非线性大作业—直流电动机调速系统的建模与控制系统的设计

直流PWM 调速系统的建模与仿真第一章摘要第二章主电路的设计2.1 设计任务要求2.2 电路设计及分析2.2.1 电流调节器2.2.2 转速调节器2.3 系统稳态分析2.4 电流调节器的设计2.4.1 电流环的简化2.4.2 电流调节器的设计2.4.3 电流调节器的实现2.5 转速调节器的设计2.5.1 电流环等效传递函数2.5.2 转速调节器的结构选择2.5.3 转速调节器的实现第三章系统参数设计3.1 电流调节器参数计算3.2 转速环参数计算第四章 PWM控制器的建模第五章系统仿真第一章摘要双闭环（电流环、转速环）调速系统是一种当前应用广泛的电力传动系统。

它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。

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调节器的单闭环的调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无差。

在单闭环系统中，只有电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的。

但它只是在超过临界电流值以后，强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。

关键字：PWM脉宽直流调速 matlab仿真第二章主电路的设计2.1 设计任务要求(1)稳态指标:转速无静差;(2)动态指标:电流超调量σi≤5%,空载起动到额定转速的转速超调量σn≤10%。

2.2 电路设计及分析根据设计任务可知，可选择PI控制的转速、电流双闭环直流调速系统，以完全达到系统需要，使得系统在稳定的前提下实现无静差调速，转速、电流双闭环直流调速系统框图如图1-1所示。

图1-1 转速、电流双闭环调速系统系统框图设计思路；通过PWM脉宽调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以得到可变的平均输出电压，带动电动机旋转，产生转速n,通过测速发电机将转速以电压的形式反馈到转速环，（典型Ⅱ系统设计），通过电流互感器将电力电子变换装置的电流Id以电压的形式反馈到电流环，（用典型Ⅱ系统设计），该方案中主要的环节是PWM脉宽调制的动态模型的建立。

光电光电耦合器
参考教材 电子技术基础 维修电工 电机与变压器 p半pt精导选体版变流技术 电力电子技术 元器件手册 上21 网
④反馈信号用光电耦合电路取样。
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电子技术基础 维修电工（技师 高级技师） 半导体变流技术 电力电子技术 自动控制原
理 上网
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⑤可控整流电路和电机励磁电源的 改进
调速系统分交流和直流调速系统， 由于直流调速系统的调速范围广，静 差率小、稳定性好以及具有良好的动 态性能。因此在相当长的时期内，高 性能的调速系统几乎都采用了直流调 速系统。
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这就是所谓的电 源—电动机调速 系统（V—M） 系统，它属于开 环系统。
用晶闸管触发可控整流电路 实现电枢电压可调，从而达到改 变电机转速的目的。
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⑥调速旋纽的改进
1、触摸式音量控制器代替RP22速度控制电位 器。
2、将电路改动后试运行。
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场效应管增强型N-MOS
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⑦全电路测量与调试
④电路中反馈信号直接在主电路取样，设备维护和检修 时有安全隐患，建议用光电耦合器隔离取样。
⑤可控整流电路和电机励磁电源有改进空间。
⑥手动调速旋纽使用时间长了会接触不良，影响系统稳 定，建议用触摸式电压调节器来改进。
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2、在原电路基础上提出改进意见，并重新绘
制系统原理图。
①用比例调节器代替原来的放大和比 较节。
他励直流电机的调速

直流调速系统设计电气工程学院）摘要：转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能很好、应用最广的直流调速系统。

具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在电气传动系统中得到了广泛的应用。

常用的电机调速系统有转速闭环控制系统和电流闭环控制系统，二者都可以在一定程度上克服开环系统造成的电动机静差率，但是不够理想。

实际设计中常采用转速、电流双闭环控制系统，一般使电流环(ACR)作为控制系统的内环，转速环(ASR)作为控制系统的外环，以此来提高系统的动态和静态性能。

本文是按照工程设计的方法来设计转速和电流调节器的。

使电动机满足所要求的静态和动态性能指标。

电流环应以跟随性能为主，即应选用典型Ⅰ型系统，而转速环以抗扰性能为主，即应选用典型Ⅱ型系统为主。

关键词：直流双闭环调速系统电流调节器转速调节器1 设计任务及要求1、1设计任务设计V-M双闭环直流可逆调速系统1、1、1技术数据：•直流电动机：额定电枢电压=400V，额定功率1、9kW，额定电枢电流=6、9A，额定转速=855r/min，电动机电动势系数Ce=0、1925Vmin/r，允许过载倍数λ=1、5；•晶闸管装置放大系数：Ks=40；整流装置平均滞后时间常数=0、00167s，•电枢回路总电阻：R=11、67Ω；•电枢回路电感110mH，电力拖动系统机电时间常数Tm=0、075s；•电枢电流反馈系数：β=0、121V/A（≈10V/1、5），电流滤波时间常数=0、002s；•转速反馈系数α=0、01 V、min/r（≈10V/）；转速滤波时间常数=0、01s；1、2设计要求：(1)根据试凑法设计电流调节器和转速调节器参数进行仿真，电流超调量≤5%；实现转速无静差，空载起动到额定转速时的转速超调量≤5%；(2)试利用Matlab仿真软件中的Simulink或Simulink中的Power system模块进行仿真，在Matlab仿真软件中构建仿真模型；(3)用Plot函数绘制理想空载启动到设定转速500r/min下电机启动过程，转速达到设定值后经过20s给定反向信号=-10V时正反转启动过程中转速、电枢电流波形。

十二、直流电动机速度控制模型建立
如图所示，和分别为电枢回路电阻和电感，为机械旋转部分的转动惯量，为旋转部分的粘性摩擦系统，为电枢电压，为电动机转动速度，为电枢回路电流。

通过调节电枢电压，控制电动机的转动速度。

电动机负载变化为电动机转动速度的干扰因素，用负载力矩表示。

根据直流电动机的工作原理及基尔霍夫定律，直流电动机有四大平衡方程：
（1）电枢回路电压平衡方程
式中，为电动机的反电势。

（2）电磁转矩方程
式中，为电枢电流产生的电磁转矩，为电动机转矩系数。

（3）转矩平衡方程
式中，为机械旋转部分的转动惯量，为旋转部分的粘性摩擦系数。

（4）由磁感应关系，得
根据上述的四个平衡方程式，可建立起系统的输出量、干扰量与输入量之间的传递函数
建立起直流电动机的结构图为
直流电动机参数为
，,,。

得到系统的阶跃响应曲线为。