双闭环直流调速控制系统MATLAB／Simulink建模与仿真文章针对传统PID直流电机调速系统转速超调量过高、调节时间不理想的问题，设计了一种双闭环直流电机调速控制系统。
建立了双闭环直流电机调速系统的数学模型，并对控制器参数进行了整定。
建立了系统Simulink模型并进行仿真，分析了系统在启动过程中的动态特性。
实验结果表明，相较于传统PID 直流电机调速控制系统，本双闭环直流调速控制系统可以消除超调量、有效缩短系统调节时间，具有更好的静态和动态性能。
标签：双闭环；直流调速；Simulink建模；仿真分析随着电机控制技术的不断发展，工业上对于电机的使用频率及动态性能的要求不断提高，直流电机的速度控制问题是常见且重要的工程研究问题之一[1]。
传统PID直流调速控制系统存在超调量过高、调节时间缓慢等问题，导致系统的动态性能不理想，在一些对于工艺要求精准的情况下无法满足系统动态指标的要求。
如何解决控制系统中稳、快、准等各方面性能制约，以达到对于转速、电流控制指标的要求，始终是一个重要的讨论课题[2]。
文章针对上述问题，设计了一种双闭环直流调速控制系统，在传统PID直流调速系统的基础上，引入了电流调节器，以改善系统输出转速的动态性能，相对于传统PID调速系统，本系统有效降低了直流电机输出转速的超调量，明显提高了系统的静态和动态指标，具有更好的系统性能。
1 双闭环直流调速系统结构设计直流电机的速度控制问题是常见且重要的工程研究问题之一，随着工业控制技术的不断发展，工程上对于直流电机调速系统的稳、准、快性能指标有了越来越苛刻的要求[3]。
双闭环控制系统是一种常用的复杂控制系统，是改善过程控制系统品质的一种有效方式，并在实际工程中得到了广泛应用[4]。
文章所设计双闭环调速系统结构如图1所示，从闭环结构上看，双闭环控制系统由两个负反馈闭环结构组成，电流调节器在里面（电流环）；转速调节器在外边，（速度环）。
为了实现转速和电流两种负反馈分别作用，在系统中设置了两个调节器，电流调节器ACR（Current Regulator）和转速调节器ASR（Speed Regulator），两者之间实行串级连接，其中转速调节器ASR的输出作为电流调节器ACR的输入，再用电流调节器ACR的输出去控制晶闸管装置。
第36卷第2期2016年5月桂林理工大学学报Journal of Guilin University of TechnologyVol . 36 No . 2 May 2016文章编号：1674 -9057(2016)02 -0378 -05doi ：10. 3969/j . issn . 1674 -9057. 2016. 02. 032基于MATLAB 的双闭环直流调速系统建模与仿真刘胜前，张烈平，孙旋，钟志贤(桂林理工大学机械与控制工程学院，广西桂林541004)摘要：结合转速、电流双闭环直流调速系统的系统结构和电路组成，使用仿真软件Simulink 对双闭环直 流调速系统电流环进行建模仿真。
结果表明：阻尼系数越大，超调量越大，上升时间越短，当阻尼系数为0.5时，电流环性能达到最优。
在电流环性能最优时：空载运行条件下，系统稳定转速随给定电压变小而 变小；额定负载条件下，通过较长上升时间，达到额定转速。
抗扰性检验表明，该系统抗扰性较强。
关键词：负反馈；双闭环；直流调速系统；Simulink中图分类号：TP 273文献标志码：A在生产和生活中，各种电机的快速起动、制动 事关工业生产效率和人们的生活质量，基于电力电 子技术的不断发展，对于调速系统的起动时间、制动响应等性能指标要求也越来越高。
由于直流调 速系统技术比较成熟，多年以来一直是自动调速系 统的主要形式，普遍应用于冶金、地质、土建、轻 工业等领域[1]。
相比开环调速系统，闭环调速系 统的各项性能指标更优[2]。
如果对于系统的动态 性能要求较高，要求系统可以快速的起、制动，尤 其是在突然施加负载的情况下，速降很小，那么就 需要应用转速、电流双闭环直流调速系统[3]。
1双闭环直流调速系统的数学建模选取整流装置采用三相桥式电路由晶闸管供电的双闭环调速系统，基本参数如下：直流电动 机，220 V ，120 A , 1 000 r /min ，允许过载倍数 A = 1.4;晶闸管放大系数& =30;电枢回路总电阻只 =0.4 11;时间常数 L =0.023 s ，r m =0.2 s ，转速 滤波环节时间常数7^取〇.〇1 S。
厦门大学电气工程实践报告实习项目: 双闭环直流调速系统的设计与仿真系别：电气工程学院专业：电气工程及其自动化学号：00000姓名：柯登指导老师：日期：2015年5月摘要本文以控制系统的传递函数为基础，采用工程设计方法对最常用的转速、电流双闭环调速系统进行设计，并用MATLAB/Simulink软件对系统进行了仿真。
首先对双闭环直流调速系统采用常规PID控制进行设计，电流调节器和转速调节器都采用了PID控制器，并分别对电流环和转速环的动态性能和抗扰动性能进行了仿真分析。
其次，由于转速调节器起主要作用，所以对转速环采用模糊控制，并设计了模糊控制器，对双闭环直流调速系统进行仿真分析，并与常规PID控制进行了对比，仿真结果表明，模糊控制有良好的动态特性，很强的抗干扰能力。
关键词：直流电动机；双闭环调速；电流环；转速环目录第1章绪论 (3)1.1 课题研究背景 (3)1.2 直流调速系统的国内外研究概况 (4)1.3 研究双闭环直流调速系统的目的和意义 (4)第2章双闭环直流调速系统工作原理 (4)第3章工程设计方法 (5)3.1 解析问题 (6)3.2 电流环设计 (6)3.3 转速环设计 (7)第4章仿真实验 (8)第5章仿真结果分析 (9)第6章总结 (10)参考文献 (11)第1章绪论1.1 课题研究背景直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。
就目前而言，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式，在许多工业部门，如轧钢、矿山采掘、纺织、造纸等需要高性能调速的场合得到广泛的应用。
然而传统双闭环直流电动机调速系统多数采用结构比较简单、性能相对稳定的常规PID控制技术，在实际的拖动控制系统中，由于电机本身及拖动负载的参数(如转动惯量)并不像模型那样保持不变，而是在某些具体场合会随工况发生改变；与此同时，电机作为被控对象是非线性的，很多拖动负载含有间隙或弹性等非线性的因素。
因此被控制对象的参数发生改变或非线性特性，使得线性的常参数的PID控制器往往顾此失彼，不能使得系统在各种工况下都保持与设计时一致的性能指标，常常使控制系统的鲁棒性较差，尤其对模型参数变化范围大且具的非线性环节较强的系统，常规PID调节器就很难满足精度高、响应快的控制指标，往往不能有效克服模型参数变化范围大及非线性因素的影响。
题目：直流电机双闭环调速系统姓名：学号：专业班级：电气工程及其自动化指导教师：一、直流电机双闭环调速系统模块功能图1直流电机双闭环调速系统框图图2直流电机双闭环提速系统原理图如图1为直流电机速度、电流双闭环调速系统框图，图2为直流电机速度、电流双闭环调速系统原理图。
该调速系统包括两个反馈控制闭环，内环为电流控制环，外环为速度控制环。
速度调节器与电流调节器均为PI调节器，可以实现直流电机转速的静态无差调节与快速动态响应。
以图2所示由硬件构成的双闭环调速系统为例，介绍该系统的工作原理。
直流电机给定速度信号ug与反馈速度信号ufn进行比较,形成速度输入信号Δun=ug-ufn，进入速度PI调节器ST，其输出信号为电流给定信号un，与电流反馈信号ufi进行比较，得到电流PI调节器LT的输入信号Δui=un-ufi，输出信号uk 作为触发器CF的移相电压，从而控制整流桥的移相角a，进而控制直流电机的电枢电压U d、电枢电流I d以及输出转矩T。
如图3为MATLAB中直流电机速度、电流双闭环调速系统的Simulink仿真模型。
接下来对该模型各个模块的功能进行描述。
图3双闭环调速系统Simulink仿真模型1、速度给定模块图1如图4所示为速度给定模块，为一阶跃信号，由表1的模块参数表可知速度给定信号的阶跃时间Step time为0.8s，阶跃信号初始值Initial value为120rad/s，稳定值Final value为160rad/s。
该模块的功能为产生一个阶跃的速度给定信号wef输入到速度调节器中。
表12、速度调节器图5图5为速度调节器模块，是一个PI调节器，输入信号为速度给定信号wef 与速度反馈信号wm，输出信号Iref作为电流调节器的电流给定信号。
通表2的模块参数表可知该PI调节器的比例系数kp=1.6，积分系数ki=16，最大输出限幅值Current limit为30A。
该模块的功能为通过对电机速度的闭环控制输出电流调节器的给定信号Iref。
