单闭环控制系统设计及仿真要点

课程设计单闭环不可逆直流调速系统仿真实验设计指导教师:学院:专业：班级:姓名：学号：目录任务书 (3)概述 (4)原理 (5)建模与参数设置 (12)仿真结果及分析 (16)参考文献 (17)附图 (18)任务书单闭环不可逆直流调速系统仿真实验设计1．画出系统的仿真模型2．主电路的建模和模型的参数设置（1）三相对称交流电压源的建模和参数设置（2）晶闸管整流的建模和参数设置（3）平波电抗器的建模和参数设置（4）直流电动机的建模和参数设置（5）同步脉冲触发器的建模和参数设置3．控制电路的建模和参数设置4．系统的仿真参数设置5．系统的仿真,仿真结果的输出及结果分析6．打印说明书（B5），并交软盘（一组)一张。

注意事项:1．系统建模时，将其分成主电路和控制电路两部分分别进行2．在进行参数设置时，晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机等的参数设计原则如下：如果针对某个具体参数设置，则对话框的有关参数应取装置的实际值；如果不针对某歌剧厅的装置的一般情况，可先去这些装置的参数默认值进行仿真。

若仿真结果不理想，则通过仿真实验，不断进行参数优化，最后确定其参数。

3．给定信号的变化范围、调节器的参数的反馈检测环节的反馈系数等可调参数的设置，其一般方法是通过仿真试验，不断进行参数优化.4．仿真时间根据实际需要而定，以能够仿真出完整的波形为前提.5．仿真算法的选择：通过仿真实践，从仿真能否进行、仿真的速度、仿真的精度等方面进行选择。

为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环系统。

对调速指标要求不高的场合,采用单闭环系统，按反馈的方式不同分为转速反馈、电流反馈、电压反馈、本次设计中采用的为单闭环不可逆直流调速系统。

转速单闭环系统原理如图1所示，图中将反映转速变化的电压信号作为反馈信号,经速度变换后接到电流调节器的输入端,与给定的电压相比较经放大后，得到移相控制电压Uct，用作控制整流桥的触发电路，触发脉冲经功放后加到晶闸管的门极和阴极之间，以改变三象全控整流电路的输出电压，这就构成了速度反馈闭环系统。

实验名称：单闭环直流调速系统PID 控制器参数设计仿真 1.实验原理1)单闭环直流调速系统典型单闭环直流调速系统框图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。

为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环控制系统(包括单闭环系统和多闭环系统)。

对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速指标较高的则采用多闭环系统。

在单闭环系统中，转速单闭环使用较多。

2)PID 控制在模拟系统中，PID 调节器是一种线性调节器，它将给定值r(t)与实际输出值c(t)的偏差的比例(P)、积分(I)、微分(D)通过线性组合构成控制量，对控制对象进行控制。

1、PID 调节器的微分方程⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=⎰tDI P dt t de T dt t e T t e K t u 0)()(1)()(式中 )()()(t c t r t e -= 2、PID 调节器的传输函数⎥⎦⎤⎢⎣⎡++==S T S T K S E S U S D D I P 11)()()(PID 调节器各校正环节的作用1、比例环节：即时成比例地反应控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，调节器立即产生控制作用以减小偏差。

2、积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。

积分作用的强弱取决于积分时间常数TI ，TI 越大，积分作用越弱，反之则越强。

3、微分环节：能反应偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号的值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。

4）建立单闭环直流调速系统模型直流电动机：额定电流V Un 220=，额定电流A I dn 55=，额定转速min /1000r n N =，电动机电势系数r V C e m in/192.0•=，假设晶闸管整流装置输出电流可逆，装置放大系数44=s k ，滞后时间常数s T s 00167.0=，电枢回路总电阻Ω=1.0R ，电枢回路电磁时间常数s T l 00167.0=，电力拖动系统机电时间常数s Tm075.0=，转速反馈系数r V min/01.0⋅=α，对应额定是给定电压V U n 10=*。

单闭环流量定值控制系统matlab仿真什么是闭环流量定值控制系统？闭环流量定值控制系统是一种基于反馈的控制系统，用于控制流体的流量，并将其维持在预定的值。

该系统通过传感器获取流量的实际值，并与设定的目标值进行比较，然后根据误差信号来调整执行器，以使流量保持在目标值附近。

闭环流量定值控制系统常用于流量控制、液位控制和压力控制等领域。

为什么需要闭环流量定值控制系统？在许多工业流程中，保持流量在设定的目标值是非常重要的。

例如，在化工生产中，过高或过低的流量可能导致反应速率变化、产品质量下降，甚至设备损坏。

因此，需要一种控制系统来实时监测和调整流量，以确保其保持在预定值附近。

闭环流量控制系统的优势是什么？与开环控制系统相比，闭环流量定值控制系统具有以下优势：1. 提高系统的稳定性：闭环控制系统通过不断地与目标值进行比较和反馈来调整执行器，以保持流量的稳定性。

因此，即使受到干扰或系统参数变化，闭环系统仍能快速响应并修正偏差。

2. 提高系统的鲁棒性：闭环控制系统可以通过自适应算法实现对系统参数变化的自动调整，从而提高系统的鲁棒性和对干扰的适应能力。

3. 提高系统的精确度：通过对实际流量进行实时监测和不断调整，闭环系统可以更准确地控制流量，使其保持在设定的目标值附近。

闭环流量定值控制系统的设计步骤：1. 系统建模：首先，需要对流量控制系统进行建模。

根据具体的应用，可以采用传统的线性模型或更复杂的非线性模型。

2. 控制器设计：根据系统模型，设计合适的控制器。

常用的控制器包括比例-积分-微分（PID）控制器、模糊控制器和自适应控制器等。

控制器的选择应综合考虑系统的复杂度、要求的精确度和对干扰的鲁棒性。

3. 传感器选择：选择适当的传感器来实时监测流量。

常用的传感器包括流量计、压力传感器和温度传感器等。

传感器的选择应根据流量范围、精确度、响应速度和成本等因素进行考虑。

4. 执行器选择：根据控制需求选择合适的执行器进行流量调节。

单闭环--双闭环-仿真运动控制系统仿真专业：电气工程及其自动化班级：041141学号：04114067姓名：何爽1. 转速反馈控制直流调速系统各环节参数如下：直流电动机：额定电压U N=220V，额定电流I dN=55A，额定转速n N=1000r/min，电动机电动势系数C e=0.192Vmin/r假定晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数Ks=44，滞后时间常数Ts=0.00167s电枢回路总电阻R=1.0Ω，电枢回路电磁时间常数Tl=0.00167s，电力拖动系统机电时间常数Tm=0.075s转速反馈系数α=0.01Vmin/r对应额定转速时的给点电压U n*=10V1、单闭环无静差转速负反馈调速系统的仿真PI控制器在于被控对象串联时，相当于在系统中增加了一个位于原点的开环极点，同时也增加了一个位于s左半平面的开环零点。

位于原点的极点可以提高系统的型别，以消除或减小系统的稳态误差，改善系统的稳态性能，而增加得负实部零点则可减小系统的阻尼程度。

单闭环无静差转速负反馈调速系统的仿真模型：改变PI调节器的参数，单闭环无静差转速负反馈调速系统的仿真结果如下：Kp=0.25， 1/τ=3时转速电流Kp=0.56， 1/τ=11.43时转速电流Kp=0.8， 1/τ=15时转速电流分析：若调节器参数是：Kp=0.25， 1/τ=3，系统转速的响应无超调，但调节时间很长；若是：Kp=0.8， 1/τ=15，系统转速的响应的超调较大，但快速性较好。

和比例调节器相比，比例积分调节器能很好的消除静差。

以下改变Kp，而 1/τ保持不变，仿真结果如下：Kp=10， 1/τ=15时转速电流Kp=10， 1/τ=15时转速电流Kp=20， 1/τ=15时转速电流Kp=30， 1/τ=15时转速电流可见在积分系数不变时，改变比例系数时，系统由稳定，到振荡再到不稳定以下改变1/τ，而Kp保持不变，仿真结果如下：Kp=0.25， 1/τ=10时转速电流Kp=0.25， 1/τ=20时转速电流Kp=0.25， 1/τ=40时转速电流Kp=0.25， 1/τ=100时转速电流可见在保持比例系数不变，改变积分系数时系统逐渐由稳定状态过度到振荡状态在控制系统中设置调节器是为了改善系统的系统的静动态性能。

单闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告摘要：本文基于基本原理和方法，设计和仿真了一个单闭环直流调速系统。

首先介绍了直流电机调速的基本原理，然后根据系统要求，设计了控制系统的结构和参数，包括PID控制器的参数调整方法。

接下来使用Matlab/Simulink软件进行系统仿真实验，对系统的性能进行评估。

最后根据仿真结果对系统进行分析和总结，并提出了可能的改进方法。

关键词：直流电机调速、单闭环控制系统、PID控制器、仿真实验一、引言直流电机广泛应用于机械传动系统中，通过调节电机的电压和电流实现电机的调速。

在实际应用中，需要确保电机能够稳定运行，并满足给定的转速要求。

因此，设计一个高性能的直流调速系统至关重要。

本文基于单闭环控制系统的原理和方法，设计和仿真了一个直流调速系统。

首先介绍了直流电机调速的基本原理，然后根据系统要求，设计了控制系统的结构和参数，并采用PID控制器进行调节。

接着使用Matlab/Simulink软件进行系统仿真实验，并对系统的性能进行评估。

最后根据仿真结果对系统进行分析和总结，并提出了可能的改进方法。

二、直流电机调速的基本原理直流电机调速是通过调节电机的电压和电流实现的。

电压变化可以改变电机的转速，而电流变化可以改变电机的转矩。

因此，通过改变电机的电压和电流可以实现电机的调速。

三、控制系统设计和参数调整根据系统的要求，设计一个单闭环控制系统，包括传感器、控制器和执行器。

传感器用于测量电机的转速，并将信息传递给控制器。

控制器根据测量的转速和给定的转速进行比较，并调节电机的电压和电流。

执行器根据控制器的输出信号来控制电机的电压和电流。

在本实验中，采用PID控制器进行调节。

PID控制器的输出信号由比例项、积分项和微分项组成，可以根据需要对各项参数进行调整。

调整PID控制器的参数可以使用试错法、频率响应法等方法。

四、系统仿真实验使用Matlab/Simulink软件进行系统仿真实验，建立直流调速系统的模型，并对系统进行性能评估。

【关键字】设计东北大学秦皇岛分校控制工程学院《自动控制系统》课程设计设计题目：转速单闭环直流电机调速系统设计与仿真学生：张海松专业：自动化班级学号：指导教师：王立夫设计时间：2012年6月27日东北大学秦皇岛分校控制工程学院《自动控制系统》课程设计任务书专业：自动化班级：509 学生姓名：设计题目：转速单闭环直流电机调速系统设计与仿真一、设计实验条件实验设备：PC机二、设计任务直流电机额定电压，额定电枢电流，额定转速，电枢回路总电阻，电感，励磁电阻，励磁电感，互感，，允许过载倍数。

晶闸管装置放大系数：，时间常数：，设计要求：对转速环进行设计，并用Matlab仿真分析其设计结果。

目录绪论--------------------------------------------------------------------------------11.转速单闭环调速系统设计意义-----------------------------12.原系统的动态结构图及稳定性的分析-----------------------22.1 转速负反应单闭环控制系统组成-----------------------22.2 转速负反应单闭环控制系统的工作原理-----------------33.调节器的选择及设计-------------------------------------33.1调节器的选择- --------------------------------------33.2 PI调节器的设计--- ---------------------------------44.Mat lab仿真及结果分析----------------------------------74.1 simulink实现上述直流电机模型-----------------------74.2 参数设置并进行仿真---------------------------------74.3结果分析--------------------------------- ---------155.课设中遇到的问题--------------------------------------166.结束语- ---------------------------------------------17参考文献- ---------------------------------------------17转速单闭环直流电机调速系统设计与仿真绪论直流电动机由于调速性能好，启动、制动和过载转矩大，便于控制等特点，是许多高性能要求的生产机械的理想电动机。

单闭环直流调速系统的设计与仿真内容摘要：在对调速性能有较高要求的领域，如果直流电动机开环系统稳态性能不满足要求，可利用速度负反馈提高稳态精度，而采用比例调节器的负反馈调速系统仍是有静差的，为了消除系统的静差，可利用积分调节器代替比例调节器。

通过对单闭环调速系统的组成部分可控电源、由运算放大器组成的调节器、晶闸管触发整流装置、电机模型和测速电机等模块的理论分析，比较原始系统和校正后系统的差别，得出直流电机调速系统的最优模型。

然后用此理论去设计一个实际的调速系统，并用MATLAB仿真进行正确性的验证。

关键词：稳态性能稳定性开环闭环负反馈静差The design and simulation ofSingle loop dc speed control systemAbstract :In the higher demand for performance of speed, if the open loop dc system's steady performance does not meet the requirements, can use speed inverse feedback to improve steadystate precision, but although the speed inverse feedback system adopts proportion regulator,it still have off, in order to eliminate static, can use integral regulator to replace proportion regulator.Based on the theoretical analysis of the single closed loop system which is made up of controllable power, the regulator which is made up of operational amplifier, a rectifier triggered by thyristor , motor model and tachogenerators module, compare the difference of the open loop system and the closed loop system,the original system and the this paper compares the theory of open loop system and the closed-loop system, the difference of primitive system and calibrated system, conclude the optimal model of the dc motor speed control system. Then use this theory to design a practical control system, and verify the validity with MATLAB simulation.Key words: steady-statebehaviour stability open loop Close-loop feedback offset目录1绪论 (1)1.1直流调速系统概述 (1)1.2 MATLAB简介 (1)2 单闭环控制的直流调速系统简介 (2)2.1 V—M系统简介 (2)2.2转速控制闭环调速系统的调速指标 (2)2.3闭环调速系统的组成及静特性 (3)2.4反馈控制规律 (4)2.5主要部件 (5)2.5.1 比例放大器 (5)2.5.2 比例积分放大器 (5)2.5.3额定励磁下直流电动机 (7)2.6稳定条件 (8)2.7稳态抗扰误差分析 (8)3 单闭环直流调速系统的设计及仿真 (10)3.1参数设计及计算 (10)3.1.1参数给出 (10)3.1.2 参数计算 (10)3.2有静差调速系统 (11)3.2.1有静差调速系统的仿真模型 (11)3.2.2主要元件的参数设置 (12)3.2.3仿真结果及分析 (12)3.2.4 动态稳定的判断，校正和仿真 (13)3.3无静差调速系统 (15)3.3.1 PI串联校正的设计 (15)3.3.2无静差调速系统的仿真模型 (17)3.3.3主要元件的参数设置 (18)3.3.4仿真结果及分析 (18)3.4有静差调速系统和无静差调速系统的动态分析设计 (19)3.4.1有静差调速系统的仿真模型 (19)3.4.2参数设置 (19)3.4.3仿真结果及分析 (19)参考文献 (23)致谢 (24)1绪论1.1直流调速系统概述从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动自动控制系统有调速系统、位置随动系统、张力控制系统等多种类型，而各种系统往往都是通过控制转速来实现的，因此调速系统是最基本的拖动控制系统。

单闭环直流调速系统PID控制器参数设计仿真一、引言PID控制器是一种经典的控制方法，广泛应用于各种调节系统中。

在单闭环直流调速系统中，PID控制器可以根据给定的转速和实际测量的转速之间的误差，通过计算控制输出来实现对转速的控制。

本文将通过仿真的方式，进行PID控制器参数设计。

二、系统建模G(s)=k/(T*s+1)其中k为增益，T为时间常数。

三、PID控制器参数设计在设计PID控制器参数之前，需要首先选择合适的性能指标，常用的性能指标有超调量、调整时间和稳态误差。

本文选择超调量和调整时间作为性能指标，通过这两个指标可以综合评估系统的动态响应。

1.超调量的计算超调量是指实际过程响应曲线峰值与稳态值之间的差值的百分比。

超调量可以通过以下公式来计算：PO=(M-1)*100%其中PO为超调量，M为峰值与稳态值之间的差值与稳态值的比值。

2.调整时间的计算调整时间是指实际过程从初始值达到稳态值所需的时间。

调整时间可以通过以下方法来计算：标定点到极值点的时间为t1，稳定范围（0.9M,1.1M）的时间为t2，调整时间可定义为t1+t23.参数选择根据超调量和调整时间的要求，可以选择合适的PID控制器参数。

一般情况下，P参数用于控制系统的超调量，I参数用于控制系统的调整时间，D参数用于控制系统的稳定性。

四、仿真结果分析通过Matlab/Simulink进行仿真，得到了PID控制器的参数设计结果。

根据系统传递函数G(s) = k / (T * s + 1)，设置k = 1，T = 11.超调量为5%，调整时间为2s的情况下，选取合适的PID控制器参数为：P=1.2I=1.4D=0.12.超调量为10%，调整时间为1.5s的情况下，选取合适的PID控制器参数为：P=1.2I=1.6D=0.153.超调量为15%，调整时间为2.5s的情况下P=1.4I=1.8D=0.2根据上述参数进行仿真，通过绘制转速曲线，可以观察到系统的动态响应。

闭环控制系统的设计与实现闭环控制系统的设计与实现闭环控制系统是一种智能控制系统，可以根据实际反馈信息来调整控制过程，使其始终保持在预期的状态。

本文将按照步骤思考的方式，介绍闭环控制系统的设计与实现。

第一步：确定控制目标在设计闭环控制系统之前，首先需要明确控制的具体目标。

这可以是温度、速度、位置等各种物理量。

确定了控制目标后，我们就可以开始考虑如何实现它。

第二步：选择传感器传感器是闭环控制系统中的重要组成部分，用于收集实际的反馈信息。

根据控制目标选择合适的传感器，比如温度传感器、速度传感器或位置传感器等。

传感器的准确性和可靠性对闭环控制系统的性能有着重要的影响，因此需要仔细选择。

第三步：设计控制器控制器是闭环控制系统的核心组成部分，用于根据传感器反馈的信息，计算控制信号并输出给执行器。

设计控制器需要考虑系统的稳定性、响应速度和鲁棒性等因素。

常见的控制器包括比例-积分-微分（PID）控制器和模糊控制器等。

根据实际情况选择合适的控制器，并进行参数调整和优化。

第四步：选择执行器执行器是闭环控制系统中负责执行控制信号的部件。

根据控制目标选择合适的执行器，比如电机、阀门或气缸等。

执行器的性能和响应速度对闭环控制系统的效果有重要影响，因此需要综合考虑其动态特性和可靠性。

第五步：建立数学模型为了实现闭环控制系统，我们需要建立被控对象的数学模型。

数学模型可以描述被控对象的动态特性和响应规律。

通过数学模型，我们可以对闭环控制系统进行仿真和分析，优化控制器的设计和参数。

第六步：实现闭环控制系统在实现闭环控制系统时，首先需要将传感器与被控对象连接起来，以获取实际反馈信息。

然后，将控制器与执行器连接起来，以输出控制信号。

最后，通过调节控制器的参数，使闭环控制系统能够实现预期的控制目标。

第七步：测试和优化在实际应用中，闭环控制系统可能面临各种干扰和噪声，因此需要进行测试和优化。

通过实验和实际运行，我们可以调整控制器的参数，优化闭环控制系统的性能，使其更稳定、更准确地达到控制目标。

单闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告标准化管理部编码-[99968T-6889628-J68568-1689N]比例积分控制的单闭环直流调速系统仿真一、实验目的1．熟练使用MATLAB 下的SIMULINK 仿真软件。

2．通过改变比例系数K K 以及积分时间常数τ的值来研究K K 和τ对比例积分控制的直流调速系统的影响。

二、实验内容1．调节器的工程设计 2．仿真模型建立 3．系统仿真分析三、实验要求建立仿真模型，对参数进行调整，从示波器观察仿真曲线，对比分析参数变化对系统稳定性，快速性等的影响。

四、实验原理图4-1 带转速反馈的闭环直流调速系统原理图调速范围和静差率是一对互相制约的性能指标，如果既要提高调速范围，又要降低静差率，唯一的方法采用反馈控制技术，构成转速闭环的控制系统。

转速闭环控制可以减小转速降落，降低静差率，扩大调速范围。

在直流调速系统中，将转速作为反馈量引进系统，与给定量进行比较，用比较后的偏差值进行系统控制，可以有效的抑制甚至消除扰动造成的影响。

当t=0时突加输入K in 时，由于比例部分的作用，输出量立即响应，突跳到K ex (K )=K K K in ，实现了快速响应；随后K ex (K )按积分规律增长，K ex (K )=K K K in +(K /τ)K in 。

在K =K 1时，输入突降为0，K in =0，K ex (K )=(K 1/τ)K in ，使电力电子变换器的稳态输出电压足以克服负载电流压降，实现稳态转速无静差。

五、实验各环节的参数及K K和1/τ的参数的确定各环节的参数：直流电动机：额定电压K N=220V，额定电流K dN=55A,额定转速K N=1000r/min,电动机电动势系数K e= min/r。

假定晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数K s=44，滞后时间常数K s=。

电枢回路总电阻R=Ω，电枢回路电磁时间常数K l=电力拖动系统机电时间常数K m=。

DDC单回路PID闭环控制系统设计及实时仿真课程设计报告(2022--2022年度第2学期)名称：计算机控制系统A题目：DDC单回路PID闭环控制系统的设计及实时仿真院系：自动化系班级：自动班学号：学生姓名：指导教师：设计周数：一周成绩：日期：2022年X月X日《计算机控制系统A》课程设计任务书一、目的与要求1.学习并了解用高级语言（C语言）实现数字PID控制算法模块程序的方法；2.比较验证理想微分PID和实际微分PID控制算法阶跃响应，加深对上述两种算法各自特点的认识；3.学习了解用模拟计算机使用方法；4.学习掌握A/D、D/A转换接口板的使用方法；5.了解一种微机中断定时的方法；6.学习掌握通过A/D、D/A转换用计算机获取被控对象动态特性的方法；7．通过实时仿真实验掌握DDC单回路控制程序编制及调试方法。

二、主要内容1.用C语言分别编写理想微分PID和实际微分PID控制算法模块，在微机中调试实现，并编写简单的计算机绘图程序，分别绘制并打印出上述两种算法的单位阶跃响应曲线（课外上机完成）；2.用模拟计算机搭接成一个二阶惯性环节，作为一个模拟仿真的被控对象；3.用C语言编写使用HY-6060进行定时采样、定时输出的接口程序，并在微机中调试实现；4.由D/A输出阶跃信号，同时由A/D采集模拟的被控对象的响应，绘制并打印出采集获得的飞升曲线，并初步计算出对象模型；y5.由模拟计算机搭接的二阶惯性环节作为系统中的被控对象，用计算机作为DDC控制器，通过HY-6060接口板实现对模拟机的实时控制。

仿真实验系统的框图如下：r+uPID模拟机D/A-A/D6．整定控制器PID参数，在设定值阶跃情况下，打印控制量u和被控量y的曲线。

三、进度计划序号设计内容完成时间备注1编写数字PID控制算法模块本设计开始前在课程要求的8学时课外上机时间完成2本设计其它内容按小组分工协作完成设计周五3验收、答辩设计周末前四、设计（实验）成果要求1.根据个人在设计小组中的分工，完成设计内容；2．分析实时仿真结果，每人完成设计报告。

带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统设计与仿真 一、设计要求系统稳定并无静差 二、给定参数17,220,3000/min N N N P kw U V n r ===，I N =87.3A ，电枢回路电阻0.087a R =Ω，电感0.0032a L H =,励磁回路电阻181.5Ω,电动机的转动惯量20.76.J Kg m =三、闭环直流调速系统稳态参数的计算 1）额定负载时的稳态速降应为：m i n/12.6min /)02.01(1002.03000)1(r r s D s n n N cl =-⨯⨯≤-=∆2）闭环系统应有的开环放大系数：计算电动机的电动势系数： r V r V n R I U C N a N N e min/071.0min/3000087.03.87220⋅=⋅⨯-=-=闭环系统额定速降为：min /97.106min /071.0087.03.87r r C R I n e N op =⨯==∆闭环系统的开环放大系数为：5.16112.697.1061=-≥-∆∆=clop n n K003.0/max max n ==n U α3）计算运算放大器的放大系数和参数 运算放大器放大系数K p 为:5.16/e p ≥=s K KC K α电枢回路的总电感为0.0032H电磁时间常数为037.0/l ==R L T 27/1l ==τK4)电流截止负反馈 四加电网扰动（第8s电压220→240）负载扰动给定值扰动五、将PI调节器参数改变1.电网扰动（第8s电压220→240）2.负载扰动3.给定值扰动转速、电流双闭环直流调速系统设计与仿真一、设计要求系统稳定并无静差 二、给定参数17,220,3000/min N N N P kw U V n r ===，I N =87.3A ，电枢回路电阻0.087a R =Ω，电感0.0032a L H =,励磁回路电阻181.5Ω,电动机的转动惯量20.76.J Kg m =三、电流调节器ACR 参数计算允许电流过载倍数λ=2；设调节器输入输出电压im nm **U U ==10V ，电力电子开关频率为f=l kHz ．首先计算电流反馈系数β和转速反馈系数α：06.0 I n im *==ββλU N U n nm *α= α=0.003s T 001.0s = ，电流环小时间常数为s T T T oi 002.0s i =+=∑电流调节器超前时间常数为s T K l i 015.0/1i ===τ 而对电流环开环增益局l K =250/5.0=∑i T ，于是ACR 的比例系数为：94.4/i l i ==s K R K K βτ 四、转速调节器ASR 参数计算 选中频段宽度h=5。

目 录一、摘要.......................................................... - 3 -二、课程设计任务.................................................................................................................. - 3 -三、课程设计内容.................................................................................................................. - 3 -1、PID控制原理及PID参数整定概述............................................................................. - 3 -2、基于稳定边界法（临界比例法）的PID控制器参数整定算法 ................................ - 5 -3、利用Simulink建立仿真模型...................................................................................... - 8 -4、参数整定过程.............................................................................................................. - 12 -5、调试分析过程及仿真结果描述.................................................................................. - 16 -四、总结.................................................................................................................................. - 17 -五、参考文献......................................................................................................................... - 17 -PI控制单闭环直流调速系统仿真设计班级：自动化 学号： 姓名：一、摘要本文通过利用Matlab仿真平台设计单闭环直流调速系统，，包括单闭环直流调速系统的基本构成和工作原理、对所设计系统的静态性能指标和动态性能指标进行分析、根据动态性能指标设计调节器、根据设计任务书的具体要求设计出系统的Simulink仿真模型，验证所设计系统的性能，通过稳定边界法（临界比例度法）整定PID参数，从而达到较好的控制性能要求，在这种实践的学习和调试中，使学生更系统地掌握所学知识并能够应用运动控制系统设计规范、Matla-simulin建模方法步骤、计算手册和计算机辅助设计软件进行运动控制系统的结构设计和参数计算。

单闭环直流调速系统的设计与M a t l a b仿真(一)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1课题：一、单闭环直流调速系统的设计与Matlab仿真（一）作者：学号：专业：班级：指导教师：摘要在对调速性能有较高要求的领域，如果直流电动机开环系统稳态性能不满足要求，可利用速度负反馈提高稳态精度，而采用比例调节器的负反馈调速系统仍是有静差的，为了消除系统的静差，可利用积分调节器代替比例调节器。

通过对单闭环调速系统的组成部分可控电源、由运算放大器组成的调节器、晶闸管触发整流装置、电机模型和测速电机等模块的理论分析，比较原始系统和校正后系统的差别，得出直流电机调速系统的最优模型，然后用此理论去设计一个实际的调速系统。

本设计首先进行总体系统设计，然后确定各个参数，当明确了系统传函之后，再进行稳定性分析，在稳定的基础上，进行整定以达到设计要求。

另外，设计过程中还要以Matlab为工具，以求简明直观而方便快捷的设计过程。

摘要：Matlab 开环闭环负反馈静差稳定性 V-M系统目录摘要 (2)一、设计任务 (4)1、已知条件 (4)2、设计要求 (4)二、方案设计 (5)1、系统原理 (5)2、控制结构图 (6)三、参数计算 (7)四、PI调节器的设计 (9)五、系统稳定性分析 (11)六、小结 (12)七、参考文献 (13)一、设计任务1、已知条件已知一晶闸管-直流电机单闭环调速系统（V-M系统）的结果如图所示。

图中直流电机的参数：Pnom=2.2KW，nnom=1500r/min，Inom=12.5A，Unom=220V，电枢电阻Ra=1欧，V-M系统主回路总电阻R=2.9欧，V-M系统电枢回路总电感L=40mH，拖动系统运动部分飞轮力矩GD2=1.5N.m2，测速发动机为永磁式，ZYS231/110xi型，整流触发装置的放大系数Ks=44，三相桥平均失控时间Ts=0.00167s。

单闭环控制系统设计及仿真班级电信2014姓名张庆迎学号142081100079摘要直流调速系统具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在电气传动中获得了广泛应用。

本文从直流电动机的工作原理入手，建立了双闭环直流调速系统的数学模型，并详细分析了系统的原理及其静态和动态性能。

然后按照自动控制原理，对双闭环调速系统的设计参数进行分析和计算，利用Simulink对系统进行了各种参数给定下的仿真，通过仿真获得了参数整定的依据。

在理论分析和仿真研究的基础上，本文设计了一套实验用双闭环直流调速系统，详细介绍了系统主电路、反馈电路、触发电路及控制电路的具体实现。

对系统的性能指标进行了实验测试，表明所设计的双闭环调速系统运行稳定可靠，具有较好的静态和动态性能，达到了设计要求。

采用MATLAB软件中的控制工具箱对直流电动机双闭环调速系统进行计算机辅助设计，并用SIMULINK进行动态数字仿真,同时查看仿真波形,以此验证设计的调速系统是否可行。

关键词直流电机直流调速系统速度调节器电流调节器双闭环系统一、单闭环直流调速系统的工作原理1、单闭环直流调速系统的介绍单闭环调速系统的工作过程和原理：电动机在启动阶段，电动机的实际转速(电压)低于给定值,速度调节器的输入端存在一个偏差信号，经放大后输出的电压保持为限幅值,速度调节器工作在开环状态,速度调节器的输出电压作为电流给定值送入电流调节器, 此时则以最大电流给定值使电流调节器输出移相信号,直流电压迅速上升,电流也随即增大直到等于最大给定值, 电动机以最大电流恒流加速启动。

电动机的最大电流(堵转电流)可以通过整定速度调节器的输出限幅值来改变。

在电动机转速上升到给定转速后, 速度调节器输入端的偏差信号减小到近于零,速度调节器和电流调节器退出饱和状态,闭环调节开始起作用。

2、双闭环直流调速系统的介绍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。

单闭环直流调速系统的MATLAB计算与仿真单闭环直流调速系统是工程控制中的一种常见系统，它由电机、转速传感器、控制电路和执行机构组成。

MATLAB是一种功能强大的数学软件，可以进行数值计算、数据分析和可视化等工作。

在本文中，我们将介绍如何使用MATLAB来进行单闭环直流调速系统的计算与仿真。

首先，我们需要用到MATLAB中的控制系统工具箱。

这个工具箱包含了一些用于分析和设计控制系统的函数和命令。

可以通过在MATLAB命令窗口中输入"controlSystemDesigner"来打开控制系统设计器。

在这个界面中，我们可以通过拖动和连接不同的图标来构建控制系统。

在单闭环直流调速系统中，我们需要将电机模型与控制电路连接起来。

电机模型可以用传输函数表示，其转速输入和电压输出之间的关系可以由下面的传输函数描述：$G(s) = \frac{k}{s(Ts+1)}$其中，k表示电机的增益，T表示系统的时间常数。

可以根据电机的参数进行实际的估计或测量。

控制电路通常包括PID控制器。

PID控制器以比例、积分和微分三个部分的加权和作为输出，与期望转速进行比较，然后通过调节输入电压来控制电机。

PID控制器的传输函数可以表示为：$C(s) = K_p + \frac{K_i}{s} + K_d s$其中，Kp、Ki和Kd表示比例、积分和微分增益。

有了电机模型和PID控制器的传输函数，我们可以将它们连接起来，并通过控制系统设计器进行仿真。

在设计器中，可以将电机模型作为输入，PID控制器作为输出。

然后，我们可以通过调整PID控制器的增益来改变系统的动态响应。

还可以通过添加阻尼器或滤波器来进一步优化系统的性能。

完成连接后，可以点击设计器界面中的“模拟”按钮来进行系统的仿真。

仿真结果将显示在设计器的右侧窗口中，包括系统的阶跃响应、频率响应和鲁棒性等指标。

通过观察这些指标，可以评估系统的性能并进行参数优化。

除了使用控制系统设计工具箱之外，MATLAB还提供了许多其他功能来进行系统的计算和仿真。

编号：审定成绩：毕业设计（论文）设计（论文）题目：MATLAB仿真软件在电力拖动控制系统中的应用（单闭环控制系统的设计、仿真）摘要本文先对运动控制系统、计算机仿真技术、自动调速系统以与MATLAB软件进行了简要介绍，并对调速系统的稳态和动态性能指标进行了初步分析。

然后着重阐述了两个调速系统——单闭环直流调速系统和直流脉宽调速系统的设计建模与其参数的设置。

最后对双闭环直流调速系统进行了简要介绍。

文中对着重分析了有静差转速负反馈调速系统原理和闭环控制系统的特性。

在有静差调速系统的基础上，将比例放大环节换成了比例积分（PI）调节器，利用MATLAB对比例积分调节器进行了参数校正，从而消除了静差。

接着介绍了直流脉宽调速系统和直流电动机的PWM（Pulse Width Modulation）调速原理。

设计过程中，采用面向控制系统电气原理结构图的方法对系统中各环节参数进行计算并建立数学模型，结合SimPowerSystems工具箱，画出了系统动态结构框图，并分别对单闭环转速负反馈系统、带电流截止环节的单闭环转速负反馈系统以与PWM调速系统进行仿真调试，并做出了分析和比较。

结果证明各环节参数的设计达到了设计要求，并且系统显示出良好的调速性能、抗扰动能力等。

[关键词]直流调速系统MATLAB 单闭环转速负反馈ABSTRACTFirst and foremost, the article briefly introduced motion-regulating systems, computer simulation technology, automatic speed-regulating system and MATLAB software, and the steady-state and dynamic performance of speed-regulating system carried out a preliminary analysis. Besides, it elaborated the model designing and parameter settings of two speed-regulating system which are single close-loop DC speed-regulating system and DC PWM speed-regulating. Lastbut not least, double-loop DC speed-regulating system was introduced.The article highlighted the principle of speed feedback speed-regulating system with static error and the characteristics of close-loop control system. Comparing with the speed feedback speed-regulating system with static error, speed feedback speed-regulating system without static error killed the static error by replacing the proportion link with proportion integral regulator, in which the Proportion Integral was corrected with the MATLAB software. Further more, the article introduced a DC pulse width modulation speed-regulating system and the principle of DC motor pulse width modulation speed-regulating.In the designing process, it calculated the parameters of each link of the system by the method electric principle diagram and built the math model, and drew a block diagram of the system dynamics. Combining with the SimPowerSystem toolbox, it simulated the single close-loop speed feedback system, the single close-loop speed feedback system with current cutting link and the pulse width modulation speed-regulating system, and debugged them. What’s more, it made a contrast and analysis. The result proved that its parameters of each link met the designing request. Further more, the systemswere will in speed-regulating performance, anti-disturbance ability and so on.[Key words]DC speed-regulating systemMATLABsingle close-loopspeed feedback目录前言1第一章绪论2第一节运动控制系统概述2一、运动控制系统与其分类2二、运动控制系统的发展过程与其应用2三、运动控制系统的发展趋势3第二节自动调速系统概述4一、直流调速控制技术发展概况4二、交流调速控制技术概况4第三节控制系统的计算机仿真4一、计算机仿真发展简史5二、MATLAB仿真软件的发展现状5第四节调速控制系统的技术指标6一、稳态性能指标6二、动态性能指标8第五节本章小结10第二章单闭环直流调速系统与其MATLAB仿真11第一节设计要求与系统性能指标11第二节直流电动机开环调速系统12一、系统的组成和工作原理12二、开环系统的机械特性[1]12第三节直流电动机单闭环调速系统13一、转速负反馈闭环调速系统的组成13二、反馈控制规律14三、闭环调速系统稳态参数的计算16四、转速负反馈控制单闭环直流调速系统的数学模型17五、转速负反馈控制单闭环直流调速系统的物理模型26六、电流截止负反馈直流调速系统的参数计算28七、电流截止负反馈直流调速系统的物理模型30第四节 PWM直流电动机单闭环调速系统31一、直流脉宽调速系统建模与仿真31第五节本章小结33第三章双闭环直流调速系统简述33第一节转速、电流双闭环调速系统的组成34第二节转速、电流调节器的特性35一、转速和电流两个调节器的作用36第三节本章小结37结论37参考文献38前言运动控制系统主要研究的对象之一就是调速。

带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统的设计和仿真1.设计原理带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统由速度反馈环和电流反馈环组成。

其基本原理是，通过测量电机驱动器的输出转速，并与给定的转速进行比较，从而产生误差信号。

误差信号经过比例、积分和微分三个环节进行处理后，作为电机驱动器的控制量，用于调节电机的输入电压。

具体的设计步骤如下：(1)确定电机的调速要求和性能指标，包括稳态误差、调速范围、动态响应时间等。

(2)根据电机的参数和特性曲线，确定理想的速度控制系统传递函数。

(3)选择合适的调节器类型和参数，并确定反馈信号的获取方式。

(4)设计速度环和电流环的控制回路，包括比例、积分和微分环节的参数设置。

(5)进行系统稳态和动态性能的仿真和分析。

2.仿真过程在进行仿真前，需要先确定电机的参数和特性曲线，并建立相应的数学模型。

然后，在Simulink等软件中搭建整个调速系统的模型。

具体步骤如下：(1)根据电机的特性曲线确定电机的传递函数模型，例如：Gs=1/(Js+B)其中，Gs为电机的机械转速传递函数，J为转动惯量，B为阻尼系数。

(2)设计速度环的控制回路，包括比例环节、积分环节和微分环节。

通常采用PID控制器，其传递函数为：Gc=Kp+Ki/s+Kd*s其中，Kp、Ki和Kd分别为比例、积分和微分环节的增益。

(3)设计电流环的控制回路，采用电流截止负反馈的方式。

电流环的控制器传递函数为：Gc=Kc*(1+s*Rf)其中，Kc为增益，Rf为电流截止反馈的滤波器。

(4)将速度环和电流环相连接，构成整个闭环控制系统。

(5)进行系统的仿真，观察系统的稳态和动态响应，并根据需要进行参数调整和优化。

3.仿真结果和分析根据以上步骤进行仿真后，可以得到系统的稳态和动态响应曲线。

通过观察和分析这些曲线，可以评估系统的性能和效果。

首先，可以通过误差曲线来评估系统的稳态性能，即在给定转速下是否存在稳态误差。

如果误差较大，需要调整PID控制器的参数来改善系统的稳定性。

过程控制系统课程设计设计题目：炉温的单闭环控制系统的设计摘要温度是工业对象中一种重要的参数，特别在冶金、化工、机械各类工业中，广泛使用各种加热炉、热处理炉和反应炉等。

由于炉子的种类不同，因此所采用的加热方法及燃料也不同，如煤气、天然气、油和电等。

但是就其控制系统本身的动态特性来说，基本上属于一阶纯滞后环节，因而在控制算法上亦基本相同。

随着社会的发展，在生活和工业中已经广泛的使用温度控制，而现代化炉温控制已经开始自动化PID控制时代了。

控制炉温恒定是满足生产、提高效率和节能减耗的关键技术，其具有很多优势，能够进一步提高控制精度，同时使得加热时间大大降低，不短提高能源的利用，因此也是越来越受到重视。

为了更好的确保加热炉的安全运行，因此加强炉温控制系统的设计与实现的研究非常有必要。

基于此本文分析了基于PID算法的炉温控制系统的设计与实现。

关键词：比例；积分；微分；炉温控制目录摘要 (I)一、概述 (1)二、课程设计任务及要求 (2)2.1 设计任务 (2)2.2 设计要求 (2)三、理论设计 (3)3.1方案论证 (3)3.2 系统设计 (3)3.3炉温控制系统硬件工作原理 (6)3.3.1前向通道工作过程 (6)3.3.2 反馈通道工作过程 (6)四、系统设计 (7)4.1 PID算法设计 (7)4.2软件设计 (9)4.2.1 画面的制作 (9)4.2.2 建立数据词典 (10)4.2.3 建立动画连接 (11)五、调试过程与结果 (12)5.1 调解P参数 (12)5.2 调节I参数 (13)5.3 调节D参数 (14)5.4 综合调试P、I、D三个参数 (15)六、实验中所用仪器设备清单 (16)七、收获与体会 (20)一、概述近年来随着热处理工艺广泛应用于加工过程,热处理中温度的控制精度和控制规律的优劣直接影响到热处理工艺的好坏。

电阻炉是热处理工艺中应用最多的加热设备,研究电阻炉温度控制方法具有重要意义。

课程设计 (综合实验 )报告( 2011-- 2012年度第二学期)名称：过程计算机控制系统题目： DDC单回路 PID 闭环控制系统的设计及及时仿真院系：控制与计算机工程学院班级：学号：学生姓名：指导教师：朱耀春设计周数：一周成绩：日期：2012 年6月 20日一、课程设计的目的与要求1.设计目的在计算机控制系统课程学习的基础上，增强学生的实质着手能力，经过对DDC直接数字闭环控制的仿真加深对课程内容的理解。

2.设计要求本次课程设计经过多人合作达成 DDC 直接数字闭环控制的仿真设计，学会 A/D 、D/A 变换模块的使用。

经过手动编写 PID 运算式掌握数字 PID 控制器的设计与整定的方法，并做出模拟计算机对象飞升特征曲线，娴熟掌握DDC 单回路控制程序编制及调试方法。

二、设计正文1.设计思想本课程设计利用 Turboc2.1 开发环境，经过手动编写 C 语言程序达成 PID 控制器的设计，A/D 、D/A 变换，绘出 PID 阶跃响应曲线与被控对象动向特征曲线。

整个设计程序模块包括了PID 配置模块， PLCD-780 准时采样、准时输出模块，PID 手 /自动切换模块（按键控制）及绘图显示模块。

设计中，经过设定合理的PID 参数，控制 PLCD-780 达成模拟计算机所搭接二阶惯性环节数据的收集，并经过绘图程序获取对象阶跃响应曲线。

2.设计步骤（1）先期准备工作(1.1)装备微型计算机一台，系统软件Windows 98 或 DOS (不使用无直接 I/O 能力的 NT 或 XP 系统 ), 内装 Turbo C 2.0/3.0 集成开发环境软件；(1.2)装备模拟计算机一台 (XMN-1 型 ), 通用数据收集控制板一块（PLCD-780 型）；(1.3)复习 Turboc2.0 并参照说明书学习 PLCD-780 的使用（ 2） PID 的设计(2.1)PID 的失散化理想微分 PID 算法的传达函数形式为： G(s) K p 11T d s T i s采纳向后差分法对上式进行失散，得出其差分方程形式为：u[k]=u[k-1]+q0*e[2]+q1*e[1]+q2*e[0];此中各项系数为：q0=kp*(1+T/Ti+Td/T);q1=-kp*(1+2*Td/T);q2=kp*Td/T;实质微分 PID 算法的传达函数形式为： G(s)K p11T f sT d s 1T i su[k]=c0*( u[k-1])+c1*e[k]+c2*e[k-1]+c3*e[k-2]+u[k-1];此中各项系数为：c0=Tf/(T+Tf);c1=kp*T/(T+Tf)*(1+T/Ti+Td/T);c2=-kp*T/(T+Tf)*(1+2*Td/T);c3=kp*Td/(T+Tf);(2.2)数字 PID 算法的改良○1 积分分别算法积分分别算法经过控制 PID 输入误差 e 达到优化目的，当误差较大时停止积分作用，只有当误差较小时才投入积分，算法以下表示：当 |e(k)|>β时，采纳 PD 控制；当|e(k)|<β时，采纳 PID 控制；β的值依据详细对象及要求确立。