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、基于matlab的直流双闭环调速系统设计与仿真前言在直流双闭环调速系统设计中，在理论设计基础上根据实际系统运行情况作参数的调整是系统设计调试过程必不可少的一部分。
原因在于系统的实际参数，往往与理论设计时所用的值有一定的误差，而且系统某些环节非线性因素影响会使系统在理论设计参数后并不能立即获得理想的调速性能，因此需要通过调试过程才能获得理想性能。
传统的调试方法不仅增加系统的设计与调试强度而且不易产生预期结果。
matlab/simulink仿真平台是基于模型化图形组态的动态系统仿真软件，利用这种仿真工具可以不运行实际系统，只要在计算机上建立数字仿真模型，模仿被仿真对象的运行状态及其随时间变化的过程。
通过对数字仿真模型的运行过程的观察和设计，得到被仿真系统的仿真输出参数和基本特征，以此来估计和推断实际系统的真实参数和真实性。
而且可以非常方便地完成调试过程且能十分直观地得到系统输出波形。
利用matlab/simulink仿真工具有效地对直流调速系统进行参数调试，可以非常直观地观察电动机电流和转速响应情况进行静态和动态分析，是目前国际上广泛流行的工程仿真技术。
本文利用matlab仿真工具对直流调速系统进行仿真分析，通过仿真方法来调整理论设计所得的参数，找出系统调节器的最佳参数，仿真结果可以用来指导实际系统的设计。
直流调速系统的理论设计1.1 系统组成及要求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。
simulink仿真实验报告Simulink仿真实验报告一、引言Simulink是一种基于模型的设计和仿真工具，广泛应用于各领域的工程设计和研究中。
本次实验将利用Simulink进行系统仿真实验，通过搭建模型、参数调整、仿真运行等过程，验证系统设计的正确性和有效性。
二、实验目的本实验旨在帮助学生掌握Simulink的基本使用方法，了解系统仿真的过程和注意事项。
通过本实验，学生将能够：1. 熟悉Simulink的界面和基本操作；2. 理解和掌握模型构建的基本原理和方法；3. 学会调整系统参数、运行仿真和分析仿真结果。
三、实验内容本实验分为以下几个步骤：1. 绘制系统模型：根据实验要求，利用Simulink绘制出所需的系统模型，包括输入、输出、控制器、传感器等。
2. 参数设置：针对所绘制的系统模型，根据实验要求设置系统的参数，例如增益、阻尼系数等。
3. 仿真运行：通过Simulink的仿真功能，对所构建的系统模型进行仿真运行。
4. 仿真结果分析：根据仿真结果，分析系统的动态性能、稳态性能等指标，并与理论值进行对比。
四、实验结果与分析根据实验要求，我们绘制了一个负反馈控制系统的模型，并设置了相应的参数。
通过Simulink的仿真功能，我们进行了仿真运行，并获得了仿真结果。
仿真结果显示，系统经过调整参数后，得到了较好的控制效果。
输出信号的稳态误差较小，并且在过渡过程中没有发生明显的振荡或超调现象。
通过与理论值进行对比，我们验证了系统的稳态稳定性和动态响应性能较为理想。
五、实验总结通过本次实验，我们掌握了使用Simulink进行系统仿真的基本方法和技巧。
了解了系统模型构建的基本原理，并学会了参数调整和仿真结果分析的方法。
这对于我们今后的工程设计和研究具有重要的意义。
六、参考文献1. 《Simulink使用手册》，XXX出版社，20XX年。
2. XXX，XXX，XXX等.《系统仿真与建模实践教程》. 北京：XXX出版社，20XX年。
simulink仿真实验报告一、实验目的本次实验的主要目的是通过使用Simulink软件来进行仿真实验，掌握Simulink仿真工具的基本使用方法，并且了解如何应用Simulink软件来进行系统建模和仿真分析。
二、实验内容1. Simulink软件的基本介绍2. Simulink仿真工具的使用方法3. Simulink模型建立与参数设置4. Simulink仿真结果分析三、实验步骤及方法1. Simulink软件的基本介绍Simulink是一种基于模块化编程思想的图形化编程工具，可以用于建立各种系统模型，并且进行系统仿真分析。
在Simulink中，用户可以通过拖动不同类型的模块来搭建自己所需要的系统模型，并且可以对这些模块进行参数设置和连接操作。
2. Simulink仿真工具的使用方法首先，在打开Simulink软件后，可以看到左侧有一系列不同类型的模块，包括数学运算、信号处理、控制系统等。
用户可以根据自己需要选择相应类型的模块，并将其拖入到工作区域中。
然后，用户需要对这些模块进行参数设置和连接操作，以构建出完整的系统模型。
最后，在完成了系统模型的构建后，用户可以进行仿真分析，并且观察系统的运行情况和输出结果。
3. Simulink模型建立与参数设置在本次实验中，我们主要是以一个简单的控制系统为例来进行仿真分析。
首先，我们需要将数学运算模块、控制器模块和被控对象模块拖入到工作区域中，并将它们进行连接。
然后，我们需要对这些模块进行参数设置，以确定各个模块的输入和输出关系。
最后，在完成了系统模型的构建后，我们可以进行仿真分析，并观察系统的运行情况和输出结果。
4. Simulink仿真结果分析在完成了Simulink仿真实验之后，我们可以得到一系列仿真结果数据，并且可以通过Simulink软件来对这些数据进行进一步的分析和处理。
例如，在本次实验中，我们可以使用Simulink软件来绘制出控制系统的输入信号、输出信号和误差曲线等图形，并且可以通过这些图形来判断系统是否满足预期要求。
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。
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＝０．００１７ｓ，电枢回路总电阻Ｒ＝０．５Ω，电磁时间常数Ｔｌ＝０．０３ｓ，机电时间常数Ｔｍ＝０．１８ｓ，电动势常数Ｃｅ＝０．１３２Ｖ·ｍｉｎ／ｒ，转速反馈系数α＝０．００７Ｖ·ｒ／ｍｉｎ，电流反馈系数β＝０．０８３Ｖ·ｒ／ｍｉｎ。
《系统仿真实验》实验报告目录一《电路》仿真实例 (3)2.1 简单电路问题 (3)2.1.1 Simulink中仿真 (3)2.1.2 Multisim中仿真 (4)2.2 三相电路相关问题 (5)二《自动控制原理》仿真实例 (7)1.1 Matlab绘图 (7)三《数字电路》仿真实例 (8)3.1 555定时器验证 (8)3.2 设计乘法器 (9)四实验总结 (11)一《电路》仿真实例2.1 简单电路问题课后题【2-11】如图所示电路，R0=R1=R3=4Ω，R2=2Ω,R4=R5=10Ω,直流电压源电压分别为10V、4V、6V，直流电流源电流大小为1A，求R5所在的支路的电流I。
（Page49）解：simulink和multisim都是功能很强大的仿真软件，下面就以这个简单的习题为例用这个两个软件分别仿真，进一步说明前者和后者的区别。
2.1.1 Simulink中仿真注意事项：由于simulink中并没有直接提供DC current source，只有AC current source，开始的时候我只是简单的把频率调到了0以为这就是直流电流源了，但是并没有得到正确的仿真结果。
后来问杨老师，在老师的帮助下发现AC current source的窗口Help中明确的说明了交流变直流的方法：A zero frequency and a 90 degree phase specify a DC current source.然后我把相角改成90度后终于得到了正确的仿真结果，Display显示I=0.125A，与课本上答案一致。
2.1.2 Multisim中仿真结果：I=125mA=0.125A(因为电流表探针电压电流比是1V/mA)。
2.2 三相电路相关问题【例】三相电路实际连接图如下所示，是通过功率表和电流的读数，验证课本上的相关结论。
解：Multisim中电路图连接如下所示：解：观察各支路的功率和功率因素，验证了以下几点结论：（1）只有纯阻性支路的功率因素为1；（2）纯感性或纯容性支路的功率因素为0，有功功率也为0；（3）混合支路的（容阻、感阻、容感阻）功率因素在0到1之间。
TGn ASR ACR U *n + -U n U i U *i + - U c TAV M + -U d I dUP 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）选择电流调节结构根据设计要求5%，并且保证稳态电流无差，电流环的控制对象是双惯性型的，且=0.03/0.0037=8.11<10，故校正成典型?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?式中—?电流调节器的比例系数；?—?电流调节器的超前时间常数。
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。
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实验报告5Simulink仿真[推荐五篇]第一篇：实验报告 5 Simulink仿真实验五 Simulink仿真（一）一、实验目的1、熟悉Simulink仿真环境2、了解Simulink基本操作3、了解Simulink系统建模基本方法3、熟悉Simulink仿真系统参数设置和子系统封装的基本方法二、实验内容1、在matlab命令窗口中输入simulink,观察其模块库的构成；2、了解模块库中常用模块的使用方法；3、已知单位负反馈系统的开环传递函数为G=100s+2s(s+1)(s+20)建立系统的模型，输入信号为单位阶跃信号，用示波器观察输出。
4、建立一个包含Gain、Transfer Fcn、Sum、Step、Sine Wave、Zero-Pole、Integrator、Derivative等模块构成的自定义模块库Library1；5、建立如图7-12所示的双闭环调速系统的Simulink的动态结构图，再把电流负反馈内环封装为子系统，建立动态结构图。
三、实验结果及分析：图5-1图5-2图5-3图5-4双闭环调速系统的Simulink的动态结构图图5-5把电流负反馈内环封装为子系统的动态结构图双击Subsystem模块，编辑反馈电流环Subsystem子系统，如图5-6所示：图5-6分析：Simulink是Mathworks开发的MATLAB中的工具之一，主要功能是实现动态系统建模、仿真与分析。
可以在实际系统制作出来之前，预先对系统进行仿真与分析，并可对系统做适当的适时修正或按照仿真的最佳效果来调试及整定控制系统的参数，达到提高系统性能。
减少涉及系统过程中的反复修改的时间、实现高效率地开发系统的目标。
Simulink提供了建模、分析和仿真各种动态系统的交互环境，包括连续系统、离散系统和混杂系统，还提供了采用鼠标拖放的方法建立系统框图模型的图形交互界面。
第二篇：仿真实验报告仿真软件实验实验名称：基于电渗流的微通道门进样的数值模拟实验日期：2013.9.4一、实验目的1、对建模及仿真技术初步了解2、学习并掌握Comsol Multiphysics的使用方法3、了解电渗进样原理并进行数值模拟4、运用Comsol Multiphysics建立多场耦合模型，加深对多耦合场的认识二、实验设备实验室计算机，Comsol Multiphysics 3.5a软件。
双闭环直流调速系统Simulink仿真1.1双闭环直流系统的原理ASR（速度调节器）根据速度指令Un*和速度反馈Un的偏差进行调节，其输出是电流指令的给定信号Ui*（对于直流电动机来说，控制电枢电流就是控制电磁转矩，相应的可以调速）。
ACR(电流调节器)根据Ui*和电流反馈Ui的偏差进行调节，其输出是UPE （功率变换器件的）的控制信号Uc。
进而调节UPE的输出，即电机的电枢电压，由于转速不能突变，电枢电压改变后，电枢电流跟着发生变化，相应的电磁转矩也跟着变化，由Te-TL=Jdn/dt，只要Te与TL不相等转速会相应的变化。
整个过程到电枢电流产生的转矩与负载转矩达到平衡，转速不变后，达到稳定。
1.2双闭环调速系统的动态结构图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，晶闸管装置的放大倍数Ki=40，电枢回路总电阻R=0.5Ω，时间常数s .T l 030=，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：电流朝调量%σi 5≤；空载启动到额定转速电流超调量%%σn 10≤。
1.3 电流调节器设置根据设计要求，可以按照典型I 型系统设计，电流调节器选用PI 型，其传递函数为：S τiS τi K i WACR(S)1+= 式中，ACR 超前时间常数s i 03.0=τ，比例系数013.1=K i ，在设计过程中，对闸管装置传递函数近似条件，忽略反电动势对电流环影响的条件、小时间常数近似处理条件进行了校验。
1.4 转速调节器设计由于设计要求无静差，转速调节器必须有积分环节，又根据动态要求，应按照典型Ⅱ型系统设计转速环，所以ASR 选用PI 调节器，其传递函数为：Sτn S τnK n WASR(S)1+= 式中，ASR 的超前时间常数s n 087.0=τ,比例系数7.11=K n ，在设计过程中，对电流环传递函数简化条件，小时间常数近似处理条件进行了校验。
Simulink系统仿真课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解Simulink的基本原理和功能，掌握Simulink的常用模块及其使用方法。
2. 学生能运用Simulink构建数学模型，实现对动态系统的仿真和分析。
3. 学生能掌握Simulink与MATLAB的交互操作，实现数据传递和模型优化。
技能目标：1. 学生具备运用Simulink进行系统仿真的能力，能独立完成简单系统的建模和仿真。
2. 学生能通过Simulink对实际工程问题进行分析，提出解决方案，并验证其有效性。
3. 学生具备团队协作能力，能与他人合作完成复杂系统的仿真项目。
情感态度价值观目标：1. 学生对Simulink系统仿真产生兴趣，提高对工程学科的认识和热爱。
2. 学生在仿真实践中，培养严谨的科学态度和良好的工程素养。
3. 学生通过课程学习，增强解决实际问题的信心，形成积极向上的学习态度。
课程性质：本课程为实践性较强的学科，结合理论知识，培养学生运用Simulink进行系统仿真的能力。
学生特点：学生具备一定的MATLAB基础，对Simulink有一定了解，但实际操作能力较弱。
教学要求：注重理论与实践相结合，强化动手能力训练，培养学生解决实际问题的能力。
在教学过程中，关注学生的个体差异，因材施教，提高学生的综合素质。
通过课程学习，使学生能够独立完成系统仿真项目，并为后续相关课程打下坚实基础。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. Simulink基础操作与建模- 熟悉Simulink环境，掌握基本操作。
- 学习Simulink常用模块，如数学运算、信号处理、控制等模块。
- 结合教材章节，进行实际案例分析，让学生了解Simulink建模的基本过程。
2. 系统仿真与分析- 学习Simulink仿真参数设置，掌握仿真算法和步长设置。
- 利用Simulink对动态系统进行建模与仿真，分析系统性能。
- 结合实际案例，让学生通过仿真实验，掌握系统性能分析方法。
自动控制系统2010年7月16日目录1课程设计目的 (1)2系统介绍 (2)2.1双闭环构造简介 (2)2.2MATLAB简介 (2)3直流调速系统的理论设计 (3)3.1系统要求 (3)3.2电流调节器设计 (3)3.3速度调节器设计 (5)4.仿真 (6)5.心得体会 (10)6.参考文献 (10)程设计说明书NO.1阳大学程设计说明书NO.22系统介绍2.1双闭环简介转速、电流双闭环调速系统是当前应用最广的直流调速系统，利用电流调节器和转速调节器实现了串级控制，从而可以无限逼近理想起动过程。
采用工程设计方法，建立了系统的动态数学模型，并基于自动控制系统快、准、稳的准则完成了系统设计。
同时，利用Simulink进展了系统仿真，给出了仿真框图和仿真结果，通过对结果的分析进一步验证了双闭环调速系统的优越性。
为了实现转速和电流2种负反应分别起作用，在系统中设置了2个调节器，分别是电流调节器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。
从闭环构造上看，电流调节器在里面，叫做环；转速调节器在外边，叫做外环。
双闭环调速系统的原理图如图1所示。
图1双闭环词速系统原理图2.2MATLABMATLAB是矩阵实验室〔Matri* Laboratory〕的简称，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两大局部。
MATLAB的根本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常阳大学程设计说明书NO.3阳大学程设计说明书NO.4滤平波头，应该有ms T oi 33.3)2~1(=,因此取s T oi 002.0=；③电流环小时间常数i T ∑ 按小时间常数近似处理，取s T T T oi s i 0037.0=+=∑。
x x 学院学报Journal of xxx College基于Matlab-Simulink仿真的双闭环直流调速系统的设计与研究姓名(xxx大学,江苏,南京210000摘要:根据实际应用要求以及给定参数,对转速、电流双闭环直流调速系统进行设计,计算其控制系统的参数,并通过matlab软件的simnlink,对设计的系统进行仿真,以验证设计的正确性,并分析仿真结果,从而进一步说明双闭环调速系统的可行性与优越性。
对计算过程做了着重重视,详细精炼,可以为高校学生参与调速研究提供细节性的指导。
关键词:双闭环直流调速matlab 仿真中图分类号:TG156文献标志码:DESIGN AND RESEARCH Of DOUBLE-LOOP DC MOTOR SPEED CONTROL SYSTEM BASED ON MATLAB-SIMULINKName(xxx College ,Nanjing 210000,Jiangsu ,ChinaAbstract:According to the practical appliance and the parameters given , make a design of the double-loop DC motor speed control system, calculating the other parameters that are needed in the control system we design .I make a simulation of the control system through Matlab-simulink to ensure the preciseness of it. Besides, there is adeep analyse about the characters of the designed system to account for the feasibility of the double-loop DC motor speed control system,as well as the supriorities of it . I make stronge emphysis on specific calculation of the parameters, it can supply a guide for college student who are in research of the speed control system in details.Key words: double-loop;DC machine speed control ; matlab ;simulation0 引言*直流电动机因其性能宜于在广泛范围内平滑调速,其调速控制系统历来在工业控制中占有极其重要的地位。
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．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．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为了实现转速和电流2种负反馈分别起作用，在系统中设置了2个调节器，分别是电流调节器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。
从闭环结构上看,电流调节器在里面,叫做内环；转速调节器在外边，叫做外环。
双闭环调速系统的原理图如图1所示。
图 1 双闭环调速系统的原理图1.2 双闭环调速系统的结构直流电机的双闭环调速系统的结构如图2所示，电流调节和速度调节之间实行串联联接，及以速度调节器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，作为晶闸管触发器 AT 的控制电压，从而调节晶闸管变流器的整流电压 Ud，这样，两种调节作用就能互相配合，相辅相成。
为了获得良好的静态、动态性能，两个调节器一般都采用PI 调节器。
图 2 双闭环调速系统的结构图图 1 中转速调节器 ASR 和电流调节器 ACR 的型式和参数将在设计过程中决定。
转速电流双闭环调速系统属于多环系统，电流环是内环，转速环是外环。
设计先从内环入手，首先设计电流调节器，把电流环等效为转速环中的一个环节，再设计转速调节器。
设计方法是根据对闭环工作的要求，选择典型系统的类型，然后按最佳参数为闭环系统设计合适的调节器，最后求出调节器参数。
图 3 双闭环调速系统的动态结构图双闭环调速系统的动态结构图如图3所示。
由于检测信号和转速检测信号中常含有交流谐波成分，在反馈端加上T型滤波器。
同时为了补偿反馈通道中的惯性作用，在给定通道中也加入时间常数相同的惯性环节。
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(1)静态精度(转差率Ｓ), 在电网电压波动±10%，负载变化±20%，静态精度 S 〈5%，电流和转速超调量σ〈1000,振荡次数N<(2~3)，调速范围D 〉10~15；(2)电动机数据∶额定电流136A ，额定电压230V ，功率30KW ， 额定转速1460转/分，电势转速比,132.0=e C 电枢电阻R Ω=0.5Ω,过载系数λ=1.5,可控硅整流装置K S =40. s T L 03.0=，s T m 81.0=。
(3)测速发电机，永磁式，额定数据为∶电压110V ，电流0.045A ，转速1900r/min ，min /1900,21.0,1.23r n A I W P g g g ===（4）静态计算：根据调速范围和静差率的要求得到：min/33.7)05.01(1005.01460)1(0r s D s n n =-⨯=-=∆取测速反馈输出电压为10V ，则转速反馈系数：007.0146010===n u n α ASR 饱和输出取12V ，系统输出最大电流为ddm I I 2=，则电流反馈系数：037.0136*210*==dm i I U β，取0.052.2 电流环设计电流环设计主要为电流调节器的选择及参数计算。
（1）电流环结构的简化。
由于电流的响应过程比转速响应过程快得多，因此假定在电流调节过程中，转速来不及变化，从而不考虑反电动势 E 的影响，所以反电势的反馈支路相当于断开，再把反馈环节等效地移到环内。
因为s T 和oi T 一般比1T 小得多，可作小惯性环节处理，故取oi s T T T +=∑。
其中简化条件满足扰动作用下的闭环传递函数：1****1*2**1*2)1*(**2*1**2)()(2233222+++++++=∆S T h S T h hS T h h S T S K h T h S N S C 电流环结构图最后简化为如下框图：图 4 电流环的动态结构简化图（2）电流调节器的选择。
对于经常起制动的生产机械，希望电流环跟随性能好，起超调量越小越好。
在这种情况下，应该选择典型 I 型系统设计电流环。
如果生产机械工作环境的电网电压波动较大，希望电流环有较强的抗电网电压扰动能力。
从这个观点出发，电流环应该采用典型 II 型系统设计电流环。
另外，电流环中两个时间常数之比，也可决定选择方案。
在这里选用典型I 型系统进行电流环的设计。
图3 表明电流调节 ACR 的调节对象是双惯性环节，为了把电流环校正成典型I 型系统，ACR 函数必须是PI 调节器形式。
其传递函数为SS K S W i i i ACR *1**)(ττ+=为了消去控制对象的大惯性时间常数的极点，选择1T i =τ，则电流环的动态结构图简化为图 5 校正成典型I 型系统的电流环其中，RK K K i s i I **τβ=比较典型的二阶开环传递函数，得s I K K =，T T i =∑。
（3）电流调节器参数选择。
电流调节器参数是I K 和i τ。
现在已选定1T i =τ，而i τ取决于所需的ci ω和动态性能指标。
所以三相桥式整流电路平均失控时间：s T s 0017.0=，电流滤波时间常数：s T oi 002.0=。
电流环小时间常数：0037.0=+=∑oi s i T T T ACR 时间常数：==l i T τs 03.0又因%5%<σ，取1.1350037.05.05.0===∑i I T K ACR 的比例系数为：013.14005.05.003.01.135=⨯⨯⨯==s i Ii K R K K βτ 1.135==I ci K ω（4）实际电路的参数计算。
根据以上的数据，计算模拟的电子电路实际电路的电器元件的参数如下 取：R 0=40K,K R K R i i 26.2420213.10=⨯== 取40KF R C iii μτ75.04000003.0===取F μ75.0 F R T C oi oi μ2.040000002.0440=⨯==取F μ2.0 则实际电路图如图6所示。
其中：D 1,D 2,W 1,W 2构成限幅电路。
图 6 电流环原理图2.3 转速环设计（1）电流环的闭环传递函数。
在设计转速环时，把设计好的电流环作为转速调节器的调节对象的一部分，所以电流环的传递函数为1*)(1))1*(*(1))1*(*()(1++=+++=∑∑∑I I i i I i I ic K S S K T S T S K S T S K S W转速环的截止频率cn ω较低，因此电流闭环传递函数可降阶近似处理，即1*)1(1)(1+=S K S W I ic由于图5的输入信号为β*i U ，在这里考虑设计成5.0*=∑i I T K ，则电流环等效闭环传递函数1**21)(*+=∑S T U S I i i d ββ（2）转速环的简化即调节器的选择。
转速闭环部分的简化图如图7，其中on i n T T T +=∑∑2图 7 转速环的动态结构简化图图 8 转速环的动态结构简化图图8 为不考虑负载 IL 的扰动情况下的简化。
因为调速系统首先需要有较好的抗扰动性能，所以采用抗扰能力强的典型II 型系统设计转速调节器。
要把转速环校正为典型 II 型系统，ASR 应该采用 PI 型，其传递函数为SS K S W n n nASR *1*)(ττ+=调速系统的开环传递函数为)1*(*)1*(*)1*(*****)1*(***)(22++=++=∑∑S T S S K S T S T C B S R a K S W n n N n m e n n n n τττ式中，me n n N T C B Ra K K *****τ=（3）转速调节器参数的选择。
1）确定时间常数：电流环等效时间常数为=∑i T 20.0074s 转速滤波时间常数为取为=on T 0.01s 转速环小时间常数0174.02=+=∑∑on i n T T T s2）根据性能指标选取h=5ASR 的超前时间常数s hT n n 087.00174.05=⨯==∑τ 转速环开环增益4.3960174.0252152122=⨯⨯+=+=∑n N T h h KASR 的比例系数为：7.110174.05.0007.05218.0132.005.062)1(=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=+=∑n m e n RT h T C h k αβ转速截止频率 5.34087.04.3961=⨯===n N Ncn K K τωω（4）实际电路的参数计算。
