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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。
nnt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段，在图中表以Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。
南京工程学院自动化学院毕业设计开题报告课题名称：双闭环直流调速系统的设计与仿真研究姓名：吴杰班级：10 自动化 1指导教师：张贞艳所在系部：自动化学院专业名称：自动化南京工程学院2014 年3 月毕业设计（论文）开题报告毕业设计的内容和意义一、毕业设计的内容（包括技术要求、图标要求以及工作要求等）：1. 简单闭环调速系统系统的性能分析，其中包括单闭环有、无静差转速负反馈调速系统以及带电流截止转速负反馈调速系统的性能分析。
通过比较它们的性能分析结果，得出它们的不足之处，从而引出双闭环直流调速系统。
2. 双闭环直流调速系统的设计，其中包括建立双闭环调速系统的方框图以及仿真模型。
并且通过仿真分析结果，与简单的闭环调速仿真分析进行比较，从而得出双闭环直流调速优越性。
3. 双闭环V-M系统的设计，其中包含调节器的选择和参数设计，相关数据计算，动态结构图仿真，虚拟模型图仿真，仿真结果分析等。
4. 双闭环PWM-M调速系统设计，其中包含调节器的选择和参数设计，相关数据计算，动态结构图仿真，虚拟模型图仿真，仿真结构分析等。
二、毕业设计的意义1. 根据MATLAB/Simulink 仿真平台，研究双闭环直流调速系统的性能。
双闭环直流调速系统是目前应用最广泛的调速系统，该系统具有调速范围宽、稳定性好、精度高等许多优点，在拖动领域中发挥着极其重要的作用[1]。
采用该系统可获得优良的静、动态调速特性。
此系统的控制规律，性能特点和设计方法是各种交、直流电力拖动自动控制系统的重要基础[2]。
2. 通过比较单闭环有、无静差转速负反馈调速系统和带电流截止负反馈调速系统的仿真结果，从而得到它们各自的不足之处，从而突出双闭环直流调速系统的优越性以及必要性。
3. 通过对双闭环V-M系统和双闭环PWM-M调速系统这两种典型双闭环调速系统的的仿真分析，帮助我们更好的了解和应用双闭环直流调速系统。
4. 通过对转速、电流双闭环直流调速系统的了解，使我们能够更好的掌握调速系统的基本理论及相关内容，在对其各种性能加深了解的同时，能够发现其缺陷之处，通过对该系统不足之处的完善，可提高该系统的性能，使其能够适用于各种工作场合，提高其使用效率。
实验指导书“双闭环控制直流电动机调速系统”数字仿真实验一、实验目的1.熟悉Matlab/Simulink仿真环境；2.掌握Simulink图形化建模方法；3.验证“直流电动机转速/电流双闭环PID控制方案”的有效性。
二、实验内容1.“双闭环直流电动机调速系统”的建模2.电流环／调节器设计3.电流环动态跟随性能仿真实验4.转速环／调节器设计5.转速环动态抗扰性能仿真实验6.系统动态性能分析（给出仿真实验结果与理论分析结果的对比／分析／结论）三、实验步骤1、系统建模A．控制对象的建模建立线性系统动态数学模型的基本步骤如下：（1）根据系统中各环节的物理定律，列写描述据该环节动态过程的微分方程；（2）求出各环节的传递函数；（3）组成系统的动态结构图并求出系统的传递函数。
下面分别建立双闭环调速系统各环节的微分方程和传递函数。
B．额定励磁下的直流电动机的动态数学模型图1给出了额定励磁下他励直流电机的等效电路，其中电枢回路电阻R 和电感L 包含整流装置内阻和平波电抗器电阻与电感在内，规定的正方向如图所示。
图1 直流电动机等效电路由图1可列出微分方程如下：0dd d dI U RI LE dt=++ （主电路，假定电流连续） e E C n = （额定励磁下的感应电动势）2375e L GD dnT T dt-=⋅ （牛顿动力学定律，忽略粘性摩擦）e m d T C I = （额定励磁下的电磁转矩）定义下列时间常数：l LT R=——电枢回路电磁时间常数，单位为s ；2375m e mGD R T C C =——电力拖动系统机电时间常数，单位为s ； 代入微分方程，并整理后得：0()dd d ldI U E R I T dt -=+ m d d L T dE I I R dt-=⋅ 式中，/dL L m I T C =——负载电流。
在零初始条件下，取等式两侧得拉氏变换，得电压与电流间的传递函数0()1/()()1d d l I s R U s E s T s =-+（1）电流与电动势间的传递函数为()()()d dL m E s R I s I s T s=-（2）d Ua) b)Uc)图2 额定励磁下直流电动机的动态结构图 a) 式（1）的结构图 b)式（2）的结构图c)整个直流电动机的动态结构图C ．晶闸管触发和整流装置的动态数学模型在分析系统时我们往往把它们当作一个环节来看待。
双闭环不可逆直流调速系统实验报告公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]双闭环不可逆直流调速系统实验一、实验目的(1)了解闭环不可逆直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理。
(2)掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试步骤、方法及参数的整定。
(3)研究调节器参数对系统动态性能的影响。
二、实验所需挂件及附件三、实验线路及原理许多生产机械，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是由速度调节器和电流调节器进行综合调节，可获得良好的静、动态性能（两个调节器均采用PI调节器），由于调整系统的主要参量为转速，故将转速环作为主环放在外面，电流环作为副环放在里面，这样可以抑制电网电压扰动对转速的影响。
实验系统的原理框图组成如下：启动时，加入给定电压Ug，“速度调节器”和“电流调节器”即以饱和限幅值输出，使电动机以限定的最大启动电流加速启动，直到电机转速达到给定转速(即Ug =Ufn)，并在出现超调后，“速度调节器”和“电流调节器”退出饱和，最后稳定在略低于给定转速值下运行。
系统工作时，要先给电动机加励磁，改变给定电压Ug的大小即可方便地改变电动机的转速。
“速度调节器”、“电流调节器”均设有限幅环节，“速度调节器”的输出作为“电流调节器”的给定，利用“速度调节器”的输出限幅可达到限制启动电流的目的。
“电流调节器”的输出作为“触发电路”的控制电压Uct，利用“电流调节器”的输出限幅可达到限制αmax的目的。
在本实验中DJK04上的“调节器I”作为“速度调节器”使用，“调节器II”作为“电流调节器”使用；若使用DD03-4不锈钢电机导轨、涡流测功机及光码盘测速系统和D55-4智能电机特性测试及控制系统两者来完成电机加载请详见附录相关内容。
实验一 实验二 实验三 实验四 实验五实验五实验五 双闭环直流调速系统实验双闭环直流调速系统实验一．实验目的一．实验目的⒈ 熟悉双闭环直流调速系统的组成、工作原理、调试方法。
⒉ 了解双闭环直流调速系统的静态和动态特性。
二．实验设备二．实验设备⒈ MCL –⒈ MCL – 31 31 31 低压控制电路及仪表。
低压控制电路及仪表。
低压控制电路及仪表。
⒉ MCL –⒉ MCL – 32 32 32 电源控制屏。
电源控制屏。
电源控制屏。
⒊ MCL –⒊ MCL – 33 33 33 触发电路及晶闸管主回路。
触发电路及晶闸管主回路。
触发电路及晶闸管主回路。
⒋ MEL –⒋ MEL – 0303 03 三相可调电阻器。
三相可调电阻器。
三相可调电阻器。
⒌ MEL –⒌ MEL – 11 11 11 电容箱。
电容箱。
电容箱。
⒍ 直流电动机–发电机–测速机组。
⒍ 直流电动机–发电机–测速机组。
⒎ 万用表。
⒎ 万用表。
⒏ 双踪示波器。
⒏ 双踪示波器。
三．三． 实验原理实验原理在双闭环直流调速系统中设置了两个调节器，转速调节器的输出当作电流调节器的输入，电流调节器的输出控制晶闸管整流器的 触发装置。
触发装置。
电流调节器在里面称作内环，转速调节器在外面称作外环，这样就形成转速、电流双闭环调速系统。
双闭环直流调速系统原理图如下图所示。
速系统原理图如下图所示。
为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器都采用采用 PI PI PI 调节器。
转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速跟随其给定电压变调节器。
转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速跟随其给定电压变化，稳态时实现转速无静差，对负载变化起抗扰作用，其输出限幅值决定电机允许的最大电流。
最大电流。
电流调节器电流调节器 使 电流紧紧跟随其电流紧紧跟随其 给定电压变化，对电网电压的波动起及时抗扰作用，在 转速动态过程中能够获得电动机允许的最大电流，从而加快动态过程， 当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。
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。
1双闭环直流调速系统课程设计报告第一章主电路设计与参数计算调速系统方案的选择因为电机上网容量较大又要求电流的脉动小应采纳三相全控桥式整流电路供电方案。
电动机额定电压为220V 为保证供电质量应采纳三相减压变压器将电源电压降低。
为防止三次谐波电动势的不良影响三次谐波电流对电源的扰乱。
主变压器采纳 A/D 联络。
因调速精度要求较高应采纳转速负反应调速系统。
采纳电流截止负反应进行限流保护。
出现故障电流时过电流继电器切断主电路电源。
为使线路简单工作靠谱装置体积小宜采纳 KJ004 构成的六脉冲集成触发电路。
该系统采纳减压调速方案故励磁应保持恒定励磁绕组采纳三相不控桥式整流电路供电电源可从主变压器二次侧引入。
为保证先加励磁后加电枢电压主接触器主触点应在励磁绕组通电后方可闭合同时设有弱磁保护环节电动机的额定电压为 220V 为保证供电质量应采纳三相减 2 压变压器将电源电压降低为防止三次谐波电动势的不良影响三次谐波电流对电源的扰乱主变压器采纳D/Y 联络。
1.1 整流变压器的设计 1.1.1 变压器二次侧电压U2 的计算U2 是一个重要的参数选择过低就会没法保证输出额定电压。
选择过大又会造成延迟角α加大功率因数变坏整流元件的耐压高升增添了装置的成本。
一般可按下式计算即BAUUd2.112 1-1 式中 A-- 理想状况下α0°时整流电压 Ud0 与二次电压U2 之比即AUd0/U2B-- 延缓角为α时输出电压Ud 与 Ud0 之比即BUd/Ud0 ε——电网颠簸系数系数依据设计要求采纳公式11.2——考虑各样因数的安全BAUUd2.112 1-3由表查得A2.34 取ε 0.9 角α考虑 10°裕量则Bcosα 0.985222011.21061272.340.90.985UV 取 U2120V 。
电压比KU1/U2380/1203.2 。
1.1.2 一次、二次相电流 I1 、I2 的计算由表查得 KI10.816 KI20.816 考虑变压器励磁电流得取1.1.3 变压器容量的计算S1m1U1I1 1-4 S2m2U2I2 1-5S1/2S1S2 1-6 式中 m1、m2 -- 一次侧与二次侧绕组的相数表查得 m13m23 S1m1U1I13× 380×1415.6KVA由S2m2U2I23×110×44.914.85 KVA考虑励磁功率LP220×1.60.352kW 取 S15.6kvA 1.2 晶闸管元件的选择晶闸管的额定电压晶闸管实质蒙受的最大峰值电压TNU 乘以 23 倍的安全裕量参照标准电压等级即可确立晶闸管的额定电压 TNU 即 TNU 23mU 整流电路形式为三相全控桥查表得26UUm 则223236236110539808TNmUUUV 3-7 取晶闸管的额定电流选择晶闸管额定电流的原则是一定使管子同意经过的额定电流有效值TNI 大于实质流过管子电流最大有效值TI8 即 4 TNI 1.57AVTITI 或AVTI57.1TI57.1TIddIIKdI 1-8 考虑 1.52 倍的裕量AVTI1.52KdI 1-9 式中KTI/1.57dI-- 电流计算系数。
“双闭环控制直流电动机调速系统”数字仿真实验24、SIMULINK建模我们借助SIMULINK，根据上节理论计算得到的参数，可得双闭环调速系统的动态结构图如下所示：图7 双闭环调速系统的动态结构图（1）系统动态结构的simulink建模①启动计算机，进入MATLAB系统检查计算机电源是否已经连接，插座开关是否打开，确定计算机已接通，按下计算机电压按钮，打开显示器开关，启动计算机。
打开Windows开始菜单，选择程序，选择MATAB6.5.1，选择并点击MATAB6.5.1，启动MATAB程序，如图8，点击后得到下图9：图8选择MATAB程序图9 MATAB6.5.1界面点击smulink 中的continuous,选择transfor Fc n（传递函数）就可以编辑系统的传递函数模型了，如图10。
图10 smulink界面②系统设置选择smulink界面左上角的白色图标既建立了一个新的simulink模型，系统地仿真与验证将在这个新模型中完成，可以看到在simulink目录下还有很多的子目录，里面有许多我们这个仿真实验中要用的模块，这里不再一一介绍，自介绍最重要的传递函数模块的设置，其他所需模块参数的摄制过程与之类似。
将transfor Fc n（传递函数）模块用鼠标左键拖入新模型后双击transfor Fc n（传递函数）模块得到图11，开始编辑此模块的属性。
图11参数表与模型建立参数对话栏第一和第二项就是我们需要设置的传递函数的分子与分母，如我们需要设置电流环的控制器的传递函数：0.01810.0181()0.2920.0180.062ACR s s W s s s++=⋅=，这在对话栏的第一栏写如：[0.018 1]，第二栏为：[0.062 0]。
点击OK ，参数设置完成。
如图12。
图12传递函数参数设置设置完所有模块的参数后将模块连接起来既得到图7所示的系统仿真模型。
在这里需要注意的是，当我们按照理论设计的仿真模型得到的实验波形与理想的波形有很大的出入。
TG
n
ASR
ACR
U
*
n
+ -
U n
U i
U
*
i
+
-
U c
TA
V
M
+
-
U d
I d
UP
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 ，C e =0.192V • min/r ，允许过载倍数=1.5，晶闸管装置放大系数：K s =40
电枢回路总电阻：R=0.5
时间常数：T l =0.00167s, T m =0.075s
电流反馈系数：β=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σi ≤5%，转速无静差，空载起动到额定转速时的转速超调量σn ≤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T s =0.0017s ； 2）电流滤波时间常数T oi =0.002s ；
3）电流环小时间常数之和T ∑i =T s +T oi =0.0037s ； （2）选择电流调节结构
根据设计要求σi ≤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T l /T ∑i =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
W ACR (s )=K i
τi s +1
τi s
式中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）计算电流调节器参数
电流调节器超前时间常数：τi =T l =0.03s 。
电流环开环增益：要求σi ≤5%时，取K I T ∑i =0.5，因此
K I =0.5T ∑i
≈135.1s −1
于是，ACR 的比例系数为
K i =K I τi R K s β
≈1.013
（4）校验近似条件
电流环截止频率ωci =K I ≈135.1s −1
1）校验晶闸管装置传递函数的近似条件是否满足：因为1/3T s ≈196.1s −1>ωci ，所以满足近似条件；
2）校验忽略反电动势对电流环影响的近似条件是否满足：3√1/T m T l ≈40.82s −1<ωci ，所以满足近似条件；
3) 校验小时间常数近似处理是否满足条件：(1/3)√1/T m T l ≈180.8s −1>ωci ，所以满足近似条件。
按照上述参数，电流环满足动态设计指标要求和近似条件。
同理，当KT =0.25时，可得K i =0.5067 τi =16.89;
当KT =1.0时，可得K i =2.027 τi =67.567
6.2转速调节器ASR 的设计
（1）确定转速环时间常数
1）电流环等效时间常数为2T ∑i =0.0074s ；
2）电流滤波时间常数T on 根据所用测速发电机纹波情况，取T on =0.01s ；
3）转速环小时间常数T∑n=2T∑i+T on；
（2）转速调节器的结构选择
由于设计要求转速无静差，转速调节器必须含有积分环节；又根据动态设计要求，应按典型型系统设计转速环，转速调节器选用比例积分调节器（PI），其传递函数为
W ASR(s)=K n τn s+1τn s
式中K n—电流调节器的比例系数；
τn—电流调节器的超前时间常数。
（3）选择转速调节器参数
按照跟随和抗扰性能都较好的原则取h=5，则转速调节器的超前时间常数为
τn=ℎT∑n=0.087s，
转速开环增益为
K N=
ℎ+1
2ℎ2T∑n2
≈396.4s−2
所以转速调节器的比例系数为
K n=(ℎ+1)βT m C e
2ℎαRT∑n
≈11.7
（4）校验近似条件
转速环截止频率ωcn=K Nτn≈34.5s−1
1）校验电流环传递函数简化条件是否满足：由于(1/3)√K I/T∑i≈63.7s−1>ωcn,所以满足简化条件；
2）校验转速环小时间常数近似处理是否满足条件：由于(1/3)√K I/T on≈38.7s−1>ωcn，所以满足近似条件。
3）核算转速超调量
当h=5时，∆C max/C b=81.2%，而∆n N=I N R/C e=515.2rpm，因此
σn=(∆C max/C b)×2(λ−z)(∆n N T∑n)/(n∗T m)=8.31%<10%
能满足设计要求。
7、仿真模型的建立
利用MATLAB上的SIMULINK仿真平台，建立仿真模型。
如图7.1为电流环的仿真模型，图7.2为加了转速环之后的双闭环控制系统的仿真模型。
图7.1 电流环的仿真模型
_
图7.2 转速环的仿真模型
8、仿真结果分析
当取K i=1.013，τi=33.77时，电流环阶跃响应快，超调量小。
图8.1 电流环仿真结果
当K i=0.5067，τi=16.89时，电流环阶跃响应无超调，但上升时间长。
图8.2 无超调的仿真结果
当K i=2.027，τi=67.567时，电流环阶跃响应超调大，但上升时间短。
图8.3 超调量较大的仿真结果
当K n=11.7，τn=134.48时，图7.2中“step1”中“step time”值为0，“final value”值为10，代表空载状态，此时系统起动速度快，退饱和超调量较大。
图8.4 转速环空载高速起动波形图
当K n=11.7，τn=134.48时，图7.2中“step1”中“step time”值为0，“final value”值为136，代表满载状态，此时系统起动时间延长，退饱和超调量减小。
图8.5 转速环满载高速起动波形图
当K n=11.7，τn=134.48时，图7.2中“step1”中“step time”值为1，“final value”值为10，加入扰动瞬间系统曲线有波动，但迅速恢复稳定。
图8.6 转速环的抗扰波形图
通过以上仿真分析，与理想的电动机起动特性相比，仿真的结果与理论设计具有差距。
为什么会出现上述情况，从理论的设计过程中不难看出，因为在“典型系统的最佳设计法”时，将一些非线性环节简化为线性环节来处理，如滞后环节近似为一阶惯性，调节器的限幅输出特性近似为线性环节等。
经过大量仿真调试，改变电流和转速环调节器的参数，兼顾电流、转速超调量和起动时间性能指标。
9、心得体会
利用MATLAB上的SIMULINK仿真平台对直流调速系统进行理论设计与调试，使得系统的性能分析过程简单且直观。
通过对系统进行仿真，可以准确地了解到理论设计与实际系统之间的偏差，逐步改进系统结构及参数，得到最优调节器参数，使得系统的调试得到简化，缩短了产品的开发设计周期。
该仿真方法必将在直流调速系统的设计与调试中得到广泛应用。
