电气工程综合实训（matlab）报告
题目电动机调速系统仿真
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一、课程设计目的
1、掌握MATLAB 环境下传递函数建模和Power System 模块建模的方法；
2、根据控制对象的物理特性，掌握控制系统动态建模的方法和分析方法；
3、了解控制系统校正的一般过程，根据被控对象的性能指标要求进行系统校正。
二、课程设计内容
1、某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据如下：
直流电动机：220V 、17A 、1460r/min 、min/r V 132.0⋅=e C ，允许过载倍数
5.1=λ。
晶闸管装置放大系数：40=s K ； 电枢回路总电阻：Ω=5.0R ； 时间常数：s T l 03.0=，s T m 18.0=；
电流反馈系数：)/5.1/V 10(V /A 3922.0N I ≈=β； 转速反馈系数：)/V 10(min/r V 007.0N n ≈⋅=α。
设计一转速电流双闭环控制的调速系统，设计指标为电流超调量
%5%≤i σ，空载起动到额定转速时的转速超调量%10%≤n σ。取电流反馈
滤波时间常数s T oi 002.0=，转速反馈滤波时间常数s T on 01.0=。取转速调节器和电流调节器的饱和值为12V ，输出限幅值为10V ，额定转速时转速给
定V 10*
=n
U 。仿真观察系统的转速、电流响应和设定参数变化对系统响应的影响。 要求：
（1）根据转速电流双闭环控制的直流调速系统动态结构图，按传递函数构建仿真模型；
（2）按工程方法设计和选择转速和电流调节器参数，ASR 和ACR 都采用PI 调节器。
（3）设定模型仿真参数，仿真时间10s ，并在6s 时突加1/2额定负载，观察控制系统电流、转速响应。
（4）修改调节器参数，观察在不同参数条件下，双闭环系统电流和转速的响应，（5）使用Power System 模块建立直流电机双闭环系统仿真模型，并与传递函数模型运行结果进行比较。
可能会用到的公式：=N
n I R -U C N
a N e =
供电电源电压：=. α
2.34cos R I U U rec
N N 2+=
励磁电阻为：f f f /I U R = 电枢电感估算式：N
N
a I 2pn 19.1CU L N =（c=0.4） 反电势常数： 1.2605C 30
K e E ==
π
电动机轴上的飞轮惯量：R
T K 375C GD m
E e 2= 电动机转动惯量：/4g G D J 2= 额定负载转矩为：a E l I K T = （1） 设计思路：
在直流调速系统中，通过PI 调节器实现的转速负反馈控制，可使系统转速稳态无静差，消除负载转矩扰动对稳态转速的影响；为实现在允许条件下电机的最快起动，采用电流负反馈控制，可以获得一段使电流保持为最大值dm I 的恒流过程。为了使转速负反馈和电流负反馈起作用，可在
系统中设置两个调节器，分别引入两种负反馈机制以调节转速和电流，其中，把转速调节器（ASR ）的输出当作电流调节器（ACR ）的输入，再用ACR 的输出去控制电力电子变换器。
此处作为工程设计方法，可以将调节器的设计过程分为两步：第一步，先选择调节器的结构，以确保系统稳定，同时满足所需的稳态精度；第二步，在选择调节器的参数，以满足动态性能指标的要求。为获得良好的静态和动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用PI 调节器。
转速电流双闭环控制的直流调速系统动态结构图
（2） 参数计算过程： ACR 设计过程： ①确定各时间常数
a ．由查表可知，三相桥式整流装置的滞后时间常数0017.0=s T s ；
b ．由题已知电流滤波时间常数002.0=oi T s ；
c ．按小时间常数近似处理，取电流环小时间常数之和
0037.0=+=∑oi s i T T T s 。 ②选择ACR 结构
根据设计要求%5≤i σ，并保证稳态电流无差，可按典型Ⅰ型系统设计
PI 型ACR ，其传递函数为s
s K s W i i i ACR ττ)1()(+=
；由于11.80037.003
.0==∑i l T T ，由查表可知，各项指标均满足条件。 ③计算ACR 参数
ACR 超前时间常数：03.0==l i T τs ；
ACR 开环增益：要求%5≤i σ时，取5.0=∑i I T K ，因此
111.1350037
.05
.05
.0--∑≈=
=
s s T K i
I
所以，ACR 的比例系数为
1292.03922
.0405
.003.01.135≈⨯⨯⨯==
βτs i I i K R K K ④检验近似条件
电流环截止频率：11.135-==s K I c ω a ．校验晶闸管整流装置传递函数的近似条件
ci s s s T ω≥≈⨯=--1108.1960017
.031
31，满足近似条件； b ．校验忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件
ci l
m s s T T ω≤≈⨯⨯
=--1182.40003
.018.01
31
3
，满足近似条件；
c ．校验电流环小时间常数近似处理条件
ci oi s s s T T ω≥≈⨯⨯
=--118.180002
.00017.01
3
1
131，满足近似条件；
综上所述，PI 型ACR 的传递函数为
s
s s s K S W i i i ACR 3
.41292.0)1()(+=
+=
ττ ASR 设计过程：
