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。
0nnt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
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。
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；
2、设计PID算法，调试参数，使系统具有良好的动静态性能；
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；
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；
Hefei University
电子信息与电气工程系
自动化专业
控制系统数字仿真与CAD课程报告
课 题：
直流电动机双闭环调速系统仿真
班 级： 08自动化（1）班
* 名： * * 0805070073
朱 彤 0805070068
李方舟 0805070053
指导老师： ***
摘要：双闭环（转速环、电流环）直流调速系统是一种当前应用广泛，经济，适用的电力传动系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强的优点。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调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。对最常用的转速、电流双闭环调速系统的工程设计方法进行了详细的推导。然后采用Matlab/Simulink方法对实际系统进行仿真，找出推导过程被忽略的细节部分对调速系统的影响，给出工程设计和实际系统之间产生差距的原因，有助于在实际中设计出较优的系统。
关键词：直流电机调速系统 仿真 Matlab
Abstract: Double closed loop ( speed loop, current loop DC speed control system ) is a kind of
current application is wide, economic, applicable power transmission system.The paper presents
南京工程学院毕业设计说明书
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: ***********
学生姓名： **
指导教师： ***
起讫日期： 2014.2～2014.5
南京工程学院毕业设计说明书
Graduation Design (Thesis)
Design and Simulation of
Double Loop DC Motor Control System
By
Wu Jie
Supervised by
Associate Prof. Zhang zhenyan
Department of Automation Engineering
Nanjing Institute of Technology
May, 2014
南京工程学院毕业设计说明书
I
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]。
