直流调速系统设计及仿真

一， 转速反馈控制直流调速系统的matlab仿真 1,基本原理：

根据自动控制原理，将系统的被调节量作为反馈量引入系统，与给定量进行比较，用比较后的偏差值对系统进行控制，可以有效地抑制甚至消除扰动的影响，而维持被调节量很少变化或不变，这就是反馈控制的基本作用。在负反馈基础上的“检查误差，用以纠正误差”这一原理组成的系统，其输出量反馈的传递途径构成一个闭环回路，因此被称作闭环控制系统。在直流系统中，被调节量是转速，所构成的是转速反馈控制的直流调速系统。

2，下图是转速负反馈闭环调速系统动态结构框图

各个环节的参数如下：

直流电动机：额定电压UN=220V，额定电流IdN=55A，额定转速nN=1000r/min，电机电动势常数Ce=0.192V?min/r。

假定晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数Ks=44，滞后时间常数Ts=0.00167。

电枢回路总电阻R=1Ω，电枢回路电磁时间常数Tl=0.00167s，电力拖动系统机电时间常数Tm=0.075s。

转速反馈系数α=0.01V?min/r。 对应的额定电压Un*=10V。

在matlab的simulink里面的仿真框图如下

其中PI调节器的值暂定为Kp=0.56，1/τ=

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

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。

《运动控制系统》课程设计说明书

课程设计任务书

学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 题 目: 转速、电流反馈控制直流调速系统仿真 初始条件：

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：直流电机参数为：额定电压U?220V,额定电流I?136A；额定转速n?1460rpm,Ce?0.132V?min/r，允许过载倍数??1.5；晶闸管装置放大系数Ks?40；电枢回路总电阻R?0.5?；时间常数Tl?0.03s,Tm?0.18s；电流反馈系数??0.05V/A;转速反馈系数??0.007V?min/r

要求完成的主要任务:

（1）用MATLAB建立电流环仿真模型；

（2）分析电流环无超调、临界超调、超调较大仿真曲线； （3）用MATLAB建立转速环仿真模型；

（4）分析转速环空载起动、满载起动、抗扰波形图仿真曲线； （5）电流超调量?i?5%，转速超调量?n?10%。

转速、电流反馈控制的直流调速系统是静、动态性能优良、应用最广

《单片机原理及接口技术》

课程设计报告

课题名称学院 专业 班级 姓名 （学号）时间

直流PWM调速系统的MATLAB仿真

自动控制与机械工程学院

机械设计制造及自动化

2016-1-9

摘 要

直流电机具有良好的启动性能和调速特性，它的特点是启动转矩大，能在宽广的范围内平滑、经济地调速，转速控制容易，调速后效率很高。

本文设计的直流电机调速系统，主要由51单片机、电源、H桥驱动电路、LED液晶显示器、霍尔测速电路以及独立按键组成的电子产品。电源采用78系列芯片实现+5V、+15V对电机的调速采用PWM波方式，PWM是脉冲宽度调制，通过51单片机改变占空比实现。通过独立按键实现对电机的启停、调速、转向的人工控制，LED实现对测量数据（速度）的显示。电机转速利用霍尔传感器检测输出方波，通过51单片机对1秒内的方波脉冲个数进行计数，计算出电机的速度，实现了直流电机的反馈控制。

关键词：直流电机调速；H桥驱动电路；LED显示器；51单片机

2

ABSTRACT

DC motor has a good startup performance and speed characteristics, it is characterized by st

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....

分 数: ___________

任课教师签字：___________

华北电力大学研究生结课作业

学 年 学 期：2012上半学年

课 程 名 称： 交流电机及其控制 学 生 姓 名：吴庆龙

学 号： 2112213122

提 交 时 间： 2012.6.14

直流电机调速的MATLAB仿真

一．直流调速系统组成简介

直流调速主要有三种方法：改变电枢电阻调速法、减弱磁通调速法以及调节电枢电压调速法。调节电枢电压调速法所得到的人为机械特性、转速的稳定性好，能在基速以下实现平滑调速。所以直流调速系统往往以调压调速为主，只有当转速大于额定转速时才辅以弱磁调速。

目前，直流调速系统可分为两大类，一种是相控整流器—电动机系统，此系统的直流电压源为相控整流器，它把交流电直接转换为可控的直流电源；另一种是直流脉宽变换器，它先把交流电变换成不可控的直流电，然后再用PWM方式输出直流电压。

本次直流调速仿真采用相控整流器—电动机系统。系统的电气模型如下图所示：

图1 直流调速系统大致结构

这是控整流器—电动机系统比较简单的控制原理图，但却包含了系统的大致组成部分：控制部分、可调直流电源部分、直流电动机。由于仿真采用SIMUL

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

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基于模糊控制的直流调速系统调节器设计与仿真

作者：孙萌 姜海鹏

来源：《中国教育技术装备》2011年第15期

摘要 利用模糊控制在非线性控制方面的突出优势，将之应用于直流调速系统，设计出模糊PI控制器，MATLAB仿真结果表明，该控制器能够有效提高系统性能，具有实际应用价值。

关键词 模糊控制；直流调速系统；MATLAB仿真

中图分类号：TP273+.4 文献标识码：B 文章编号：1671-489X(2011)15-0101-02 Based on Fuzzy Control for DC Controller Design and Simulation//Sun Meng, Jiang Haipeng Abstract Fuzzy control of nonlinear control in the outstanding advantages, be applied to DC Motor system, the fuzzy PI controller designed by the MATLAB