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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。
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”。
电枢电阻：a 0.2R =Ω电枢电感由下式估算：N a N N 0.422019.119.10.0021(H)2221460136CU L pn I ⨯==⨯≈⨯⨯⨯电枢绕组和励磁绕组间的互感af L ：N a N e N 2200.21360.132(V min/r)1460U R I K n --⨯==≈⋅T e 60600.132 1.262π2πK K ==⨯≈ T af f 1.260.84(H)1.5K L I === 电机转动惯量2222.50.57(kg m )449.81GD J g ==≈⋅⨯③ 额定负载转矩L T N 1.26136171.4(N m)T K I ==⨯≈⋅表1 开环直流调速系统主要模型参数3）设置仿真参数：仿真算法odel5s ，仿真时间5.0s ，直流电动机空载起动，起动2.5s 后加额定负载L 171.4N m T =⋅。
直流调速系统仿真目录一．直流调速系统仿真1.开环直流调速系统的仿真2.单闭环有静差转速负反馈调速系统的建模与仿真3.单闭环无静差转速负反馈调速系统的建模与仿真4.单闭环电流截止转速负反馈调速系统的建模与仿真5.单闭环电压负反馈调速系统的建模与仿真6．单闭环电压负反馈和带电流正反馈调速系统的建模与仿真7.单闭环转速负反馈调速系统定量仿真8.双闭环直流调速系统定量仿真9.PWM直流调速系统仿真二．双闭环直流调速系统1双闭环直流调速系统的工作原理1.1双闭环直流调速系统的介绍1.2双闭环直流调速系统的组成1.3双闭环直流调速系统的稳态结构图和静特性1.4双闭环直流调速系统的数学模型2系统设计方法及步骤2.1系统设计的一般原则2.2电流环设计2.2.1确定时间常数2.2.2选择电流调节器结构2.2.3选择电流调节器参数2.2.4校验近似条件2.3转速环设计2.3.1确定时间常数2.3.2选择转速调节器结构2.3.3选择转速调节器参数2.3.4校验近似条件三．Simulink环境中的系统模型、仿真结果及分析3.1Matlab和Simulink简介3.2 Matlab建模与仿真3.3电流环的MA TLAB计算及仿真3.3.1电流环校正前后给定阶跃响的MA TLAB计算及仿真3.3.2绘制单位阶跃扰动响应曲线并计算其性能指标3.3.3单位冲激信号扰动的响应曲线3.3.4电流环频域分析的MA TLAB计算及仿真3.4转速环的MA TLAB计算及仿真3.4.1转速环校正前后给定阶跃响应的MA TLAB计算及仿真3.4.2绘制单位阶跃信号扰动响应曲线并计算其性能指标3.4.3单位冲激信号扰动的响应曲线3.4.4转速环频域分析的MA TLAB计算及仿真4V-M双闭环直流不可逆调速系统的电气原理总图摘要直流调速系统有多种调速方法，各种方法各有优缺点。
就性能而言，闭环性能优于开环，双闭环性能优于单闭环，然而对于实际系统，还要考虑系统的成本和复杂性，因此各种方法都有一定的适应场合。
直流调速系统的MA TLAB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供电，通过改变触发器移相控制信号调节晶闸管的U L c ，从而改变整流器的输出电压，实现直流电动机的调速。
该系统的仿真控制角模型如图2所示。
L++GTUCRE d--开环直流调速系统电气原理图图1图2 直流开环调速系统的仿真模型L?0，直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U 决定，移相特性的数学表达式为移相控制信号c???90?min U?90??c U cmax 1??。
在直流电动机的负载，所以，在本模型中取U?10V6??30?90U?ccmaxmin转矩输入端用Step模块设定加载时刻和加载转矩。
T L仿真算例1已知一台四极直流电动机额定参数为，，136AIU?220V?NN22。
励磁电压，励磁电，，220VminUR?0.2??1460rn?/m?22.5NGD?fNa流。
采用三相桥式整流电路，设整流器内阻。
平波电抗器??1.5A0.3RI?recf。
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20mHL?d n、电磁转矩、电枢电流和起动后加额定负载时的电机转速及电枢电压的uTi ded变化情况。
220V?U N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U?RI220?0.3?136NNrec130(V)U???2?2.34?cos302.34cos?min②电动机参数励磁电阻：U220f)146.7(?R???f I1.5f励磁电感在恒定磁场控制时可取“0”。
电枢电阻：?0.2R?a电枢电感由下式估算：CU0.4?220N?19.1?L?19.1?0.0021(H)a2pnI2?2?1460?136NN L：电枢绕组和励磁绕组间的互感af U?RI220?0.2?136NNa?K?0.132(V?min/r)?e n1460N 2 6060K??0.132?K?1.26eTπ2π2K1.26T0.84(H)??L?af1.5I f电机转动惯量222.5GD2 )??0.57(kg?mJ?9.814?4g 额定负载转矩③模块参数名参数，直流电动机空载起动，5.0s3）设置仿真参数：仿真算法odel5s，仿真时间m171.4N??T 。
一、转速反馈控制直流调速系统的仿真仿真各环节参数：直流电动机：额定电压UN=220V,额定电流IdN=55A，额定转速nN=1000r/min,电动机电动势系数Ce=0.192V·min/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=0.01V·min/r。
对应额定转速时的给定电压Un*=10V。
1、转速负反馈闭环调速系统仿真仿真框图：（1）突加负载空载启动分析：由以上两图，根据动态性能指标可以知道空载启动电流环响应速度快于转速环，电流环产生的超调量很大，转速环稳定后实现无静差。
转速能够跟紧紧跟随给定的变化。
（2）去掉积分作用仿真框图：分析：如果把积分部分取消，改变比例系数，可以得到不同静差率的响应曲线甚至振荡曲线。
（3）当kp=0.25，1/T=3，得到的转速相应曲线如下分析：系统的转速响应无超调，但调节时间很长。
（4）当kp=0.8，1/T=15得到的仿真曲线如下：分析：系统的转速响应的超调较大（18%），但快速性较好。
（5）0.6s后突减负载仿真框图：分析：0.6s之前系统已经趋于稳定，在0.6s时突加负载，使得转速稍有降落，但最终通过双闭环，系统转速稳定下来，较之前比不变，系统电流有所升高，但最终通过双闭环调节稳定下来，且电流较之前升高（E不变，Ra减小，I增大）。
（6）0.6s后突加扰动仿真框图：分析：0.6s之前系统已经趋于稳定，在0.6s时突加扰动，转速上升，电流上升，经过双闭环调节，二者最后都趋于稳定，较之前数值都没有发生变化。
二、转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真仿真各环节参数直流电动机：额定电压=220V，额定电流=308A，额定转速=1000r/min，电动机电动势系数=0.196V*min/r。
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”。
实验一、开环直流调速系统的仿真实验实验一 开环直流调速系统的仿真一、实验目的 1、熟悉并掌握利用MATLAB 中Simulink 建立直流调速系统的仿真模型和进行仿真实验的方法。
2、掌握开环直流调速系统的原理及仿真方法。
二、实验内容开环直流调速系统的仿真框图如图1所示，根据系统各环节的参数在Simulink 中建立开环直流调速系统的仿真模型，按照要求分别进行仿真实验，输出直流电动机的电枢电流Id 和转速n 的响应数据，绘制出它们的响应曲线，并对实验数据进行分析，给出相应的结论。
+—*n ()U s s s 1K T s +1/1l R T s +m R T se1C ()n s Ed ()I s +dL ()I s _图1 开环直流调速系统的仿真框图开环直流调速系统中各环节的参数如下：直流电动机：额定电压UN = 220 V ，额定电流IdN = 55 A ，额定转速nN = 1000 r/min ，电动机电势系数Ce= 0.192 V ·min/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 = 0.00167 s 。
电枢回路总电阻R =1.0 Ω，电枢回路电磁时间常数Tl = 0.00167 s ，电力拖动系统机电时间常数Tm = 0.075 s 。
对应额定转速时的给定电压Un*=4.364V 。
三、实验步骤 1、根据开环直流调速系统的各环节参数建立空载时的Simulink 仿真框图，如图2所示。
图2 空载时开环直流调速系统的仿真框图2、设置合适的仿真时间，利用out 器件或示波器将相关数据输出到MATLAB 的Workspace中，并在MATLAB中利用plot（X,Y）函数绘制出空载时直流电动机的电枢电流Id和转速n的响应曲线，记录并分析实验数据，给出相应的结论。
3、根据开环直流调速系统的各环节参数建立带负载时的Simulink仿真框图，如图3所示。
实验一、开环直流调速系统的仿真实验实验目的本实验旨在通过搭建开环直流调速系统的仿真实验平台，深入理解电机的转速调节原理，了解直流电机的调速方法，掌握仿真软件的基本操作，为后续实验打下坚实的基础。
实验器材•个人电脑•仿真软件MATLAB/Simulink实验原理直流电动机的转速调节方法有开环调速和闭环调速两种。
开环调速是采用给定电压和负载转矩（或负载电流）的关系表格，来确定电机所需要的电压值，然后通过直流调速器给电机供给相应电压值来调节电机的转速。
本次实验采用开环调速方法，实现直流电动机的转速控制。
电机通过直接接到电源上，输入直流电，可在一段范围内自动调节电机的转速。
实验过程中，通过修改电机被驱动的电压来达到调节电机的转速和功率的目的。
实验步骤1.在MATLAB/Simulink软件中新建一个仿真模型。
2.从Simulink库中拖拽Power System Toolbox中引入电源，将其与直流电动机模块相连。
3.调整电压、电流、电功率大小，展示不同转速下直流电动机的性能。
4.分析电动机性能曲线并记录实验数据。
5.结束实验后，停止仿真，保存实验数据。
实验结果通过本次实验，得到了不同电压下直流电动机的表现，所有数据都记录到实验报告中，以供参考。
从实验结果来看，不同电压下直流电动机的性能有很大的差异。
不同电压产生的转速和功率差异也十分明显。
本实验是初步了解直流电动机转速调节原理的实验，从中我们可以清晰地了解到开环调速的方法和它的应用。
同时还要深刻理解几个关键的概念，如转速、电压和功率之间的关系，并且会更加熟练地掌握这些内容。
此外，在进行实验时还需要注意实验操作的细节，避免出现过程错误和误差。
我们需要紧密联系育人活动和实验课程，深入了解和掌握实验原理，要严格按照实验要求操作，提高实验技能和实验思维能力，为以后的实验打下基础。
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。
一，转速反馈控制直流调速系统的matlab仿真1,基本原理：根据自动控制原理，将系统的被调节量作为反馈量引入系统，与给定量进行比较，用比较后的偏差值对系统进行控制，可以有效地抑制甚至消除扰动的影响，而维持被调节量很少变化或不变，这就是反馈控制的基本作用。
在负反馈基础上的“检查误差，用以纠正误差”这一原理组成的系统，其输出量反馈的传递途径构成一个闭环回路，因此被称作闭环控制系统。
在直流系统中，被调节量是转速，所构成的是转速反馈控制的直流调速系统。
2，下图是转速负反馈闭环调速系统动态结构框图各个环节的参数如下：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，电机电动势常数C e=0.192V·min/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=0.00167。
电枢回路总电阻R=1Ω，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=0.01 V·min/r。
对应的额定电压U n*=10V。
在matlab的simulink里面的仿真框图如下其中PI调节器的值暂定为Kp=0.56，1/τ=11.43。
3,仿真模型的建立：进入matlab，单击命令窗口工具栏的simulink图标，打开simulink模块浏览器窗口，如下图所示：打开模型编辑器窗口，双击所需子模块库的图标，则可以打开它，用鼠标左键选中所需的子模块，拖入模型编辑窗口。
要改变模块的参数双击模块图案即可（各模块的参数图案）。
加法器模块对话框Gain模块对话框把各个模块连接起来并按照上面给定的电机参数修改各个模块相应的参数，可以得到如下的比例积分的无静差直流调速系统的仿真框图：4，仿真后的结果及其分析：其中输出scope1中可以看出超调和上升时间等。
改变PI调节器的参数，并在仿真的曲线中得到最大的超调级调整时间，相互间进行比较，如下表所示：参照以上表格中的数据分析可知，改变PI调节器的参数，可以得到快速响应的超调量不一样，调节时间不一样的响应曲线。
转速反馈控制直流调速系统的仿真一、不带电流负反馈的转速反馈控制直流调速系统仿真根据课本的操作步骤可得到如下的仿真框图：根据课本的操作步骤可得到如下的仿真框图：图1.仿真框图运行仿真模型结果如下：运行仿真模型结果如下：图2.电枢电流随时间变化的规律由图可知电流的最大值为230A左右，显然不满足实际要求，故后面需对此进行处理，采用带电流截止负反馈环节的直流调速系统。
采用带电流截止负反馈环节的直流调速系统。
图3. 电机转速随时间变化的规律二、带电流负反馈的转速反馈控制直流调速系统仿真采用以下结构实现电流截止负反馈环节中的二极管功能：当输入小于0时，输出为0；当输入大于0时，输出等于输入。
时，输出等于输入。
图4. 原理图根据电机的额定参数：A 55IN =。
取。
取.57155*.31.3I1INdcr === 9955*.81I*.81IN 1db ===又根据又根据s com*N 1db R U U I +»s dcr com R *I U =同时V 10U *N =，可解得：364.0R s =，26U com =仿真框图如下所示：仿真框图如下所示：图5.仿真框图运行仿真模型结果如下：运行仿真模型结果如下：图6.电枢电流随时间变化的规律图7.电机转速随时间变化的规律。
三、结论将不带电流负反馈的模型与带电流负反馈的模型进行比较，我们看到，前后两个scope1中的曲线的最大值相差很大。
第一个scope1中最大值达到了250左右，而第二个只有100左右。
而前后两个scope 中，曲线都在1000左右稳定，而第一个scope 是在0.1秒左右就开始进入稳态，而第二个是在0.2秒左右才开始进入稳态。
秒左右才开始进入稳态。
可知，引入电流负反馈，可以解决转速反馈闭环调速系统起动时电流过大的问题，可以解决转速反馈闭环调速系统起动时电流过大的问题，而且而且这种作用只在起动时存在，这种作用只在起动时存在，在正常的稳速运行时又取消了，在正常的稳速运行时又取消了，在正常的稳速运行时又取消了，电流随着负荷的增减而变化，电流随着负荷的增减而变化，电流随着负荷的增减而变化，只只有当电流大到一定程度时才开始起作用。
基于MATLAB的直流调压调速控制系统的仿真直流调压调速系统是一种常见的电气控制系统，广泛应用于工业领域中。
在直流调压调速系统中，直流电机作为执行器，通过对电机的电压进行调节，可以实现对电机的速度、扭矩等参数的控制。
本文基于MATLAB平台对直流调压调速系统进行了仿真分析，包括建立系统模型、设计控制系统、进行性能分析等方面。
一、直流调压调速系统模型的建立直流调压调速系统可以简化为如下模型：e(t)--->u(t)--->Gv(s)---->X(s)----->e(t)是输入信号，表示期望电机速度；u(t)是输出信号，表示电机输出的转矩；Gv(s)是电机的传递函数，表示电机的速度与输入电压的关系；X(s)是控制系统的输出信号，表示根据输入信号e(t)和反馈信号u(t)计算得出的输出。
电机的传递函数Gv(s)可以通过实验测定或者理论计算得到，其具体形式为：Gv(s) = K / (Js+b)K是电机的增益；J是电机的惯性矩；b是电机的摩擦系数。
二、直流调压调速系统的控制器设计对于直流调压调速系统，可以采用比例-积分-微分（PID）控制器来控制电机的速度。
PID控制器的输出计算式为：u(t) = Kp * e(t) + Ki * ∫e(t) * dt + Kd * de(t)/dtKp、Ki、Kd分别是比例、积分、微分控制器的参数，e(t)是输入信号与输出信号之差，de(t)/dt是e(t)的导数。
在MATLAB中，可以使用pid函数设计PID控制器，并使用feedback函数将控制器与直流调压调速系统进行连接。
具体步骤如下：1. 建立直流调压调速系统的模型；2. 调用pid函数，设计PID控制器，并设置控制器的参数；3. 调用feedback函数，将控制器与直流调压调速系统进行连接；4. 设计输入信号e(t)；5. 运行模拟程序，观察系统的输出信号u(t)。
三、直流调压调速系统的性能分析在直流调压调速系统的仿真中，可以通过观察系统的输出信号u(t)来评估系统的性能。
比例控制的直流调速系统的仿真参数一、电机特性参数：1.电机额定电流（I_N）：直流电机的额定电流，可以根据电机的额定功率和电压通过功率公式计算得到。
2.电机内阻（R）：电机内部电阻，决定了电机的电流分布和阻尼特性。
可以通过实际测量或者从电机的技术手册中获取。
3.电机电感（L）：电机的电感，反映了电机的自感特性，也会对电机的动态响应产生影响。
可以通过实际测量或者从电机的技术手册中获取。
4.电机转动惯量（J）：电机的转动惯量，决定了电机的惯性和动态响应。
可以通过实际测量或者从电机的技术手册中获取。
5.电机反电动势常数（Ke）：电机反电动势常数，反映了电机的输出电压与转速之间的关系。
可以通过实际测量或者从电机的技术手册中获取。
二、控制回路参数：1.比例增益（Kp）：比例速度调节器的增益，决定了控制输出与误差之间的线性关系。
可以根据系统的要求进行选择。
2.采样周期（T）：控制系统的采样周期，决定了控制器的调节速度和控制精度。
通常根据系统的性能指标进行选择，如超调量、调节时间等。
3.控制器类型：可以选择不同类型的控制器，如比例控制器、积分控制器、微分控制器或者PID控制器等。
4.控制器输出限制：对控制器的输出做限制，可以避免电机超调或者过负荷运行。
5.反馈方式：可以选择转速反馈或者位置反馈，一般采用转速反馈。
三、仿真环境参数：1.仿真时间：仿真的总时间长度，可以根据系统的稳态要求进行选择。
2.仿真步长：仿真器的时间步长，决定了仿真器的计算精度。
可以根据系统的要求进行选择。
3.仿真误差容限：控制系统的输出与设定值之间的允许误差范围。
可以根据系统的控制精度要求进行选择。
4.扰动信号：可以在仿真中添加加性或者乘性噪声，模拟实际工作环境中的扰动。
综上所述，比例控制的直流调速系统的仿真参数包括电机的特性参数、控制回路参数和仿真环境参数等。
根据具体的系统要求和性能指标，可以选择适当的参数值来进行仿真建模和分析，以评估系统的控制性能和稳定性。
直流电机PWM调速系统的设计与仿真一、引言直流电机是电力传动中最常用的一种电动机，具有调速范围广、响应快、结构简单等优点。
而PWM（脉宽调制）技术是一种有效的电机调速方法，可以通过改变占空比控制电机的转速。
本文将介绍直流电机PWM调速系统的设计与仿真，包括建模分析、控制策略、电路设计和仿真实验等内容。
二、建模分析1.直流电机的模型直流电机的数学模型包括电动势方程和电机转矩方程。
电动势方程描述电机的输出电动势与供电电压之间的关系，转矩方程描述电机的输出转矩与电机转速之间的关系。
2.PWM调速系统的控制策略PWM调速系统的控制策略主要包括PID控制和模糊控制两种方法。
PID控制是一种经典的控制方法，通过比较实际输出与期望输出，计算出控制量来调整系统。
模糊控制则是一种基于模糊逻辑的控制方法，通过模糊推理，将输入量映射为输出量。
三、电路设计1.电机驱动电路设计电机驱动电路主要由电流传感器、逆变器和滤波器组成。
电流传感器用于测量电机的电流，逆变器将直流电压转换为交流电压，滤波器用于消除电压中的高频噪声。
2.控制电路设计控制电路主要由控制器、比较器和PWM信号发生器组成。
控制器接收电机转速的反馈信号，并与期望转速进行比较，计算出控制量。
比较器将控制量与三角波进行比较，生成PWM信号。
PWM信号发生器将PWM信号转换为对应的脉宽调制信号。
四、仿真实验1.系统建模与参数设置根据直流电机的模型，建立MATLAB/Simulink仿真模型，并根据实际参数设置电机的转矩常数、转矩常数、电机阻抗等参数。
2.控制策略实现使用PID控制和模糊控制两种方法实现PWM调速系统的控制策略。
通过调节控制参数，比较不同控制方法在系统响应速度和稳定性上的差异。
3.仿真实验结果分析通过仿真实验，分析系统的静态误差、动态响应和稳定性等性能指标。
比较不同控制方法的优缺点，选择合适的控制方法。
五、结论本文介绍了直流电机PWM调速系统的设计与仿真，包括建模分析、控制策略、电路设计和仿真实验等内容。
直流调速系统的仿真1、直流电动机开环调速系统仿真直流开环调速系统的电气原理如图1所示。
直流电动机电枢由三相晶闸管整流电路经平波电抗器L供电，并通过改变触发器移相控制信号U c调节晶闸管的控制角，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。
在仿真中为了简化模型，省略了整流变压器和同步变压器，整流器和触发同步使用同一交流电源，直流电动机励磁由直流电源直接供电。
触发器（6-Pulse图1 直流开环调速系统电气原理图2 直流电动机开环调速系统的仿真模型图3 移相特性Generator)的同步电压连接。
触发器的控制角（alpha —deg 端）通过了移相控制环节（shifter ），移相控制模块的输入是移相控制信号Uc （图2中Uc ），输出是控制角，移相控制信号Uc 由常数模块设定。
移相特性如图3所示。
移相特性的数学表达式为Uc Uc a a maxmin 9090-︒+︒= 在本模型中取︒=30min a ，V Ucm 10±=，所以Uc a 690+︒=。
在电动机的负载转矩输入端TL 接入了斜坡（Ramp ）和饱和(Satutration)两个串联模块，斜坡模块用于设置负载转矩上升速度和加载的时刻，饱和模块用于限制负载转矩的最大值。
【例1】 已知直流电动机额定参数为U nom =220V ,I nom =136A ，nnom =1460r/min ，4级，Ra=0.21Ω，GD2=22.5N ·㎡。
励磁电压U f =220V ，励磁电流I f =1.5A 。
采用三相桥式整流电路，整流器内阻Rrec =1.3Ω。
平波电抗器Lp =200mH 。
仿真该晶闸管-整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电动机的转速、转矩和电流变化。
仿真步骤如下：（1）绘制系统的仿真模型如图2所示。
（2）设置模块参数1）供电电源电压为V V I R U U nom rec nom 12330cos 34.213621.0220cos 34.2min 2=︒⨯++=α 2）电动机参数如下：励磁电阻为Ω===7.1465.1/220/f f f I U R 励磁电感在恒定磁场控制时可取0。
电枢电阻Ω=21.0a R ，电枢电感由下式估算，即H H I pn CU L nom nom nom a 00021.01361460222204.01.1921.19=⨯⨯⨯⨯⨯== 电枢组和励磁af L 组互感为 因为r V r V n I R U C n o noa n o e m 132.0min/146013621.0220⋅=⋅⨯-=-=26.1132.0260260=⨯∑=∑e C K π所以H I K L f af 84.05.1/26.1/===∑ 电动机转动惯量为 22257.08.94/5.224/m kg m kg g GD J ⋅=⋅⨯==3）额定负载转矩为m N m N I C T n o m e L ⋅=⋅⨯⨯==225.17132.055.955.9（3）设置仿真参数。
仿真算法采用ode15s ，仿真时间为4s ，电动机空载起动，起动2.5s 后突加额定负载。
（4）启动真并观察结果。
仿真的结果如图4所示。
其中图4 所示为整流器输出端的电压波形（局部），图4 所示为经平波电抗器后电动机电枢两端电压波形，该波形较整流器输出端的电压波形脉动减少了许多，电压平均值在225V 左右符合设计要求。
图4c 和图4d 所示为电动机电枢回路电流和转速变化过程，在全压直接起动情况下，起动电流很大，在2.5s 左右起动电流下降为零（空载起动），起动过程结束，这时电动机转速上升到最高值。
在起动0.5s 后加额定负载，电动机的转速下降，电流增加。
图4e 所示为电动机的转矩变化曲线，转矩曲线与电流曲线成比例。
图4f 给出了工作过程中电动机的转矩-转速特性曲线。
通过仿真反映了开环晶闸管-直流电动机系统的空载起动和加载工作情况。
图4 晶闸管-直流电动机系统仿真结果a）整流器输出电压b）电枢两端电压c）电枢电流d）电动机转速e）电动机转矩曲线f）转矩-转速特性2、转速闭环控制的直流调速系统仿真晶闸管-直流电动机系统可以通过调节晶闸管控制角改变电动机电枢电压实现调速，但是存在两个问题，第一，全压起动时，起动电流大。
第二，转速随负载变化而变化，负载越大，转速降落越大，难以在负载变动时保持转速的稳定，而满足生产工艺的要求。
为了减小负载波动对电动机转速的影响可以采取带转速负反馈的闭环调速系统，根据转速的偏差来自动调节整流器的输出电压，从而保持转速的稳定。
带转速负馈的有静差直流调速系统的结构如图5所示。
系统由转速给定环节Un ，放大倍数为Kp的放大器、移相触发器CF、晶闸管整流器和直流电动机M、测速发电机TG等组成。
该系统在电机负载增加时，转速将下降，转速反馈Un减小，而转速的偏差△Un将增大(△Un=Un-Un)，同时放大器输出Uc增加，并经移相触发器使整流器输出电压Ud增加，电枢电流Id增加，从而使电动机电磁转矩增加，转速也随之升高，补偿了负载增加造成的转速降。
带转速负反馈的直流调速系统的稳态特性方程为图5 带转速负反馈的有静差直流调速系统的结约)1()1(K C RI K C U K K n e d e n s p +-+*=电动机转速降为)1(K C RI n e d +=∆式中，K=KpKs α/Ce ，Kp 为放大器放大倍数；Ks 为晶闸管整流器放大倍数；Ce 为电动机电动势常数；α为转速反馈系数；R 为电枢回路总电阻。
从稳态特性方程可以看到，如果适当增加放大器放大倍数Kp ，电机的转速降△n 将减小，电动机将有更硬的机械特性，也就是说在负载变化时，电动机的转速变化将减小，电动机有更好的保持速度稳定的性能。
如果放大倍数过大，也可能造成系统运行的不稳定。
转速负反馈有静差调速系统的仿真模型如图6所示。
模型在图2所示的开环调速系统的基础上增加了转速给定un 、转速反馈n-feed 、放大器Gain1和反映放大器输出限幅的饱和特性模块Saturation1，饱和限幅模块的输出是移相触发器的输入uc ，其中转速反馈直接取自电动机的转速输出，没有另加测速发电机，取转速反馈系数α=Un/nN 。
图6 转速负反馈有静差直流调速系统仿真模型【例2】在例1的基础上观察带转速负反馈系统，在不同放大器放大倍数时对转速变化的影响。
在额定转速Un=10时,Kp=5、10、20时的转速响应曲线如图7a所示图7 额定转速时的响应曲线a）不同放大倍数时的响应曲线b）电流响应曲线（图中为kp），随着放大器放大倍数的增加，系统的稳态转速提高，即稳态转速降减小。
图7b所示为Kp=10时的电流响应波形，从波形可以看到由于没有电流的限制措施，在起动过程中电流仍很大可达370A左右。
图8b所示为1/2额定转速Un=5时的转速响应曲线，以Kp=10和200两种情况比较，在Kp=200时，稳态转速降减小但是调节过程中的振荡次数增加，这从相应的移相控制信号变化也可以看到相同的情况（见图8a），由于晶闸管整流器控制的非线性，其输出电压只能在0～Ud范围内变化，尽管放大倍数很高，转速还没有出现严重的不稳定现象。
图8 转速给定Un=5时的波形a）移相控制信号b）转速响应曲线3、转速电流双闭环控制的直流调速系统仿真转速电流双闭环控制的直流调速系统是最典型的直流调速系统，其原理结构如图9所示。
双闭环控制直流调速系统的特点是电动机的转速和电流分别由两个独立的调节器分别控制，且转速调节器的输出就是电流调节器的给定，因此电流环能够随转速的偏差调节电动机电枢的电流。
当转速低于给定转速时，转速调节器的积分作用使输出增加，即电流给定上升，并通过电流环调节使电动机电流增加，从而使电动机获得加速转矩，电动机转速上升。
当实际转速高于给定转速时，转速调节器的输出减小，即电流给定减小，并通过电流环调节使电动机电流下降，电动机将因为电磁转矩减小而减速。
在当转速调节器饱和输出达到限幅值时，电流环即以最大电流限制Idm实现电动机的加速，使电动机的起动时间最短，在可逆调速系统中实现电动机的快速制动。
在不可逆调速系统中，由于晶闸管整流器不能通过反向电流，因此不能产生反向制动转矩而使电动机快速制动。
图9 转速电流双闭环控制的直流调速系统原理图直流双闭环系统的仿真可以依据系统的动态结构图进行，也可以用Power System的模块来组建。
两种仿真不同在于主电路，前者晶闸管和电动机是用传递函数来表示，后者晶闸管和电动机是使用Power System 的模块，而控制部分是相同的。
下面分别对两种方法进行介绍。
3.1按直流双闭环系统动态结构图仿真依据系统的动态结构图的仿真模型如图10所示，仿真模型与系统动态结构图的各个环节基本上是对应的，需要指出的是，双闭环系统的转速和电流两个调节器都是有饱和特性和带输出限幅的PI 调节器，为了充分反映在饱和和限幅非线性影响下调速系统的工作情况，需要构建考虑和和输出限幅的PI 调节器，过程如下： 线性PI 调节器的传递函数为s s K s K K s W P i P PI ττ+=+=11)(式中,Kp 为比例系数；Ki 为积分系数； =KpKi 。
图10 直流双闭环调速系统动态结构图和仿真模型a ）结构图b ）仿真模型上述PI 调节器的传递函数可以直接调用SIMULINK 中的传递函数或零极点模块。
而考虑饱和和输出限幅的PI 调节器模型如图11a 所示。
模型中比例和积分调节分为两个通道，其中积分调节器integrate 的限幅表示调节器的饱和限幅值，而调节器的输出限幅值由饱和模块Saturation 设定。
当该调节器用作转速调节器ASR 时，在起动中由于开始转速偏差大，调节器输出很快达到输出限幅值，在转速超调后首先积分器退饱和，然后转速调节器输出才从限幅值开始下降。
为了使系统模型更简洁，利用了SIMULINK 的打包功能（Great Subsystem ）将调节器模型缩小为一个分支模块，如图11b 所示。
图11 带饱和和输出限幅的PI 调节器及分支模块a ）调节器模型b ）分支模块【例3】以例1的晶闸管-直流电动机系统为基础，设计一转速电流双闭环控制的调速系统，设计指标为电流超调量σI%≤5%，空载起动到额定转速时的转速超调量σn%≤10%。
过载倍数 =1.5，取电流反馈滤波时间常数 Toi=0.002s ，转速反馈滤波时间常数Ton=0.01s 。
取转速调节器和电流调节器的饱和值为12V ，输出限幅值为10V ，额定转速时转速给定Un=10V 。
仿真观察系统的转速、电流响应和设定参数变化对系统响应的影响。
