单闭环仿真+双闭环仿真(10电本)
V-M双闭环直流调速系统建模与仿真
目录摘要 (2)1方案论证 (3)1.1调速系统组成原理分析 (3)1. 2稳态结构图分析 (4)1.3调节器作用 (5)1.3.1转速调节器作用 (5)1.3.2电流调节器作用 (5)1. 4 V-M系统分析 (6)2系统设计 (6)2.1电流调节器的设计 (6)2.1.1确定时间常数 (6)2.1.2选择电流调节器结构 (7)2.1.3计算电流调节器参数 (7)2.1.4校验近似条件 (8)2.1.5 计算调节器电阻和电容 (8)2.2转速调节器的设计 (9)2.2.1确定时间常数 (9)2.2.2选择转速调节器结构 (10)2.2.3计算转速调节器参数 (10)2.2.4检验近似条件 (10)2.2.5校核转速超调量 (11)2.2.6计算调节器电阻和电容 (11)3仿真 (12)3.1系统仿真框图 (12)3.2仿真模型的建立 (12)3.3.1空载时仿真图形 (13)3.3.2满载时仿真波形 (14)3.3.3空载起动后受到扰动时仿真图形 (15)4电气原理总图 (15)5总结与体会 (17)参考文献 (18)摘要转速、电流双闭环调速系统(简称双闭环调速系统)是由单闭环调速系统发展而来的。
单闭环调速系统可以实现转速调节无静差，但单闭环调速系统中用一个调节器综合多种信号，各参数间相互影响，难于进行调节器动态参数的调整，而用两个调节器分别调节转速和电流，构成转速、电流双闭环调速系统，则可以获得近似理想的过渡过程。
双闭环直流调速系统具有良好的稳态和动态性能，它已经成为应用非常广泛的一种调速系统。
在该系统中，为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用具有输入、输出限幅电路PI调节器，且转速与电流都采用负反馈闭环。
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。
在双闭环直流调速系统中设置了两个调节器，转速调节器的输出当作电流调节器的输入，电流调节器的输出控制晶闸管整流器的触发装置。
双闭环控制仿真报告
转速电流双闭环控制的直流调速系统仿真1. 转速电流双闭环控制直流调速系统中，电动机的转速和电流由两个独立的调节器分别控制，且转速调节器的输出就是电流调节器的给定，因此电流环能够随转速的偏差调节电动机电枢的电流。
当转速低于给定转速时，转速调节器的积分作用使输出增加，即电流给定上升，并通过电流环调节使电动机电流增加，从而使电动机获得加速转矩，电动机转速上升。
当实际转速高于给定转速时，转速调节器的输出减小，即电流给定减小，并通过电流环调节使电动机电流下降，电动机随电磁转矩减小而减速。
在当转速调节器饱和输出达到限幅值时，电流环即以最大电流限制I dm 实现电动机的加速，使电动机的起动时间最短，在可逆调速系统中可实现电动机的快速制动。
不可逆调速系统的转速电流双闭环控制原理结构图如图1所示。
U 图1 转速电流双闭环控制直流调速系统原理图2. 根据系统原理图可以得到系统的动态结构图，如图2所示。
图2 直流双闭环调速系统动态结构图3. 根据转速电流双闭环控制的直流调速系统动态结构图，转速和电流两个调节器都采用PI 调节器，按要求计算各参数，提取各元器件的仿真模块进行连接，得到按传递函数仿真的双闭环控制直流调速系统仿真模型。
仿真算法为ode45，调节器的积分环节的限幅值为±12，调节器输出限幅值为±10，额定转速时转速给定U n ﹡=10V ，转速电流双闭环控制系统模型主要参数见表1。
1） 电流环仿真图3 电流环仿真模型设置好参数后，设定仿真时间为0.1s ，启动仿真过程，用示波器观察仿真结果。
图4-a 和图4-b 分别是以KT=0.25和KT=1.0的关系式按典型I 型系统设计PI 调节器得到的电流环的阶跃响应仿真结果，图a 无超调，但上升时间长，图b 超调大，但上升时间短。
a 无超调的仿真结果b 超调量较大的仿真结果图4 电流环仿真波形从图4的仿真结果中可以看出，在直流电动机的恒流升速阶段，电流值低于λI N =200A ，其原因是电流调节器系统受到电动机反电势的扰动，如图3所示，它是一个线性渐增的扰动量，所以系统做不到无静差，而是I d 略低于I dm 。
(最新整理)双闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告
(完整)双闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（(完整)双闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
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TGnASRACRU *n +- U n U iU*i+-U cTAVM+-U dI dUPL-M T 双闭环直流调速系统的设计与仿真1、实验目的1．熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本原理。
2．掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。
3．掌握调节器的工程设计及仿真方法。
2、实验内容1．调节器的工程设计 2．仿真模型建立 3．系统仿真分析3、实验要求用电机参数建立相应仿真模型进行仿真4、双闭环直流调速系统组成及工作原理晶闸管直流调速系统由三相调压器,晶闸管整流调速装置，平波电抗器，电动机-发电机组等组成。
本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制回路可直接由给定电压U ct 作为触发器的移相控制电压，改变U ct 的大小即可改变控制角，从而获得可调的直流电压和转速,以满足实验要求.为了实现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，分别调节转速和电流,即分别引入转速负反馈和电流负反馈,二者之间实行嵌套联接，如图4。
1。
把转速调节器的输出当作电流调节器的输入,再用电流的输出去控制电力电子变换器UPE 。
在结构上，电流环作为内环，转速环作为外环,形成了转速、电流双闭环调速系统。
为了获得良好的静、动态特性，转速和电流两个调节器采用PI 调节器。
图4.1 转速、电流双闭环调速系统5、电机参数及设计要求5。
直流双闭环系统仿真
实验报告
课程名称：电力电子、电机控制系统的建模和仿真实验项目：使用power system模块直流双闭环系统仿真专业班级：
姓名：学号：
实验室号：实验组号：
实验时间：批阅时间：
指导教师：成绩：
一、转速电流双闭环控制直流调速系统仿真模型
二、仿真结果
（1）电动机转速变化曲线
00.51 1.5
2004006008001000120014001600
1800
（2）电流响应曲线
00.51 1.5
-50
50
100
150
200
250
三、分析
从转速和电流波形可以看到，在启动阶段，电动机以恒线流启动，在0、4S
时启动过程结束，电枢电流下降到零，转速上升到最高且大于1450r/min,尽管转速已经超调，电流给定变“—”，但是本系统为不可逆调速系统，晶闸管整流装置不能产生反向电流，这时电枢电流为零，电动机的电磁转矩也为零，没有反向制动转矩，又因为是在理想空载启动状态，所以电动机保持在最高转速状态。
0、5S后加上负载，电动机转速下降，ASR开始退饱和，电流环发挥调节作用，使电动机稳定在给定转速上。
双闭环直流可逆调速系统建模与仿真
V-M双闭环直流可逆调速系统建模与仿真1 设计任务与分析有许多生产机械要求电动机既能正转，又能反转，而且常常还需要快速地起动和制动，这就需要电力拖动系统具有四象限运行的特性，也就是说，需要可逆的调速系统。
本设计是V-M 双闭环直流可逆调速系统建模与仿真，主要包括可逆部分和双闭环直流调速部分。
可逆部分可以由两组晶闸管可控整流装置反并联实现，通过控制电路和触发电路来实现整流与逆变的转换。
而设计要求调速系统能进行平滑的速度调节，具有较宽的调速范围（D≥ 10），系统在工作范围内能稳定工作，系统静特性良好，动态性能指标要求转速超调量δn< 10%，电流超调量δi< 5%，动态速降Δn≤ 10%，调速系统的过渡过程时间（调节时间）t s≤ 1s ，系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续，这些可以按双闭环直流调速部分的知识设计电流调节器和转速调节器来实现。
转速、电流双闭环直流调速系统是性能很好，应用最广的直流调速系统，采用转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。
转速、电流双闭环直流调速系统的控制规律、性能特点和设计方法是各种交、直流电力拖动自动控制系统的重要基础，所以掌握直流双闭环调速系统对于电力拖动控制系统的学习有很重要的作用。
针对本设计的仿真，应用软件MATLAB的Simulink 软件包，Simulink 是实现动态系统建模，仿真的一个集成环境。
它使MATLAB的功能得到进一步扩展。
它提供的丰富功能块，可以迅速的创建动态系统模型；实现了可是换建模，用户可以通过简单的鼠标操作建立直观模型进行仿真；实现了多工作环境间文件互用和数据交换。
使用MATLAB中的Simulink任务，根据各个环节的函数模型，建立数学仿真模型，进行系统仿真。
本课程设计就要求结合给定的初始条件来完成直流双闭环调速系统的设计，其中包括绘制该调速系统的原理图，对调节器进行工程设计，选择调节器的参数等。
要实现直流双闭环调速系统的设计需先对控制系统的组成及工作原理有一定深入的理解，弄清楚调速系统每个组成部分的作用，弄清楚转速环和电流环的工作原理，合理选择调节器的参数以便进行合理的工程设计并进行仿真。
电力拖动自动控制系统-运动控制系统-单闭环直流调速系统仿真
单闭环直流调速系统仿真直流电动机：型号为Z4-132-1，额定电压400N U =V ，额定电流52.2dN I =A ，额定转速为2610 r/min ，反电动势系数e C =0.1459 V ⋅min/r ，允许过载倍数λ=1.5； PWM 变换器开关频率：8KHz ，放大系数：s K =107.5；(538/5=107.5)，直流母线电压为538V 。
电枢回路总电阻： 0.368R =Ω；时间常数：电枢回路电磁时间常数l T =0.0144s ，电力拖动系统机电时间常数m T =0.18s ；转速反馈系数0.00383min/V s =⋅α(N n V /10≈)；对应额定转速时的给定电压V U n 10*=。
（1） 在matlab/simulink 仿真平台下搭建系统仿真模型。
其中PWM 变换器利用给出的PWM 控制器模块和simulink/Powersystem 工具包中的功率封装模块搭建，不能直接利用传递函数建模。
比例积分调节器进行积分和输出限幅，输出限幅值为+5和-5。
（2） 给出采用比例调节器（7p K =）、比例积分调节器（W ARS =1τ+τp s K s ）时（7=p K ，1107=τ）空载起动到额定转速的转速波形，并就稳态静差和动态性能进行对比，分析说明原因。
（3） 给出采用比例积分调节器时（7p K =，1107=τ）的转速、电流、电枢电压波形，分析空载起动过程中电流过流原因，请给出解决过流问题的方法。
（4） 在4s 突加40%额定负载，给出仿真波形（包括转速、电流、转速调节器输出），并加载过程中波形变化加以分析，比较加载前后稳态转速，说明原因。
第五版双闭环直流调速系统仿真对例题4.8设计的双闭环系统进行设计和仿真分析,仿真时间10s 。
具体要求如下：在一个由PWM 变换器供电的转速、电流双闭环调速系统中，PWM 变换器的开关频率为8kHz 。
已知电动机的额定数据为：60=N P kW , 220=N U V , 308=N I A , 1000=N n r/min , 电动势系数e C =0.196 V·min/r , 主回路总电阻R =0.1Ω,变换器的放大倍数s K =35。
V-M双闭环直流调速系统建模与仿真
V-M双闭环直流调速系统建模与仿真1.主电路选型和闭环系统调速系统组成原理V-M双闭环直流调速系统，是由单闭环直流调速系统发展起来的，调速系统使用比例积分调节器，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。
在实际工作中，缩短起、制动的时间是提高生产率的重要因素。
为此，在起动、制动的过程中，希望能够始终保持电流（电磁转矩）为允许的最大值，使调速系统以最大的加（减）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，从而转入稳态运行。
这样的理想起动（制动）过程波形如图1-1所示，这时，起动电流成矩形，而转速按线性增长。
这是在最大电流（转矩）受限制时调速系统所能得到的最快的起动（制动）过程。
图1-1 调速系统时间最优理想过渡过程实际上，由于主电路电感的作用，电流不可能突变，为了实现I在允许条件下最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值dm 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。
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。
为了达到以上目的系统采用转速、电流双闭环直流调速系统。
分别引入转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流，二者之间实行嵌套连接，如图1-2所示。
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。
为了获得良好的静，动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用PI调节器。
图1-2 转速、电流反馈控制直流调速系统原理图ASR---转速调节器ACR---电流调节器TG---测速发电机TA---电流互器UPE---电力电子变换器Un*---转速给定电压Un---转速反馈电压Ui*---电流给定电压Ui---电流反馈电压本设计采用三相全控桥整流电路，在直流侧串有平波电抗器，该电路能为电动机负载提供稳定可靠的电源，利用控制角的大小可有效的调节转速，并在直流交流侧安置了保护装置，保证各元器件能安全的工作，同时由于使用了闭环控制，使得整个调速系统具有很好的动态性能和稳态性能。
直流电机单闭环仿真
南京工程学院电力工程学院2010/2011 学年第 2 学期实验报告课程名称电机拖动实验实验项目名称直流电机单闭环仿真实验学生班级电气081实验学生姓名实验学生学号实验时间2011-06-10实验地点9-229实验报告成绩：评阅教师签字：年月日电力工程学院二OO七年制说明1. 验报告为实验的重要考核依据之一，每个实验必须定一份实验报告. 本实验报告原则上要求手写。
2.本实验报告各项内容的具体格式、字数可由指导教师根据实验具体情况提出具体要求。
各项内容可另附页，为便于归档，附页尺寸不得大于本实验报告尺寸，并注意粘牢于附页粘贴处。
3. 实验报告封面中的“实验名称”应为实验教学大纲上所列的规范名称，“实验地点”应写出实验室的具体名称。
请确认无误后再填写。
4. 实验报告的建议格式为：一、实验目的和要求；二、主要实验仪器和设备；三、本次实验内容（一）实验项目名称（按本次实验各项目填写）1、原理或接线图2、实验步骤及注意事项3、实验预习过程中所遇到问题……四、实验记录及数据处理（主要内容包括实验具体实施步骤、实验原始数据、计算过程与结果、数据曲线、图表等。
具体格式按指导教师要求）五、实验结论（主要内容包括本实验小结、实验体会或疑问等。
具体格式按指导教师要求）5. 实验成绩由实验预习、实验表现、实验报告三部分组成。
其中前两项各占总成绩的30%。
实验报告成绩依据报告的科学性、全面性、规范性及书写态度综合考核。
实验报告采用百分制，占实验总成绩的40%，教师请阅本报告后需签字并给出实验报告百分制成绩。
6. 实验报告需按要求时间以班级为单位交给指导教师，最长时间不得超过两周，实验报告如有明显抄袭者或不交者，实验总评成绩按0 分记。
一、反馈控制闭环调速系统动态数学模型（转速反馈）1.额定励磁下直流电动机等效模型如图 1 绘出了直流电动机的等效电路图，其中电枢回路电阻R 和电感L 包含整流装置内阻和平波电抗器电阻与电感在内，规定的正方向如图所示。
“双闭环控制直流电动机调速系统”数字仿真实验
“双闭环控制直流电动机调速系统”数字仿真实验一、引言1.直流电机调速系统概述直流电机调速系统在现代化工业生产中已经得到广泛应用。
直流电动机具有良好的起、制动性能和调速性能，易于在大范围内平滑调速，且调速后的效率很高。
直流电动机有三种调速方法，分别是改变电枢供电电压、励磁磁通和电枢回路电阻来调速。
对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢电压方式为最好，调压调速是调速系统的主要调速方式。
直流调压调速需要有专门的可控直流电源给直流电动机，随着电力电子的迅速发展，直流调速系统中的可控变流装置广泛采用晶闸管，将晶闸管的单向导电性与相位控制原理相结合,构成可控直流电源,以实现电枢端电压的平滑调节。
本实验的题目是双闭环直流电机调速系统设计。
采用静止式可控整流器即改革后的晶闸管—电动机调速系统作为调节电枢供电电压需要的可控直流电源。
由于开环调速系统都能实现一定范围内的无级调速，但是许多需要调速的生产机械常常对静差率有要求则采用反馈控制的闭环调速系统来解决这个问题。
如果对系统的动态性能要求较高，则单闭环系统就难以满足需要。
而转速、电流双闭环直流调节系统采用PI调节器可以获得无静差；构成的滞后校正，可以保证稳态精度；虽快速性的限制来换取系统稳定的，但是电路较简单。
所以双闭环直流调速是性能很好、应用最广的直流调速系统。
转速、电流双闭环控制直流调速系统根据晶闸管的特性，通过调节控制角α大小来调节电压。
基于实验题目，直流电动机调速控制器选用了转速、电流双闭环调速控制电路。
本实验的重点是设计直流电动机调速控制器电路，实验采用转速、电流双闭环直流调速系统为对象来设计直流电动机调速控制器。
为了实现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，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈，二者之间实行嵌套联接。
从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称做外环。
这就形成了转速、电流双闭环调速系统。
单闭环控制系统设计及仿真
单闭环控制系统设计及仿真班级电信2014姓名张庆迎学号142081100079摘要直流调速系统具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在电气传动中获得了广泛应用。
本文从直流电动机的工作原理入手，建立了双闭环直流调速系统的数学模型，并详细分析了系统的原理及其静态和动态性能。
然后按照自动控制原理，对双闭环调速系统的设计参数进行分析和计算，利用Simulink对系统进行了各种参数给定下的仿真，通过仿真获得了参数整定的依据。
在理论分析和仿真研究的基础上，本文设计了一套实验用双闭环直流调速系统，详细介绍了系统主电路、反馈电路、触发电路及控制电路的具体实现。
对系统的性能指标进行了实验测试，表明所设计的双闭环调速系统运行稳定可靠，具有较好的静态和动态性能，达到了设计要求。
采用MATLAB软件中的控制工具箱对直流电动机双闭环调速系统进行计算机辅助设计，并用SIMULINK进行动态数字仿真,同时查看仿真波形,以此验证设计的调速系统是否可行。
关键词直流电机直流调速系统速度调节器电流调节器双闭环系统一、单闭环直流调速系统的工作原理1、单闭环直流调速系统的介绍单闭环调速系统的工作过程和原理：电动机在启动阶段，电动机的实际转速(电压)低于给定值,速度调节器的输入端存在一个偏差信号，经放大后输出的电压保持为限幅值,速度调节器工作在开环状态,速度调节器的输出电压作为电流给定值送入电流调节器, 此时则以最大电流给定值使电流调节器输出移相信号,直流电压迅速上升,电流也随即增大直到等于最大给定值, 电动机以最大电流恒流加速启动。
电动机的最大电流(堵转电流)可以通过整定速度调节器的输出限幅值来改变。
在电动机转速上升到给定转速后, 速度调节器输入端的偏差信号减小到近于零,速度调节器和电流调节器退出饱和状态,闭环调节开始起作用。
2、双闭环直流调速系统的介绍为了实现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，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。
单闭环双闭环_实验内容
实验一、单闭环直流调速系统静特性研究学号 xxxx 姓名 xxx一．实验目的1．研究晶闸管直流电动机调速系统在反馈控制下的工作。
2．研究直流调速系统中速度调节器ASR的工作及其对系统静特性的影响。
3．学习反馈控制系统的调试技术。
二．实验原理直流电动机：额定电压，额定电流，额定转速，电动机电动势系数，晶闸管整流装置可逆，装置放大系数，滞后时间常数，电枢回路总电阻，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，系统采用PI控制器。
直流调速系统框图如下。
图1-1 系统控制框图图1-2 仿真模型二．实验内容1. 开环机械特性；绘制；2. 测定单闭环电路的静特性；三、仿真实验报告输入信号：阶跃输入: 10V; 仿真时间：0-0.6s；1.记录仿真数据，绘制开环机械特性曲线；2.记录仿真数据，绘制闭环机械特性曲线；表1 - 开环机械特性曲线数据表表2-闭环机械特性曲线表实验二、双闭环直流调速系统一．实验目的1．了解双闭环不可逆直流调速系统的原理，组成及各主要单元部件的原理。
2. 设计ASR 和ACR 两个调节器参数；2．掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试步骤，方法及参数的整定。
二．实验原理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：，允许过载倍数λ=1.5; 时间常数为：, 晶闸管装置放大系数：Ks =40；电枢回路总电阻：R=0.5Ω； 电流反馈系数：β=0.05V/A；。
设计要求：设计电流调节器，要求电流超调量σ≤5% 电流PI 调节器选择：（1），（2）图2-1 双闭环控制框图图2-1 电流环单闭环仿真图图2-3 双闭环仿真图三、仿真实验报告1. 分别绘制具有PI控制器电流单闭环调速系统仿真图，并分析其特点。
(电流输入信号：阶跃输入，幅值为10；仿真时间0-0.05s)1) PI控制器：；2) PI控制器：；2. 分别绘制下列两种情况下，具有PI控制器双闭环调速系统电流转速关系图，并分析电流转速变化特点。
双闭环系统仿真实验
双闭环控制系统仿真实验田望同（江南大学物联网工程学院，江苏省无锡市）摘要：采用工程设计方法对双闭环直流调速系统进行辅助设计,选择调节器结构,进行参数计算和近似校验.并建立起制动、抗电网电压扰动和抗负载扰动的Matlab/Simulink仿真模型.分析转速和电流的仿真波形,并进行调试,使双闭环直流调速系统趋于完善、合理。
关键词：调节器;双闭环直流调速系统;Matlab/Simulink仿真Simulationexperiment ofdoubleclosed-loopcontrolsystemTianwangtong（Jiangnan University，School of Internet of Things Engineering）Abstract:According to engineering design method a double closed-loop DC motor control system was de-signed, a modulator structure was selected and computed, and its parameterwas corrected. Then the Matlab model ofdouble closed-loop DC motor control systemwas built. The speed andcurrentwaveformwere analyzed carefully. Bytrying a great deal of simulation, the DC motor control systemwas made better and more reasonable.Keywords:Regulator; double closed-loop DC motor control system; Matlab/Simulink1引言（Introduction）双闭环直流调速系统是一个复杂的自动控制系统,在设计和调试过程中有大量的参数需要计算和调整,运用传统的设计方法工作量大,系统调试困难.本文对双闭环直流调速系统进行辅助设计,选择调节器结构,进行参数计算和近似校验,根据给出和计算出的相应参数,建立Matlab/Simulink仿真模型,并对转速和电流的波形进行分析.仿真结果证明了该方法的可行性和合理性2双闭环系统的SIMULINK仿真2.1基本原理设计的基本数据如下: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,直流电动机额定电压220V,额定电流136A,转速1460r/min,Ce=0.132Vmin/r,允许过载倍数λ=1.5,晶闸管装置的放大系数Ks=40,电枢回路总电阻R=0.5Ω,时间常数Tl=0.03s,Tm=0.18s,电流反馈系数β=0.05V/A,转速反馈系数α=0.007Vmin/r.设计要求为:(1)稳态指标:无静差.(2)动态指标:电流超调量σi≤5%;空载起动到额定转速时电流超调量σn%≤10%.2.2系统结构2.3系统分析2.3.1起、制动时转速n(t)波形图2.3.2起、制动时反馈电流i(t)波形图2.3.3负载扰动时转速n(t)波形图2.3.4负载扰动时反馈电流i(t)波形图3结论按照工程设计方法设计双闭环调速系统的过程中,由于非线性环节线性化处理、近似处理、降阶处理、调节器的饱和非线性等因素导致了工程设计与性能要求有差距.从而,仿真出来的波形超调量过大,抗扰性能不是很理想.所以在系统的仿真过程中,必须经过大量的调试,适当的调整参数,才能得出超调量较低,抗扰性能较好的双闭环调速系统.参考文献(References)[1]模糊理论在直流电机调速中的应用--《烟草科技》1994年02期；[2]无刷直流电机调速系统中的电子换向器--《电机与控制应用》2006年03期；[3]双馈调速异步电机在风力发电中的应用--《上海大中型电机》2003年01期；[4]变频调速异步电动机的转差率--《西南交通大学学报》2006年01期；[5]无刷双馈调速电机的参数计算--《电工电能新技术》2000年03期；[6]变频调速电机的自动测控装置--《机床电器》2002年04期；[7]中板四辊轧机主电机调速系统动态性能分析--《江苏冶金》1999年06期；[8]基于MA TLAB的电机调速系统的设计--《河海大学常州分校学报》2004年02期；。
双闭环直流系统仿真
控制系统仿真班级自动化071姓名朱君学号200706070130日期2010-5-13双闭环直流系统仿真转速、电流双闭环直流调速系统结构ASR-转速调节器ACR-电流调节器TG-测速发电机TA-电压互感器UPE-电力电子变换器题目：有一转速，电流双闭环环直流调速系统，主电路采用三相桥式整流电路，基本数据如下：直流电动机：220V,140A，1500r/min，Ce=0.138Vmin/r，允许过载倍数=1.2;晶体管装置放大系数Ks=40;电枢回路总电阻R=0.25;时间常数Tl=0.03s,Tm=0.15s;电流反馈滤波时间常数Toi=0.002s,转速反馈滤波时间常数Ton=0.02s,设计调节器输入输出电压Unm*=Uim*Unm=10V,调节器输入电阻Ro=40KΩ。
设计要求：稳态无静差，要求电流超调量小于等于5％; 空载起动到额定转速时的转速超调量小于等于10％，α=0.008V.min/r β=0.045V/A设计电流调节器1.确定时间常数1）整流装置滞后时间常数Ts。
按表，三相桥式电路的平均失控时间Ts=0.0017s。
2）电流滤波时间常数Toi。
三相桥式电路每个波头的时间是3.3ms,为了基本滤平波关，应有（1~2）Toi=3.3ms,因此取Toi=2ms=0.002s。
3）电流环小时间常数之和Ti。
按小时间常数近似处理，取Ti=Ts+Toi=0.0037s2.根据题目要求电流调节结构可选用PI调节器3.计算电流调节器参数电流调节器超前时间常数：τi=Tl=0.03s。
电流环开环增益：要求τi<=5％时，取KiTi=0.5,因此Ki===135.1/s 于是，ACR的比例系数为Ki=1.0134.校验近似条件电流环截止频率：ci=KI=135.1/s(1)晶闸管整流装置传递的近似条件==196.1/s 满足近似条件。
(2)忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件=44.72 /s 满足近似条件。
直流电动机双闭环调速系统的仿真模拟
直流电动机双闭环调速系统的仿真模拟摘要：本文介绍了利用MATLAB软件中的Simulink组件对直流电动机双闭环调速系统进行仿真模拟，获得了直流电动机双闭环调速系统的相关曲线。
可知，在该调速系统中运用双闭环调速系统能够显著改善系统的静态与动态性能，以及应用MATLAB软件对系统进行仿真具有便捷、高效等优点。
关键词：MATLAB；直流电动机；双闭环调速系统；仿真引言目前大多数以直流电动机作为动力源的生产设备都对直流电动机的转速和快速启动能力有较高的要求，如工业机器人等设备，为了提高效率和质量，还要求其系统本身具有自我调节的能力，以实现其系统的自动化功能，这就对调速系统有了较高的要求。
本文通过一个基于MATLAB的系统实例做一些分析，其对相似的设计具有一定的参考意义。
1.直流电动机双闭环调速控制系统1.1转速、电流双闭环调速系统的构成[1]双闭环调速系统的控制电路包括：给定环节、转速调节器ASR、电流调节器ACR、限幅装置、电流反馈环节、转速反馈环节等。
1.2直流电动机双闭环调速系统的动态特性[2]建立双闭环调速控制系统的动态结构图，应用软件MATLAB提供的Simulink 组件动态仿真工具，如图1所示。
在下图控制系统中，PI调节器控制电流和转速；将晶闸管整流环节及电动机环节分别近似成一阶惯性环节和二阶传递函数模型。
图1动态结构图2.直流电动机双闭环调速系统的仿真实例2.1直流电动机双闭环调速系统的设计[3]首先设计系统内部电流环，确定电流调节器的组成电路与电路元件。
将电流环作为一个惯性环节；同理，根据已知模型的参数要求采用同样的方法设计出转速调节环节。
系统参数设置如下：电势常数：转矩常数：电磁时间常数：机电时间常数：晶闸管整流装置滞后时间常数：选取转速调节器的输出限幅值为通过计算可以得出：晶闸管装置放大系数：启动电流：选取电流调节器的输出限幅值为可以得到：电流反馈系数：选取电流反馈滤波时间常数：选取转速最大给定值：可以得到转速反馈系数：选取转速反馈滤波时间常数：反馈调节系统的设计：电流调节器的数学模型为：。
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。
单闭环双闭环仿真
运动控制系统仿真专业：电气工程及其自动化班级：041141学号：*************1. 转速反馈控制直流调速系统各环节参数如下：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，电动机电动势系数C e=0.192Vmin/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=0.00167s电枢回路总电阻R=1.0Ω，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=0.01Vmin/r对应额定转速时的给点电压U n*=10V1、单闭环无静差转速负反馈调速系统的仿真PI控制器在于被控对象串联时，相当于在系统中增加了一个位于原点的开环极点，同时也增加了一个位于s左半平面的开环零点。
位于原点的极点可以提高系统的型别，以消除或减小系统的稳态误差，改善系统的稳态性能，而增加得负实部零点则可减小系统的阻尼程度。
单闭环无静差转速负反馈调速系统的仿真模型：改变PI调节器的参数，单闭环无静差转速负反馈调速系统的仿真结果如下：Kp=0.25，1/τ=3时转速电流Kp=0.56，1/τ=11.43时转速电流Kp=0.8，1/τ=15时转速电流分析：若调节器参数是：Kp=0.25，1/τ=3，系统转速的响应无超调，但调节时间很长；若是：Kp=0.8，1/τ=15，系统转速的响应的超调较大，但快速性较好。
和比例调节器相比，比例积分调节器能很好的消除静差。
以下改变Kp，而1/τ保持不变，仿真结果如下：Kp=10，1/τ=15时转速电流Kp=10，1/τ=15时转速电流Kp=20，1/τ=15时转速电流Kp=30，1/τ=15时转速电流可见在积分系数不变时，改变比例系数时，系统由稳定，到振荡再到不稳定以下改变1/τ，而Kp保持不变，仿真结果如下：Kp=0.25，1/τ=10时转速电流Kp=0.25，1/τ=20时转速电流Kp=0.25，1/τ=40时转速电流Kp=0.25，1/τ=100时转速电流可见在保持比例系数不变，改变积分系数时系统逐渐由稳定状态过度到振荡状态在控制系统中设置调节器是为了改善系统的系统的静动态性能。
(2021年整理)直流电机双闭环PID调速系统仿真
(完整版)直流电机双闭环PID调速系统仿真编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（(完整版)直流电机双闭环PID 调速系统仿真）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
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1 电流调节器的设计 (3)3.2 转速调节器的设计 (5)4 搭建模型 (7)5 参数计算 (9)5.1 参数的直接计算 (9)5仿真具体参数 (12)6 仿真结果 (13)7 结束语 (14)8 参考文献 (15)直流电机双闭环PID调速系统仿真摘要在工程的应用中,直流电动机的占有很大的比例，同时对于直流系统的调速要求日益增长.在直流调速系统中比较成熟并且比较广泛的是双闭环调速系统，本文对于直流双闭环的PID调速系统作简要的设计,同时利用Matlab/Simulink仿真软件进行仿真处理。
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直流调速系统仿真
利用MATLAB 下的SIMULINK 软件和电力系统模块库(SimPowerSystems)进行系统仿真是十分简单和直观的，用户可以用图形化的方法直接建立起仿真系统的模型，并通过SIMULINK 环境中的菜单直接启动系统的仿真过程，同时将结果在示波器上显示出来。
掌握了强大的SIMULINK 工具后，会大大增强用户系统仿真的能力。
下面就以例题学习SIMULINK 软件的运动控制系统仿真方法。
例1：直流电动机：额定电压V U N 220=，额定电流A I dN 55=,额定转速min /1000r n N =，电动机电势系数r V C e min/.192.0=，晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数 44=s K ，滞后时间常数s T s 00167.0=，电枢回路总电阻Ω=1R ，电枢回路电磁时间常数s T l 00167.0=，电力拖动系统机电时间常数s T m 074.0=，转速反馈系数r V min/.01.0=α，对应额定转速时的给定电压V U n 10=∙。
比例积分控制的直流调速系统的仿真框图
1．仿真模型的建立
进入MATLAB ，单击MATLAB 命令窗口工具栏中的SIMULINK 图标，或直接键入SIMULINK 命令，打开SIMULINK 模块浏览器窗口，如图1所示。
由于版本的不同，各个版本的模块浏览器的表示形式略有不同，但不影响基本功能的使用。
图1 SIMULINK 模块浏览器窗口
(1)打开模型编辑窗口：通过单击SIMULINK工具栏中新模型的图标或选择File→New→Model菜单项实现。
(2)复制相关模块：双击所需子模块库图标，则可打开它，以鼠标左键选中所需的子模块，拖入模型编辑窗口。
在本例中拖入模型编辑窗口的为：Source组中的Step模块；Math Operations组中的Sum模块和Gain 模块；Continuous组中的Transfer Fcn模块和Integrator模块；Sinks组中的Scope模块。
至此，我们已经把转速电流双闭环直流调速系统的仿真结构框图所需的模块都已拖入模型编辑窗口。
如图2所示。
图2 模型编辑窗口
(3)修改模块参数：双击模块图案，则出现关于该图案的对话框，通过修改对话框内容来设定模块的参数。
在本例中，双击加法器模块Sum，打开如图3所示的对话框，在List of Signs栏目描述加法器三路输入的符号，其中|表示该路没有信号，所以用|+-取代原来的符号，得到动态结构框图中所需的减法器模块了。
图3 加法器模块对话框
双击传递函数模块（Transfer Fcn），则将打开如图4所示的对话框，只需在其分子Numerator和分母Denominator栏目分别填写系统的分子多项式和分母多项式系数，例如要描述的传递函数为
1
00167.044 s ，则在对话框中的分子Numerator 栏中输入[44]，在分母Denominator 栏中输入向量[0.00167 1]，也就是说在对话框中要输入各项系数。
图4 传递函数模块对话框
双击阶跃输入模块(Step)可以把阶跃时刻(Step time)参数从默认的1改到0，把阶跃值(Final value) 从默认的1改到10。
图5 阶跃输入模块对话框
双击Gain 可修改增益。
图6 增益模块对话框
调节器是由放大器、积分器、加法器、限幅器组成的控制环节。
它们用了来自Math组的Gain模块来仿真比例器，用Continuous组的Integrator模块和Gain模块的串接来仿真积分器，两者通过加法器模块Sum构成了PI调节器。
上、下输出(积分)限幅值，本例的输出(积分)饱和值10和-10。
(4)模块连接：以鼠标左键点击起点模块输出端，拖动鼠标致终点模块输入端处，则在两模块间产生“→”线。
按照图2的情况，反馈回路中的模块的输入端和输出端的方向位置不妥，应该把它水平反转。
单击该模块，选取Format→Rotate Block菜单项可使模块旋转90°；选取Format→Flip Block菜单项可使模块翻转。
当一个信号要分送到不同模块的多个输入端时，需要绘制分支线，通常可把鼠标移到期望的分支线的起点处，按下鼠标的右键，看到光标变为十字后，拖动鼠标直至分支线的终点处，释放鼠标按钮，就完成了分支线的绘制。
此外，选中某一模块后，当鼠标点中模块四角的黑方块进行拖曳，可以改变模块图形的大小。
使用者可以根据实际情况操作，使得界面更清楚，更美观。
模块连接完成了后的仿真模型如图7所示。
图7 电流环的仿真模型
2．单闭环控制系统仿真
(1)仿真过程的启动：单击启动仿真工具条的按钮 或选择Simulation →Start 菜单项，则可启动仿真过程，再双击示波器模块就可以显示仿真结果。
(2)仿真参数的设置：为了清晰地观测仿真结果，需要对示波器显示格式作一个修改，对示波器的默认值逐一改动。
改动的方法有多种，其中一种方法是选中SIMULINK 模型窗口的Simulation→Configuration Parameters 菜单项，打开仿真控制参数对话框，对仿真控制参数进行设置。
可将仿真时间从10s 改成0.6s 。
图8 SIMULINK 仿真控制参数对话框
启动Scope 工具条中的“自动刻度”按钮。
把当前窗中信号的最大最小值为纵坐标的上下限，得到清晰的图形。
图9 修改控制参数后的仿真结果
(3)调节器参数的调整：利用MATLAB 下的SIMULINK 软件进行系统仿真是十分简单和直观的。
参数一：
25.0=p K 3
1=τ
系统转速的响应是无超调、但调节时间很长。
图10 无超调的仿真结果
参数二： 8.0=p K 15
1
=τ
系统转速的响应的超调较大、但快速性较好。
图11 超调量较大的仿真结果
SIMULINK 软件的仿真方法为系统设计提供了仿真平台，可以选择合适的PI 参数，满足系统的跟随性能指标。
上机要求：
1.按照以上步骤进行操作，熟悉MATLAB 仿真环境与基本使用；
2.可以将PI 调节部分改成P 调节，对比仿真结果的不同；
3.在以上两组PI 调节器参数的基础上，修改比例系数值或时间常数值，总结参数的调大或调小与动态性能指标的变化是如何对应的。
例2：双闭环直流调速系统，按照图12搭建MA TLAB 仿真模型。
图12 双闭环仿真模型
其中step 模块设定给定电源电压为10V ，saturation 饱和非线性模块设定上下限值为10和-10，电流调节器参数选为()s s W ACR 77.33013.1+=，转速调节器参数选为()s
s W AsR 48.1347.11+=。
Gain2模块对应e
C 1，这里r V C e min/.132.0=。
从Signal Routing 组中选用了Mux 模块来把几个输入聚合成一个向量输出给Scope ，该模块的设置如图13所示。
图13 MUX 模块参数设置
当空载（负载电流为零）时，即设置step1模块的final value 为0，仿真波形如图14所示。
图14 负载电流为0（空载）时仿真波形
把负载电流设置为136，满载起动，仿真波形如图15所示。
图15 负载电流满载启动仿真波形
在空载运行过程中受到了额定电流扰动时的转速与电流响应曲线如图16所示。
图16 电流扰动作用时的仿真波形。