基于MATLAB 的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真
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3．电流环设计
参数计算:
小参数环节近似处理：
1
1
������������ = ������ = 10������������������ = 0.1������������
Ti Ts Toi 0.0001s 0.0002 s 0.0003 s
电流调节器设计
ACR 的超前时间常数： 电流环开环增益:
输入下面的程序 [a,b,c,d]=linmod(‘my_blcl’); sys=ss(a,b,c,d); step(sys,0.3)
图3
图 4-1 图 4-1 为未经小参数环节合并的电流单位阶跃响应曲线。可以看出超调量σp
较大，考虑适当减小Ki以增大阻尼比，取Ki = 12（此时对应的KI = 1034.5）， 这是的阶跃响应为图 4-2 所示。
≤
1 3
1。
Ts oi
绘制电流环等效前后的 Bode 图： 在 Simulink 中分别连接系统的框图：
在命令窗中输入：
图 1-1 图 1-2
figure(1);[a,b,c,d]=linmod('my_dl_bode');sys1=ss(a,b,c,d);margin(sys1) grid on; figure(2);[a,b,c,d]=linmod('my_dleq_bode');sys2=ss(a,b,c,d);margin(sys2) 绘制出频率特性曲线：
基于 MATLAB 的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真
1. 题目
设计一个转速-电流双闭环直流调速系统，采用双极式 H 桥 PWM 方式驱动， 已知电机的参数：
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 =2；
WACR
s
=
Ki
τ
i s +1 τis
τi = Tl = 0.0087s
要求 i 5%，应取K ITi 0.5，因此
KI
0.5 Ti
0.5 0.0003
1666.7
1/ s
于是，ACR的比例系数为
Ki
KI
iR K s
1666.7 0.0087 7.8 019.3333 1.25 4.8
在 simulink 中作出转速环的结构框图：
图5
图 6-2
图 6-2
图 6-1 和图 6-2 为小参数环节合并后的转速环 Bode 图和未经小参数环节合并 后的转速环 Bode 图。
5.总体的调整与综合
初步仿真出来的结果又两个问题：一、加上饱和限幅环节后，系统振荡严重， 在最开始的时间里经过十分多次的饱和-退保和-再保和调整，使得最后得到的转 速输出一直在振荡（但是是收敛的振荡，即在某一小范围内振荡），为了解决这 个问题，首先适当可以提高限幅器的钳位值，以减小饱和-退保和-再保和的调整 频率和次数；其次，发现适当改变一些参数（如减小 ASR 与 ACR 的放大倍数） 可以抑制其后信号的超调量。
图 4-2
图 4-3 图 4-3 为经小参数环节合并后的并经过参数调整的电流环单位阶跃响应曲线。
4．转速环设计
转速环开环增益
KN
h 1
2h
T2 2 n
51 2 52 0.0016 2
4.69
于是，ASR的比例系数
Kn
(h 1)CeTm 2hRTn
6 1.25 0.04 0.59 2 5 0.02 7.8 0.0016
电流反馈滤波时间常数 T oi =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*Leabharlann im=U* nm
=10v，两调节器的
输出限幅电压为 10V； PWM 功率变换器的开关频率 f=10kHz，放大倍数Ks=4.8。 对该系统进行动态参数设计，设计指标：
检验：
ωci = KI = 1666.7
1)
1 3Ts
= 1 = 3333.3,
3×0.0001
所以满足ωci
≤ 1；
3Ts
2)
3
1 =3×
Tm Tl
1 = 45.95,
0.0087×0.49
所以满足ωci
≥3
1；
Tm Tl
3)
1 3
1 =1
Ts oi 3
1 0.0001×0.0002
=
2357, 所以满足ωci
70.9
时间常数
电流环等效时间常数：2Ti 0.0006 s
小时间常数近似处理： Tn 2Ti Ton 0.0016 s)转速调节器设计
WASR (s)
Kn
ns 1 ns
按跟随性和抗扰性都较 好的原则，取 h 5,则
n hTn 5 0.0016 0.008 s
反电动势系数 Ce =0.04Vmin/s；
电气时间常数������������ = 0.0087������（注：老师给定值为������������ = 0.008������）; 机电时间常数������������ = 0.49������（注：老师给定值为������������ = 0.5������）;
经过反复调整后，在钳位值较大的以及区较小的调节器放大倍数情况下，在
simulink 中进行连接、仿真 图7
图五为小参数环节合并后的转速环单位阶跃响应曲线和未经小参数环节合并 后的转速环单位阶跃响应曲线。
5．Simulink 工具箱仿真
(1)阶跃信号下的动态性能 图7
输入Un∗ = 25V, 负载电流Idl = 3.5A 时，转速最后输出的结果
图 2-1
图 2-2
图 2-1 为小参数环节合并后的电流 Bode 图，图 2-2 是未经小参数环节合并 后的电流 Bode 图。可以看出，两条曲线在频率较低时相吻合，在高频段有
较大误差，但是对于一般的机械系统，是满足要求的。又近似曲线，幅值裕 度为无穷大，这是不对的，应该在不合并小参数环节的曲线上读取，因为此 时系统在高频段。 绘制电流环的闭环单位阶跃响应曲线： 连接电流环闭环
电流调整的过程：
其二、在调整的过程中发现了 ASR 的放大倍数和时间常数对最后转速的超 调量有较大的影响，因为题目中限制了转速的超调量不超过 25%，经过几次的调 整，得到下边的曲线，以示结果：
总结： 通过这次作业，熟悉了 simulink 的使用，以及工程设计法的过程，还有， 对于频域设计法中广泛遇到的反复凑试系数这下子都有了比较深刻的体会。
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 。
2.计算电流和转速反馈系数
U
* im
10V
1.25V / A
I nom 2 4A
U
* nm
10V
0.02V min/ r
nmax 500 r / min
