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《电力电子技术》课程设计说明书直流调速系统设计院、部：电气与信息工程学院学生姓名：***指导老师：陆秀令职称：教授专业：电气工程及其自动化班级：电气本1101班学号： ***********摘要直流调速系统有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以获得了广泛应用。

本文从直流电动机的工作原理入手，建立双闭环直流调速系统的数学模型。

然后按照自动控制原理，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。

整流电路就是把交流电能转换为直流电能的电路。

大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。

它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。

整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。

整流电路的种类有很多，有半波整流电路、单相桥式半控整流电路、单相桥式全控整流电路、三相桥式半控整流电路、三相桥式全控整流电路等。

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。

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：直流调速系统；调节器；双闭环系统；仿真；整流目录摘要1 整流电路与双闭环直流调速系统的工作原理 (1)1.1双闭环直流调速系统的介绍 (1)1.2三相桥式全控整流电路的原理 (2)2 系统设计方法及步骤 (6)2.1三相桥式整流电路仿真模型建立和参数设置 (6)(1)三相桥式全控整流电路的分析 (6)(2)三相桥式整流电路的仿真 (6)2.2系统设计参数 (7)(1)直流电机控制系统设计参数 (7)(2) 环境条件 (7)2.3电流环设计 (7)（1）确定时间常数 (7)(2) 选择电流调节器结构 (7)2.4转速环设计 (7)(1) 确定时间常数 (7)(2) 选择转速调节器结构 (7)3 Matlab和Simulink简介 (8)3.1 Matlab简介 (8)3.2 Simulink简介 (8)4 Simulink环境中的系统模型、仿真结果及分析 (10)4.1带阻感性负载三相桥式全控整流电路的仿真分析 (10)4.2直流调速系统的仿真 (11)(1) 开环直流调速系统的仿真 (11)(2) 单闭环有静差转速负反馈调速系统的建模与仿真 (12)(3) 双闭环直流调速系统定量仿真 (14)5 三相桥式全控整流直流不可逆调速系统的电气原理总图 (16)总结 (17)参考文献1 整流电路与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双闭环调速系统的工作过程和原理：启动阶段，电动机的实际转速低于给定值,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。

直流电机调速matlab仿真报告以直流电机调速Matlab仿真报告为标题引言：直流电机是一种常见的电动机，广泛应用于工业、交通、家电等领域。

在实际应用中，电机的调速控制是一项关键技术，可以使电机在不同工况下实现恒定转速或变速运行。

本文将利用Matlab软件进行直流电机调速的仿真实验，旨在通过仿真结果分析不同调速控制策略的优劣，并提供一种基于Matlab的直流电机调速方法。

一、直流电机调速原理直流电机的调速原理基于电压与转速之间的关系。

电机的转速与输入电压成正比，即在给定电压下，电机转速可以通过调整电压大小来实现调速。

常用的直流电机调速方法有电压调速、电流调速和PWM调速等。

二、Matlab仿真实验设置本次仿真实验将以直流电机调速为目标，基于Matlab软件进行实验设置。

首先，需要建立电机的数学模型，包括电机的转速、电流和电压等参数。

其次，选择合适的调速控制策略，如PID控制、模糊控制或神经网络控制等。

最后，通过调节电压输入，观察电机的转速响应和稳定性。

三、PID控制调速实验1. 实验目的本实验旨在通过PID控制器对直流电机进行调速控制，并分析不同PID参数对控制效果的影响。

2. 实验步骤(1) 建立直流电机的数学模型；(2) 设计PID控制器，包括比例系数Kp、积分系数Ki和微分系数Kd；(3) 利用Matlab软件进行仿真，设定电机的目标转速和初始转速；(4) 通过调节PID参数，观察电机的转速响应和稳定性。

3. 实验结果与分析根据实验设置，我们分别对比了不同PID参数值下的电机转速响应曲线。

结果显示，在合适的PID参数设置下，电机能够实现快速响应和稳定控制。

但是，过大或过小的PID参数值都会导致转速超调或调速不稳定的问题。

四、模糊控制调速实验1. 实验目的本实验旨在通过模糊控制器对直流电机进行调速控制，并分析不同模糊规则和输入输出的影响。

2. 实验步骤(1) 建立直流电机的数学模型；(2) 设计模糊控制器，包括模糊规则、输入变量和输出变量；(3) 利用Matlab软件进行仿真，设定电机的目标转速和初始转速；(4) 通过调节模糊规则和输入输出变量，观察电机的转速响应和稳定性。

基于Matlab的双闭环调速系统设计报告目录一、摘要 (2)二、总体方案设计 (3)1、控制原理2、控制结构图三、参数计算 (5)1、静态参数设计计算2、动态参数设计计算四、稳定性分析 (8)1、基于经典自控理论得分析2、利用MATLAB辅助分析A、利用根轨迹分析B、在频域内分析奈氏曲线：bode图利用单输入单输出仿真工具箱分析用Simulink仿真五、系统校正 (14)1、系统校正的工具2、调节器的选择3、校正环节的设计4、限流装置的选择六、系统验证 (15)1、分析系统的各项指标2、单位阶跃响应3、Simulink仿真系统验证系统运行情况七、心得体会 (20)八、参考文献 (20)一、摘要运动控制课是后续于自动控制原理课的课程，是更加接近本专业实现应用的一门课程。

直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。

由于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。

所以加深直流电机控制原理理解有很重要的意义。

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。

二、总体方案设计1、控制原理根据设计要求，所设计的系统应为单闭环直流调速系统，选定转速为反馈量，采用变电压调节方式，实现对直流电机的无极平滑调速。

所以，设计如下的原理图：图1、单闭环直流调速系统原理图转速用与电动机同轴相连的测速电机产生的正比于转速的电压信号反馈到输入端，再与给定值比较，经放大环节产生控制电压，再通过电力电子变换器来调节电机回路电流，达到控制电机转速的目的。

这里，电压放大环节采用集成电路运算放大器实现，主电路用晶闸管可控整流器调节对电机的电源供给。

所以，更具体的原理图如下：图2、单闭环直流调速系统具体原理图2、控制结构图有了原理图之后，把各环节的静态参数用自控原理中的结构图表示，就得到了系统的稳态结构框图。

任务一：利用Simpowersystem里面自带的DC电机模块，完成他励直流电机单闭环调速仿真，速度调节用PI控制方法，要求封装PI模块，给定速度100rad/s，负载由空载到1s时跳变到20N。

调节不同的PI参数，观察仿真结果总结速度波形、转矩波形的变化规律。

另外要求将scope图中的4条曲线参数导出到工作空间，并用subplot和plot函数画在同一个窗口中，每个子图加上对应的标题。

写报告时必须仿真模型图和绘制的曲线图电机相关参数如下：任务二：利用Simulink 基本模块搭建他励直流电机闭环调速系统直流电机子模块，根据以下电机数学模型搭建e M a T C I =Φe L m d T T B J dtωω--= 电机模块要求封装，参数20.05kg m J =⋅，0.02N m s m B =⋅⋅，165m C =，0.01Wb f Φ=点击封装模块时输入。

PI 控制模块要求封装，调节不同的PI 参数，得到不同的速度波形。

写报告时，要给出仿真模型和不同PI 参数的速度波形。

任务三：修改任务二的模型，使其PI 控制参数来自外部变量设定，将速度偏差的仿真结果导出到工作空间（workspace ），用m 文件编写一段循环程序调用任务二的仿真模型（调用函数为sim ），在m 文件中实现对PI 参数的调整，处理数据，得到满意的控制参数，绘制仿真结果曲线图。

M 文件中包含：设定PI 参数――调用仿真模型――速度偏差的最后100个数据点平均值是否小于某个设定值eps ――不满足，则修改PI 参数（用循环的方式修改）……最后用plot 画出速度和转矩波形，用subplot 将两个图画在一个窗口。

求数组长度函数length()，求平均值函数mean()，Subplot ，plot任务四：异步电机调速方法仿真从Help－Demos－SimPowerSystems－General Demos中调出AC Motor Drive - Vector Control (discrete) （power_acdrive.mdl）和Asynchronous Machine （power_pwm.mdl），运行看看结果，并找到相应的模块在哪，并试着自己建立同样的模型。

《MATLAB与控制系统仿真》
设计学习研究
课题：无刷直流电机
速度控制系统设计与仿真
【目的】
✓获得在Simulink仿真环境下电机模型建立及控制器的设计技巧；✓获得MATLAB仿真系统调试及分析技巧；
✓了解运动控制系统工程设计的基本技巧和步骤。

【任务及要求】
1.电机模型及参数
无刷直流电机参数如下。

霍尔传感器数目为3。

2.设计指标
(1)系统静特性良好，无静差；
(2)动态性能指标：转速超调量σn%≤10%,负载扰动产生的动态偏差：
Δnmax/nmin≤10%；扰动恢复时间：tv≤0.5s.
4.设计任务
※基本要求※
（1）设计系统总体控制方案，画出系统组成结构图；
（2）计算主电路功率器件的电压、电流容限要求；
（3）电流调节器与转速调节器均为PI形式，画出闭环阶跃相应曲线及开环波特图，并给出幅值裕量、相位裕量、上升时间、调节时间、超调量等性能指标；（4）系统的MATLAB仿真模型设计及参数设置；
（5）系统仿真调试要求：转速给定值初值为500r/min，持续到第1秒后突变为0rpm；负载转矩初始值为0，在第0.5秒为10N.m，持续到第1秒后突变为
-8N.m并保持.请在该条件下对系统进行仿真，给出电枢电流、转速、电磁转矩的波形图；
（6）系统调试及仿真结果分析。

※扩展要求※
（1）比较分析不同PI转速控制器参数的控制效果，归纳参数调节的一般规律；（2）将电流调节器改为PI控制器，并与滞环调节器控制性能进行比较；
（3）分析基于霍尔传感器的换向技巧；
（4）试用两种不同的通断方式控制两相电流，比较其性能。

Hefei University电子信息与电气工程系自动化专业控制系统数字仿真与CAD课程报告课题：直流电动机双闭环调速系统仿真班级：08自动化（1）班*名：**0805070073朱彤0805070068李方舟0805070053指导老师：***摘要：双闭环（转速环、电流环）直流调速系统是一种当前应用广泛，经济，适用的电力传动系统。

它具有动态响应快、抗干扰能力强的优点。

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调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。

对最常用的转速、电流双闭环调速系统的工程设计方法进行了详细的推导。

然后采用Matlab/Simulink方法对实际系统进行仿真，找出推导过程被忽略的细节部分对调速系统的影响，给出工程设计和实际系统之间产生差距的原因，有助于在实际中设计出较优的系统。

关键词：直流电机调速系统仿真MatlabAbstract: Double closed loop ( speed loop, current loop DC speed control system ) is a kind of current application is wide, economic, applicable power transmission system.The paper presents the derive ationof engineering design methods in the speed regulation system of speed and current double closed loop in details. Then，a demo is designed and simulated by Matlab/Simulink to study the influence resulted from the details of the derivation，which has been ignored in the speed regulation system. The reason of difference between the engineeringdesign and the real conditions is given to help working out theoptimaldesigninpractice. Keywords: DC motor Speed regulation system Simulation Matlab一、双闭环直流调速系统的介绍双闭环（转速环、电流环）直流调速系统是一种当前应用广泛，经济，适用的电力传动系统。

物理与电子工程学院《电力拖动自动控制系统》课程设计报告书设计题目：直流电机起动设计与仿真专业：自动化xxx班级： 2014xxxxx本1班学生姓名: xxxxxxxx学号: 20140343121指导教师： xxxxxxxxxx2015年10月25 日物理与电子工程学院课程设计任务书专业：自动化班级：14xxxx1班摘要直流电动机具有调速范围广、调速平稳、过载能力强以及启动和制动转矩大等优点，在工农业生产中得到了广泛的应用。

文章研究了直流电动机串电阻起动方法，在直流电动机电枢绕组中串入电阻来降低起动电流和起动转矩。

相比于电机直接起动，串入电阻起动起动电流和起动转矩显著减低，而且成本又增加不多，在实际工农业生产中有广泛的应用，在课程设计中总共设了3级电阻，第一级电阻R1=0.518,第二季电阻R2=0.32,第三级电阻R3=0.162。

关键词：直流电动机；直接启动；串电阻启动；仿真；目录1 任务提出与方案论证 (1)1.1提出任务 (1)1.2方案论证 (1)2 总体设计 (1)2.1系统总体原理框图 (1)2.2直流电动机直接起动真模型仿真的建立 (2)2.3直流电动机串电阻起动真模型仿真的建立 (5)2.4直流电动机串电阻起动时电阻值计算以及仿真结果分析 (5)3 心得体会 (13)1 任务提出与方案论证1.1提出任务直流电动机刚与电源接通的瞬间，转子尚未转动起来时，他励和串励电动机的电枢电流以及并励和复励电动机的输入电流称为起动电流，这时的电磁转矩称为起动转矩。

一般情况下，在额定电压下直接起动时，起动电流可达电枢电流额定值的10～20倍，起动转矩也能达到额定转矩的10～20倍，这样的起动电流是换向所不允许的，而且过大的起动转矩会使电动机和它所拖动的生产机械遭受突然的巨大冲击，以致损坏传动机械和生产机械。

由此可见，除了额定功率在数百瓦以下的微型直流电动机，因电枢绕组导线细、电枢电阻大以及转动惯量又比较小，可以直接起动以外，一般的直流电动机是不允许采用直接起动的。

基于matlab的电力电子技术仿真设计第1章绪论1.1 MATLAB 的产生过程和影响在 20 世纪七十年代后期的时候：时任美国新墨西哥大学计算机科学系主任的Cleve Moler 教授出于减轻学生编程负担的动机，为学生设计了一组调用LINPACK和EISPACK库程序的“通俗易用”的接口，此即用FORTRAN编写的萌芽状态的MATLAB。

经几年的校际流传，在Little 的推动下，由Little、Moler、Steve Bangert 合作，于1984 年成立了 MathWorks 公司，并把 MATLAB 正式推向市场。

从这时起，MATLAB 的内核采用C语言编写，而且除原有的数值计算能力外，还新增了数据图视功能。

MATLAB以商品形式出现后，仅短短几年，就以其良好的开放性和运行的可靠性，使原先控制领域里的封闭式软件包（如英国的 UMIST，瑞典的 LUND 和 SIMNON，德国的KEDDC）纷纷淘汰，而改以MATLAB为平台加以重建。

在时间进入20 世纪九十年代的时候，MATLAB已经成为国际控制界公认的标准计算软件。

到九十年代初期，在国际上30 几个数学类科技应用软件中，MATLAB在数值计算方面独占鳌头，而Mathematica 和Maple 则分居符号计算软件的前两名。

Mathcad 因其提供计算、图形、文字处理的统一环境而深受中学生欢迎。

MathWorks 公司于1993 年推出MATLAB4.0 版本，从告别DOS 版。

电力电子技术MATLAB实践：电力电子技术中有关电能的变换与控制过程，有各种电路原理的分析与研究、大量的计算、电能变换的波形测量、绘制与分析等，都离不开MATLAB。

首先，它的运算功能强大，应用于交流电的可控整流、直流电的有源逆变与无源逆变中存在的整流输出的平均值、有效值、与电路功率计算、控制角、导通角计算。

其次，MATLAB 的SimpowerSystems实体图形化仿真模型系统，把代表晶闸管、触发器、电阻、电容、电源、电压表等实物的特有符号连接成一个整流装置电路或是一个系统，更简单方便，节省设计制作时间和成本等。

重庆理工大学毕业设计（论文）开题报告题目直流电机调速系统仿真设计1、本课题国内外的研究现状分析直流调速系统凭借优良的调速特性，调速平滑、范围宽、精度高、过载能力大、动态性能好、易于控制以及良好的起、制动性能等优点，能满足生产过程自动化系统中各种不同的特殊运行要求，所以在电气传动中获得了广泛应用。

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。

直流调速系统在理论上和实践上都比较成热，从控制技术的角度来看，它又是交流调速系统的基础，因此，直流调速系统的应用研究有实际意义。

自从MATLAB的Simulink推出以后，动态系统的仿真就变得非常容易了。

因其含有极为丰富的专用于控制工程与系统分析的函数，具有强大的数学计算功能，且提供方便的图形绘制功能，只要在Simulink中画出系统的动态结构图模型，编写极简单的程序，即可对该系统进行仿真，效率极高，环境友好，从而给系统的设计和校正带来很大的方便。

MATLAB在学术和许多实际领域都得到广泛应用，已成为国际控制界应用最广的语言和工具。

2、本人对课题任务书提出的任务要求及实现目标的可行性分析（只限工科类）本课题要求完成直流电机双闭环调速系统的工程设计并利用MATLAB实现仿真，通过选择及设计各个模块的系统以及对参数的选择，最终得到预期的仿真结果。

任务要求如下：（1）直流电机调速原理分析（2）双闭环调速系统特性分析（3）系统总体方案设计（4）系统仿真设计可行性分析：本课题是针对直流电动机设计的双闭环调速系统，通过MATLAB软件对所设计的系统进行仿真验证。

通过学习《电机与拖动》、《电力电子技术》、《电力拖动自动控制系统》等相关课程基本掌握了电机调速的一些知识，并对直流电机调速系统有了一定的了解。

同时，通过自学《电机与拖动基础及MATLAB仿真》以及《交直流调速系统与MATLAB仿真》使我对MATLAB软件有了一定的了解，并能通过软件对本课题实现仿真，以上所述便能基本完成本课题的任务要求。