直流闭环调速系统仿真

南京工程学院毕业设计说明书

南京工程学院

本科毕业设计（论文）

题目： 双闭环直流调速系统的设计与仿真研究

专 业： 自动化

班 级： 10自动化1 学 号: 20100710132 学生姓名： 吴杰 指导教师： 张贞艳 起讫日期： 2014.2～2014.5

南京工程学院毕业设计说明书

Graduation Design (Thesis)

Design and Simulation of

Double Loop DC Motor Control System

By Wu Jie

Supervised by

Associate Prof. Zhang zhenyan

Department of Automation Engineering

Nanjing Institute of Technology

May, 2014

南京工程学院毕业设计说明书

摘 要

为了提高运动控制系统在实际工程中的应用效率，本文介绍了直流调速系统的工程设计方法[1]，利用 MA

实验二 单闭环直流调速系统MATLAB仿真

一、实验目的

1.掌握单闭环直流调速系统的原理及组成； 2.掌握单闭环直流调速系统的仿真。

一、实验原理

Ks 1/RTLs?1PI Tss?1 RTms 1/Ce α

三、实验内容

基本数据如下：

直流电动机：220V，55A，1000r/min.Ce=0.192Vmin/r.允许过载倍数为1.5； 晶闸管装置放大系数：Ks=44；Ts=0.00167s； 电枢回路总电阻：R?1.0?； 时间常数：Tl?0.017s,Tm?0.075s； 转速反馈系数：??0.01V/A； 给定电压为10V

四、实验步骤

1．根据原理和内容搭建电路模型； 2．设置各元器件的参数；

Step: step time=’0’ final valve=’10’ Intergrator 的限幅值为正负10

Kpi=0.25,1/τ=3; Kpi=0.56,1/τ=11.43; Kpi=0.8,1/τ=15;

3．设置仿真参数：仿真时间设为0.06s；计算方法为ode15或ode23。 4．仿真实现。

五、实验报告

1.绘制负载电流为零时电流及转速输出波形； 2.绘制负载电流为额定电流时电流及转速输出波形

MATLAB仿真技术报告1

题目：转速反馈单闭环直流调速系统仿真

直流电机模型框图如下图所示，仿真参数为R=0.2，Tl=0.012，Tm=0.09，Ce=0.1。本次仿真采用算法为ode45，仿真时间2s。 1、开环仿真：

用Simulink实现上述直流电机模型，直流电压Ud0取420V，

0~1s，电机空载，即Id=0； 1s~2s，电机满载，即Id=150A。

(1) 画出转速n的波形，根据仿真结果求出空载和负载时的转速n以及静差率s。 (2) 画出电枢绕组电流波形。

1.负载时的转速波形如上图，在Id的作用下。在一秒后，波形会有个明显的下降，这是因为在负的扰动下，

经过负反馈，导致转速下降，输出的转速波形如图

由图中标尺功能可得出，空载时转速n=4200rpm负载时转速ns=3900rpm。 由静差率公式s=

?????????

可知 s=

4200?3900

4200

=0.0714.

2.上图是电枢绕组电流波形，因为是有了电流Id扰动，在一秒后有了一个电流分量，如果在电流Id为零的

时候，电枢绕组电流的波形应该在电机平稳运转之后降为0，或者有一个极为细微的电流。从图中可以看出，电流在1s后不为零，这就是受到扰动阶跃信号影响的结果。

2、闭环

第一章 双闭环直流调速系统的工作原理

1.1直流调速系统简介

调速系统是当今电力拖动自动控制系统中应用最普遍的一种系统。目前，需要高性能可控电力拖动的领域多数都采用直流调速系统。

1.2晶闸管-电动机直流调速系统简介

20世纪50年代末，晶闸管（大功率半导体器件）变流装置的出现，使变流技术产生了根本性的变革，开始进入晶闸管时代。由晶闸管变流装置直接给直流电动机供电的调速系统，称为晶闸管-电动机直流调速系统，简称V-M系统，又称为静止的Ward-leonard系统。这种系统已成为直流调速系统的主要形式。

图1.1是V-M系统的简单原理图[1,3,5]。图中V是晶闸管变流装置，可以是单相、三相或更多相数，半波、全波、半控、全控等类型，通过调节触发装置GT的控制电压Uc来移动触发脉冲的相位，以改变整流电压Ud，从而实现平滑调速。由于V-M系统具有调速范围大、精度高、动态性能好、效率高、易控制等优点，且已比较成熟，因此已在世界各主要工业国得到普遍应用。

- +~GT

Uc + L_~UdM

图1.1 晶闸管-电动机直流调速系统（V-M系统）

但是，晶闸管还存在以下问题：

（1）由于晶闸管的单向导电性，给系统的可逆运行造成困难；

（2） 由于晶闸管元

黄石理工学院 课程设计报告

摘要

本文实现了转速电流双闭环直流调速系统的设计，实验结果可以准确直观的观察转速-电流双闭环调速系统的启动过程，可方便的设计各种不同的调节器参数及控制策略并分析其多系统性能的影响，取得了很好的效果。但怎样处理好转速控制和电流控制之间的关系呢？经过反复研究和实践，终于发现，如果在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，两者之间实行串联连接，即以转速调节器的输出作为电流调节器ACR的输入，再用电流调节器的输出作为晶闸管触发装置的控制电压，那么这两种调节作用就能互相配合，相辅相成了。

本文利用MATLAB软件中的simulink组件对直流双闭环调速系统进行仿真，结果表明，应用MATLAB进行系统仿真具有方便，高效及可靠性高等优点。

关键词：双闭环直流调速系统，晶闸管，直流电动机，MATLAB，仿真

Abstract

This paper presents the speed-current double closed-loop DC speed control system design, experimental results can be accurate visual observation of sp

广东工业大学华立学院 课程名称 自动控制系统 题目名称 双闭环直流调速系统设计和Matlab仿真 学生学部（系） 机电与信息工程学部 专业班级 13自动化1班 学生姓名 侯华杰 序号 19 学生姓名 黄苑怀 序号 22 学生姓名 方炳坤 序号 14 学生姓名 吴银泉 序号 42 指导教师 黄淑芬 2016年 6 月 13 日

广东工业大学华立学院

大作业任务书

题目名称 学生学部（系） 专业班级

一、大作业的内容

转速、电流双闭环直流调速系统的设计和Matlab仿真，包括： 1．系统框图 2．系统稳态结构图 3．系统动态结构图

4．ASR、ACR的设计和参数选择

5．Matlab仿真，通过仿真确定调节器参数并讨论PI整定规律。

二、大作业的要求与数据

黄石理工学院 课程设计报告

摘要

本文实现了转速电流双闭环直流调速系统的设计，实验结果可以准确直观的观察转速-电流双闭环调速系统的启动过程，可方便的设计各种不同的调节器参数及控制策略并分析其多系统性能的影响，取得了很好的效果。但怎样处理好转速控制和电流控制之间的关系呢？经过反复研究和实践，终于发现，如果在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，两者之间实行串联连接，即以转速调节器的输出作为电流调节器ACR的输入，再用电流调节器的输出作为晶闸管触发装置的控制电压，那么这两种调节作用就能互相配合，相辅相成了。

本文利用MATLAB软件中的simulink组件对直流双闭环调速系统进行仿真，结果表明，应用MATLAB进行系统仿真具有方便，高效及可靠性高等优点。

关键词：双闭环直流调速系统，晶闸管，直流电动机，MATLAB，仿真

Abstract

This paper presents the speed-current double closed-loop DC speed control system design, experimental results can be accurate visual observation of sp

目录

目录 ............................................................................................................................................................... - 1 - 1 绪论 ......................................................................................................................................................... - 2 -

1.1 直流调速系统概述 ................................................................................................................... - 2 - 1.2 MATLAB简介 .........................................

工业大学本科毕业设计（论文）

第1章 绪论

1.1 课题的背景、目的及意义

电机自动控制系统广泛应用于机械，钢铁，矿山，冶金，化工，石油，纺织，军工等行业。这些行业中绝大部分生产机械都采用电动机作原动机。有效地控制电机，提高其运行性能，对国民经济具有十分重要的现实意义。

20世纪90年代前的大约50年的时间里，直流电动机几乎是唯一的一种能实现高性能拖动控制的电动机，直流电动机的定子磁场和转子磁场相互独立并且正交，为控制提供了便捷的方式，使得电动机具有优良的起动，制动和调速性能。尽管近年来直流电动机不断受到交流电动机及其它电动机的挑战，但至今直流电动机仍然是大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制首选。因为它具有良好的线性特性，优异的控制性能，高效率等优点。直流调速仍然是目前最可靠，精度最高的调速方法。

本次设计的主要任务就是应用自动控制理论和工程设计的方法对直流调速系统进行设计和控制，设计出能够达到性能指标要求的电力拖动系统的调节器，通过在DJDK-1型电力电子技术及电机控制试验装置上的调试,并应用MATLAB软件对设计的系统进行仿真和校正以达到满足控制指标的目的。

1.2 本课题国内、外研究应用情况

近30年来，电力拖动系统得到了迅猛的发展。

I

任务书

1.设计题目

转速、电流双闭环直流调速系统的设计

2.设计任务

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， 基本数据为：

直流电动机：Un=440V，In=365A，nN=950r/min，Ra=0.04, 电枢电路总电阻R=0.0825, 电枢电路总电感L=3.0mH, 电流允许过载倍数=1.5，

折算到电动机飞轮惯量GD2=20Nm2。

晶闸管整流装置放大倍数Ks=40，滞后时间常数Ts=0.0017s 电流反馈系数=0.274V/A (10V/1.5IN) 转速反馈系数=0.0158V min/r (10V/nN) 滤波时间常数取Toi=0.002s，Ton=0.01s

=

=

=15V；调节器输入电阻Ra=40k

3.设计要求

(1)稳态指标: 无静差 (2)动态指标:电流超调量

5%；采用转速微分负反馈使转速超调量等于0。

II

目录

任务书............................................................................................................................... I 目录....