MATLAB双闭环直流调速系统的工程设计与仿真

I 摘 要

直流电机双闭环调速系统是一个复杂的自动控制系统，是目前直流调速系统中的主流设备，具有调速范围宽、平稳性好、稳速精度高等优点，在理论和实践方面都是比较成熟的系统，在拖动领域中发挥着极其重要的作用。

由于直流电机双闭环调速是各种电机调速系统的基础，本文从直流电机的基本特性进行双闭环直流电机设计，最后用实际系统进行工程设计，并采用MATLAB/SIMULINK进行仿真。

对于直流电机双闭环调速系统，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。本文对直流电机双闭环调速系统进行辅助设计，选择调节器结构，进行参数计算和近似校验，根据给出和计算出的相应参数，建立起制动、抗电网电压扰动和抗负载扰动的MATLAB/SIMULINK仿真模型，分析转速和电流的仿真波形，并进行调试，使直流电机双闭环调速系统趋于完善、合理。仿真结果证明了该方法的可行性和合理性。

关键词：直流调速，双闭环系统，电流调节器，转速调节器，计算机仿真

II Abstract

The double closed loop direct current velocity modulation system is a complex

automatic control system, is in the present direct current velocity modulation system

mainstream equipment, has the velocity modulation scope width, the stability is good,

the steady fast precision higher merit, in the theory and the practice aspect all is the

quite mature system, in drives in the domain to play the extremely vital role.

《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：1080810812

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Ce=0.04V·min/r；

电磁时间常数TL=0.008s；

机电时间常数 Tm=0.5；

电流反馈滤波时间常数Toi=0.2ms；

转速反馈滤波时间常数Ton=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=4.8；

动态参数设计指标：

稳态无静差；

电流超调量i5%；

空载启动到额定转速时的转速超调量25%；

过渡过程时间ts=0.5s。

二、 设计计算

1. 稳态参数计算

根据两调节器都选用PI调节器的结构，稳态时电流和转速偏差均应为零；两调节器的输出限幅值均选择为12V

电流反馈系数；AVAVIUim/25.14210nom*

转速反馈系数：rVrVnUnmmin/02.0min/50010max*

2. 电流环设计

（1）确定时间常数

电流滤波时间常数Toi=0.2ms，按电流环小时间常数环节的近似处理方法，则

sTTToisi0003.00002.00001.0 （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

ssKsWiiiACR1)(

（3）选择调节器参数

超前时间常数：i=TL=0.008s

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。通过本文的内容，读者可以了解到直流电机双闭环调速系统的设计与仿真方法，并可以应用到实际工程中。

cheng

cheng 双闭环晶闸管不可逆直流调速系统设计(matlab simulink 仿真)

前言

许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求具有良好的稳态、动态性能。而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。双闭环直流调速系统是直流调速控制系统中发展得最为成熟，应用非常广泛的电力传动系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。我们知道反馈闭环控制系统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。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环的调速系统可以再保证系统稳定的条件下实现转速无静差。但如果对系统的动态性能要求较高，例如要求起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足要求。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩。在单闭环系统中，只有电流截止至负反馈环节是专门用来控制电流的。但它只是在超过临界电流值以后，强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。在实际工作中，我们希望在电机最大电流限制的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过度过程中始终保持电流（转矩）为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度启动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。这是在最大电流转矩的条件下调速系统所能得到的最快的启动过程。

随着社会化大生产的不断发展，电力传动装置在现代化工业生产中的得到广泛应用，对其生产工艺、产品质量的要求不断提高，这就需要越来越多的生产机械能够实现制动调速，因此我们就要对这样的自动调速系统作一些深入的了解和研究。 本次设计的课题是双闭环晶闸管不可逆直流调速系统，包括主电路和控制回路。主电路由晶闸管构成，控制回路主要由检测电路，驱动电路构成，检测电路又包括转速检测和电流检测等部分。