；引入电流截止负反馈；加积分给定环节。
本设计主要讨论如何采用电流截止负反馈来限制起动电流。
二系统的结构与原理2.1 系统结构及电流考虑到，限流作用只需在起动和堵转时起作用，正常运行时应让电流自由地随着负载增减。
如果采用某种方法，当电流大到一定程度时才接入电流负反馈以限制电流，而电流正常时仅有转速负反馈起作用控制转速。
这种方法叫做电流截止负反馈，简称截流反馈。
电流截止负反馈环节的I/O特性如图1-2所示。
它表明当输入信号俄日正值时，输出输入相等；当为负值时，输出为零。
这是一个两段线性环节。
转速反馈单闭环直流调速系统仿真
实验一、转速反馈单闭环直流调速系统仿真一、实验内容：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。
1.开环仿真：用Simulink实现上述直流电机模型，直流电压U d0取220V，0~2.5s，电机空载，即I d=0；2.5s~5s，电机满载，即I d=55A。
画出转速n的波形，根据仿真结果求出空载和负载时的转速n以及静差率s。
改变仿真算法，观察效果（运算时间、精度等）。
实验步骤：（1）按照上图把电机模型建立好，其中u d0设置为常数，并把其幅值设置为220，把其它相应的环节也设置好。
把I d设置为“阶跃信号”，且在0~2.5s之间其幅值为0，而2.5~5s之间其幅值为55，在对系统中其它参数进行设置。
为了观察输出地波形，在输出处接上一个示波器。
（2）对仿真模式进行设置，系统默认的仿真算法为ode45,只需要把仿真时间设置为5s即可。
（3）对系统进行仿真。
仿真结果：（1）仿真算法为ode45:图1 上图即为电机转速的仿真结果图，同图上我们可以看出来分为了两个阶段，其中第一个阶段（0~2.5s）为空载转速，第二阶段（2.5~5s）为满载转速。
空载转速为1142n/min。
在2.5s时加入了负载，通过仿真结果我们可以看出来，负载转速为972n/min。
这可以看出来在加入负载之后，电机的转速开始下降。
根据电机转差率的公式s=（n0-n）/ n0=(1142-972)/1142=0.149。
转差率还是比较小的，说明该电机效率比较高。
通过观察该仿真的时间，其运算时间为T=9.134*10^-7s。
（2）仿真算法为ode23:仿真结果图如图2所示，由图我们可以看出来，结果基本上和计算方法为ode45的结果一样，但是运算时间却不一样，该算法的运算时间为T=3.636*10^-7s。
运算时间比ode45的时间短。
直流调速系统的MATLAB仿真(报告)
直流调速系统的MATLAB 仿真一、开环直流速系统的仿真开环直流调速系统的电气原理如图1所示。
直流电动机的电枢由三相晶闸管整流电路经平波电抗器L 供电，通过改变触发器移相控制信号c U 调节晶闸管的控制角α，从而改变整流器的输出电压，实现直流电动机的调速。
该系统的仿真模型如图2所示。
图1 开环直流调速系统电气原理图图2 直流开环调速系统的仿真模型为了减小整流器谐波对同步信号的影响，宜设三相交流电源电感s 0L =，直流电动机励磁由直流电源直接供电。
触发器（6-Pulse ）的控制角（alpha_deg ）由移相控制信号c U 决定，移相特性的数学表达式为minc cmax9090U U αα︒-=︒-在本模型中取min 30α=︒，cmax 10V U =，所以c 906U α=-。
在直流电动机的负载转矩输入端L T 用Step 模块设定加载时刻和加载转矩。
仿真算例1 已知一台四极直流电动机额定参数为N 220V U =，N 136A I =，N 1460r /min n =，a 0.2R =Ω，2222.5N m GD =⋅。
励磁电压f 220V U =，励磁电流f 1.5A I =。
采用三相桥式整流电路，设整流器内阻rec 0.3R =Ω。
平波电抗器d 20mH L =。
仿真该晶闸管-直流电动机开环调速系统，观察电动机在全压起动和起动后加额定负载时的电机转速n 、电磁转矩e T 、电枢电流d i 及电枢电压d u 的变化情况。
仿真步骤：1）绘制系统的仿真模型（图2）。
2）设置模块参数（表1） ① 供电电源电压N rec N 2min 2200.3136130(V)2.34cos 2.34cos30U R I U α++⨯==≈⨯︒② 电动机参数 励磁电阻：f f f 220146.7()1.5U R I ===Ω 励磁电感在恒定磁场控制时可取“0”。
电枢电阻：a 0.2R =Ω电枢电感由下式估算：N a N N 0.422019.119.10.0021(H)2221460136CU L pn I ⨯==⨯≈⨯⨯⨯电枢绕组和励磁绕组间的互感af L ：N a N e N 2200.21360.132(V min/r)1460U R I K n --⨯==≈⋅ T e 60600.132 1.262π2πK K ==⨯≈T af f 1.260.84(H)1.5K L I === 电机转动惯量2222.50.57(kg m )449.81GD J g ==≈⋅⨯③ 额定负载转矩L T N 1.26136171.4(N m)T K I ==⨯≈⋅表1 开环直流调速系统主要模型参数3）设置仿真参数：仿真算法odel5s ，仿真时间5.0s ，直流电动机空载起动，起动2.5s 后加额定负载L 171.4N m T =⋅。
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)
直流调速系统的matlab仿真
一，转速反馈控制直流调速系统的matlab仿真1,基本原理：根据自动控制原理，将系统的被调节量作为反馈量引入系统，与给定量进行比较，用比较后的偏差值对系统进行控制，可以有效地抑制甚至消除扰动的影响，而维持被调节量很少变化或不变，这就是反馈控制的基本作用。
在负反馈基础上的“检查误差，用以纠正误差”这一原理组成的系统，其输出量反馈的传递途径构成一个闭环回路，因此被称作闭环控制系统。
在直流系统中，被调节量是转速，所构成的是转速反馈控制的直流调速系统。
2，下图是转速负反馈闭环调速系统动态结构框图各个环节的参数如下：直流电动机：额定电压U N=220V，额定电流I dN=55A，额定转速n N=1000r/min，电机电动势常数C e=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Ks=44，滞后时间常数Ts=0.00167。
电枢回路总电阻R=1Ω，电枢回路电磁时间常数Tl=0.00167s，电力拖动系统机电时间常数Tm=0.075s。
转速反馈系数α=0.01 V·min/r。
对应的额定电压U n*=10V。
在matlab的simulink里面的仿真框图如下其中PI调节器的值暂定为Kp=0.56，1/τ=11.43。
3,仿真模型的建立：进入matlab，单击命令窗口工具栏的simulink图标，打开simulink模块浏览器窗口，如下图所示：打开模型编辑器窗口，双击所需子模块库的图标，则可以打开它，用鼠标左键选中所需的子模块，拖入模型编辑窗口。
要改变模块的参数双击模块图案即可（各模块的参数图案）。
加法器模块对话框Gain模块对话框把各个模块连接起来并按照上面给定的电机参数修改各个模块相应的参数，可以得到如下的比例积分的无静差直流调速系统的仿真框图：4，仿真后的结果及其分析：其中输出scope1中可以看出超调和上升时间等。
改变PI调节器的参数，并在仿真的曲线中得到最大的超调级调整时间，相互间进行比较，如下表所示：参照以上表格中的数据分析可知，改变PI调节器的参数，可以得到快速响应的超调量不一样，调节时间不一样的响应曲线。
带转速负反馈的有静差直流调速系统仿真
硬件优化
采用更高性能的硬件设备，如更快的 处理器、更大的存储空间等，可以提
高仿真计算速度和精度。
05 结论与展望
结论
本文对带转速负反馈的有静差直流调速系统进行了仿真研究，通过改变系 统的参数和结构，得到了较好的调速效果。
仿真结果表明，该系统具有较好的动态特性和稳态特性，能够有效地减小 系统的静差和提高调速精度。
05
04
直流电机
直流电机是系统的被控对象，其转速 受输入电压或电流的影响。
02 转速负反馈原理
负反馈概念
负反馈是一种控制系统的机制，通过 将系统的输出信号反馈到输入端，对 系统的输入信号产生影响，从而调节 系统的输出。
在负反馈中，输出信号与期望值之间 的误差被用来调整系统的输入，使得 系统的输出逐渐接近期望值。
此外，该系统还具有结构简单、易于实现等优点，可以广泛应用于实际生 产中。
展望
01
虽然本文对带转速负反馈的有 静差直流调速系统进行了仿真 研究，但仍然存在一些需要进 一步研究和改进的地方。
02
未来可以进一步研究系统的参 数优化和自适应控制算法，以 提高系统的调速性能和鲁棒性 。
03
此外，还可以将该系统应用于 其他领域，如电机控制、机器 人等，以拓展其应用范围和价 值。
比较，产生误差信号。
误差信号被用于调节系统的输 入，例如调节直流电机的输入 电压或电流，以减小转速的误
差。
03 直流调速系统仿真模型
建立仿真模型
确定系统元件参数
根据实际系统的元件参数，如电 枢电阻、电枢电感、励磁电感等， 在仿真模型中设定相应的参数值。
建立数学模型
根据直流电机的工作原理和调速 系统的控制策略，建立系统的数 学模型，包括电机的电压、电流 和转速方程等。
直流调速控制系统的分析及仿真
当电流负反馈环节起主导作用时的自动调节过程如图7-1-8所示。
7.1.4系统的性能分析
代入图7-1-5中，由图可见，它是一个二阶系统，已知 二阶系统总是稳定的。但若考虑到晶闸管有延迟，晶 闸管整流装置的传递函数便为
相反。
5.电流截止负反馈环节
当 时，（亦即 ），则二极管VD截止，电流截止负反馈不起作用。当 时，（亦即 ），则二极管VD导通， [此处略去二极管的死区电压]，电流截止负反馈环节起作用，它将使整流输出电压 下降，使整流电流下降到允许最大电流。 的数值称为截止电流，以 表示。调节电位器RP3即可整定 ，亦即整定 的数值。一般取 〔 为额定电流〕。 由于电流截止负反馈环节在正常工作状况下不起作用，所以系统框图上可以省去。
在图7-1-1中，主电路中串联了一个阻值很小的取样电阻
(零点几欧)。电阻
上的电压
与
成正比。比 较阈值电压
是由一个辅助电源经电位器RP3提供的。电 流反馈信号(
图7-1-7调速系统的“挖土机”机械特性
当电流负反馈环节起主导作用时的自动调节过程如图7-1-8所示。 机械特性很陡下垂还意味着，堵转时(或起动时)电流不是很大。 这是因为在堵转时，虽然转速n=0，反电动势E＝0，但由于电流 截止负反馈的作用，使
大大下降，从而
不致过大。此时 电流称为堵转电流
⑥ 晶闸管整流电路的调节特性为输出的 平均电压
与触发电路的控制电压
之间的关系，即
图7-1-4为晶闸管整流装置的调节特性。
由图可见，它既有死区，又会饱和。 （当全导通以后，
再增加， 也不会再 上升了），且低压段还有弯曲段。面对 这非线性特性，常用的办法是讲它“看 作”一条直线，即处理成
为
晶闸管-直流电动机闭环-静差调速系统仿真设计
晶闸管-直流电动机闭环-静差调速系统仿真设计内容提要：直流电动机具有调速性能好，启动转矩大，易于在大范围内平滑调速等优点，其调速控制系统历来在工业控制中占有极其重要的地位。
随着电力技术的发展，特别是晶闸管等器件问世以后，只需对电枢回路进行控制，相对比较简单，特别是在高精度位置伺服控制系统、在调速性能要求高或要求大转矩的场所，直流电动机仍然被广泛采用，直流调速控制系统中最典型一种调速系统就是速度。
关键词：调节器最优模型闭环负反馈静差 KEIL目录1绪论 (1)1.1直流调速系统概述 (1)2 单闭环控制的直流调速系统简介 (1)2.1 V—M系统简介 (1)2.2转速控制闭环调速系统的调速指标 (1)2.3闭环调速系统的组成及静特性 (3)2.4反馈控制规律 (4)2.5主要部件 (4)2.5.1 比例放大器 (4)2.5.2 比例积分放大器............................................ ．．52.5.3额定励磁下直流电动机 (6)2.6稳定条件 (7)2.7稳态抗扰误差分析 (8)3 单闭环直流调速系统的设计及仿真 (11)3.1参数设计及计算 (11)3.1.1参数给出 (11)3.1.2 参数计算 (11)3.2有静差调速系统 (12)3.2.1有静差调速系统的仿真模型 (12)3.2.2主要元件的参数设置 (13)3.2.3仿真结果及分析 (13)3.2.4 动态稳定的判断，校正和仿真 (14)1绪论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，电力拖动自动控制系统有调速系统、位置随动系统、张力控制系统等多种类型，而各种系统往往都是通过控制转速来实现的，因此调速系统是最基本的拖动控制系统。
相比于交流调速系统，直流调速系统在理论上和实践上都比较成熟。
直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。
在20世纪60年代发展起来的电力电子技术，使电能可以变换和控制，产生了现代各种高效、节能的新型电源和交直流调速装置，为工业生产，交通运输，楼宇、办公、家庭自动化提供了现代化的高新技术，提高了生产效率和人们的生活质量，使人类社会生产、生活发生了巨大的变化。
转速负反馈闭环直流调速系统的分析与仿真
邮局订阅号：82-946360元/年技术创新仿真技术《PLC 技术应用200例》您的论文得到两院院士关注转速负反馈闭环直流调速系统的分析与仿真Analysis and Simulate the Negative Feedback Loop DC Speed Control System(上海理工大学)孙凌杰左小五SUN Ling-jie ZUO Xiao-wu摘要:到目前为止,虽然在交流电动机的调速问题方面已经解决,但是在速度调节要求却较高,本文主要介绍转速闭环直流调速系统的工作原理,并在此基础上对转速闭环直流电动机的调速系统进行分析,借助MATLAB/SIMULINK 建立起仿真图并进行仿真与分析。
论文中给出了各个物理量的波形并对波形进行了分析从而对转速闭环调速系统的稳定性方面得出了一些结论。
该调速控制系统可以实现平滑的调速,且具有良好的动静态调速性能,仿真结果验证了系统设计的有效性、可行性。
关键词:转速闭环调速系统;直流电动机;仿真中图分类号:TM44文献标识码:AAbstract:So far,although the AC motor speed control problem has been solved,it requires a higher speed of adjustment,this article introduces the Principle of the speed closed-loop DC drive system,ana-lysis the speed closed-loop DC motor speed control system and set up the simulation chart on the matlab/simulink .Papers presented in the various physical and wave ,As well as an analysis of waveforms and thus get some conclutions on the stability aspect from the closed -loop speed con -trol system .The speed control system can achieve smooth speed control,and has a good dynamic and static speed performance,simulation results show the effec -tiveness of the system design and feasibility.Key words:speed closed-loop speed control system;DC Motors;Simulation文章编号:1008-0570(2010)10-1-0153-021引言能源问题日趋成人们争论的主题。
控制系统课程设计--转速反馈控制直流调速系统的仿真
控制系统课程设计--转速反馈控制直流调速系统的仿真控制系统课程设计设计内容:转速反馈控制直流调速系统的仿真院系: 信息科学与技术部专业: 电气工程及其自动化班级 : 11Q电气7 班目录一.仿真软件的选用 ..................................................................... .. (1)1.1 MATLAB简介 ..................................................................... . (1)1.2 对SIMULINK的简介 ..................................................................... ................................. 1 二.仿真框图及说明 ..................................................................... .. (2)2.1比例积分控制的直流调速系统的仿真框图 .....................................................................22.2仿真参数要求 ..................................................................... ................................................ 2 三.仿真模型图及参数设置 ..................................................................... ......................................... 2 四.仿真结果 ..................................................................... .. (4)4.1 仿真过程 ..................................................................... . (4)4.2调节器参数的调整 ..................................................................... ........................................ 6 五. 总结...................................................................... . (8)六.参考文献 ..................................................................... ................................................................. 9 七.致谢...................................................................... ........................................................................9一.仿真软件的选用1.1 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。
Matlab转速反馈单闭环直流调速系统仿真
MATLAB仿真技术报告1题目：转速反馈单闭环直流调速系统仿真直流电机模型框图如下图所示，仿真参数为R=0.2，T l=0.012，T m=0.09，Ce=0.1。
本次仿真采用算法为ode45，仿真时间2s。
1、开环仿真：用Simulink实现上述直流电机模型，直流电压U d0取420V，0~1s，电机空载，即I d=0；1s~2s，电机满载，即I d=150A。
(1) 画出转速n的波形，根据仿真结果求出空载和负载时的转速n以及静差率s。
(2) 画出电枢绕组电流波形。
画出电枢绕组电流波形。
1.负载时的转速波形如上图，在Id的作用下。
在一秒后，波形会有个明显的下降，这是因为在负的扰动下，经过负反馈，导致转速下降，输出的转速波形如图由图中标尺功能可得出，空载时转速n=4200rpm负载时转速n s=3900rpm。
由静差率公式s= n−n sn 可知可知s=4200−39004200=0.0714.2.上图是电枢绕组电流波形，因为是有了电流Id 扰动，在一秒后有了一个电流分量，如果在电流Id 为零的时候，电枢绕组电流的波形应该在电机平稳运转之后降为0，或者有一个极为细微的电流。
从图中可以看出，电流在1s 后不为零，这就是受到扰动阶跃信号影响的结果。
2、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4200rpm ，0~1s ，电机空载，即I d =0；1s~2s ，电机满载，即I d =150A 。
(1) 控制器为比例环节：比较不同k p 值时的稳态转速。
值时的稳态转速。
(2)控制器为比例积分环节，设计恰当的k p 和k I 值，画出转速波形、电机端电压波形和电枢绕组电流波形，求出静差率、超调量。
求出静差率、超调量。
(3) 分析(2)中电压和电流波形，解释为什么闭环系统动态响应优于开环系统。
1. Kp取不同的值时，有着不同的稳态转速，上左图Kp=1，稳态转速为3791rpm上右图Kp=2，稳态转速为3988rpm。
直流调速系统及其仿真.ppt
二、调压调速的关键装置--可控直流电源
常用的可控直流电源有以下三种：
1、旋转变流机组
2、静止可 控整流器
3、直流斩波 器和脉宽调制
变换器
1、旋转变流机组----用交流电动机拖动直流发电 机，以获得可调的直流电压（G-M系统）。
+ 励 磁 电 源
+
-
~
GE
~M n +(-) n
放
大 装
If
G
U
M
晶闸管整流器的内阻 要求D=20，s≤5%
Rrec=0.13Ω
问题
问若采用开环V-M系统能否满足要求？ 若采用α=0.015V·min/r转速负反馈闭环系统，问放大 器的放大系数为多大时才能满足要求？
解（1）设系统满足D=20，检验系统是否满足s≤5%？
nmin
nn D
1000 20
50(r / min)
n-
+
+
RP2
U tg
IG
-
-
V-M闭环系统原理框图
(a)给定环节——产生控制信号：由高精度直流 稳压电源和用于改变控制信号的电位器组成。
(b)比较与放大环节——信号的比较与放大；由P、I、 PI运放器组成
(c)触发器和整流装置环节（组合体）--功率放大 GT：单结晶体管、锯齿波、正弦波触发器; 整流装置：单相、三相、半控、全控.
U
* n
, 则n
改变
（2）对负载波动等扰动信号的调节——稳速过程：
n基本不受负载波动等扰动输入的影响
例如：
TL
n
Un
U n
(U
* n
Un )
Uct Ud 0 ( Id Te ) n
电力传动控制系统课程设计报告
转速电流双闭环直流调速系统—---—-—基于MATLAB的仿真实验组员：王勇（201110231067）朱海（201110231057）艾合麦提江（201110231066）王志刚（20110231062)学院：物流工程学院专业：电气工程及其自动化班级: 电气112班目录一、前言 (3)二、课程设计的目的及内容 (3)2.1-课程设计的目的 (3)2。
2-课程设计的内容 (3)三、参数的选取与计算 (4)四、MATLAB仿真 (6)4。
1 开环直流系统的仿真 (6)4.2 转速单闭环系统的仿真 (9)4。
3电流、转速双闭环系统的仿真 (12)4。
3。
1基于动态结构图的双闭环直流调速系统仿真 (13)4。
3。
2基于Power System模块的双闭环直流调速系统仿真 (15)五、课程设计心得体会 (20)一、前言在单闭环的系统中，由于不能随心所欲的控制电流和转速的动态过程，因此不适用与要求调速性能较高的场合。
为了使系统在启动、制动的动态过程中，在最大的电流约束下，获得直流电动机最佳速度调节过程，就引入了转速 、电流负反馈双闭环直流调速系统,使得在电动机起动时转速调节器(ASR ）饱和， ASR 不起作用 ,电流环调节器 （ACR)起主要作用 , 用以调节起动电流并使之保持最大值,使得转速线性变化，迅速上升到给定值 ；在电动机稳定运行时 , ASR 退出饱和状态,开始起主要调节作用 , 使转速跟随给定信号变化 ,电流环跟随转速环调节电动机的电枢电流以平衡负载电流。
但是 ， 双闭环直流调速系统硬件的电气结构复杂 ,在研究和设计的过程中 ,许多参数的选择需要反复调试 ， 需要我们花费大量的时间和精力。
而运用计算机仿真技术对系统进行仿真 , 可以方便地对参数进行设置 ,得到合理的参数组合,为系统的实现提供理论依据 。
鉴于上述理由 ，本文提出种面向控制系统电气原理结构图的转速 、电流双闭环不可逆直流调速系统仿真的新方法 。
实验四 转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真
实验四转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真一、实验目的熟练使用MATLAB下的SIMULINK软件进行系统仿真。
学会用MATLAB下的SIMULINK软件建立转速、电流反馈控制的直流调速系统的仿真模型和进行仿真实验的方法。
二、实验器材PC机一台，MATLAB软件三、实验参数采用转速、电流反馈控制的直流调速系统，按照要求分别进行仿真实验，输出直流电动机的电枢电流I d和转速n的响应数据，绘制出它们的响应曲线，并对实验数据进行分析，给出相应的结论。
转速、电流反馈控制的直流调速系统中各环节的参数如下：直流电动机：额定电压U N = 220 V，额定电流I dN =136 A，额定转速n N = 1460r/min，电动机电势系数C e= 0.132 V·min/r，允许过载倍数λ=1.5。
晶闸管整流装置的放大系数K s = 40。
电枢回路总电阻R =0.5Ω，电枢回路电磁时间常数T l = 0.03s，电力拖动系统机电时间常数T m = 0.18 s，整流装置滞后时间常数T s=0.0017s,电流滤波时间常数T oi=0.002s。
电流反馈系数β=0.05V/A（≈10V/1.5I N)。
四、实验内容1、电流环的仿真。
参考教材P90中相关内容建立采用比例积分控制的带限幅的电流环仿真模型，设置好各环节的参数。
图1电流环的仿真模型2、按照表1中的数据分别改变电流环中比例积分控制器的比例系数K p 和积分系数K i ，观察电流环输出电枢电流I d 的响应曲线，记录电枢电流I d 的超调量、响应时间、稳态值等参数，是否存在静差？分析原因。
表1 比例积分系数t/sI d /A不同比例系数Kp 和积分系数Ki 时的电枢电流曲线表1不同比例系数K p 和积分系数K i 的电枢电流数据对比分析：由表1可知，不同的比例系数K p 和积分系数K i 会影响系统的电枢电流且系统存在静差，原因是电流调节系统受到电动机反电动势的扰动，电动机反电动势是一个线性渐增的扰动量，所以系统做不到无静差。
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黑龙江科技大学电气与控制工程学院M a tｌa b考试论文题目带转速负反馈的有静差直流调速系统仿真专业自动化姓名班级学号２０13年12 月 03日带转速负反馈的有静差直流调速系统仿真摘要:为了提高直流调速系统的动态、静态性能，通常采用闭环控制系统（主要包括单闭环、双闭环）。
而在对调速指标要求不高的场合,采用单闭环即可。
闭环系统较之开环系统能自动侦测把输出信号的一部分拉回到输入端,与输入信号相比较，其差值作为实际的输入信号;能自动调节输入量，能提高系统稳定性。
在对调速系统性能有较高要求的领域常利用直流电动机,但直流电动机开环系统稳定性不能够满足要求，可利用转速单闭环提高稳态精度,而采用比例调节器的负反馈调速系统仍是有静差的，为了消除系统静差，可采用积分调节器代替比例调节器。
MAＴＬＡB仿真在科学研究中的地位越来越高，本文就简单的带转速负反馈的有静差直流调速系统这个例子,通过对MＡTLＡB的仿真,改变Ｕn*、Kｐ得到不同的仿真结果。
通过对仿真结果的对比,从而总结出如何在仿真过程中对MATLAB的仿真做到最优选择。
关键词：直流调速单闭环稳态精度比例调节MATLAB仿真1引言直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。
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发展,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迎。
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,并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。
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,但基本控制原理有其共性。
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接受,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。
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,则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。
在Simu ｌｉnk中,对系统进行建模将变的非常简单，而且仿真过程是交互的，因此可以很随意的改变仿真参数，并且立即可以得到修改后的结果。
另外，使用MＡTL ＡB中的各种分析工具,还可以对仿真结果进行分析和可视化。
Simｕlink可以超越理想的线性模型去探索更为现实的非线性问题的模型,如现实世界中的摩擦、空气阻力、齿轮啮合等自然现象；它可以仿真到宏观的星体，至微观的分子原子，它可以建模和仿真的对象的类型广泛，可以是机械的、电子的等现实存在的实体，也可以是理想的系统,可仿真动态系统的复杂性可大可小,可以是连续的、离散的或混合型的。
Simｕliｎk会使你的计算机成为一个实验室，用它可对各种现实中存在的、不存在的、甚至是相反的系统进行建模与仿真。
传统的研究方法主要有解析法，实验法与仿真实验，其中前两种方法在具有各自优点的同时也存在着不同的局限性。
随着生产技术的发展，对电气传动在启制动、正反转以及调速精度、调速范围、静态特性、动态响应等方面提出了更高要求,这就要求大量使用调速系统。
由于直流电机的调速性能和转矩控制性能好，从20世纪３０年代起,就开始使用直流调速系统。
它的发展过程是这样的：由最早的旋转变流机组控制发展为放大机、磁放大器控制;再进一步，用静止的晶闸管变流装置和模拟控制器实现直流调速;再后来，用可控整流和大功率晶体管组成的P ＷM 控制电路实现数字化的直流调速，使系统快速性、可控性、经济性不断提高。
调速性能的不断提高，使直流调速系统的应用非常广泛。
2带转速负反馈的有静差直流调速系统仿真原理2．1问题的提出与解决晶闸管-直流电动机系统可以通过调节晶闸管控制角改变电动机电枢电压实现调速,但是存在两个问题，第一，全压起动时,起动电流大。
第二,转速随负载变化而变化,负载越大，转速降落越大,难以在负载变动时保持转速的稳定，而满足生产工艺的要求。
为了减少负载波动对电动机转速的影响可以采取带转速负反馈的闭环调速系统,根据转速的偏差来自动调节整流器的输出电压,从而保持转速的稳定。
2.2带转速负反馈的有静差直流调速系统原理直流电动机电枢由三相晶闸管整流电路经平波电抗器L 供电，并通过改变触发器移相控制信号Ｕｃ 调节晶闸管的控制角,从而改变整流器的输出电压实现直流电动机的调速。
在仿真中为了简化模型，省略了整流变压器和同步变压器，整流器和触发同步使用同一交流电源,直流电动机励磁由直流电源直接供电。
带转速负反馈的有静差直流调速系统的结构如图１所示。
系统由转速给定环节*n U ,放大倍数为p K 的放大器,移相触发器CF ,晶闸管整流器和直流电动机Ｍ,测速发电机TG 等组成。
该系统在电机负载增加时，转速将下降，转速反馈n U 减小,而转速的偏差n U ∆将增大，同时放大器输出c U 增加，并经移相触发器使整流输出电压d U 增加,电枢电流d I 增加,从而使电动机电磁转矩增加，转速也随之升高，补偿了负载增加造成的转速降。
带转速负反馈的直流调速系统的稳定特性方程为 *(1)(1)p s n d e e K K U RI n C K C K =-++ 电动机转速降为 (1)d e RI n C K ∆=+图1 带转速负反馈的有静差直流调速系统的结构图从稳定特性方程可以看到，如果适当增加放大器放大倍数K，电机的转p速降n将减小,电动机将有更硬的机械特性,也就是说在负载变化时，电动机的转速变化将减小，电动机有更好的保持速度稳定的性能。
如果放大倍速过大,也可能造成系统运行的不稳定。
3仿真过程3.1电力系统(SIMＵLIＮＫ)工具箱在ＭATLAB软件的ＳIＭULIＮK仿真工具中，有很多器件库，电路仿真元件库Ｓim ＰｏwｅrＳyｓtems库，内部有电源（ＥｌectriｃalＳｏurces)，基本元器件(Ｅｌemeｎtｓ)，特殊元件(ExtraＬｉbrary）,电机（Ｍａchiｎes),测量仪表（Mｅａsuremｅnts)，以及电力电子(Pｏwｅr Eleｃtrｏnice）六个子库。
根据需要可以组合封装出常用的更为复杂的模块，添加到有关模块库中。
本实验采用MA TＬAＢ7.0.１版本中模块库,其控制子模块库中有6脉冲触发器、三相子模块库中有晶闸管三相全控桥模块、附加电机子模块库中有直流电机模块，如图２所示：图2 六脉冲触发器、三相晶闸管整流桥、直流电动机3.２仿真原理图带转速负反馈有静差调速系统的仿真模型如图2所示。
模型在开环直流调速系统仿U,转速反馈n-feeｄ，放大器Gain１和反映放大真原理图的基础上增加了转速给定*n器输出限幅的饱和特性模块Sａturaｔion1,饱和限幅模块的输出是移相触发器的U,其中转速反馈直接取自电动机的转速输出,没有另加测速发电机，取转速输入c反馈系数α＝Ｕn*/n N。
－图3带转速负反馈的有静差直流调速系统仿真模型根据实验原理图在MATLAB软件环境下查找器件、连线，接成入上图所示的线路图。
3.３仿真过程3.3.１仿真具体步骤a、点击图标,打开MＡTLAB软件,在工具栏里根据提示点击，点击ＭATLAB ，打开一个对话框，点击里的neｗmodel,创建一个新文件。
b、点击工具栏的,打开元器件库查找新的元器件。
C、原件库如下图所示图４原件库３．3．2所用元器件及其参数设置ａ．三相交流电源A、B、Ｃ（Tｈreｅ PｈaｓｅSourｃｅ）图5 三相电源参数设置设置三相电压都为220Ｖ,两两之间相位差为１20,分别为０、-１２0、－2４０。
b.6-Puｌｓe Generａｔｏr图6ｃ．Unｉversal Bｒidgｅ普通的桥电路起着过载保护作用,防止电流过大烧坏电机。
图7d. DC Ｍachiｎｅ(直流电动机)直流电动机的运行特性主要有两条:一条是工作特性,另一条是机械特性,即转速-转矩特性。
分析表明，运行性能因励磁方式不同而有很大差异。
Ｆ+和F-是直流电机励磁绕组的连接端,Ａ+和Ａ－是电机电枢绕组的联结端，TＬ是电机负载转矩的输入端。
m端用于输出电机的内部变量和状态，在该端可以输出电机转速、电枢电流、励磁电流和电磁转矩四项参数。
修改参数电枢电阻和电感(Aｒmaturｅreｓistance aｎd inｄｕc ｔａnｃe）为［０．2１ﻩ０.0021］,励磁电阻和电感（Ｆield reｓｉｓtance and ｉｎduｃtaｎｃｅ）为［１４６.７0]，励磁和电枢互感(Field－armａｔure ｍｕtual inｄuctａｎcｅ)为０．８4,转动惯量（Tｏtal iｎertｉａ)为0．5７2,粘滞摩擦系数(Ｖｉscous friction coｅffｉciｅnt）为0.01,库仑摩擦转矩(Cｏulomb friｃｔioｎ tｏrque）为1.9,初始角速度(iniｔial sｐeed）为０.1。
图8 直流电机ｅ.Fcn图9f. Un*图１0g.直流电源图１1 h.放大器,设置放大系数（Ｇain 1）图1２i．ud1图１3 j.Sum图14 ｋ．ｂlｏck图1５l.Sａturaｔion图16m.Ｒamp图17 n.电感L图183.2．3设定模型仿真参数,仿真时间5s图19２.1仿真结果由以上原理图绘制，参数设置,以及波形调试得出以下仿真结果，其波形图如下所示:以下波形分别为转速n,电枢电流Ia,励磁电流Iｆ,转矩Ta）转速nＫp=1０时Kp=２0０时b）电枢电流Ia C)励磁电流Ifｆ)转矩T3.１仿真分析从上图仿真的波形可以看出，此仿真非常接近于理论分析的波形。
在额定转速10*=n U , 10=p K 时的转速响应曲线如图a 所示(图中为p K ) ,随着放大器放大倍数的增加,系统的稳态转速提高,即稳态转速降减小。
图b 所示为10=p K 时的电流响应波形,从波形可以看到由于没有电流的限制措施,在起动过程中电流仍很大可达8９Ａ 左右。
图ａ 所示为１/2 额定转速5*=n U 时的转速响应曲线,以10=p K 和２00 两种情况比较，在200=p K 时，稳态转速降减小但是调节过程中的振荡次数增加,这从相应的移相控制信号变化也可以看到相同的情况(见图7a) ，由于晶闸管整流器控制的非线性,其输出电压只能在max 0d U 到 范围内变化，尽管放大倍数很高，转速还没有出现严重的不稳定现象。