实验二 单闭环直流调速系统MATLAB仿真

0实验一：转速负反馈闭环调速系统仿真框图及参数实验一:转速负反馈闭环调速系统仿真框图及参数转速负反馈闭环调速系统系统仿真框图及参数(sI dL- * n(s) ) (s) U n+ + + + - + -,图一比例积分控制的直流调速系统的仿真框图图一中是转速负反馈闭环调速系统的仿真框图，由框图中可以看出:1、该系统是采用PI调节器进行调节的，PI调节器的传递函数如下式所示:其中，是比例系数，积分系数=。

2、该系统采用的是单闭环系统，通过把转速作为系统的被调节量，检测误差，纠正误差，有效地抑制直至消除扰动造成的影响。

各环节参数如下:直流电动机:额定电压U= 220V，额定电流，额定转速,N电动机电动势系数。

假定晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数，滞后时间常数0.00167s。

电枢回路总电阻R = 1.0,，电枢回路电磁时间常数，电力拖动系统机电时间常数。

转速反馈系数, , ,,,,。

对应额定转速时的给定电压。

转速负反馈闭环调速系统的仿真1. 仿真模型的建立比例积分控制的无静差直流调速系统的仿真模型进入MATLAB，并打开SIMULINK模块浏览器窗口，建立一个新的模型，并复制入相应模块，修改模块的参数.当其中PI调节器的至暂定为，1/, = 11.43时，把从10.0修改为0.6后控制参数的仿真结果:图1 电枢电流随时间变化的规律图2电机转速随时间变化的规律由图1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。

其中，由图2 scope输出结果中可以得出该控制系统的最大超调量M、上升时间 ,调p整时间，取值分别为:M= 108r/min, = 0.12s, = 0.28s(估计值) p2. PI调节器参数的调整改变PI调节器的参数，并在启动仿真，分别从仿真曲线中得到的最大超调量及调整时间，相互间进行比较，如下表所示最大超调量比例系数积分系数调整时间(s) M(r/min) p0.25 3 0 >0.6 0.56 3 0 >0.6 0.56 11.43 108 0.28 0.8 11.43 63 0.28 0.8 15 152 0.23由表中可以看出，改变PI调节器的参数，可以得到转速响应的超调量不一样、调节时间不一样的响应曲线。

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。

一、概述LLC电路是一种常见的电源拓扑结构，具有高效、稳定和输出调节范围广等特点。

闭环控制可以有效地提高LLC电路的性能，降低输出波动和响应时间。

本文将利用MATLAB软件进行闭环控制的仿真研究，以探讨LLC电路在不同控制策略下的性能表现。

二、LLC电路的工作原理LLC电路是由电感、电容和开关器件组成的拓扑结构，能够实现高效率的能量转换。

在工作过程中，LLC电路通过周期性地开关控制，将输入直流电压转化为输出交流电压，同时滤波器承担了输出的交流电平平滑工作。

其工作原理复杂，但是通过闭环控制可以实现输出电压和电流的精准调节。

三、MATLAB仿真环境的搭建1. MATLAB软件简介MATLAB是一种用于算法开发、数据可视化和数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。

在电路仿真领域，MATLAB具有强大的仿真性能和丰富的工具箱，能够快速准确地搭建电路模型和进行闭环控制仿真。

2. LLC电路模型的建立在MATLAB中，我们可以利用电路建模工具箱来建立LLC电路的等效模型。

通过对电感、电容和开关管等元件的参数建模，可以快速搭建出一个与实际电路性能相近的仿真模型。

3. 闭环控制算法的设计在进行仿真之前，我们需要设计闭环控制算法。

常见的闭环控制算法包括PID控制、模糊控制、自适应控制等。

针对LLC电路的特性和需求，我们需要选择适合的控制策略，并在MATLAB中进行算法实现。

四、闭环控制仿真实验1. 参数设置在进行仿真实验之前，我们需要对LLC电路的参数进行设置。

包括输入电压、输出电压、开关频率、电感和电容数值等。

这些参数设置将直接影响到仿真结果的准确性和有效性。

2. 仿真结果分析通过MATLAB进行闭环控制的仿真实验后，我们可以得到输出电压和电流随时间的波形图。

同时还可以获得系统的稳定性、过渡过程、调节时间和超调量等性能指标。

通过对这些仿真结果的分析，可以评估闭环控制策略的有效性和稳定性。

五、不同闭环控制策略下的LLC电路性能对比1. PID控制PID控制是一种经典的闭环控制策略，它通过比例、积分和微分三个环节来调节电路的输出。

本科毕业设计（论文）题目：双闭环直流调速系统的设计与仿真研究Graduation Design (Thesis)Design and Simulation of Double Loop DC Motor Control SystemByWu JieSupervised byAssociate Prof. Zhang zhenyanDepartment of Automation EngineeringNanjing Institute of TechnologyMay, 2014摘要为了提高运动控制系统在实际工程中的应用效率，本文介绍了直流调速系统的工程设计方法[1]，利用 MATLAB软件，对直流调速系统进行数学建模和系统仿真的研究。

所给出的仿真方法，可以灵活地调节系统的参数，从而获得理想的设计结果，并对设计出的系统进行分析。

建立调节器工程设计方法所遵循的原则是:1）概念清楚、易懂。

2）计算公式简明、好记。

3）不仅给出参数计算公式，而且指明参数调节方向。

4）能考虑饱和非线性控制的情况，同时给出简单的计算公式。

5）适合于各种可以简化成典型系统的反馈控制系统[2]。

由于这个课题相对简单，我在里面加入了相关性的内容以丰富本课题的广度和深度。

在本设计中，我加入了三种简单的单闭环直流调速系统，并且通过对它们进行仿真分析，比较找出了它们的不足之处，从而更明显地体现了双闭环直流调速系统的优越性。

并且通过对两种典型的双闭环直流调速系统进行仿真分析，从而更好地理解和运用双闭环直流调速系统[3]。

关键词：直流电动机；双闭环调速；MATLAB；仿真；直流调速系统；直流脉宽调制；工程设计方法ABSTRACTIn order to raise application efficiency of the motion control system in actual project ,this article discussed the engineering design methods of the speed-governing system of DC motor. The mathematical modeling and system simulation of direct current governor system are researched by means of MATLAB platform . The simulation method can adjust the system controller parameters flexibly, so as to achieve the ideal design results, and the design of the system are analyzed.A controller design method is the principles of:（1）The concept of clear, easy to understand.（2）Simple formula, easy to remember.（3）Not only gives the parameter calculation formula, and indicates the parameter adjustment direction.（4）Can consider the saturation nonlinear control, and gives a simple formula.（5）Suitable for all kinds of feedback control systems can be simplified into a typical system.Because this subject is relatively simple, I joined the correlation content inside to enrich the breadth and depth of the subject. In this design, I added three simple single loop DC speed regulation system, and then analyze them, compared to find their deficiencies, and thus more clearly showed the superiority of double closed loop DC speed regulating system. And through the simulation analysis of two kinds of typical double loop DC speed control system, so as to better understand and use the double loop DC speed control system.Keywords: DC motor, double closed loop，MATLAB，Simulation，V-M，PWM-M，The engineering design method目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第一章绪论 (1)1.1 课题研究背景 (1)1.2 直流调速系统国内外研究现状 (1)1.3 研究双闭环直流调速系统的意义 (2)1.4 论文的主要研究内容 (2)第二章仿真软件以及相关硬件简介 (3)2.1 MATLAB/Simulink仿真平台 (3)2.2 仿真的数值算法 (3)2.3 工程设计法 (4)2.4 直流电动机 (4)第三章简单闭环调速系统的设计与仿真 (5)3.1 单闭环有静差转速负反馈调速系统的设计与仿真 (5)3.2 单闭环无静差转速负反馈调速系统的设计与仿真 (11)3.3 带电流截止负反馈的转速反馈系统的设计与仿真 (13)3.4 简单闭环调速系统的优缺点比较 (15)第四章转速、电流双闭环直流调速系统的设计与仿真 (17)4.1 转速、电流双闭环调速系统的设计与仿真 (17)4.2 V-M直流调速系统的设计与仿真 (19)4.3 PWM-M直流调速系统的设计与仿真 (26)第五章总结与展望 (34)致谢 (35)参考文献 (36)第一章绪论1.1 课题研究背景在现代化的工业生产过程中，许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求有良好的稳态、动态性能[4]。