基于MATLAB的直流电机双闭环调速系统仿真

MATLAB课程设计基于MATLAB的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真班级：自动化12-2姓名：学号：目录一、目录-----------------------------------------------------------1二、前言-----------------------------------------------------------2三、设计目的及要求--------------------------------------------3四、设计题目及参数--------------------------------------------3五、设计内容过程-----------------------------------------------31.计算电流和转速反馈系数-----------------------------------------32.电流环的动态校正过程--------------------------------------------33.转速环的动态校正过程--------------------------------------------94.建立转速电流双闭环直流调速系统的Simulink仿真模型，对上述分析设计结果进行仿真-------------------------------------14六、设计总结---------------------------------------------------18七、参考文献---------------------------------------------------19二、前言：控制系统理论与技术是现代科学技术的主要内容，以经广泛应用于航空与航天工业、电力工业、核能工业、石油工业、化学工业及冶金工业等众多学科和工程技术领域，并且具有经济、安全、快捷、优化设计和预测的特殊功能等优点，在非工程系统（如社会、管理、经济等系统）中，由于其规模及复杂程度巨大，直接实验几乎不可能，这是通过仿真技术的应用可以获得对系统的某种超前认识，因此仿真技术已经成为对控制系统进行分析、设计和综合研究中很有效的手段。

基于Matlab 的双闭环直流调速系统仿真一、双闭环直流调速系统的组成及要求为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级连接，即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晶闸管整流器的触发装置。

从闭环结构上看，电流调节环在里面，叫做内环；转速环在外面，叫做外环。

这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。

该双闭环调速系统的两个调节器ASR 和ACR 一般都采用PI 调节器。

因为PI 调节器作为校正装置既可以保证系统的稳态精度，使系统在稳态运行时得到无静差调速，又能提高系统的稳定性；作为控制器时又能兼顾快速响应和消除静差两方面的要求。

一般的调速系统要求以稳和准为主，采用PI 调节器便能保证系统获得良好的静态和动态性能。

图1直流双闭环调速系统动态结构图图中 、—转速给定电压和转速反馈电压、—电流给定电压和电流反馈电压ASR —转速调节器ACR —电流调节器TG —测速发电机TA —电流互感器UPE —电力电子变换器本文研究的对象为电流转速双闭环直流调速系统，其系统动态结构框图如图1 所示，系统参数如下：电动机：V U N 220=；A I N 136=；rpm n N 1460=；rpm v C e /132.0=； 允许过载倍数： 5.1=λ；三相桥式整流装置放大倍数：40=s K ；电枢回路总电阻： Ω=∑5.0R ；时间常数： s T l 03.0=，ss T m 18.0=；电流反馈系数：A V /05.0=β；转速反馈系数：rpm V /07.0=α。

二、系统仿真根据理论设计结果，构建直流双闭环调速系统的仿真模型，如图2 所示。

图2 直流双闭环调速系统的仿真模型仿真结果：在启动过程中，转速调节器ASR将经历不饱和、饱和、退饱和三个阶段，因此整个启动过程分为三个阶段。

▪第一阶段是电流上升阶段,由于转速变化慢，转速调节器很快饱和――饱和时转速环相当于开环，ASR输出限幅值。

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。

基于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∗dm=10V=1.25Ωα=U nm∗=10=0.02V∙min/r2 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ois ci 131T T ≤ω电流环结构图最终简化成图。

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ss K s W i i i ACR )1()(ττ+=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a) 动态结构图:b) 开环对数幅频特性c. 电流调节器的参数计算电流调节器的参数有：K i 和 τi ，其msT l8i==τRK K K i siI τβ=中 τi 已选定，剩下的只有比例系数 K i ， 可根据所需要的动态性能指标选取。

《机电控制系统分析与设计》课程大作业一基于MATLAB的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真：班级：学号：年月一． 设计要求与设计参数：设一转速、电流双闭环直流调速系统，采用双极式H 桥PWM 方式驱动，已知电动机参数为：额定功率200W ； 额定转速48V ； 额定电流4A ； 额定转速=500r/min ； 电枢回路总电阻8=R Ω； 允许电流过载倍数λ=2； 电势系数=e C 0.04Vmin/r ； 电磁时间常数=L T 0.008s ； 机电时间常数=m T 0.5；电流反馈滤波时间常数=oi T 0.2ms ； 转速反馈滤波时间常数=on T 1ms ；要求转速调节器和电流调节器的最大输入电压==**im nm U U 10V ；两调节器的输出限幅电压为10V ； PWM 功率变换器的开关频率=f 10kHz ； 放大倍数=s K 4.8。

试对该系统进行动态参数设计，设计指标： 稳态无静差； 电流超调量≤i σ5%；空载起动到额定转速时的转速超调量σ ≤ 25%； 过渡过程时间=s t 0.5 s 。

二. 设计过程1. 计算电流和转速反馈系数电流反馈系数：A A VI U im /V 25.14210nom *=⨯==λβ；转速反馈系数：rV r Vn U nm min/02.0min /50010max *⋅===α2. 电流环的动态校正过程和设计结果(1) 确定时间常数由已知条件知滤波时间常数=oi T 0.2ms=0.0002s ，按电流环小时间常数环节的近似处理方法，取(2) 选择电流调节器结构电流环可按典型I 型系统进行设计。

电流调节器选用PI 调节器，其传递函数为(3) 选择调节器参数超前时间常数==0.008s 。

电流环超调量≤i σ5%考虑，电流环开环增益：取，因此于是，电流调节器的比例系数为(4) 检验近似条件电流环的截止频率 1) 近似条件一：现在，，满足近似条件。

基于MATLAB 的直流电动机双闭环调速系统的仿真研究摘要: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,获得了反映系统性能的曲线,并对仿真结果进行了比较分析。

结果表明, 应用MATLAB 进行系统仿真具有方便、高效及可靠性高等优点。

关键词:MATLAB; 直流电动机; 双闭环调速系统; 仿真Simulation Study of a DC Speed Regulation SystemAbstract:This paper presents the simulation study of a DC speed regulation system by using the Simulink modules. The resultindicates that, the system simulation by using MATLAB is convenient and highly effective.Keywords:MATLAB ; DCmotor ; two-loop speed regulation system; simulation一、引言有些调速系统,如龙门刨床、轧钢机等经常处于正反转状态,为了提高生产效率和加工质量,要求尽量缩短过渡过程的时间。

速度和电流双闭环直流调速系统（简称双闭环调速系统）是由电流和转速两个调节器进行综合调节的,可获得良好的静、动态性能。

由于这样的系统其转速和电流响应曲线很难精确绘制,不便于对系统特性的分析和理解。

本文通过一个直流电动机双闭环调速系统实例,就如何利用MATLAB 软件的仿真功能对系统进行分析做一些探讨,对系统的设计和改进具有一定的参考意义。

转速、电流双闭环调速系统属于多环控制系统。

目前都采用由内向外，一环包围一环的系统结构。

每一闭环都设有本环的调节器，构成一个完整的闭环系统。

设计多环系统的一般方法是，由内环向外环一环一环地进行设计。

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姓名：张xx学号：*********x华北电力大学2014年4月基于MATLAB的直流电机双闭环调速系统摘要直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。

从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。

该系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器，构成了电流环和转速环，前者通过电流元件的反馈作用稳定电流，后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消除转速偏差，从而使系统达到调节电流和转速的目的。

该系统起动时，转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节起动电流保持最大值，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流内环跟随转速外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流。

并通过Simulink进行系统的数学建模和系统仿真，分析双闭环直流调速系统的特性。

关键词：直流电机，双闭环，PWM，转速调节器，电流调节器，SimulinkStudy of the Speed-adjusting Technology for DC Motor based onMatlabAbstractThe design uses thyristors, diodes and other devices designs a speed, current double-loop SCR DC converter system. The system sets up the current detecting aspect, the currentregulator ACR and the speed detecting link, speed regulator ASR, composes the current central and the speed central, the former through the feedback of the current components to level off the current, the latter through the feedback of speed detecting device to maintain the speed stably and finally eliminates the deviation of speed bias.，thus allowing the system to the purpose of regulating the current and speed. when the system starts, the speed outer ring saturats non-functional, the current inner ring plays a major role to regulate the starting current to maintain the maximum so that the speed linear change, to reach a given value; when it operates steadily, the speed negative feedback from the outer ring plays a major role ,to let the speed changes with the given speed voltage , at the same time the current inner ring regulates the armature current of motor adjustment to balance the load current.Simulink for system through mathematical modeling and system simulation. Finally display control system model and the results of anti-truth.Keywords: DC motor, Double-loop, PWM, the speed regulator, the current regulator，Simulink目录前言 (5)第一章绪论 (7)1．1直流调速系统的概述 (7)1.1.1直流电动机的调速方法 (7)1.2 PWM的相关介绍 (8)第二章总体方案设计 (9)2.1 方案比较 (9)2.2 方案论证 (10)2.3 方案选择 (10)2.4设计参数 (11)第三章单元模块的仿真电路设计 (11)3.1转速给定电路设计 (11)3.2转速检测电路设计 (11)3.3电流检测电路设计 (12)3.4 整流及晶闸管保护电路设计 (13)第四章双闭环直流调速系统的仿真设计 (13)4.1转速、电流双闭环直流调速系统的组成及其静特性 (14)4.1.1双闭环调速系统的组成 (14)4.1.2稳态结构框图和静特性 (16)4.1.3 稳态参数计算 (18)4.2转速、电流双闭环直流调速系统的动态模型184.2.1 动态抗扰性能分析 (20)4.3 调节器的设计 (21)4.3.1 电流调节器的设计 (22)4.3.2 转速调节器的设计 (24)4.3.3调速系统的开环传递函数 (26)第五章系统调试 (27)5.1系统MATLAB仿真 (27)5.2 系统的建模与参数设置 (27)5.3 系统仿真结果的输出及结果分析 (28)前言自70年代以来，国外在电气传动领域内，大量地采用了“晶闸管直流电动机调速”技术（简称KZ—D调速系统），尽管当今功率半导体变流技术已有了突飞猛进的发展，但在工业生产中KZ—D系统的应用还是占有相当的比重。

《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 =1.25Ωα=U nm ∗n =10500=0.02V ∙min/r2 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。

ois ci 131T T ≤ωb 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ss K s W i i i ACR )1()(ττ+=msT l 8i ==τRK K K i s i I τβ=a) 动态结构图:b) 开环对数幅频特性c. 电流调节器的参数计算电流调节器的参数有：K i 和 τi ， 其中 τi 已选定，剩下的只有比例系数 K i ， 可根据所需要的动态性能指标选取。

基于MATLAB的直流电机双闭环调速系统仿真姓名：张xx学号：113220110x华北电力大学2014年4月基于MATLAB的直流电机双闭环调速系统摘要直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。

从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。

该系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器，构成了电流环和转速环，前者通过电流元件的反馈作用稳定电流，后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消除转速偏差，从而使系统达到调节电流和转速的目的。

该系统起动时，转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节起动电流保持最大值，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流内环跟随转速外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流。

并通过Simulink进行系统的数学建模和系统仿真，分析双闭环直流调速系统的特性。

关键词：直流电机，双闭环，PWM，转速调节器，电流调节器，SimulinkStudy of the Speed-adjusting Technology for DC Motor based onMatlabAbstractThe design uses thyristors, diodes and other devices designs a speed, current double-loop SCR DC converter system. The system sets up the current detecting aspect, the current regulator ACR and the speed detecting link, speed regulator ASR, composes the current central and the speed central, the former through the feedback of the current components to level off the current, the latter through the feedback of speed detecting device to maintain the speed stably and finally eliminates the deviation of speed bias.，thus allowing the system to the purpose of regulating the current and speed. when the system starts, the speed outer ring saturats non-functional, the current inner ring plays a major role to regulate the starting current to maintain the maximum so that the speed linear change, to reach a given value; when it operates steadily, the speed negative feedback from the outer ring plays a major role ,to let the speed changes with the given speed voltage , at the same time the current inner ring regulates the armature current of motor adjustment to balance the load current. Simulink for system through mathematical modeling and system simulation. Finally display control system model and the results of anti-truth.Keywords: DC motor, Double-loop, PWM, the speed regulator, the current regulator，Simulink目录前言 (4)第一章绪论 (6)1．1直流调速系统的概述 (6)1.1.1直流电动机的调速方法 (6)1.2 PWM的相关介绍 (7)第二章总体方案设计 (8)2.1 方案比较 (8)2.2 方案论证 (8)2.3 方案选择 (9)2.4设计参数 (9)第三章单元模块的仿真电路设计 (10)3.1转速给定电路设计 (10)3.2转速检测电路设计 (10)3.3电流检测电路设计 (11)3.4 整流及晶闸管保护电路设计 (12)第四章双闭环直流调速系统的仿真设计 (12)4.1转速、电流双闭环直流调速系统的组成及其静特性 (13)4.1.1双闭环调速系统的组成 (13)4.1.2稳态结构框图和静特性 (15)4.1.3 稳态参数计算 (17)4.2转速、电流双闭环直流调速系统的动态模型 (17)4.2.1 动态抗扰性能分析 (19)4.3 调节器的设计 (20)4.3.1 电流调节器的设计 (21)4.3.2 转速调节器的设计 (23)4.3.3调速系统的开环传递函数 (25)第五章系统调试 (25)5.1系统MATLAB仿真 (25)5.2 系统的建模与参数设置 (25)5.3 系统仿真结果的输出及结果分析 (26)前言自70年代以来，国外在电气传动领域内，大量地采用了“晶闸管直流电动机调速”技术（简称KZ—D调速系统），尽管当今功率半导体变流技术已有了突飞猛进的发展，但在工业生产中KZ—D系统的应用还是占有相当的比重。

基于MATLAB的直流电机双闭环调速系统仿真姓名：张xx学号：113220110x华北电力大学2014年4月基于MATLAB的直流电机双闭环调速系统摘要直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。

从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。

该系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器，构成了电流环和转速环，前者通过电流元件的反馈作用稳定电流，后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消除转速偏差，从而使系统达到调节电流和转速的目的。

该系统起动时，转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节起动电流保持最大值，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流内环跟随转速外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流。

并通过Simulink进行系统的数学建模和系统仿真，分析双闭环直流调速系统的特性。

关键词：直流电机，双闭环，PWM，转速调节器，电流调节器，SimulinkStudy of the Speed-adjusting Technology for DC Motor based onMatlabAbstractThe design uses thyristors, diodes and other devices designs a speed, current double-loop SCR DC converter system. The system sets up the current detecting aspect, th e current regulator ACR and the speed detecting link, speed regulator ASR, composes the current central and the speed central, the former through the feedback of the current components to level off the current, the latter through the feedback of speed dete cting device to maintain the speed stably and finally eliminates the deviation of speed bias.，thus allowing the system to the purpose of regulating the current and speed. when the system starts, the speed outer ring saturats non-functional, the current inner ring plays a major role to regulate the starting current to maintain the maximum so that the speed linear change, to reach a given value; when it operates steadily, the speed negative feedback from the outer ring plays a major role ,to let the speed changes with the given speed voltage , at the same time the current inner ring regulates the armature current of motor adjustment to balance the load current. Simulink for system through mathematical modeling and system simulation. Finally display control system model and the results of anti-truth.Keywords: DC motor, Double-loop, PWM, the speed regulator, the current regulator，Simulink目录前言 (4)第一章绪论 (6)1．1直流调速系统的概述 (6)1.1.1直流电动机的调速方法 (6)1.2 PWM的相关介绍 (7)第二章总体方案设计 (8)2.1 方案比较 (8)2.2 方案论证 (8)2.3 方案选择 (9)2.4设计参数 (9)第三章单元模块的仿真电路设计 (10)3.1转速给定电路设计 (10)3.2转速检测电路设计 (10)3.3电流检测电路设计 (11)3.4 整流及晶闸管保护电路设计 (12)第四章双闭环直流调速系统的仿真设计 (12)4.1转速、电流双闭环直流调速系统的组成及其静特性 (13)4.1.1双闭环调速系统的组成 (13)4.1.2稳态结构框图和静特性 (15)4.1.3 稳态参数计算 (17)4.2转速、电流双闭环直流调速系统的动态模型 (17)4.2.1 动态抗扰性能分析 (19)4.3 调节器的设计 (20)4.3.1 电流调节器的设计 (21)4.3.2 转速调节器的设计 (23)4.3.3调速系统的开环传递函数 (25)第五章系统调试 (25)5.1系统MATLAB仿真 (25)5.2 系统的建模与参数设置 (25)5.3 系统仿真结果的输出及结果分析 (26)前言自70年代以来，国外在电气传动领域内，大量地采用了“晶闸管直流电动机调速”技术（简称KZ—D调速系统），尽管当今功率半导体变流技术已有了突飞猛进的发展，但在工业生产中KZ—D系统的应用还是占有相当的比重。

基于MATLAB的直流电机双闭环调速系统仿真姓名：张xx华北电力大学2014年4月基于MATLAB的直流电机双闭环调速系统摘要直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。

从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。

该系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器，构成了电流环和转速环，前者通过电流元件的反馈作用稳定电流，后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消除转速偏差，从而使系统达到调节电流和转速的目的。

该系统起动时，转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节起动电流保持最大值，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流内环跟随转速外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流。

并通过Simulink进行系统的数学建模和系统仿真，分析双闭环直流调速系统的特性。

关键词：直流电机，双闭环，PWM，转速调节器，电流调节器，SimulinkStudy of the Speed-adjusting Technology for DC Motor based onMatlabAbstractThe design uses thyristors, diodes and other devices designs a speed, current double-loop SCR DC converter system. The system sets up the current detecting aspect, the current regulator ACR and the speed detecting link, speed regulator ASR, composes the current central and the speed central, the former through the feedback of the current components to level off the current, the latter through the feedback of speed detecting device to maintain the speed stably and finally eliminates the deviation of speed bias.，thus allowing the system to the purpose of regulating the current and speed. when the system starts, the speed outer ring saturats non-functional, the current inner ring plays a major role to regulate the starting current to maintain the maximum so that the speed linear change, to reach a given value; when it operates steadily, the speed negative feedback from the outer ring plays a major role ,to let the speed changes with the given speed voltage , at the same time th e current inner ring regulates the armature current of motor adjustment to balance the load current. Simulink for system through mathematical modeling and system simulation. Finally display control system model and the results of anti-truth.Keywords: DC motor, Double-loop, PWM, the speed regulator, the current regulator，Simulink目录前言 (1)第一章绪论 (3)1．1直流调速系统的概述 (3)1.1.1直流电动机的调速方法 (3)1.2 PWM的相关介绍 (4)第二章总体方案设计 (4)2.1 方案比较 (4)2.2 方案论证 (5)2.3 方案选择 (5)2.4设计参数 (6)第三章单元模块的仿真电路设计 (6)3.1转速给定电路设计 (6)3.2转速检测电路设计 (7)3.3电流检测电路设计 (7)3.4 整流及晶闸管保护电路设计 (7)第四章双闭环直流调速系统的仿真设计 (7)4.1转速、电流双闭环直流调速系统的组成及其静特性 (7)........................................................... 错误!未定义书签。

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）。

3. 双闭环调速系统仿真实现步骤步骤一：建立模型在Matlab软件中，建立直流电机的数学模型。

基于MATLAB的双闭环直流调速系统仿真研究双闭环直流调速系统是一种常见的电机控制系统，通过使用两个闭环来控制电机转速和电流，能够使电机稳定运行并满足特定的转速和负载要求。

MATLAB作为一种功能强大的计算软件，可以提供一系列的工具和函数，用于建模、仿真和分析各种控制系统。

双闭环直流调速系统一般由速度环和电流环组成。

速度环用于控制电机的速度，通过测量电机的转速与设定值之间的误差，并将误差信号馈入控制器进行比例、积分、微分运算，最后将输出信号作为电机的控制电压。

电流环则用于控制电机的电流，通过将输出信号与电机的电流进行比较，并通过控制电机的电流调节器来控制电机的电流。

在MATLAB中进行双闭环直流调速系统的仿真研究，主要包括以下步骤：1.建立系统模型：根据实际的电机参数以及控制器的特性，建立电机系统的数学模型。

一般可以使用传递函数来描述电机的动态特性。

2.设计控制器：根据系统的性能要求，设计速度环和电流环的控制器。

可以使用PID控制器或者其他控制算法来实现控制器的设计。

3. 进行仿真实验：根据所设计的控制器和系统模型，进行仿真实验。

在MATLAB中，可以使用Simulink工具箱来搭建系统模型，并通过逐步调整控制器参数，在不同的工况下进行仿真实验，并观察系统的响应。

4.分析结果：根据仿真实验的结果，通过分析系统的响应曲线，评估系统的性能。

可以观察系统的稳态误差、超调量、调节时间等指标，以及系统的抗干扰性能和稳定性。

5.优化控制器参数：根据仿真实验的结果，对控制器参数进行优化调整，以获得更好的系统性能。

可以使用MATLAB提供的优化算法来自动求解最优参数。

总结，基于MATLAB的双闭环直流调速系统仿真研究可以通过建立系统模型、设计控制器、进行仿真实验、分析结果和优化控制器参数等步骤来完成。

通过这些步骤，可以评估控制系统的性能，并对系统进行改进和优化，以满足实际的控制需求。

《机电控制系统分析与设计》课程大作业一基于MATLAB的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真学院：机电工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级：0808108学号：12姓名：林珍坤一、 设计参数转速、电流双闭环直流调速系统，采用双极式H 桥PWM 方式驱动。

电机参数：额定功率 200W ； 额定电压 48V ； 额定电流 4A ；额定转速 500r/min ；电枢回路总电阻 R=8Ω； 允许电流过载倍数 λ=2； 电势系数C e =·min/r ； 电磁时刻常数T L =； 机电时刻常数 T m =；电流反馈滤波时刻常数T oi =； 转速反馈滤波时刻常数T on =1ms要求转速调节器和电流调节器的最大输入电压U *nm =U *im =10V ； 两调节器的输出限幅电压为10V ；PWM 功率变换器的的开关频率f=10kHz ； 放大倍数K=；动态参数设计指标： 稳态无静差；电流超调量i δ≤5%；空载启动到额定转速时的转速超调量δ≤25%； 过渡进程时刻t s =。

二、 设计计算1. 稳态参数计算按照两调节器都选用PI 调节器的结构，稳态时电流和转速误差均应为零；两调节器的输出限幅值均选择为12V电流反馈系数；A V A VI U im /25.14210nom *=⨯==λβ转速反馈系数：r V r Vn U nm min/02.0min/50010max *⋅===α2. 电流环设计（1）确按时刻常数电流滤波时刻常数T oi =，按电流环小时刻常数环节的近似处置方式，则s T T T oi s i 0003.00002.00001.0=+=+=∑（2）选择电流调节器结构电流环可按典型Ⅰ型系统进行设计。

电流调节器选用PI 调节器，其传递函数为ss K s W i i iACR ττ1)(+= （3）选择调节器参数 超前时刻常数：i τ=T L =电流环超调量为σi ≤5%，电流环开环增益：应取5.0=∑i I T K ，则I K =i T ∑5.0=0003.05.0= 于是，电流调节器比例系数为0.00881666.6717.781.25 4.8i i I s R K K K τβ⨯=⋅=⨯=⨯ （4）查验近似条件电流环截止频率ci ω=I K =1666. 67 1/s1）近似条件1：ci ω ≤sT 31此刻，s T 31=0003.01=>ci ω，知足近似条件。