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
min
c cmax
9090U 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 2200.3136
130(V)2.34cos 2.34cos30U R I U α++⨯=
=≈⨯︒
② 电动机参数 励磁电阻：
f f f 220
146.7()1.5
U 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 0.422019.1
19.10.0021(H)2221460136
CU L pn I ⨯==⨯≈⨯⨯⨯
电枢绕组和励磁绕组间的互感af L ：
N a N e N 2200.2136
0.132(V min/r)1460
U R I K n --⨯=
=≈⋅
T e 60600.132 1.262π2πK K =
=⨯≈ T af f 1.26
0.84(H)1.5
K L I =
== 电机转动惯量
2222.5
0.57(kg m )449.81
GD 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 =⋅。
4）进行仿真并观察、分析结果（图3）。
（可以用语句plot(tout,yout)进行示波器的曲线处理。）
图3 开环直流调速系统的仿真结果
二、转速闭环直流调速系统的仿真
带转速负反馈的有静差直流调速系统的电气原理如图4所示，系统由转速给
定环节*
n U 、转速调节器ASR （放大器p K ）、移相触发器GT 、晶闸管整流器UCR
和直流电动机M 和测速发电机TG 等组成。
图4 转速闭环直流调速系统电气原理图
图5 转速闭环直流调速系统的仿真模型
转速负反馈有静差直流调速系统的仿真模型如图5所示，模型在图2开环调
速系统的基础上，增加了转速给定*
n U ，转速反馈n-feed 、放大器Gain 和反映放
大器输出限幅的饱和特性模块Saturation ，饱和限幅模块的输出是移相触发器的控制电压c U ，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*
nm
n N
U K n =。
仿真算例2 在算例1的基础上观察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。
仿真步骤：
1）绘制系统的仿真模型（图5）。
2）设置模块参数（表2）。
3）设置仿真参数：仿真算法odel5s，仿真时间1.5s，直流电动机空载起动，
起动0.5s后加额定负载
L 171.4N m
T=⋅。
4）进行仿真并观察、分析结果（图6）：
（用语句plot(tout1,yout1,tout2,yout2,tout3,yout3)进行示波器的曲线处理。）表2 转速闭环直流调速系统主要模型参数
图6 转速闭环直流调速系统的仿真结果
三、转速电流双闭环直流调速系统的仿真
转速电流双闭环直流调速系统的电气原理如图7所示，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7 转速电流双闭环直流调速系统的电气原理图
双闭环直流调速系统的仿真可以依据系统的动态结构图（图8a）进行，也可以用SIMULINK的Power System模块来组建。两种仿真的不同在于主电路，前者晶闸管和电动机用传递函数来表示，后者晶闸管和电动机使用Power System 模块，而控制部分则是相同的。下面对这两种方法分别进行介绍。
1. 基于动态结构图的双闭环直流调速系统仿真
双闭环直流调速系统的实际动态结构图如图8b所示，它与图8a的不同之处
