双闭环系统仿真深入设计

1．双闭环直流调速系统的原理及组成对于正反转运行的调速系统，缩短起,制动过程的时间是提高生产率的重要因素。

为此，在起动（或制动）过渡过程中，希望始终保持电流（电磁转矩）为允许的最大值，是调速系统以最大的加（减）速度运行。

当到达稳态转速时，最好使电流立即降下来，使电磁转矩与负载转矩相平衡，从而迅速转入稳态运行。

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的最快起动，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dm量的负反馈就可以保持该量基本不变，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。

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，二者之间实行嵌套连接，如图1所示。

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。

从闭环结构上看，电流环在里面，称做内环；转速环在外面，称做外环。

这就形成了转速电流负反馈直流调速系统。

为了获得良好的静动态性能，转速和电流两个调节器一般采用PI调节器。

图1 双闭环直流调速系统原理图2．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。

U由静止状态起动时，转速和电流的过渡过程如双闭环调速系统突加给定电压*n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。

第Ⅰ阶段：0～t 1是电流上升阶段。

突加给定电压*n U 后，d I 上升，当d I 小于负载电流dL I 时电机还不能动；当dL d I I ≥后，电动机开始转动，由于机电惯性的作用，转速不会很快增长，因此转速调节器ASR 的输入偏差电压n n n U U U -=∆*数值仍很大其输出电压保持限幅值*im U ，强迫电流d I 迅速上升。

双闭环直流调速系统的设计与仿真设计本科毕业设计（论文）题目：双闭环直流调速系统的设计与仿真研究Graduation Design (Thesis)Design and Simulation of Double Loop DC Motor Control SystemByWu JieSupervised byAssociate Prof. Zhang zhenyanDepartment of Automation EngineeringNanjing Institute of TechnologyMay, 2014摘要为了提高运动控制系统在实际工程中的应用效率，本文介绍了直流调速系统的工程设计方法[1]，利用 MATLAB软件，对直流调速系统进行数学建模和系统仿真的研究。

所给出的仿真方法，可以灵活地调节系统的参数，从而获得理想的设计结果，并对设计出的系统进行分析。

建立调节器工程设计方法所遵循的原则是:1）概念清楚、易懂。

2）计算公式简明、好记。

3）不仅给出参数计算公式，而且指明参数调节方向。

4）能考虑饱和非线性控制的情况，同时给出简单的计算公式。

5）适合于各种可以简化成典型系统的反馈控制系统[2]。

由于这个课题相对简单，我在里面加入了相关性的内容以丰富本课题的广度和深度。

在本设计中，我加入了三种简单的单闭环直流调速系统，并且通过对它们进行仿真分析，比较找出了它们的不足之处，从而更明显地体现了双闭环直流调速系统的优越性。

并且通过对两种典型的双闭环直流调速系统进行仿真分析，从而更好地理解和运用双闭环直流调速系统[3]。

关键词：直流电动机；双闭环调速；MATLAB；仿真；直流调速系统；直流脉宽调制；工程设计方法ABSTRACTIn order to raise application efficiency of the motion control system in actualproject ,this article discussed the engineering design methods of the speed-governing system of DC motor. The mathematical modeling and system simulation of direct current governor system are researched by means of MATLAB platform . The simulation method can adjust the system controller parameters flexibly, so as to achieve the ideal design results, and the design of the system are analyzed.A controller design method is the principles of:（1）The concept of clear, easy to understand.（2）Simple formula, easy to remember.（3）Not only gives the parameter calculation formula, and indicates the parameter adjustment direction.（4）Can consider the saturation nonlinear control, and gives a simple formula.（5）Suitable for all kinds of feedback control systems can be simplified into a typical system.Because this subject is relatively simple, I joined the correlation content inside to enrich the breadth and depth of the subject. In this design, I added three simple single loop DC speed regulation system, and then analyze them, compared to find their deficiencies, and thus more clearly showed the superiority of double closed loop DC speed regulating system. And through the simulation analysis of two kinds of typical double loop DC speed control system, so as to better understand and use the double loop DC speed control system.Keywords: DC motor, double closed loop，MATLAB，Simulation，V-M，PWM-M，The engineering design method目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第一章绪论 (1)1.1 课题研究背景 (1)1.2 直流调速系统国内外研究现状 (1)1.3 研究双闭环直流调速系统的意义 (2)1.4 论文的主要研究内容 (2)第二章仿真软件以及相关硬件简介 (3)2.1 MATLAB/Simulink仿真平台 (3)2.2 仿真的数值算法 (3)2.3 工程设计法 (4)2.4 直流电动机 (4)第三章简单闭环调速系统的设计与仿真 (5)3.1 单闭环有静差转速负反馈调速系统的设计与仿真 (5)3.2 单闭环无静差转速负反馈调速系统的设计与仿真 (11)3.3 带电流截止负反馈的转速反馈系统的设计与仿真 (13)3.4 简单闭环调速系统的优缺点比较 (15)第四章转速、电流双闭环直流调速系统的设计与仿真 (17)4.1 转速、电流双闭环调速系统的设计与仿真 (17)4.2 V-M直流调速系统的设计与仿真 (19)4.3 PWM-M直流调速系统的设计与仿真 (26)第五章总结与展望 (34)致谢 (35)参考文献 (36)第一章绪论1.1 课题研究背景在现代化的工业生产过程中，许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求有良好的稳态、动态性能[4]。

南京工程学院本科毕业设计（论文）题目：双闭环直流调速系统的设计与仿真研究专业：自动化班级： 10自动化1 学号: 20100710132 学生姓名：吴杰指导教师：张贞艳起讫日期：2014.2～2014.5Graduation Design (Thesis)Design and Simulation of Double Loop DC Motor Control SystemByWu JieSupervised byAssociate Prof. Zhang zhenyanDepartment of Automation EngineeringNanjing Institute of TechnologyMay, 2014摘要为了提高运动控制系统在实际工程中的应用效率，本文介绍了直流调速系统的工程设计方法[1]，利用 MATLAB软件，对直流调速系统进行数学建模和系统仿真的研究。

所给出的仿真方法，可以灵活地调节系统的参数，从而获得理想的设计结果，并对设计出的系统进行分析。

建立调节器工程设计方法所遵循的原则是:1）概念清楚、易懂。

2）计算公式简明、好记。

3）不仅给出参数计算公式，而且指明参数调节方向。

4）能考虑饱和非线性控制的情况，同时给出简单的计算公式。

5）适合于各种可以简化成典型系统的反馈控制系统[2]。

由于这个课题相对简单，我在里面加入了相关性的内容以丰富本课题的广度和深度。

在本设计中，我加入了三种简单的单闭环直流调速系统，并且通过对它们进行仿真分析，比较找出了它们的不足之处，从而更明显地体现了双闭环直流调速系统的优越性。

并且通过对两种典型的双闭环直流调速系统进行仿真分析，从而更好地理解和运用双闭环直流调速系统[3]。

关键词：直流电动机；双闭环调速；MATLAB；仿真；直流调速系统；直流脉宽调制；工程设计方法ABSTRACTIn order to raise application efficiency of the motion control system in actual project ,this article discussed the engineering design methods of the speed-governing system of DC motor. The mathematical modeling and system simulation of direct current governor system are researched by means of MATLAB platform . The simulation method can adjust the system controller parameters flexibly, so as to achieve the ideal design results, and the design of the system are analyzed.A controller design method is the principles of:（1）The concept of clear, easy to understand.（2）Simple formula, easy to remember.（3）Not only gives the parameter calculation formula, and indicates the parameter adjustment direction.（4）Can consider the saturation nonlinear control, and gives a simple formula.（5）Suitable for all kinds of feedback control systems can be simplified into a typical system.Because this subject is relatively simple, I joined the correlation content inside to enrich the breadth and depth of the subject. In this design, I added three simple single loop DC speed regulation system, and then analyze them, compared to find their deficiencies, and thus more clearly showed the superiority of double closed loop DC speed regulating system. And through the simulation analysis of two kinds of typical double loop DC speed control system, so as to better understand and use the double loop DC speed control system.Keywords: DC motor, double closed loop，MATLAB，Simulation，V-M，PWM-M，The engineering design method目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第一章绪论 (1)1.1 课题研究背景 (1)1.2 直流调速系统国内外研究现状 (1)1.3 研究双闭环直流调速系统的意义 (2)1.4 论文的主要研究内容 (2)第二章仿真软件以及相关硬件简介 (3)2.1 MATLAB/Simulink仿真平台 (3)2.2 仿真的数值算法 (3)2.3 工程设计法 (4)2.4 直流电动机 (4)第三章简单闭环调速系统的设计与仿真 (5)3.1 单闭环有静差转速负反馈调速系统的设计与仿真 (5)3.2 单闭环无静差转速负反馈调速系统的设计与仿真 (11)3.3 带电流截止负反馈的转速反馈系统的设计与仿真 (13)3.4 简单闭环调速系统的优缺点比较 (15)第四章转速、电流双闭环直流调速系统的设计与仿真 (17)4.1 转速、电流双闭环调速系统的设计与仿真 (17)4.2 V-M直流调速系统的设计与仿真 (19)4.3 PWM-M直流调速系统的设计与仿真 (26)第五章总结与展望 (34)致谢 (35)参考文献 (36)第一章绪论1.1 课题研究背景在现代化的工业生产过程中，许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求有良好的稳态、动态性能[4]。

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。

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。

存档日期：存档编号：论文题目: 双闭环直流调速系统的设计与仿真姓名: XXX院系：电气工程及自动化学院专业：电气工程及其自动化班级：指导老师： XXX摘要本文以控制系统的传递函数为基础，采用工程设计方法对最常用的转速、电流双闭环调速系统进行设计，并用MATLAB/Simulink软件对系统进行了仿真。

首先对双闭环直流调速系统采用常规PID控制进行设计，电流调节器和转速调节器都采用了PID控制器，并分别对电流环和转速环的动态性能和抗扰动性能进行了仿真分析。

其次，由于转速调节器起主要作用，所以对转速环采用模糊控制，并设计了模糊控制器，对双闭环直流调速系统进行仿真分析，并与常规PID 控制进行了对比，仿真结果表明，模糊控制有良好的动态特性，很强的抗干扰能力。

关键词：直流调速PID控制模糊控制系统仿真AbstractThe article is based on the transfer function of taking control system, using the engineering design of the most commonly used method of the speed and the current double closed loop speed regulation system to design, with MATLAB/Simulink software system simulated. First, the double closed loop dc speed control system are adopted the conventional PID control to design, current regulator and speed regulator has adopted PID controller, the dynamic performance and anti disturbance performance of the current ring and speed loop simulation analysis respectively. Second, since speed regulator plays the leading role, so using fuzzy control for speed loop,and designed a fuzzy controller simulation analysis to dc speed control system of double loop,and compared to the conventional PID control, the simulation results show that Fuzzy control have good dynamic characteristic, strong anti-interference ability.Keywords: Dc speed regulation PID control fuzzy control system simulation目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1课题研究背景 (1)1.2直流调速系统的国内外研究概况 (1)1.3模糊控制理论的发展与特点 (2)1.4研究双闭环直流调速系统的目的和意义 (3)1.5论文的主要研究内容 (3)2 直流电机双闭环调速系统 (4)2.1直流电动机的起动与调速 (4)2.2直流调速系统的性能指标 (9)2.3双闭环直流调速系统的组成 (13)2.4 直流他励电动机的数学模型 (14)2.5可控硅整流装置的数学模型 (16)2.6本章小结 (17)3 常规PID控制双闭环直流调速系统的设计 (18)3.1双闭环调速系统的工程设计方法 (18)3.2双闭环直流调速系统的设计 (21)3.3设计实例 (26)3.4Matlab/Simulink仿真 (31)3.5仿真结果分析 (33)3.6本章小结 (33)4 模糊PID双闭环直流调速系统的设计 (34)4.1 模糊控制系统与模糊控制器 (34)4.2直流调速系统的模糊控制 (35)4.3系统的仿真和分析 (38)4.4本章小结 (40)5 结论 (42)致谢 (43)参考文献 (44)1 绪论1.1课题研究背景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。

本科毕业设计说明书（题目：双闭环直流调速系统仿真摘要直流电动机具有良好的起制动性能，易于在广泛范围内平滑调速，在需要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛的应用。

本文介绍了双闭环直流调速系统的原理，并通过试验的方法获得双闭环直流调速系统的各项参数，采用的直流双闭环调速系统的设计是从内环到外环，即先设计好电流环后将其等效成速度环中的一个环节，再对速度环进行设计。

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。

在MATLAB中建立仿真模型，最后采用MATLAB中的Power System工具箱对所设计的系统进行仿真,得到了比较理想的运行曲线。

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仿真AbstractThe direct current electric motor has the good braking quality, easy in widespread scope smooth velocity modulation, in needed in the domain which the high performance controllable electric power drove to obtain the widespread application.This paper introduces the Double Closed-loop DC SR System’s Principle. And passing the test method Access the Double Closed-loop DC SR System Parameters. Design from the inner to outer loop First design of the Central Current loop will be equivalent to the speed loop of a ring link, design Central to further speed loop. engineering design method for dual closed loop speed control system for DC-aided design, choice of device structure, parameter calibration and approximate calculation. it uses the Power System toolbox in the MATLAB to the system which designs to carry on the simulation，and obtain the satisfactory operation curve. Analysis of the speed and current waveform simulation, and debugging, so that the Double Closed-loop DC SR System perfect, reasonable.Keywords:Regulator; Double Closed-loop DC SR System; Matlab simulation目录引言 .......................................................................................................... - 1 - 第一章调速系统与MATLAB概述.............................................................. - 2 -1.1 运动控制系统概述 ........................................................................ - 2 -1.2 直流调速控制技术发展概况.......................................................... - 2 -1.3 控制系统的计算机仿真................................................................. - 3 -1.4 MATLAB简介 .............................................................................. - 4 -1.4.1 MATLAB的优势与特点 ...................................................... - 4 -1.4.2 MATLAB的Simulink简介.................................................. - 4 -1.5 本设计主要内容............................................................................ - 5 - 第二章双闭环直流调速系统原理及参数的测定.......................................... - 6 -2.1双闭环直流调速系统的组成和工作原理........................................... - 6 -2.1.1双闭环直流调速系统工作原理及原理图................................. - 6 -2.1.2双闭环直流调速系统动态结构图 ........................................... - 7 -2.2双闭环直流调速系统参数的测定 ..................................................... - 7 -2.2.1参数测定试验的系统组成和工作原理 .................................... - 7 - 第三章电流环与转速环的设计................................................................. - 15 -3.1电流环的设计................................................................................ - 15 -3.1.1电流环的动态结构图 ........................................................... - 15 -3.2转速调节器的设计......................................................................... - 17 -第四章双闭环直流调速系统MATLAB仿真 ............................................. - 21 -4.1双闭环直流调速系统的建模 .......................................................... - 21 -4.1.1双闭环直流调速系统的仿真模型 ......................................... - 21 -4.1.2双闭环直流调速系统仿真模型中的参数设置........................ - 21 -4.2系统的仿真、仿真结果的输出....................................................... - 25 -4.3仿真结果分析................................................................................ - 26 - 结论 ...................................................................................................... - 27 - 参考文献................................................................................................... - 28 - 谢辞 ...................................................................................................... - 29 -引言本文采用的直流双闭环调速系统的设计是从内环到外环，即先设计好电流环后将其等效成速度环中的一个环节，再对速度环进行设计。

（本科毕业设计说明书 题 目：双闭环直流调速系统仿真 学生姓名：冷雪剑 学 院：信息工程学院 系 别：自动化系 专 业：自动化 班 级：自动化03-2 指导教师：王志和 教授二〇〇七年六月摘要直流电动机具有良好的起制动性能，易于在广泛范围内平滑调速，在需要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛的应用。

本文介绍了双闭环直流调速系统的原理，并通过试验的方法获得双闭环直流调速系统的各项参数，采用的直流双闭环调速系统的设计是从内环到外环，即先设计好电流环后将其等效成速度环中的一个环节，再对速度环进行设计。

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。

在MATLAB中建立仿真模型，最后采用MATLAB中的Power System工具箱对所设计的系统进行仿真,得到了比较理想的运行曲线。

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仿真AbstractThe direct current electric motor has the good braking quality, easy in widespread scope smooth velocity modulation, in needed in the domain which the high performance controllable electric power drove to obtain the widespread application.This paper introduces the Double Closed-loop DC SR System’s Principle. And passing the test method Access the Double Closed-loop DC SR System Parameters. Design from the inner to outer loop First design of the Central Current loop will be equivalent to the speed loop of a ring link, design Central to further speed loop. engineering design method for dual closed loop speed control system for DC-aided design, choice of device structure, parameter calibration and approximate calculation. it uses the Power System toolbox in the MATLAB to the system which designs to carry on the simulation，and obtain the satisfactory operation curve. Analysis of the speed and current waveform simulation, and debugging, so that the Double Closed-loop DC SR System perfect, reasonable.Keywords:Regulator; Double Closed-loop DC SR System; Matlab simulation目录引言 .......................................................................................................... - 1 - 第一章调速系统与MATLAB概述.............................................................. - 2 -1.1 运动控制系统概述 ........................................................................ - 2 -1.2 直流调速控制技术发展概况.......................................................... - 2 -1.3 控制系统的计算机仿真................................................................. - 3 -1.4 MATLAB简介 .............................................................................. - 4 -1.4.1 MATLAB的优势与特点 ...................................................... - 4 -1.4.2 MATLAB的Simulink简介.................................................. - 4 -1.5 本设计主要内容............................................................................ - 5 - 第二章双闭环直流调速系统原理及参数的测定.......................................... - 6 -2.1双闭环直流调速系统的组成和工作原理........................................... - 6 -2.1.1双闭环直流调速系统工作原理及原理图................................. - 6 -2.1.2双闭环直流调速系统动态结构图 ........................................... - 7 -2.2双闭环直流调速系统参数的测定 ..................................................... - 7 -2.2.1参数测定试验的系统组成和工作原理 .................................... - 7 - 第三章电流环与转速环的设计................................................................. - 15 -3.1电流环的设计................................................................................ - 15 -3.1.1电流环的动态结构图 ........................................................... - 15 -3.2转速调节器的设计......................................................................... - 17 -第四章双闭环直流调速系统MATLAB仿真 ............................................. - 21 -4.1双闭环直流调速系统的建模 .......................................................... - 21 -4.1.1双闭环直流调速系统的仿真模型 ......................................... - 21 -4.1.2双闭环直流调速系统仿真模型中的参数设置........................ - 21 -4.2系统的仿真、仿真结果的输出....................................................... - 25 -4.3仿真结果分析................................................................................ - 26 - 结论 ...................................................................................................... - 27 - 参考文献................................................................................................... - 28 - 谢辞 ...................................................................................................... - 29 -引言本文采用的直流双闭环调速系统的设计是从内环到外环，即先设计好电流环后将其等效成速度环中的一个环节，再对速度环进行设计。

《运动控制系统》课程设计转速电流双闭环可逆直流调速系统的仿真与设计专业：****年级：****学号：***姓名：***指导老师：***转速电流双闭环可逆直流调速系统的仿真与设计一、设计目的1、应用所学的交、直流调速系统的基本知识与工程设计方法，结合生产实际，确定系统的性能指标与实现方案，进行运动控制系统的初步设计。

2、应用计算机仿真技术，通过在MA TLAB软件上建立运动控制系统的数学模型，对控制系统进行性能仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响。

3、在原理设计与仿真研究的基础上，应用PROTEL进行控制系统的印制板的设计，为毕业设计的综合运用奠定坚实的基础。

二、系统设计参数直流电动机控制系统设计参数：（直流电动机(3) ）输出功率为:5.5Kw电枢额定电压220V 电枢额定电流30A 额定励磁电流1A 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1S电枢允许过载系数 =1.5 额定转速970rpm直流电动机控制系统设计参数环境条件：电网额定电压:380/220V; 电网电压波动:10%; 环境温度:-40~+40摄氏度; 环境湿度:10~90%.控制系统性能指标： 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30%;调速范围D ＝20; 静差率小于等于0.03.1、设计内容和数据资料某直流电动机拖动的机械装置系统。

主电动机技术数据为：V U N 220=,A I N 30=，m in 970r n N =，电枢回路总电阻Ω=2.0R ，机电时间常数s T m 1=，电动势转速比r V C e m in 221.0•=，Ks=40，ms T l 5.0=，Ts=0.0017ms ，电流反馈系数A V 85.0=β，转速反馈系数r V m in 5.1•=α，试对该系统进行初步设计。

2、 技术指标要求电动机能够实现可逆运行。

2.1MATLAB 仿真软件介绍本设计所采用的仿真软件是MATLAB。

MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。

MATLAB应用非常之广泛！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。

主要的优势特点为：①高效的数值计算及符号计算功能，能使用户从繁杂的数学运算分析中解脱出来；②具有完备的图形处理功能，实现计算结果和编程的可视化；③友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言，使学者易于学习和掌握；④功能丰富的应用工具箱(如信号处理工具箱、通信工具箱等) ，为用户提供了大量方便实用的处理工具。

2.2设计目标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__D_Dd_____D__________________D_D直流电动机数据：额定功率：29.92KW，额定电压：220V，额定电流：136A，额定转速：1460r/m，D_Dd_________允许过载倍数：晶闸管装置放大系数：电枢回路总电阻：时间常数：机电时间常数：电磁时间常数:电流反馈系数：转速反馈系数：转速反馈滤波时间常数：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的一个内环节，再设计转速调节器。

这样的系统能够实现良好的静态和稳态性能，结构简单，工作可靠，设计和调试方便，达到本课程设计的要求。

图1双闭环直流调速系统的动态结构图2.3.1电流调节器设计(1)确定时间常数整流装置滞后时间常数：三相电路的平均失控时间=0.0017s电流滤波时间常数：=0.002s电流环小时间常数之和：按小时间常数近似处理，取为：=__D_Dd_____(2)选择电流调节器结构根据设计要求_ ()(_ _ )/(_ )_D_Dd__________ळɧϨϨ________________ _/_检查对电源电压的抗扰性能：__D_Dd_符合典型I型系统动态抗扰性能，并且各项性能指标都是可以接受的。

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。

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]。