基于Matlab的α=β配合控制有环流可逆直流调速系统的仿真

摘要对双闭环α=β配合控制有环流可逆直流调速系统进行了计算机仿真研究,运用Matlab的Simulink和Power System工具箱、面向系统电气原理结构图的仿真方法,实现了转速电流双闭环α=β配合控制有环流直流可逆调速系统的建模与仿真。

重点介绍了调速系统的建模和调节器参数的设置,给出了直流可逆调速系统的仿真模型和仿真结果,仿真结果非常接近实际情况,说明了仿真模型的正确性。

关键词：环流；配合控制；双闭环直流可逆调速系统；Matlab 仿真；调节参数；仿真模型绪论配合控制有环流可逆调速系统概述许多生产机械要求电动机既能正转，又能反转，而且常常还需要快速的启动和制动，这就需要电力拖动系统具有四象限运行的特性，即需要可逆的调速系统。

较大功率的可逆直流调速系统多采用晶闸管整流器－电动机调速系统(简称V-M系统)。

即采用两组晶闸管整流装置反向并联的方法实现系统的可逆运行。

但是，如果两组装置的整流电压同时出现，便会产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，称为环流，加重晶闸管和变压器的负担，甚至导致晶闸管损坏。

配合控制消除直流平均环流的原则是正组整流装置处于整流状态，即为正时，强迫使反组处于逆变状态，即，且幅值相等，使逆变电压把整流电压顶住，则直流平均环流为零。

第1章系统组成及原理直流调速系统中配合控制的有环流可逆调速系统又称作自然环流系统。

其原理框图如图1-1所示。

控制电路采用转速、电流双闭环系统。

1.1配合控制的有环流可逆调速系统的组成系统的原理框图示于图1-1。

图中主电路采用两组三相桥式晶闸管装置反并联电路，VF为正组整流装置，VR为反组整流装置，TM为三相变压器，电动机为它励直流电动机，图中励磁绕组未画出，主电路还有四个环流电抗器，，，和一个平波电抗器。

控制线路采用典型的转速电流双闭环系统，速度调节器ASR和电流调节器ACR均为由反相输入式运算放大器组成的PI调节器，且都设置了双向输出限幅，以限制最大的动态电流和最小控制角与最小逆变角，GTF为正组移相触发装置，GTR为反组移相触发装置，AR为反相器，为正组输出电压，为反组输出电压。

收稿日期:2004-03-18第21卷第11期计算机仿真2004年11月文章编号:1006-9348(2004)11-0042-03基于MATLAB的双闭环可逆直流调速系统的仿真研究李威震,于敬玲(淮海工学院电子系,江苏连云港222000)摘要:该文对双闭环无环流可逆直流调速系统进行了计算机仿真研究。

双闭环可逆直流调速系统是一个复杂的自动控制系统,在设计和调试过程中有大量的参数需要计算和调整。

运用传统的设计方法工作量大,系统调试困难。

随着计算机技术的发展,在软件和硬件方面提供了良好的设计平台。

该文运用MA TLAB软件建立了调速系统的仿真模型。

在建立系统计算机仿真模型时,由于系统复杂,首先利用MA TLAB的子系统模块将主电路和触发电路封装成一个子系统;然后将子系统与其他模块一起组成整个调速系统的仿真模型。

利用SIMULINK中仿真功能对系统进行了仿真,仿真的结果证明了该方法的可行性、合理性。

利用仿真技术可以很大程度地减少双闭环可逆直流调速系统设计和调试强度。

关键词:仿真;子系统;封装;双闭环可逆直流调速系统中图分类号:TP391.9 文献标识码:ASimulation of DC Double-loops Speed Control SystemBased on MATLABLI Wei-zhen, YU Jing-ling(Huaihai Institute of Technology, Lianyungang Jiangsu 222000,China)ABSTRACT:This paper provides a research about the simulation of DC double-loop speed control system. In the complexsystem designed, there are many parameters that need to be calculated and adjusted. For the traditional method, the designwork is hard. It is difficult to regulate. With development of computer technology, it provides a platformwith hardware andsoftware. The system simulation model is builtwith the MA TLAB software. When the systemmodel is made, a subsystem ispacked withmain circuit and trigger circuit. The result of the simulation is practical and reasonable. The designwork can bemuch reduced when using the simulation technology.KEYWORDS:Simulation;Subsystem;Packed;DC double-loop speed control system1 概述用计算机仿真方法研究电路的性能,方便、直观、经济、有效,是进行电路分析和设计的常用方法。

基于MATLAB的双闭环直流调速系统仿真研究摘要：本次的实验内容介绍了双闭环直流调速系统的原理及组成，并且分别对电流调节器和转速调节器进行了分析，而且对电流环和转速环模型的建立和参数的设计，运用MATLAB计算机软件对其进行了仿真研究，并得出实验结果。

关键词：双闭环直流调速系统电流环转速环计算机仿真一、研究要求1、掌握双闭环直流调速系统的原理及组成2、掌握双闭环直流调速系统的仿真研究方法二、双闭环直流调速系统原理2.1、双闭环直流调速系统的介绍许多生产机械，由于加工和运行的要求，使电动机经常处于起动、制动、反转的过渡过程中，因此起动和制动过程的时间在很大程度上决定了生产机械的生产效率。

为缩短这一部分时间，仅采用PI调节器的转速负反馈单闭环调速系统，其性能还不很令人满意。

双闭环直流调速系统较单闭环相比具有动态响应快、抗干扰能力强等优点，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。

具有单闭环不能比拟的优势2.2、双闭环直流调速系统的组成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，如1图所示，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 转速、电流反馈控制直流调速系统原理图2.3系统的静态和动态性能指标2.3.1 系统的静态性能指标首先，画出其稳态系统结构框图，如图2所示图2 双闭环直流调速系统的稳态结构图由于当调节器饱和时，输出达到限幅值，输入量的变化不再影响输出量，除非有反向的输入信号使调节器退出饱和。

直流调速系统的MATLAB 仿真一、开环直流速系统的仿真开环直流调速系统的电气原理如图1所示。

直流电动机的电枢由三相晶闸管整流电路经平波电抗器L 供电，通过改变触发器移相控制信号c U 调节晶闸管的控制角α，从而改变整流器的输出电压，实现直流电动机的调速。

该系统的仿真模型如图2所示。

MU d+I dGTU cE +--UCR图1 开环直流调速系统电气原理图图2 直流开环调速系统的仿真模型为了减小整流器谐波对同步信号的影响，宜设三相交流电源电感s 0L =，直流电动机励磁由直流电源直接供电。

触发器（6-Pulse ）的控制角（alpha_deg ）由移相控制信号c U 决定，移相特性的数学表达式为minc cmax9090U U αα︒-=︒-在本模型中取min 30α=︒，cmax 10V U =，所以c 906U α=-。

在直流电动机的负载转矩输入端L T 用Step 模块设定加载时刻和加载转矩。

仿真算例1 已知一台四极直流电动机额定参数为N 220V U =，N 136A I =，N 1460r /min n =，a 0.2R =Ω，2222.5N m GD =⋅。

励磁电压f 220V U =，励磁电流f 1.5A I =。

采用三相桥式整流电路，设整流器内阻rec 0.3R =Ω。

平波电抗器d 20mH L =。

仿真该晶闸管-直流电动机开环调速系统，观察电动机在全压起动和起动后加额定负载时的电机转速n 、电磁转矩e T 、电枢电流d i 及电枢电压d u 的变化情况。

N 220V U =仿真步骤：1）绘制系统的仿真模型（图2）。

2）设置模块参数（表1） ① 供电电源电压N rec N 2min 2200.3136130(V)2.34cos 2.34cos30U R I U α++⨯==≈⨯︒② 电动机参数 励磁电阻：f f f 220146.7()1.5U R I ===Ω 励磁电感在恒定磁场控制时可取“0”。

MATLAB双闭环直流调速系统的工程设计与仿真双闭环直流调速系统是一种常见的控制系统，在工业中被广泛应用于电机的调速。

本文将针对MATLAB中的双闭环直流调速系统进行工程设计与仿真。

1.系统架构设计双闭环直流调速系统主要由速度环和电流环组成。

速度环主要负责控制电机的速度，通过比较给定速度和实际速度，产生速度偏差。

电流环主要控制电机的电流，通过比较给定电流和实际电流，产生电流偏差。

速度环和电流环形成了一个闭环控制系统，可以使得电机在速度和电流方面达到我们所要求的目标。

2.系统建模在MATLAB中，可以使用Simulink进行系统建模。

首先，需要建立电机的数学模型，包括机械模型、电磁模型和电气模型。

电机的机械模型可以使用转矩方程来描述，电磁模型可以使用电压方程来描述，电气模型可以使用网路方程来描述。

然后，将这些模型通过各个子系统进行连接，并进行参数设置。

最后，通过连接速度环和电流环的闭环控制系统，完成整个系统的建模。

3.控制器设计在MATLAB中，可以使用PID控制器进行控制器的设计。

首先，通过调节PID控制器的参数，使得系统的过渡过程满足我们对速度和电流的要求。

然后，使用增量PID算法对控制器进行改进，减小控制误差。

最后，通过将速度控制器与电流控制器进行串联，完成双闭环控制系统的设计。

4.系统仿真在MATLAB中，可以使用Simulink进行系统的仿真。

首先，设置仿真时间和步长，并进行仿真参数设置。

然后，通过给定输入信号，例如阶跃信号，观察系统的输出响应。

通过调整控制器的参数，观察系统的响应特性，包括超调量、稳定时间和稳态误差等。

最后，通过对仿真数据的分析，检验系统是否满足我们的设计要求。

总结：MATLAB提供了丰富的工具和函数，可以帮助我们进行双闭环直流调速系统的工程设计与仿真。

通过建立系统模型、设计控制器并进行仿真分析，可以快速有效地完成系统设计。

同时，可以通过调整参数和算法对系统进行优化，使得系统的性能更加稳定和可靠。

基于MATLAB的直流调压调速控制系统的仿真1. 引言1.1 研究背景直流调压调速系统作为电力电子领域中的重要研究方向，其控制技术的研究一直备受关注。

随着工业自动化的发展和能源需求的增加，直流调压调速系统在工业控制和电力传输中发挥着重要作用。

传统的直流调压调速系统在控制精度、响应速度和稳定性方面存在一定的不足，因此需要不断改进和优化。

在这样的背景下，基于MATLAB的直流调压调速控制系统的仿真研究变得尤为重要。

利用MATLAB这一强大的工具，研究人员可以对系统进行建模、设计控制器、分析系统稳定性并进行仿真验证，从而实现对系统性能的优化和提升。

本文旨在通过对直流调压调速控制系统的建模、PID控制器设计与仿真、系统稳定性分析、参数优化与性能评价以及系统仿真结果分析等方面进行研究，进一步探讨如何通过MATLAB工具来实现直流调压调速系统的优化和控制。

希望通过本文的研究，能够为直流调压调速系统的控制技术研究提供一定的参考和借鉴，促进该领域的发展与进步。

1.2 研究目的直流调压调速控制系统是电气工程中常见的控制系统，在工业生产和实验研究中有着广泛的应用。

研究的目的在于通过MATLAB进行仿真，探究系统的建模、PID控制器设计、系统稳定性分析、参数优化以及性能评价等方面的问题。

通过深入研究直流调压调速控制系统的各种特性及其影响因素，可以更好地理解控制系统的工作原理和性能特点，为实际工程应用提供指导。

通过仿真实验，可以降低实验成本、提高实验效率，并能够在设计过程中进行多次调试和优化，从而得到更加理想的控制效果。

研究直流调压调速控制系统的仿真具有重要的现实意义和理论价值。

通过本研究的深入探讨，不仅可以加深对控制系统理论的理解，还可以为工程实践提供有益的借鉴和指导。

1.3 研究意义直流调压调速控制系统作为工业控制领域中的重要组成部分，其研究具有重要的理论价值和实际应用意义。

首先，在工业生产中，直流调压调速控制系统广泛应用于电动机、风电变流器、UPS电源等设备中，能够实现对电压和速度的精确控制，提高设备的运行效率和稳定性。

基于MATLAB的直流调压调速控制系统的仿真直流调压调速控制系统是工业自动化领域中常见的一种控制系统，它可以实现对直流电机的电压和速度进行精确的控制。

本文基于MATLAB软件对直流调压调速控制系统进行了仿真，主要包括建立电路模型、设计控制器、进行系统仿真等步骤。

通过仿真分析，可以验证控制系统的性能和稳定性，为实际工程应用提供参考。

一、直流电机数学模型直流电机是直流调压调速控制系统的执行元件，其数学模型可以基于电路和机械原理进行建模。

直流电机的数学模型主要包括电动势方程和机械方程，可以用下面的公式表示：1）电动势方程：\[E_a = K_e \omega\]\(E_a\)是电机的电动势，\(K_e\)是电机的电机常数，\(\omega\)是电机的角速度。

综合考虑电动势方程和机械方程，可以得到直流电机的传递函数：\[G(s) = \frac{k}{(s+a)(s+b)}\]\(k\)是传递函数的增益，\(a\)和\(b\)是传递函数的两个极点。

二、控制器设计在直流调压调速控制系统中，通常采用PID控制器来实现对电压和速度的精确控制。

PID控制器的传递函数可以表示为：\[C(s) = K_p + K_i \frac{1}{s} + K_d s\]\(K_p\)、\(K_i\)和\(K_d\)分别是比例环节、积分环节和微分环节的增益。

为了实现对电压和速度的精确控制，可以设计两个PID控制器，分别用于电压环和速度环。

电压环的PID控制器可以根据电机的电动势方程进行设计，速度环的PID控制器可以根据电机的机械方程进行设计。

三、系统仿真基于MATLAB软件，可以建立直流调压调速控制系统的仿真模型，对系统进行模拟和分析。

需要建立直流电机的数学模型，包括电动势方程和机械方程，并将其转化为传递函数形式。

然后，设计电压环和速度环的PID控制器，确定各个环节的增益参数。

将电机模型和控制器模型进行组合，得到整个系统的开环传递函数。

直流调速系统的MATLAB仿真直流调速系统是一种常见的电动机调速系统，其通过控制电枢电流或者换向电压，实现对电机转速的控制。

MATLAB是一款功能强大的工程软件，可以进行系统的建模仿真和控制算法的开发，因此可以用来进行直流调速系统的MATLAB仿真。

首先，我们需要对直流调速系统进行建模。

直流调速系统的主要组成部分包括电机、电流控制器和运动控制器。

电机是系统的执行器，电流控制器用来控制电机的电流，根据控制电机速度的需求调节电机的电压和电流。

运动控制器用来计算输出控制电压，控制电机的转速。

在MATLAB中，可以使用Simulink工具箱进行系统的建模。

Simulink提供了丰富的电气元件库和控制元件库，方便用户进行系统的搭建。

首先，我们需要在Simulink中搭建直流电机模型，可以使用电感、电阻和后验电动势等元件来描述电机的特性。

然后，可以添加电流控制器和运动控制器，分别用来控制电机的电流和速度。

在仿真过程中，我们可以通过输入电压的变化来模拟用户对电机速度的调节。

可以使用阶跃输入信号来模拟用户的控制输入。

然后，通过对系统进行仿真，观察输出转速的变化，并根据需要对控制算法进行调节。

可以使用MATLAB的绘图工具对输出转速进行可视化，也可以记录仿真过程中的各种参数，方便后续的分析和处理。

当然，在进行直流调速系统的MATLAB仿真时，还可以加入一些其他的因素，如电机负载变化、电机参数变化等。

这些因素会对系统的动态性能和稳态精度产生影响，因此需要在仿真过程中对其进行考虑。

总之，直流调速系统的MATLAB仿真可以帮助我们进行系统的设计和优化。

通过对系统的建模和仿真，以及对仿真结果的分析，可以帮助我们更好地理解和掌握直流调速系统的原理和特性，并且为系统的实际应用提供指导和支持。

基于Matlab的双闭环直流调速系统设计及仿真宋友志摘要：本文介绍了基于工程设计方法对直流调速系统的设计，根据直流调速双闭环控制系统的工作原理，详细分析了系统的起动过程及参数设计，运用Simulink 进行直流电动机双闭环调速系统的数学建模和系统仿真。

最后显示控制系统模型以及仿真结果并加以分析。

关键词：转速环；电流环；调节器；SimulinkDesignation and Simulation of Double Loop DC Motor Control SystemBased on MatlabAbstract:This paper introduces a design method of DC system based on engineering, according to its working principle,analyzing the dynamic process and the parameters designation detailedly,modeling and simulating were carried out to the dual closed-loop control system of the direct current motor by using Simulink.In the end,analyzing the simulation results.Key words:loop of revolution rate;loop of current;regulator;Simulink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。

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。