双闭环直流电机调速系统的SIMULINK仿真实验

双闭环直流电机调速系统的SIMULINK仿真实验

电流环图1 直流电机双闭环调速系统的动态结构图 2.系统设计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, 系统参数：直流电动机：，允许过载倍数；

晶闸管装置：；

电枢回路总电阻：；

时间常数：，；

反馈系数：，；

反馈滤波时间常数：，。

2. 1 电流调节器的设计2. 1. 1 计算时间常数经查表,三相桥式电路的平均失控时间Ts =0. 0017s ,电流环小时间常数TΣi = Ts + Toi = 0. 0067s ,电枢回路的电磁时间常数Tl = 0.018s。

2. 1. 2 确定电流调节器结构和参数根据性能指标要求σi ≤5 % , 保证稳态无误差。把电流环校正成典型I 型系统,其传递函数为:WACR ( s) =Ki (τis + 1)/τis 式中Ki ,τi 分别为电流调节器的比例放大系数和领先时间常数. 其中τi = T1 = 0. 018s ,为满足的要求,应取K1TΣi = 0.

5 因此: K1 =0.5/ TΣi= 74.63s- 1 ,于是可以求得ACR 的比例放大系数Ki =K1τi R/βKs=0.29故电流调节器的传递函数WACR (s) =0.29(0.018 s + 1)/0.018s经过校验,满足晶闸管整流装置传递函数近似条件,也满足电流环小时间常数近似处理条件,设计后电流环可以达到的动态指标σi = 4. 3 % ≤5 %满足设计要求。

2. 2 速度调节器的设计2 .2. 1 计算时间常数电流环等效时间常数:2 TΣi = 0. 0134s,转速环小时间常数: TΣn = 2 TΣi + Ton = 0. 0318s 2. 2. 2 确定转速调节器结构和参数在转速调节器设计时,可以把已经设计好的电流环作为转速环的控制对象. 为了实现转速无静差,提高系统动态抗扰性能,转速调节器必须含有积分环节,又考虑到动态要求,因此把转速环设计成典型II 型系统,其传递函数为:WASR ( s) = Kn(τns

+ 1)/τns式中Kn ,τn 分别为转速调节器的比例放大系数和领先时间常数. 取中频宽h = 5 ,则ASR 的领先时间常数:τn = hTΣn = 0. 159s ,按Mrmin 准则确定参数关系,转速环开环放大系数:KN =(h + 1)/2 h2 T2Σn= 118.67s- 1则ASR 的比例放大系数为:Kn =KNτnβCe TmαR=( h + 1)βCe Tm/2 hαRTΣn,则Kn =11.15 经过校验,满足电流环传递函数等效条件,也能满足转速环小时间常数近似处理条件,转速超调量σn = 8. 3 % ≤10 % 满足设计要求. 为保证电流调节器与转速调节器中的运算放大器工作在线性特性段以及保护调速系统的各个元件、部件与装置不致损坏,在电流调节器与转速调节器的输出端设置了限幅装置,幅值限制为- 6～+ 6。

3. Simulink 仿真试验及结果分析3. 1 系统起动过程的仿真3. 1.

1 构建仿真模型Simulink是MAT LAB 的一个用来进行动态系统仿真、建模和分析的软件包，Simulink 为用户提供了使用系统模型框图进行组态的仿真平台。只需根据所建立的数学模型从Simulink 模块库中选取合适的模块组合在一起,并根据一些具体要求设置好各模块参数即可进行仿真.根据图1和上面计算出的相关参数,建立双闭环直流调速系统的Matlab/Simulink 动态仿真模型，如图2所示。

图2 双闭环调速系统的模块图3. 1. 2 仿真运行Simulink 仿真模型，输出示波器，得出转速的仿真曲线，如图3所示。

图3 输出转速n波形图施加阶跃信号，如图4所示。

图4 添加扰动后的双闭环调速系统的模块图得双闭环调速系统在负载特性变化的扰动情况下,转速环的阶跃扰动响应曲线，如图5所示。

图5 扰动后的输出转速n波形图3.2 结果分析：由上诉波形图分析可知，仿真后的转速输出虽然时间相应符合要求但是超调很大，需要对调节器进行改进。适当减小转速调节器的比例系数和时间常数牺牲调节时间可以减小超调，所以取Kn=7, τn=6.3s得如下的输出波形，如图6.所示。

图6 校正后的输出转速n波形图抗扰性能也比较好，如图7所

示。

图7 校正后的抗扰性能转速环和电流环输出如下所示。

转速环电流环图8 校正后的转速环、电流环输出综上所述，这个调速系统起动特性好、超调量、抗扰性好，设计比较合理。

4.结论在工程设计时，首先根据典型I型系统或典型Ⅱ型系统的方法计算调节器参数，然后利用MATLAB下的*****K软件进行仿真，灵活修正调节器参数，直至得到满意的结果。

本文通过直流电机转速、电流双闭环调速系统数学模型，对电流调节器和转速调节器进行的设计，选择了调节器的类型，给出了系统动态结构图并进行了仿真和分析。在充分发挥电机过载能力的同时，可以获得良好的静、动态性能，在实际工程中有一定的应用价值。造成系统工程设计方法与仿真实验之间有差距的原因是工程设计方法在推导过程中做了许多近似的处理，而这些简化处理在一定的条件下才能成立，以及仿真实验在建立模型过程中忽略了许多非线性因素和次要因素。

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双闭环调速系统simulink建模与仿真

双闭环调速系统simulink建模与仿真 图1 双闭环调速系统原理图 图2 动态数学模型电机模型推导

011()n sr n n n R W s k R R C s T s = + =+ 011()i ir i i i R W s k R R C s T s = + =+ 二、系统参数确定 额定电压400V ，额定电流100A ，额定转速3000rpm ，最高转速3600，电枢回路总电阻0.4Ω，电枢回路总电感12mH ，包含负载惯性矩GD 2=20kg·m 2。 3V (0.0013000rpm (α= =额定工作点)额定工作点) ；/T L R ααα =为测速电 机电流回路的时间常数，L α为测速电机输出回路的漏感和电阻，如0.01s T α =； 5V (2V (0.020.02250A (100A (β??=== ? ??最大值) 额定工作点)或最大值)额定工作点)， 1ib T f β= ，ib f 为电流互感器后整流输出滤波器上限频 率，如取0.005s T β =，如无滤波器，或存在大电抗器时， 则可取充分小值或零； m ax m ax 513()102.65() d s k V V k V V = = =最大值最大值，三相全波整流平均电 压最大值为V d max =1.35×380=513V ； m ax 1110 m s 0.00167223 s s T T s = = ?=，

R 0.4=Ω ，L 0.0120.03R 0.4 l T s = = =； (400-1000.4)V () 0.12 3000rpm () e C ?= =额定值额定值， 9.55 1.146m e C C ==； 2 R 200.4= =0.1553753750.12 1.146 m e m G D T s c c ?= ??。 控制角α的计算： 1）单相全控电流连续 222 1 2 2 1 2sin ()cos 0.9cos cos cos 0.90.9s k d s k s k K V V td t V K V K V V V πα α ωωααπ π αα+-=== == ?=? V 2--整流变压器次级相电压有效值。 2）三相全控电流连续 56 226 1 2 2 3 sin () 2.34cos cos cos 2.34 2.34s k d s k s k K V V td t V K V K V V V π α π α ωωα π αα++-==== ?=?

双闭环不可逆直流调速系统课程设计心得(matlab仿真设计)【模版】

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。 按电机的类型不同,电气传动又分交流调速和直流调速。直流调速是指人为地或自动地改变直流电动机的转速,以满足工作机械的要求。从机械特性上看,就是通过改变电动机的参数或外加工电压等方法来改变电动机的机械特性,从而改变电动机机械特性和工作特性机械特性的交点,使电动机的稳定运转速度发生变化。直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在广泛范围内平滑调速，在轧钢机、矿井卷扬机、挖掘机、海洋钻机、金属切削机床、造纸机、高层电梯等需要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛的应用。近年来，交流调速系统发展很快，然而直流拖动系统无论在理论上和实践上都比较成熟，并且从反馈闭环控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础，所以直流调速系统在生产生活中有着举足轻重的作用。另一方面，需要指出的是电气传动与自动控制有着密切的关系。调速传动的控制装置主要是各种电力电子变流器，它为电动机提供可控的直流或交流电流，并成为弱电控制强电的媒介。可以说，电力电子技术的进步是电气传动调速系统发展的有力地推动。把这两者结合起来研究直流调速系统，更有利于对直流调速系统的全面认识.

转速 电流双闭环直流调速系统的课程设计(MATLAB Simulink)

电力拖动自动控制系统课程设计 电气工程及其自动化专业 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：U n=440V，I n=365A，n N=950r/min，R a=0.04, 电枢电路总电阻R=0.0825, 电枢电路总电感L=3.0mH, 电流允许过载倍数=1.5， 折算到电动机飞轮惯量GD2=20Nm2。 晶闸管整流装置放大倍数K s=40，滞后时间常数T s=0.0017s 电流反馈系数=0.274V/A (10V/1.5IN) 转速反馈系数=0.0158V min/r (10V/nN) 滤波时间常数取T oi=0.002s，T on=0.01s ===15V；调节器输入电阻R a=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) 1.1 双闭环直流调速系统的介绍 (2) 1.2 双闭环直流调速系统的组成 (3) 1.3 双闭环直流调速系统的稳态结构图和静特性 (4) 1.4 双闭环直流调速系统的数学模型 (5) 1.4.1 双闭环直流调速系统的动态数学模型 (5) 1.4.2 起动过程分析 (6) 第二章调节器的工程设计 (9) 2.1 调节器的设计原则 (9) 2.2 Ⅰ型系统与Ⅱ型系统的性能比较 (10) 2.3 电流调节器的设计 (11) 2.3.1 结构框图的化简和结构的选择 (11) 2.3.2 时间常数的计算 (12) 2.3.3 选择电流调节器的结构 (13) 2.3.4 计算电流调节器的参数 (13) 2.3.5 校验近似条件 (14) 2.3.6 计算调节器的电阻和电容 (15) 2.4 转速调节器的设计 (15) 2.4.1 转速环结构框图的化简 (15) 2.4.2 确定时间常数 (17) 2.4.3 选择转速调节器结构 (17) 2.4.4 计算转速调节器参数 (17) 2.4.5 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)

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。 五、仿真及其分析 1.描述每个模块的功能 参考Matlab自带的直流电机双闭环调速的SIMULINK仿真模型

根据MATLAB的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真

《机电控制系统分析与设计》课程大作业之一 基于MATLAB 的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真 1 计算电流和转速反馈系数 β=U im ?I dm =10V 4A =1.25Ω α=U nm ?n =10500 =0.02V ?min/r 2 按工程设计法，详细写出电流环的动态校正过程和设计结果 根据设计的一般原则“先内环后外环”，从内环开始，逐步向外扩展。在这里，首先设计电流调节器，然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器。 电流调节器设计分为以下几个步骤： a 电流环结构图的简化 1） 忽略反电动势的动态影响 在按动态性能设计电流环时，可以暂不考虑反电动势变化的动态影响，即 E ≈0。这时，电流环如下图所示。

2） 等效成单位负反馈系统 如果把给定滤波和反馈滤波两个环节都等效地移到环内，同时把给定信号改成 U *i (s ) /β ，则电流环便等效成单位负反馈系统。 3） 小惯性环节近似处理 由于T s 和 T 0i 一般都比T l 小得多，可以当作小惯性群而近似地看作是一个惯性环节，其时间常数为 T ∑i = T s + T oi 简化的近似条件为 电流环结构图最终简化成图。 oi s ci 131T T ≤ ω

b 电流调节器结构的选择 1) 典型系统的选择： 从稳态要求上看，希望电流无静差，以得到理想的堵转特性，采用 I 型系统就够了。 从动态要求上看，实际系统不允许电枢电流在突加控制作用时有太大的超调，以保证电流在动态过程中不超过允许值，而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要的因素，为此，电流环应以跟随性能为主，应选用典型I 型系统 2) 电流调节器选择 电流环的控制对象是双惯性型的，要校正成典型 I 型系统，显然应采用PI 型的电流调节器，其传递函数可以写成 K i — 电流调节器的比例系数； τi — 电流调节器的超前时间常数 3) 校正后电流环的结构和特性 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 则电流环的动态结构图便成为图a 所示的典型形式，其中 s s K s W i i i ACR ) 1()(ττ+=ms T l 8i ==τR K K K i s i I τβ=

基于matlab／simulink的异步电动机双闭环控制仿真

基于matlab／simulink的异步电动机双闭环控制仿真 调压调速是电动机双闭环控制的本质，这种调速方法可实现电动机起动时磁链上升过程更加平滑稳定，其反馈控制可提高系统的抗干扰性能及定位精度。文章对异步电动机的调速系统进行了研究，使用MATLAB/SIMULINK工具分别对双闭环调速系统进行建模和仿真。仿真结果表明双闭环调速系统具有良好的动态、静态性能，电机起动过程平稳、动态响应效果好，另外，文章中的一些仿真模块修改后也同样可以用于其它控制系统中，方便、灵活，可移植性较强。 标签：异步电动机；simulink；双闭环控制 引言 MATLAB是美国Math Works公司推出的一套高性能的数值计算和可视化软件，集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构成了一个方便的、界面友好的系统仿真和平台。MATLAB的推出得到了各个领域的广泛关注，其强大的扩展功能为各个领域的应用提供了基础[1-3]。其中Simulink工具箱，不同于其他软件，它具有多种特性，如高度模块化：各个模块具有丰富的功能；可视化：用户能够通过软件直接看到所需控制系统。可封装：可自行设置各种参数。用户只需从模块库中选择合适的模块，并组合在一起即可实现系统的仿真，简单易操作[4]。本文主要简单介绍了如何利用Simulink工具箱来建立异步电动机的双闭环仿真模型的方法和步骤，并对控制系统的动静态特性进行了仿真和分析。 1 双闭环控制系统的基本原理 转矩内环的转速控制以及矢量控制的电气原理如图1所示，其中，电流滞环控制型逆变器是电路的主要控制方式。对于控制电路，矩阵控制的关键在于速度调节器对转矩的控制，速度环的输出前加了转矩内环，与此同时转矩会产生一个反馈信号及时反馈给转速调节器。电机的定子的控制主要是通过对电路中磁链调节器的控制输出，并對电流和磁链分别施加了控制环节。磁链调节器和转矩调节器的输出分别是定子电流的转矩分量ist*和励磁分量ism*。其中ist*和ism*在经过2r/3s变换后可得到三相定子电流的给定值isA*、isB*、isC*，同时通过电流滞环控制PWM逆变器来控制电机定子的三相电流。 2 建模及仿真 2.1 模型的建立 （1）MATLAB软件启动后，在主窗口界面中点击按钮，即可打开Simulink Library Browser窗口。在打开的窗口中点击按钮，即进入仿真界面。 （2）在Simulink仿真界面左侧的模块库中选择相应的工具箱，在打开的工具箱中将所需的工具元件拖拉到右侧的编辑界面中。另外，相同的工具元件还可

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。 4. 转速调节器ASR设计 ...............................错误!未定义书签。 5. 电流调节器ACR设计 ...............................错误!未定义书签。 6. 限幅电路的设计 ...................................错误!未定义书签。 八、系统仿真.............................................错误!未定义书签。 1. 使用普通限幅器进行仿真............................错误!未定义书签。 2. 积分输出加限幅环节仿真............................错误!未定义书签。 3. 使用积分带限幅的PI调节器仿真.....................错误!未定义书签。 九、总结.................................................错误!未定义书签。

“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2 4、SIMULINK建模 我们借助SIMULINK，根据上节理论计算得到的参数，可得双闭环调速系统的动态结构图如下所示： 图7 双闭环调速系统的动态结构图 （1）系统动态结构的simulink建模 ①启动计算机，进入MATLAB系统 检查计算机电源是否已经连接，插座开关是否打开，确定计算机已接通，按下计算机电压按钮，打开显示器开关，启动计算机。 打开Windows开始菜单，选择程序，选择MATAB6.5.1，选择并点击MATAB6.5.1，启动MATAB程序，如图8，点击后得到下图9：

图8选择MATAB程序 图9 MATAB6.5.1界面 点击smulink 中的continuous,选择transfor Fc n（传递函数）就可以编辑系统的传递函数模型了，如图10。

图10 smulink界面 ②系统设置 选择smulink界面左上角的白色图标既建立了一个新的simulink模型，系统地仿真与验证将在这个新模型中完成，可以看到在simulink目录下还有很多的子目录，里面有许多我们这个仿真实验中要用的模块，这里不再一一介绍，自介绍最重要的传递函数模块的设置，其他所需模块参数的摄制过程与之类似。将transfor Fc n（传递函数）模块用鼠标左键拖入新模型后双击transfor Fc n（传递函数）模块得到图11， 开始编辑此模块的属性。

图11参数表与模型建立 参数对话栏第一和第二项就是我们需要设置的传递函数的分子与分母，如我们需要设置电流环的控制器的传递函数：0.01810.0181()0.2920.0180.062ACR s s W s s s ++=⋅=，这在对话栏的第一栏写如：[0.018 1]，第二栏为：[0.062 0]。点击OK ，参数设置完成。如图12。 图12传递函数参数设置 设置完所有模块的参数后将模块连接起来既得到图7所示的系统仿真模型。 在这里需要注意的是，当我们按照理论设计的仿真模型得到的实验波形与理想的波形有很大的出入。图13为按照理论设计得到的转速输出波形。

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。

基于simulink的双闭环直流电机控制系统

基于simulink的双闭环直流电机控制系统 的仿真与参数优化 摘要：当控制系统和较高的单回路控制系统已不能满足瞬态性能的要求时，我们实现了由内循环到到外循环的多环控制和参数优化。本文以双闭环直流电机调速系统为例，并采用仿真优化方法来设计两个PI调节器的参数，使之动态与静态指标均达到设计要求。关键字：参数优化；直流电机；双闭环系统；仿真 一、引言 经典控制理论中通常为每个物理控制电路设置调节器，但当多个物理参数需要被控制时多个调节器控制环就被需要，例如多回路控制系统。双闭环直流电机调速系统就是一个典型的多闭环控制系统。在文献[1]中明确指出负反馈和单闭环PI控制能够保证电流调速系统的稳定性。当在该控制系统中瞬态性能的要求是高的，如快速制动时，突然的动态负载降低，及其他的减小，单闭环系统将难以满足更高的需求。解决这个问题的唯一方法是在经典控制理论中优化电流负反馈控制物理参数;同时在当前的控制循环中建立一个调节器,专门为调节电流的大小。这两个调节器分别调整电流和速度。这个系统就是直流电机的电流和速度控制系统（我们也叫这个系统双闭环直流调速系统）[1,2]。 二、系统模型 为了发挥速度和电流负反馈在系统中有效性,他们不会相互抑制,影响系统的性质，在系统中设置两个调节器，并在调整速度和电流之间实现级联。也就是说，我们把速度调节器的输出作为电流调节器的输入，然后电流调节器的输出控制可控硅的启动装置。在闭环反馈的外部结构中，电流调节在环的内部，称之为内环；速度调节在环的外部，称之为外环。这就形成了双闭环直流调速系统。为了获得良好的静态和动态性能，双闭环直流调速系统的两个调节器通常采用PI调节器[3]。 考虑到这些因素，如过滤、实际的动态结构，双闭环直流调速系统如图1所示。为了确保起始电枢电流值不超过允许的值，速度调节器的电压幅值需要是有限的。这样，当速度调节器变成饱和状态时，输出电压是饱和的，对相应的允许的最大起动电流，电流环是不饱和的，电机确保以恒电流在允许的最大电流值内加速。为了确保安全的调试，在电流调节器的

双闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告

TG n ASR ACR U *n + - U n U i U *i + - U c TA V M + - U d I d UP E L - 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 5.1电机参数 直流电动机：220V ，136A ，1460r/min ， =0.192V ? min/r ，允许过载倍数=1.5，晶闸管装置放大系数： =40 电枢回路总电阻：R=0.5 时间常数： =0.00167s, =0.075s 电流反馈系数： =0.05V/A 转速反馈系数：=0.007 V ? min/r 5.2设计要求 要求电流超调量 5%，转速无静差，空载起动到额定转速时的转速超调量 10%。 6、调节器的工程设计 6.1电流调节器ACR 的设计 （1）确定电流环时间常数 1）装置滞后时间常数 =0.0017s ； 2）电流滤波时间常数 =0.002s ； 3）电流环小时间常数之和 = + =0.0037s ； （2）选择电流调节结构

基于matlab的直流电机双闭环调速系统仿真

基于Matlab的直流电机双闭环调速系统仿真 本文将介绍使用Matlab软件进行直流电机双闭环调速系统的仿真。直流电机调速系统是工业控制领域中常见的一种控制系统，通过控制电机的输入电压，调节电机的转速。双闭环调速系统在传统的单闭环调速系统的基础上增加了速度环和电流环，提高了系统的稳定性和响应速度。 1. 直流电机调速系统介绍 直流电机调速系统主要包括电机、电机功率器件、传感器和控制器等组成部分。其中，电机是被控对象，通过控制电机功率器件的输入电压，可以调节电机的转速。传感器用于实时测量电机的转速和转矩，将测量值反馈给控制器。控制器根据测量值和设定值的差异，生成控制信号，控制输入电压，使得电机的转速达到设定值，并保持在设定值附近。 2. 双闭环调速系统结构 双闭环调速系统在传统的单闭环调速系统的基础上增加了速度环和电流环，使得系统的控制更加精确。速度环对电机的速度进行控制，根据速度误差生成调节电压；电流环则对电机的电流进行控制，根据电流误差生成最终的控制信号。

双闭环调速系统的结构如下所示： _______ _______ | | e1 | | r +--+ | |---+-->| C |---+--> u | | | | |_____| | +--->| P1 | | | +-------+ | | | _______ | | | y <---+ |_____| _|_ | | | | | _______ | | C1 | | | P2 | | | | |_____| | | | --| P0 |--+ +--> | | t |_____| | +-------+ y 其中，r为输入信号（设定值），y为输出信号（测量值），e1为速度误差，e2为电流误差，P1为速度环比例控制器， P2为电流环比例控制器，C1为电流环输入限幅器，C为速度环输入限幅器，u为控制信号（调节电压）。

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。

双闭环直流调速控制系统MATLAB／Simulink建模与仿真

双闭环直流调速控制系统MATLAB／Simulink建模与仿真 文章针对传统PID直流电机调速系统转速超调量过高、调节时间不理想的问题，设计了一种双闭环直流电机调速控制系统。建立了双闭环直流电机调速系统的数学模型，并对控制器参数进行了整定。建立了系统Simulink模型并进行仿真，分析了系统在启动过程中的动态特性。实验结果表明，相较于传统PID 直流电机调速控制系统，本双闭环直流调速控制系统可以消除超调量、有效缩短系统调节时间，具有更好的静态和动态性能。 标签：双闭环；直流调速；Simulink建模；仿真分析 随着电机控制技术的不断发展，工业上对于电机的使用频率及动态性能的要求不断提高，直流电机的速度控制问题是常见且重要的工程研究问题之一[1]。传统PID直流调速控制系统存在超调量过高、调节时间缓慢等问题，导致系统的动态性能不理想，在一些对于工艺要求精准的情况下无法满足系统动态指标的要求。如何解决控制系统中稳、快、准等各方面性能制约，以达到对于转速、电流控制指标的要求，始终是一个重要的讨论课题[2]。文章针对上述问题，设计了一种双闭环直流调速控制系统，在传统PID直流调速系统的基础上，引入了电流调节器，以改善系统输出转速的动态性能，相对于传统PID调速系统，本系统有效降低了直流电机输出转速的超调量，明显提高了系统的静态和动态指标，具有更好的系统性能。 1 双闭环直流调速系统结构设计 直流电机的速度控制问题是常见且重要的工程研究问题之一，随着工业控制技术的不断发展，工程上对于直流电机调速系统的稳、准、快性能指标有了越来越苛刻的要求[3]。双闭环控制系统是一种常用的复杂控制系统，是改善过程控制系统品质的一种有效方式，并在实际工程中得到了广泛应用[4]。 文章所设计双闭环调速系统结构如图1所示，从闭环结构上看，双闭环控制系统由两个负反馈闭环结构组成，电流调节器在里面（电流环）；转速调节器在外边，（速度环）。为了实现转速和电流两种负反馈分别作用，在系统中设置了两个调节器，电流调节器ACR（Current Regulator）和转速调节器ASR（Speed Regulator），两者之间实行串级连接，其中转速调节器ASR的输出作为电流调节器ACR的输入，再用电流调节器ACR的输出去控制晶闸管装置。 4 MATLAB/Simulink仿真与结果分析 根据上文所建立的系统数学模型及参数计算结果，建立双闭环直流调速系统的Simulink仿真结构图[7，8]，如图4所示。 基于对系统非线性饱和因素的考虑，依据控制器参数的工程经验法对ASR 和ACR的理论计算参数进行合理调整，并由仿真得到双闭环直流调速系统的单

基于simulink的双闭环直流调速系统设计

基于simulink的双闭环直流调速系统设计 摘要：研究了双闭环直流调速系统的结构。根据系统结构，按照由内到外的顺序分别设计电流调节器和转速调节器。为使系统无静差，两个调节器均选为PI调节器。在用simulink仿真的过程中，对调节器参数进行了整定，使系统达到稳定状态。通过仿真曲线，说明了设计的合理性。 关键词：双闭环直流调速；PI调节器；参数整定；simulink 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。现在直流调速理论发展得比较成熟，但要真正设计好一个双闭环调速系统并应用于工程设计却有一定的难度。本文基于simulink对双闭环直流调速系统进行设计与仿真，合理选择电流调节器和转速调节器的结构，调整调节器的参数，使系统达到设计要求，对电流、转速调节器的参数进行了整定。本设计是在参数整定的基础上得到仿真曲线，并列出多组数据进行说明。 １.系统设计 根据设计多环控制系统的一般原则进行系统设计：从内环开始，一环一环地逐步向外扩展。先从电流环入手，首先设计好电流调节器，然后把整个电流环看做转速调节系统的一个环节，再设计转速调节器。稳态指标的要求：系统无静差。动态指标的要求：空载启动到额定转速时的转速超调量σｎ≤１０％，电流超调量σｉ≤５％。 ２.双闭环直流调速系统的结构 带有电流、转速反馈的双闭环调速系统实属多闭环系统，一般采用由内到外一环包一环的形式，内环为电流环，设有电流调节器ＡＣＲ，外环为转速环，设有转速调节器ＡＳＲ，构成一个完整的闭环系统。电流环接受速度环的输出作为控制目标，调节电动机的电流以满足既能控制电动机以较快的速度跟踪参考速度，又不至于产生过流现象损坏电动机，这种结构为工程设计以及调试工作带来相当大的方便。双闭环直流调速系统结构图如图１所示。图１中，给定电压Ｕ＊ｎ＝１０Ｖ，晶闸管放大系数Ｋｓ＝４０，晶闸管失控时间Ｔｓ＝０．００１

双闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告

TG n ASR ACR U *n + - U n U i U * i + - U c TA V M + - U d I d UP L - 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Ｕｃt 作为触发器的移相控制电压，改变U c ｔ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 5.1电机参数 直流电动机:2２0Ｖ,136A,1460r/min ，C e =0．1９2V • min ／r,允许过载倍数=１.5，晶闸管装置放大系数：K s =40 电枢回路总电阻:R=0．5 时间常数:T l ＝0．001６7s, T m =0.075ｓ

基于Simulink仿真双闭环系统综合课程方案设计书

课程设计 双闭环直流调速系统设计及仿真验证 学院年级：工程学院08级 组长：陈春明学号200830460102 08自动化1班成员一：陈木生学号200830460103 08自动化1班 指导老师： 日期：2012-2-28 华南农业大学工程学院 摘要 转速、电流双闭环调速系统是应用最广的直流调速系统，由于其静态性能良好，动态响应快，抗干扰能力强，因而在工程设计中被广泛地采用。现在直流调速理论发展得比较成熟，但要真正设计好一个双闭环调速系统并应用于工程设计却有一定的难度。 Matlab是一高性能的技术计算语言，具有强大的科学数据可视化能力，其中Simulink 具有模块组态简单、性能分析直观的优点，方便了系统的动态模型分析。应用Simulink来研究双闭环调速系统，可以清楚地观察每个时刻的响应曲线，所以可以通过调整系统的参数

来得出较为满意的波形，即良好的性能指标，这给分析双闭环调速系统的动态模型带来很大的方便。 本研究采用工程设计方法，并利用Matlab协助分析双闭环调速系统，依据自动控制系统快、准、稳的设计要求，重点分析系统的起动过程。 关键词：双闭环直流调速Simulink 自动控制 目录 1、直流电机双闭环调速系统的结构分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1.1 双闭环调速系统的组成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1.2 双闭环调速系统的结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2 、建立直流电机双闭环调速系统的模型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.1 小型直流调速系统的指标及参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.2 电流环设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.3 转速环设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3、直流电动机双闭环调速系统的MATLAB仿真．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3.1 系统框图的搭建．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3.2 PI控制器参数的设置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3.3 仿真结果．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 4、结论与总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 5、参考资料．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

双闭环直流调速系统仿真

双闭环直流调速系统仿真 利用MATLAB下(de)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(de),用户可以用图形化(de)方法直接建立起仿真系统(de)模型,并通过SIMULINK环境中(de)菜单直接启动系统(de)仿真过程,同时将结果在示波器上显示出来.掌握了强大(de)SIMULINK工具后,会大大增强用户系统仿真(de)能力.在教材－节中,对工程实践中用得最多(de)典型Ⅰ型系统和典型II型系统(de)设计方法进行了详细(de)分析,在此基础上,利用SIMULINK软件仿真能对调节器(de)参数进行更为方便(de)调整,可以更为直观地得到系统仿真(de)结果,从而加深对工程设计方法(de)理解. 下面就以例题2－1,2－2设计(de)转速、电流反馈控制(de)直流调速系统为例,学习SIMULINK软件(de)运动控制系统仿真方法. 1．仿真模型(de)建立 进入MATLAB,单击MATLAB命令窗口工具栏中(de)SIMULINK图标,或直接键入SIMULINK命令,打开SIMULINK模块浏览器窗口,如图2-52所示.由于版本(de)不同,各个版本(de)模块浏览器(de)表示形式略有不同,但不影响基本功能(de)使用.

图2-52 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(de)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(de)子模块,拖入模型编辑窗口. 在本例中,需要打开SimPowerSystems模块库,从Electrical Source 组选中AC Voltage Source和 DC Voltage Source模块拖入模型编辑窗口,从Elements组选中Series RLC Branch和 Three-Phase Transfomer模块拖入模型编辑窗口,从Machines组选中DC Machine模块拖入模型编辑窗口,从Power Electronics组选中Universal Bridge模块拖入模型编辑窗口,从Measurements组选中Voltage Measurement模块拖入模型编辑窗口,从Connectors组选中Ground和 T Connector模块拖入模型编辑窗口需要从Simulink模块库中把Source组中(de)Step模块拖入模型编辑