直流调速系统的仿真

直流调速系统的仿真

1、直流电动机开环调速系统仿真

直流开环调速系统的电气原理如图1所示。直流电动机电枢由三相晶闸管整流电路经平波电抗器L供电，并通过改变触发器移相控制信号U c调节晶闸管的控制角，从而改变整流器的输出电压实现直流电动机的调速。该系统的仿真模型如图2所示。

在仿真中为了简化模型，省略了整流变压器和同步变压器，整流器和触发同步使用同一交流电源，直流电动机励磁由直流电源直接供电。触发器（6-Pulse

图1 直流开环调速系统电气原理

图2 直流电动机开环调速系统的仿真模型

图3 移相特性

Generator)的同步电压连接。触发器的控制角（alpha —deg 端）通过了移相控制环节（shifter ），移相控制模块的输入是移相控制信号Uc （图2中Uc ），输出是控制角，移相控制信号Uc 由常数模块设定。移相特性如图3所示。移相特性的数学表达式为

Uc Uc a a max

min 9090-?+?= 在本模型中取?=30min a ，V Ucm 10±=，所以Uc a 690+?=。在电动机的负载转矩输入端TL 接入了斜坡（Ramp ）和饱和(Satutration)两个串联模块，斜坡模块用于设置负载转矩上升速度和加载的时刻，饱和模块用于限制负载转矩的

最大值。

【例1】 已知直流电动机额定参数为U nom =220V ,I nom =136A ，nnom =1460r/min ，4级，Ra=0.21Ω，GD2=22.5N ·㎡。励磁电压U f =220V ，励磁电流I f =1.5A 。采用三相桥式整流电路，整流器内阻Rrec =1.3Ω。平波电抗器Lp =200mH 。仿真该晶闸管-整流电动机开环调速系统，观察电动机在全压起动和起动后加额定负载时电动机的转速、转矩和电流变化。

仿真步骤如下：

（1）绘制系统的仿真模型如图2所示。

（2）设置模块参数

1）供电电源电压为

V V I R U U nom rec nom 12330cos 34.213621.0220cos 34.2min 2=?

?++=α 2）电动机参数如下：

励磁电阻为

Ω===7.1465.1/220/f f f I U R 励磁电感在恒定磁场控制时可取0。 电枢电阻Ω=21.0a R ，电枢电感由下式估算，即

H H I pn CU L nom nom nom a 00021.0136

1460222204.01.1921.19=?????== 电枢组和励磁

af L 组互感为 因为r V r V n I R U C n o n

o

a n o e m 132.0min/146013621.0220?=??-=-=

26.1132.0260260=?∑=∑e C K π

所以

H I K L f af 84.05.1/26.1/===∑ 电动机转动惯量为 22257.08.94/5.224/m kg m kg g GD J ?=??==

3）额定负载转矩为

m N m N I C T n o m e L ?=???==225.17132.055.955.9

（3）设置仿真参数。仿真算法采用ode15s ，仿真时间为4s ，电动机空载起动，起动2.5s 后突加额定负载。

（4）启动真并观察结果。仿真的结果如图4所示。其中图4 所示为整流器输出端的电压波形（局部），图4 所示为经平波电抗器后电动机电枢两端电压波形，该波形较整流器输出端的电压波形脉动减少了许多，电压平均值在225V 左右符合设计要求。图4c 和图4d 所示为电动机电枢回路电流和转速变化过程，在全压直接起动情况下，起动电流很大，在2.5s 左右起动电流下降为零（空载起动），起动过程结束，这时电动机转速上升到最高值。在起动0.5s 后加额定负载，电动机的转速下降，电流增加。图4e 所示为电动机的转矩变化曲线，转矩曲线与电流曲线成比例。图4f 给出了工作过程中电动机的转矩-转速特性曲线。通过仿真反映了开环晶闸

管-直流电动机系统的空载起动和加载工作情况。

图4 晶闸管-直流电动机系统仿真结果

a）整流器输出电压b）电枢两端电压c）电枢电流d）电动机转

速

e）电动机转矩曲线f）转矩-转速特性

2、转速闭环控制的直流调速系统仿真

晶闸管-直流电动机系统可以通过调节晶闸管控制角改变电动机电枢电压实现调速，但是存在两个问题，第一，全压起动时，起动电流大。第二，转速随负载变化而变化，负载越大，转速降落越大，难以在负载变动时保持转速的稳

定，而满足生产工艺的要求。为了减小负载波动对电动机转速的影响可以采取带转速负反馈的闭环调速系统，根据转速的偏差来自动调节整流器的输出电压，从而保持转速的稳定。

带转速负馈的有静差直流调速系统的结构如图5所示。系统由转速给定环节Un ，放大倍数为Kp的放大器、移相触发器CF、晶闸管整流器和直流电动机M、测速发电机TG等组成。该系统在电机负载增加时，转速将下降，转速反馈Un减小，而转速的偏差△Un将增大(△Un=Un-Un)，同时放大器输出Uc增加，并经移相触发器使整流器输出电压Ud增加，电枢电流Id增加，从而使电动机电磁转矩增加，转速也随之升高，补偿了负载增加造成的转

速降。带转速负反馈的直流调速系统的稳态特性方程为

图5 带转速负反馈的有静差直流调速系统的结约

)1()1(K C RI K C U K K n e d e n s p +-+*=

电动机转速降为

)1(K C RI n e d +=

?

式中，K=KpKs α/Ce ，Kp 为放大器放大倍数；Ks 为晶闸管整流器放大倍数；Ce 为电动机电动势常数；α为转速反馈系数；R 为电枢回路总电阻。

从稳态特性方程可以看到，如果适当增加放大器放大倍数Kp ，电机的转速降△n 将减小，电动机将有更硬的机械特性，也就是说在负载变化时，电动机的转速变化将减小，电动机有更好的保持速度稳定的性能。如果放大倍数过大，也可能造成系统运行的不稳定。

转速负反馈有静差调速系统的仿真模型如图6所示。模型在图2所示的开环调速系统的基础上增加了转速给定un 、转速反馈n-feed 、放大器Gain1和反映放大器输出限幅的饱和特性模块Saturation1，饱和限幅模块的输出是移相触发器的输入uc ，其中转速反馈直接取自电动机的转速输出，没有另加测速发电机，取转速反馈系数α=Un/nN 。

图6 转速负反馈有静差直流调速系统仿真模型

【例2】在例1的基础上观察带转速负反馈系统，在不同放大器放大倍数时对转速变化的影响。

在额定转速Un=10时,Kp=5、10、20时的转速响应曲线如图7a

所示

图7 额定转速时的响应曲线

a）不同放大倍数时的响应曲线b）电流响应曲线

（图中为kp），随着放大器放大倍数的增加，系统的稳态转速提高，即稳态转速降减小。图7b所示为Kp=10时的电流响应波形，从波形可以看到由于没有电流的限制措施，在起动过程中电流仍很大可达370A左右。图8b所示为1/2额定转速Un=5时的转速响应曲线，以Kp=10和200两种情况比较，在Kp=200时，稳态转速降减小但是调节过程中的振荡次数增加，这从相应的移相控制信号变化也可以看到相同的情况（见图8a），由于晶闸管整流器控制的

非线性，其输出电压只能在0～Ud范围内变化，尽管放大倍数很

高，转速还没有出现严重的不稳定现象。

图8 转速给定Un=5时的波形

a）移相控制信号b）转速响应曲线

3、转速电流双闭环控制的直流调速系统仿真

转速电流双闭环控制的直流调速系统是最典型的直流调速系统，其原理结构如图9所示。双闭环控制直流调速系统的特点是电动机的转速和电流分别由两个独立的调节器分别控制，且转速调节器的输出就是电流调节器的给定，因此电流环能够随转速的偏差调节电动机电枢的电流。当转速低于给定转速时，转速调节器的积分作用使输出增加，即电流给定上升，并通过电流环调节使电动机电流增加，从而使电动机获得加速转矩，电动机转速上升。当实际转速高于给定转速时，转速调节器的输出减小，即电流给定减小，并通过电流环调节使电动机电流下降，电动机将因为电磁转矩减小而减速。在当转速调节器饱和输出达到限幅值时，电流环即以最大电流限制Idm实现电动机的加速，使电动机的起动时间最短，在可逆调速系统中实现电动机的快速制动。在不可逆调速系统中，由于晶闸管整流器不能通过反向电流，因此不能产生反向制动转矩而使电动机快速制动。

图9 转速电流双闭环控制的直流调速系统原理图

直流双闭环系统的仿真可以依据系统的动态结构图进行，也可以用Power System的模块来组建。两种仿真不同在于主电路，前

者晶闸管和电动机是用传递函数来表示，后者晶闸管和电动机是使用Power System 的模块，而控制部分是相同的。下面分别对两种方法进行介绍。

3.1按直流双闭环系统动态结构图仿真

依据系统的动态结构图的仿真模型如图10所示，仿真模型与系统动态结构图的各个环节基本上是对应的，需要指出的是，双闭环系统的转速和电流两个调节器都是有饱和特性和带输出限幅的PI 调节器，为了充分反映在饱和和限幅非线性影响下调速系统的工作情况，需要构建考虑和和输出限幅的PI 调节器，过程如下： 线性PI 调节器的传递函数为

s s K s K K s W P i P PI ττ+=+=11)(

式中,Kp 为比例系数；Ki 为积分系数； =KpKi 。

图10 直流双闭环调速系统动态结构图和仿真模型

a ）结构图

b ）仿真模型

上述PI 调节器的传递函数可以直接调用SIMULINK 中的传递函数或零极点模块。而考虑饱和和输出限幅的PI 调节器模型如图11a 所示。模型中比例和积分调节分为两个通道，其中积分调节器integrate 的限幅表示调节器的饱和限幅值，而调节器的输出限幅值由饱和模块Saturation 设定。当该调节器用作转速调节器ASR 时，在起动中由于开始转速偏差大，调节器输出很快达到输出限幅值，在转速超调后首先积分器退饱和，然后转速调节器输出才从限幅值开始下降。为了使系统模型更简洁，利用了SIMULINK 的打包功能（Great Subsystem ）将调节器模型缩小为一个分支模块，如图11b 所示。

图11 带饱和和输出限幅的PI 调节器及分支模块

a ）调节器模型

b ）分支模块

【例3】以例1的晶闸管-直流电动机系统为基础，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σI%≤5%，空载起动到额定转速时的转速超调量σn%≤10%。过载倍数 =1.5，取电流反馈滤波时间常数 Toi=0.002s ，转速反馈滤波时间常数Ton=0.01s 。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Un=10V 。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。

仿真步骤如下：

（1）构建仿真模型。根据转速电流双闭环控制的直流调速系统动态结构图，提取各元件的仿真模块，连接模块得到按传递函数仿真的双闭环控制直流调速系统仿真模型（见图10）。

（2）调节器参数计算和设定。按工程设计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。

1）电流调节器参数计算如下：

电流反馈系数为 05.01365.110=?==*nom im I U λβ

电动机转矩时间常数为

s C C R GD T m e m 161.0132.055.937585.253.337522=???==∑ 电动机电磁时间常数为s s R L T 076.085.210)16200(3

1=?+==-∑∑

三相晶闸管整流电路平均失控时间为T s =0.0017s

电流环的小时间常数为s T T T oi s i 0037.0002.00017.0=+=+=∑

根据电流超调量σi %≤5%的要求，电流环按典型I 型系统设计，电流调节器选用PI 调节器，其传递函数为

S

S K S K K S W i i i Li pi ACR ττ+=+=11

)( 其中s T i 076.01==τ

84.284

.37272.00037.0285.2076.02=????==∑∑s i i i K T R K βτ 0268.084.2076.0===

i i

Ii K K τ 2）转速调节器参数计算如下： 转速反馈系数为r V r V n U nom nom min/00667.0min/150010?=?==*α

为加快转速的调节速度，转速环按典型Ⅱ型系统设计，并选中频段宽度h=5，转速调节器的传递函数为

S S K S K K S W n n n pn ASR ττ+=+=11

)(Im

其中s s T T h hT on i n n 087.0)01.00037.02(5)2(=+??=+==∑∑τ

49.100174

.085.200667.052161.0132.0272.062)1(=???????=+=∑n m e a RT h T C h K αβ 0083

.048.10/087.0/===n n in K K τ （3）设定模型仿真参数。仿真算法采用ode15，仿真时间1.5s 。在0.8s 时突加1/2额定负载。

（4）启动仿真及结果。从仿真结果（见图12）可以看到，电动机的起动经历了电流上升、恒流升速和转速超调后的调节三个阶段。与该电动机的开环系统相比，电动机起动电流大幅度下降，电流环发挥了调节作用使最大电流限制在设定的范围以内。在0.8s 时突加1/2额定负载后，电动机电流上升转速下降，经过0.2s 左右时间的调节，转速恢复到给定值。修改调节器参数，可以观察在不同参数条件下，双闭环系统电流和转速的响应，修改转速给定，也可以观察电动机在不同转速时的工作情况。

图12 按动态结构图仿真的电流和转速响应曲线

a）电流响应 b）转速响应

3.2 使用Power System模块的直流双闭环系统仿真

采用Power System模块组成的转速电流双闭环控制直流调速系统的仿真模型如图13所示。模型由晶闸管-直流电动机组成的主回路和转速电流调节器组成的控制回路两部分组成。其中的主电路部分，交流是源、晶闸管整流器、触发器、移相控制环节和电动机等环节使用Power System模型库的模块。控制回路的主体是转速和电流两个调节器，以及反馈滤波环节，这部分与前述按动态结构图的双闭环系统仿真相同，将这两部分拼接起来，即组成晶闸管-电动机转速电流双闭环控制直流调速系统的仿真模型。

图13 转速电流双闭环控制直流调速系统的仿真模型

模型中转速反馈和电流反馈均取自电动机测量单元的转速和电流输出端，减少了测速和电流检测环节，这不会影响仿真的真实性。电流调节器ACR的输出端接移相特性模块ACR的输入端，

而电流调节器ACR的输出限幅就决定了控制角的αmin和αmax 限制。

图13与图10b所示仿真模型的不同点在于，以晶闸管整流器和电动机模型取代了动态结构图中的晶闸管整流器和电动机传递函数，由于动态结构图中的晶闸管整流器和电动机传递函数是线性的，其电流可以反向，而实际的晶闸管整流器不能通过反向电流，因此仿真的结果略有不同，采用晶闸管整流器和电动机模型的仿真可以更好地反映系统的工作情况。

图13所示模型的仿真结果如图14所示。其中图14a所示为电动机电枢两端电压，图14b所示为电动机转速响应曲线，图14c所示为电流响应曲线。从转速和电流波形可以看到，在起动阶段电动机以恒流起动，在0.4s时起动过程结束，电枢电流下降到零，转速上升到最高且大于1450 r/min，尽管转速已经超调，电流给定变“-”，但是本系统为不可逆调速系统晶闸管整流装置不能产生反向电流，这时电枢电流为零，电动机的电磁转矩也为零，没有反向制动转矩，又因为是在理想空载起动状态，所以电动机保持在最高转速状态。0.5s后加上负载，电动机转速下降，ASR开始退饱和，电流环发挥调节作用，使电动机稳定在给定转速上。这结果与按双闭环调速系统动态结构图分析的结构有所不同，不同在于，在动结构图中由于晶闸管整流器的传递函数是线性的，输出电压可以变负，电动机电流出现负值（见图14a），因此从调节过程来看按动态结构图的仿真调节速度较快。以上是电动机空载起动的情况，如果电动机带负载起动，则两者基本相同。

a）电枢两端电压b）转速响应c）电流响应

直流调速系统设计与调试

《综合实验1》设计说明书 题目直流调速系统设计与调试 系部自动化系 专业自动化 班级自动化092班 学号 09423002 09423004 09423013 09423022 姓名裴玉柱刘勇薛尚刘鲲鹏 指导老师刘艳于美荣 日期2012年11月23日－2012年12月06日

直流调速系统设计与调试 (3) 1 技术要求： (3) 2 硬件系统设计 (4) 2.1 驱动电路： (4) 2.2 控制电路： (4) 3 直流调速系统参数和环节特性的测定： (5) 3.1 电枢回路总电阻R的测定 (5) 3.2 电枢回路电感L的测定 (6) 3.4 直流电动机-发电机-测速发电机组的飞轮惯量GD2 的测定 (7) 3.4 主电路电磁时间常数Td的测定 (8) 3.5 电动机电势常数Ce和转矩常数CM的测定 (8) 3.6 系统机电时间常数TM的测定 (8) 3.7 晶闸管触发及整流装置特性Ud=f(Ug)和测速发电机特性UTG=f(n)的测定 (9) 4 直流调速系统设计 (9) 5 系统调试与分析 (10) 5.1双闭环系统的调试 (10) 5.2 系统的分析 (14) 7 参考文献： (14)

直流调速系统设计与调试 1 技术要求： （1）设计出三相全控桥式整流电路拓扑结构； （2）设计出触发系统和功率放大电路； （3）采用开环控制、转速单闭环控制、转速外环+电流内环控制。 （4）器件选择：晶闸管选择、晶闸管串联、并联参数选择、平波和均衡电抗选择、晶闸管保护设计 直流调速器就是调节直流电动机速度的设备，上端和交流电源连接，下端和直流电动机连接，直流调速器将交流电转化成两路输出直流电源，一路输入给直流电机砺磁（定子），一路输入给直流电机电枢（转子），直流调速器通过控制电枢直流电压来调节直流电动机转速。同时直流电动机给调速器一个反馈电流，调速器根据反馈电流来判断直流电机的转速情况，必要时修正电枢电压输出，以此来再次调节电机的转速。直流电机的调速方案一般有下列3种方式：1、改变电枢电压；2、改变激磁绕组电压；3、改变电枢回路电阻。最常用的是调压调速系统，即1（改变电枢电压）.一种模块式直流电机调速器，集电源、控制、驱动电路于一体，采用立体结构布局，控制电路采用微功耗元件，用光电耦合器实现电流、电压的隔离变换，电路的比例常数、积分常数和微分常数用PID适配器调整。该调速器体积小、重量轻，可单独使用也可直接安装在直流电机上构成一体化直流调速电机，可具有调速器所应有的一切功能。一种模块式直流电机调速器，集电源、控制、驱动电路于一体，采用立体结构布局，控制电路采用微功耗元件，用光电耦合器实现电流、电压的隔离变换，电路的比例常数、积分常数和微分常数用pid适配器调整。该调速器体积小、重量轻，可单独使用也可直接安装在直流电机上构成一体化直流调速电机，可具有调速器所应有的一切功能 现代工业自动化的高速发展也给直流电机的控制与调速提供了大范围的应用与更新:如远程信号传输,远距离调速,高温环境的遥控调速与控制,手动自动集成等。

实验四 直流调速系统仿真与设计

实验四 直流调速系统仿真与设计 一、 实验目的 1、掌握连续部分的程序实现方法； 2、熟悉仿真程序的编写方法。 二、 实验容 一转速、电流双闭环控制的H 型双极式PWM 直流调速系统，已知电动机参数为：N P =200W ，N U =48V ，N I =4A ，额定转速 500r/min ，电枢电阻Ra=6.5欧，电枢回路总电阻R=8欧，允许电流过载倍数2λ=，电势系数C 0.12min/e V r =?，电磁时间常数s T l 015.0=，机电时间常数s T m 2.0=，电流反馈滤波时间常数 s T oi 001.0=，转速反馈滤波时间常数s T on 005.0=。设调节器输入输出电压** nm im cm U U U 10V ===，调节器输入电阻Ω=k R 400。已计算出电力晶体管D202 的开关频率f 1kHz =，PWM 环节的放大倍数s K 4.8 =。 试对该系统进行动态参数设计，设计指标：稳态无静差，电流超调量i 5%σ≤；空载 起动到额定转速时的转速超调量n 20%σ≤；过渡过程时间s t 0.1s ≤。 建立系统的仿真模型，并进行仿真验证。 一、 设计计算 1. 稳态参数计算 根据两调节器都选用PI 调节器的结构，稳态时电流和转速偏差均应为零；两调 节器的输出限幅值均选择为12V 电流反馈系数；A V A V I U im /25.14210nom * =?==λβ 转速反馈系数：r V r V n U nm min/02.0min /50010max *?===α 2. 电流环设计 （1）确定时间常数 电流滤波时间常数T oi =0.2ms ，按电流环小时间常数环节的近似处理方法，则

开环直流调速系统

电气测量综合控制系统设计报告 设计名称：直流电动机开环调速系统仿真 姓名：田雪峰学号：20134680 专业班级：自动化13-02 指导教师：侯淑萍、勇 系（院）：信息工程学院 设计时间：2016.05.22~2016.06.03 课程设计成绩评定表（在相应栏目打√） 评价质量 评价项目 优秀良好一般及格不及格工作量和态度 实验、计算可靠性

目录 1 绪论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1.1 技术数据．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1.2 设计任务．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2 开环系统直流调速系统的工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2.1开环直流调速系统的组成与原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2.2开环直流调速系统的静特性分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2.3开环直流调速系统的稳态结构图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.4开环直流调速系统的数学模型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3 开环系统直流调速系统的硬件电路设计与实现．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3.1晶闸管整流电路及保护电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3.2触发控制电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3.3系统给定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3.4检测电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 4 转速、电流调节器的设计与实现．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4.1电流调节器的设计与实现．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4.2转速调节器的设计与实

双闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告

TG n ASR ACR U *n + - U n U i U * i + - U c TA V M + - U d I d UP L - M T 双闭环直流调速系统的设计与仿真 1、实验目的 1．熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本原理。 2．掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。 3．掌握调节器的工程设计及仿真方法。 2、实验内容 1．调节器的工程设计 2．仿真模型建立 3．系统仿真分析 3、实验要求 用电机参数建立相应仿真模型进行仿真 4、双闭环直流调速系统组成及工作原理 晶闸管直流调速系统由三相调压器，晶闸管整流调速装置，平波电抗器，电动机—发电机组等组成。 本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制回路可直接由给定电压U ct 作为触发器的移相控制电压，改变U ct 的大小即可改变控制角，从而获得可调的直流电压和转速，以满足实验要求。 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈，二者之间实行嵌套联接，如图 4.1。把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流的输出去控制电力电子变换器UPE 。在结构上，电流环作为内环，转速环作为外环，形成了转速、电流双闭环调速系统。为了获得良好的静、动态特性，转速和电流两个调节器采用PI 调节器。 图4.1 转速、电流双闭环调速系统 5、电机参数及设计要求 5.1电机参数 直流电动机：220V ，136A ，1460r/min ，C e =0.192V ? min/r ，允许过载倍数=1.5，晶闸管装置放大系数：K s =40 电枢回路总电阻：R=0.5 时间常数：T l =0.00167s, T m =0.075s 电流反馈系数：β=0.05V/A

PWM直流调速系统设计解析

目录 前言 (1) 一、设计目的 (2) 二、设计要求 (2) 三、直流调速系统整体设计 (2) 四、系统参数选取 (7) 五、各部分设计 (8) 六、双闭环系统设计 (14) 七、系统仿真 (17) 八、设计总结 (18) 参考文献 (19)

前言 由于直流电机具有良好的起动、制动和调速性能，已广泛应用于工业、航天领域等各个方面。随着电力电子技术的发展，脉宽调制（PWM）调速技术已成为直流电机常用的调速方法，具有调速精度高、响应速度快、调速范围宽和功耗低等特点。而以H桥电路作为驱动器的功率驱动电路，可方便地实现直流电机的四象限运行，包括正转、正转制动、反转、反转制动，已广泛应用于现代直流电机伺服系统中。本文从直流电动机的工作原理入手，建立了双闭环直流调速系统的数学模型，并详细分析了系统的原理及其静态和动态性能。然后按照自动控制原理，对双闭环调速系统的设计参数进行分析和计算，利用SIMULINK对系统进行了各种参数给定下的仿真，通过仿真获得了参数整定的依据。在理论分析和仿真研究的基础上，本文设计了一套实验用双闭环直流调速系统，详细介绍了系统主电路、反馈电路、触发电路及控制电路的具体实现。对系统的性能指标进行了实验测试，表明所设计的双闭环调速系统运行稳定可靠，具有较好的静态和动态性能，达到了设计要求。采用MATLAB软件中的控制工具箱对直流电动机双闭环调速系统进行计算机辅助设计，并用SIMULINK进行动态数字仿真,同时查看仿真波形,以此验证设计的调速系统是否可行。

一、设计目的 通过对一个实用控制系统的设计，综合运用科学理论知识，提高工程意识和实践技能，使学生获得控制技术工程的基本训练，培养学生理论联系实际、分析解决实际问题的初步应用能力。 二、设计要求 完成所选题目的分析与设计，进行系统总体方案的设计、论证和选择；系统单元主电路和控制电路的设计、元器件的选择和参数计算 三、直流调速系统整体设计 1、直流电机PWM调速控制原理 直流电动机转速公式为： n=(U-IR)/Kφ 其中U为电枢端电压，I为电枢电流，R为电枢电路总电阻，φ为每极磁通量，K为电动机结构参数。 直流电机转速控制可分为励磁控制法与电枢电压控制法。励磁控制法用得很少，大多数应用场合都使用电枢电压控制法。随着电力电子技术的进步，改变电枢电压可通过多种途径实现，其中脉冲宽度调制(PWM)便是常用的改变电枢电压的一种调速方法。其方法是通过改变电机电枢电压接通时间与通电周期的比值(即占空比)来调整直流电机的电枢电压U，从而控制电机速度。 PWM的核心部件是电压-脉宽变换器，其作用是根据控制指令信号对脉冲宽度进行调制，以便用宽度随指令变化的脉冲信号去控制大功率晶体管的导通时间，实现对电枢绕组两端电压的控制。在本次课程设计采用双闭环直流调速系统进行调速控制。 2、双闭环直流调速系统 A.双闭环调速系统的工作过程和原理：电动机在启动阶段，电动机的实际转速(电压)低于给定值,速度调节器的输入端存在一个偏差信号，经放大后输出的电压保持为限幅值,速度调节器工作在开环状态,速度调节器的输出电压作为电流给定值送入电流调节器, 此时则以最大电流给定值使电流调节器输出移相信号,直流电压迅速上升,电流也随即增大直到等于最大给定值, 电动机以最大电

转速、电流反馈控制直流调速系统仿真

《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220V U =,额定电流 136I A =； 额定转速n 1460rpm =,0.132min/e V r C =?，允许过载倍数 1.5λ=；晶闸管装置放大系数40s K =；电枢回路总电阻0.5R =Ω；时间常数0.03,0.18l m s s T T ==；电流反馈系数0.05/V A β=;转速反馈系数0.007min/V r α=? 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5%i σ≤，转速超调量10%n σ≤。 转速、电流反馈控制的直流调速系统是静、动态性能优良、应用最广泛的直流调速系统，对于需要快速正、反转运行的调速系统，缩短起动、制动过程的时间成为提高生产效率的关键。为了使转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统里设置两个调节器，组成串级控制。本文介绍了双闭环调速系统的基本原理，而且用Simulink 对系统进行仿真。

转速、电流反馈控制直流调速系统仿真 1 设计的初始条件及任务 1.1概述 本次仿真设计需要用到的是Simulink 仿真方法，Simulink 是Matlab 最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink 具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink 已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。 1.2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220V U =,额定电流136I A =；额定转速n 1460rpm =,0.132min/e V r C =?，允许过载倍数 1.5λ=；晶闸管装置放大系数40s K =；电枢回路总电阻0.5R =Ω；时间常数0.03,0.18l m s s T T ==；电流反馈系数0.05/V A β=；转速反馈系数0.007min/V r α=?。 1.3要完成的任务 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5%i σ≤，转速超调量10%n σ≤。

开环直流调速控制系统方案

一、绪论 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。在20世纪60年代，随着晶闸管的出现，现代电力电子和控制理论、计算机的结合促进了电力传动控制技术研究和应用的繁荣。晶闸管-直流电动机调速系统为现代工业提供了高效、高性能的动力。尽管目前交流调速的迅速发展，交流调速技术越趋成熟，以及交流电动机的经济性和易维护性，使交流调速广泛受到用户的欢迎。但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场，并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。现在的直流和交流调速装置都是数字化的，使用的芯片和软件各有特点，但基本控制原理有其共性。 长期以来，仿真领域的研究重点是仿真模型的建立这一环节上，即在系统模型建立以后要设计一种算法。以使系统模型等为计算机所接受，然后再编制成计算机程序，并在计算机上运行。因此产生了各种仿真算法和仿真软件。MATLAB提供动态系统仿真工具Simulink，则是众多仿真软件中最强大、最优秀、最容易使用的一种。它有效的解决了以上仿真技术中的问题。在Simulink中，对系统进行建模将变的非常简单，而且仿真过程是交互的，因此可以很随意的改变仿真参数，并且立即可以得到修改后的结果。另外，使用MATLAB中的各种分析工具，还可以对仿真结果进行分析和可视化。Simulink可以超越理想的线性模型去探索更为现实的非线性问题的模型， Simulink会使你的计算机成为一个实验室，用它可对各种现实中存在的、不存在的、甚至是相反的系统进行建模与仿真。 传统的研究方法主要有解析法，实验法与仿真实验，其中前两种方法在具有各自优点的同时也存在着不同的局限性。随着生产技术的发展，对电气传动在启制动、正反转以及调速精度、调速围、静态特性、动态响应等方面提出了更高要求，这就要求大量使用调速系统。由于直流电机的调速性能和转矩控制性能好，从20世纪30年代起，就开始使用直流调速系统。它的发展过程是这样的：由最早的旋转变流机组控制发展为放大机、磁放大器控制；再进一步，用静止的晶闸管变流装置和模拟控制器实现直流调速；再后来，用可控整流和大功率晶体管组成的PWM控制电路实现数字化的直流调速，使系统快速性、可控性、经济性不断提高。调速性能的不断提高，使直流调速系统的应用非常广泛。

开环直流调速系统的动态建模与仿真

电控学院 运动控制系统仿真课程设计 院（系）：电气与控制工程学院 专业班级： 姓名： 学号：

开环直流调速系统的动态建模与仿真 摘要： MATLAB仿真在科学研究中的地位越来越高，如何利用MATLAB仿真出理想的结果，关键在于如何准确的选择MATLAB的仿真。本文就简单的开环直流调速系统的MATLAB仿真这个例子，通过对MATLAB的仿真，得到不同的仿真结果。通过仿真结果的对比，对MATLAB的仿真进行研究。从而总结出如何在仿真过程中对MATLAB的仿真做到最优选择。 详细介绍了用MATLAB语言对《电机与拖动》中直流电动机调速仿真实验的仿真方法和模型建立。其仿真结果与理论分析一致，表明仿真是可信的，可以替代部分实物实验。首先在分析直流调速系统原理的基础上, 介绍了基于数学模型的仿真, 在仿真中可灵活调节相关参数, 优化参数设计。其次完成了基于系统框图, 并分析了调速系统的抗干扰能力。采用工程设计方法对开环直流调速系统进行设计,选择调节器结构,进行参数的计算和校验；给出系统动态结构图,建立起动、抗负载扰动的MATLAB 仿真模型。分析系统起动的转速和电流的仿真波形,并进行调试,使开环直流调速系统趋于合理与完善。

1.1课题背景 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。在20世纪60年代，随着晶闸管的出现，现代电力电子和控制理论、计算机的结合促进了电力传动控制技术研究和应用的繁荣。晶闸管-直流电动机调速系统为现代工业提供了高效、高性能的动力。尽管目前交流调速的迅速发展，交流调速技术越趋成熟，以及交流电动机的经济性和易维护性，使交流调速广泛受到用户的欢迎。但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场，并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。现在的直流和交流调速装置都是数字化的，使用的芯片和软件各有特点，但基本控制原理有其共性。 长期以来，仿真领域的研究重点是仿真模型的建立这一环节上，即在系统模型建立以后要设计一种算法。以使系统模型等为计算机所接受，然后再编制成计算机程序，并在计算机上运行。因此产生了各种仿真算法和仿真软件。 由于对模型建立和仿真实验研究较少，因此建模通常需要很长时间，同时仿真结果的分析也必须依赖有关专家，而对决策者缺乏直接的指导，这样就大大阻碍了仿真技术的推广应用。 MATLAB提供动态系统仿真工具Simulink，则是众多仿真软件中最强大、最优秀、最容易使用的一种。它有效的解决了以上仿真技术中的问题。在Simulink 中，对系统进行建模将变的非常简单，而且仿真过程是交互的，因此可以很随意的改变仿真参数，并且立即可以得到修改后的结果。另外，使用MATLAB中的各种分析工具，还可以对仿真结果进行分析和可视化。 Simulink可以超越理想的线性模型去探索更为现实的非线性问题的模型，如现实世界中的摩擦、空气阻力、齿轮啮合等自然现象；它可以仿真到宏观的星体，至微观的分子原子，它可以建模和仿真的对象的类型广泛，可以是机械的、电子的等现实存在的实体，也可以是理想的系统，可仿真动态系统的复杂性可大可小，可以是连续的、离散的或混合型的。Simulink会使你的计算机成为一个实验室，用它可对各种现实中存在的、不存在的、甚至是相反的系统进行建模与仿真。传统的研究方法主要有解析法，实验法与仿真实验，其中前两种方法在具有各自优点的同时也存在着不同的局限性。随着生产技术的发展，对电气传动在启制动、正反转以及调速精度、调速范围、静态特性、动态响应等方面提出了更高要求，

直流调速系统设计

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。(4) 对仿真波形及结果进行分析。2 V-M双闭环调速系统的设计改变电枢两端的电压能使电动机改变转向。尽管电枢反接需要较大容量的晶闸管装置，但是它反向过程快，由于晶闸管的单向导电性，需要可逆运行时经常采用两组晶闸管可控整流装置反并联的可逆线路，电动机正转时，由正组晶闸管装置VF供电；反转时，由反组晶闸管装置VR供电。如图1所示两组晶闸管分别由两套触发装置控制，可以做到互不干扰，都能灵活地控制电动机的可逆运行，所以本设计采用两组晶闸管反并联的方式。并且采用三相

晶闸管开环直流调速系统的仿真

晶闸管开环直流调速系统的仿真 一、工作原理 晶闸管开环直流调速系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、平波电抗器、电动机-发电机组等组成。 在本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制电路课直接由给定电压Ug座位触发器的移相控制电压Uct，改变Ug的大小即可改变控制角α，从而获得可调的直流电压，以满足实验要求。实验系统的组成原理如图1所示。 图1 晶闸管开环直流调速实验控制原理图 二．设计步骤 1主电路的建模和参数设置 开环直流调速系统的主电路由三相对称交流电压源、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机灯部分组成。由于同步脉冲触发器与晶闸管整流桥是不可分割的两个环节，通常作为一个组合体来讨论，所以讲触发器轨道主电路进行建模。 ①三相对称交流电压源的建模与参数设置。首先从电源模块中选 取一个交流电压源模块，即，再用复制的方法得到三相电源的另外两个电压源模块，并用模块标题名修改方法将模块标签分别改为“A相”、“B相”，“C 相”，然后从连接器模块中选取，按图1主电路图进行连接。 为了得到三相对称交流电压源，其参数设置方法及参数设置如下。 双击A相交流电压源图标，打开电压源参数设置对话框，在A相交流电源参数设置中，幅值取220V，初相位设置成0°，频率为50Hz，其它为默认值，如图2所示，B、C相交流电源设置方法与A相基本相同，除了初相位设置成互差120°外，其它参数与A相相同。由此可以得到三相对称交流电源。

②晶闸管整流桥的建模和参数设置。首先从电力电子模块组中选取 中的，并将模块标签改成“晶闸管整流桥”，然后双击模块图标，打开整流桥参数设置对话框，参数设置如图3所示。当采用三相整流桥时，桥臂数为3，A、B、C三相交流电源接到整流桥的输入端，电力电子选择晶闸管。参数设置原则如下，如果是针对某个具体的交流装置进行参数设置，对话框中的Rs、Cs、R ON、Vf应取该装置中晶闸管元件的实际值，若果是一般情况，不针对某个具体的变流装置，这些参数可先取默认值进行仿真。若仿真结果理想，就认可这些设置的参数，若仿真结果不理想，则通过仿真实验，不断进行参数优化，最后确定其参数。这一参数设置原则对其他环节的参数设置也是实用的。 图2 A相电源参数设置图3 整流桥参数设置 ③平波电抗器的建模和参数设置。首先从元件模块组中选取 ，并将标签改为“平波电抗器”，然后打开平波电抗器参数设置对话框，参数设置如图4所示，平波电抗器的电感值是通过仿真实验比较后得到的优化参数。 ④直流电动机的建模和参数设置。首先从电动系统模块中选取 ，并将模块标签改为“直流电动机”。直流电动机的励磁绕组“F+ —F-”接直流恒定励磁电源，励磁电源可从电源模块组中选取直流电压源 模块，即，并将电压参数设置为220V，电枢绕组“A+ —A-”经平波电抗器接晶闸管整流桥的输出，电动机经TL端口接恒转矩负载，直流电动机的输出参数有转速n、电枢电流Ia、励磁电流If、电磁转矩Te，通过“示波器”模块观察仿真输出

直流调速系统设计实训报告

实训报告课程名称：专业实训 专业：自动化班级：103031学号：10303104姓名：徐红颖指导教师：王艳秋成绩： 完成日期：2014 年1月9 日

任务书

1 单闭环直流调速系统 对于单闭环直流调速系统来说，转速是输出量，一般我们引入的是转速负反馈构成闭环调速系统。转速负反馈系统是在电动机上安装一台测速电机TG，引出和输出量转速成正比的负反馈电压Un，和转速给定电压Ua*进行比较，得到偏差电压ΔUa，经过放大器A,产生驱动或触发装置的控制电压Uct，与控制电动机的转速，组成了反馈控制的闭环调速系统。在单闭环系统中，转速单闭环使用较多。而一般采用的比例调节器的调速系统还是有静差，为了消除静差，可用积分调节器替代比例调节器。 反馈控制系统的规律是如果要想维持系统中的某个物理量基本不变，就要引用该量的负反馈信号去与恒量给定相比较，组成一个闭环系统。对于调速系统来说，如果想提高静态指标，就得提高静特性硬度，也就是希望转速在负载电流变化时或受到扰动时基本不变。要想维持转速这一物理量不变化，最有效和最直接的方法就是采用转速负反馈构成转速闭环调节系统。 1.1 主电路设计 直流调速系统电路的组成主要由主电路和控制电路两大部分组成，知道了电路组成的两大部分后，就应该确定主电路的接线方式和系统的控制方案。整流变压器由变压部分和整流部分组成，其变压部分将电网电压降压并变成稳定的交流电，整流部分将变压后的交流电整流为恒定40V的直流电压供给直流电动机的励磁回路，整流变压器变压后的交流电两端另接一个单相桥式全控整流电路，输出的可调直流电加在直流电动机的电枢回路。保护环节采用的是过电压保护的一种--阻容吸收，将其并联在整流变压器二次侧起到保护电路的作用。 主电路的设计需要准备的资料： 1 单相整流模块：MZKD-ZL-50 了解其功能，技术参数，电路内部结构，外部接法，控制线管脚接法，安装说明2电机参数：直流电机，额定电压24V，额定电流6A，励磁电压24V，最大允许电流50A，了解电机不同的接线形式，重点掌握电机他激（并激）方式的接线方法。 3 电机转速测量的检测器：光电编码器（E6B2-C）

直流调速系统的MATLAB仿真(参考程序)汇总.

直流调速系统的MATLAB 仿真 一、开环直流速系统的仿真 开环直流调速系统的电气原理如图1所示。直流电动机的电枢由三相晶闸管整流电路经平波电抗器L 供电，通过改变触发器移相控制信号c U 调节晶闸管的控制角α，从而改变整流器的输出电压，实现直流电动机的调速。该系统的仿真模型如图2所示。 图1 开环直流调速系统电气原理图 图2 直流开环调速系统的仿真模型 为了减小整流器谐波对同步信号的影响，宜设三相交流电源电感s 0L =，直流电动机励磁由直流电源直接供电。触发器（6-Pulse ）的控制角（alpha_deg ）由移相控制信号c U 决定，移相特性的数学表达式为 min c cmax 9090U U αα?-=?-

在本模型中取min 30α=?，cmax 10V U =，所以c 906U α=-。在直流电动机的负载转矩输入端L T 用Step 模块设定加载时刻和加载转矩。 仿真算例1 已知一台四极直流电动机额定参数为N 220V U =，N 136A I =， N 1460r /min n =，a 0.2R =Ω，2222.5N m GD =?。励磁电压f 220V U =，励磁电流f 1.5A I =。采用三相桥式整流电路，设整流器内阻rec 0.3R =Ω。平波电抗器 d 20mH L =。仿真该晶闸管-直流电动机开环调速系统，观察电动机在全压起动和起动后加额定负载时的电机转速n 、电磁转矩 e T 、电枢电流d i 及电枢电压d u 的变化情况。N 220V U = 仿真步骤： 1）绘制系统的仿真模型（图2）。 2）设置模块参数（表1） ① 供电电源电压 N rec N 2min 2200.3136 130(V)2.34cos 2.34cos30U R I U α++?= =≈?? ② 电动机参数 励磁电阻： f f f 220146.7()1.5 U R I = ==Ω 励磁电感在恒定磁场控制时可取“0”。 电枢电阻： a 0.2R =Ω 电枢电感由下式估算： N a N N 0.422019.1 19.10.0021(H)2221460136 CU L pn I ?==?≈??? 电枢绕组和励磁绕组间的互感af L ： N a N e N 2200.2136 0.132(V min/r)1460 U R I K n --?= =≈?

实验一、开环直流调速系统的仿真实验.docx

实验一开环直流调速系统的仿真 一、实验目的 1、熟悉并掌握利用 MATLAB中 Simulink 建立直流调速系统的仿真模型和进行仿真实验的方法。 2、掌握开环直流调速系统的原理及仿真方法。 二、实验内容 开环直流调速系统的仿真框图如图 1 所示，根据系统各环节的参数在 Simulink 中建立开环直流调速系统的仿真模型，按照要求分别进行仿真实验，输出直流电动机的电枢电 流Id 和转速 n 的响应数据，绘制出它们的响应曲线，并对实验数据进行分析，给出相 应的结论。 I dL (s) U n* (s)K s+1/ R I d (s)_R E 1 n( s) T s s 1—T l s 1 +T m s C e 图 1 开环直流调速系统的仿真框图 开环直流调速系统中各环节的参数如下： 直流电动机：额定电压 UN = 220 V，额定电流 IdN = 55 A，额定转速 nN = 1000 r/min ，电动机电势系数 Ce= V ·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 = s 。电枢回路总电阻 R = Ω，电枢回路电磁时间常数 Tl = s ，电力拖动系统机电时间常数 Tm = s 。 对应额定转速时的给定电压Un*=。 三、实验步骤 1、根据开环直流调速系统的各环节参数建立空载时的Simulink仿真框图，如图2 所示。 图2空载时开环直流调速系统的仿真框图 2、设置合适的仿真时间，利用out器件或示波器将相关数据输出到MATLAB的 Workspace 中，并在 MATLAB中利用 plot （X,Y）函数绘制出空载时直流电动机的电枢电流Id 和转速 n 的响应曲线，记录并分析实验数据，给出相应的结论。 3、根据开环直流调速系统的各环节参数建立带负载时的Simulink仿真框图，如图3所示。 图 3 带负载时开环直流调速系统的仿真框图 4、设置合适的仿真时间，在 1s 时分别加入负载电流为 IdL=10 、20、50A，利用 out 器件或示波器将相关数据输出到 MATLAB的 Workspace 中，并在 MATLAB中利用 plot （X,Y）函数绘制出在 1s 时加入负载电流分别为 IdL=10 、20、50A 时直流电动机的电枢电流 Id 和转速n 的响应曲线，记录并分析实验数据，给出相应的结论。

H桥可逆直流调速系统设计与实验(1)

燕山大学 CDIO课程项目研究报告 项目名称： H桥可逆直流调速系统设计与实验 学院（系）：电气工程学院 年级专业： 学号： 学生： 指导教师： 日期： 2014年6月3日

目录 前言 (1) 摘要 (2) 第一章调速系统总体方案设计 (3) 1.1 转速、电流双闭环调速系统的组成 (3) 1.2.稳态结构图和静特 (4) 1.2.1各变量的稳态工作点和稳态参数计算 (6) 1.3双闭环脉宽调速系统的动态性能 (7) 1.3.1动态数学模型 (7) 1.3.2起动过程分析 (7) 1.3.3 动态性能和两个调节器的作用 (8) 第二章 H桥可逆直流调速电源及保护系统设计 (11) 第三章调节器的选型及参数设计 (13) 3.1电流环的设计 (13) 3.2速度环的设计 (15) 第四章Matlab/Simulink仿真 (17) 第五章实物制作 (20) 第六章性能测试 (22) 6.1 SG3525性能测试 (22) 6.2 开环系统调试 (23) 总结 (26) 参考文献 (26)

前言 随着交流调速的迅速发展，交流调速技术越趋成熟，以及交流电动机的经济性和易维护性，使交流调速广泛受到用户的欢迎。但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场，并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。但如果对系统的动态性能要求较高，如要求快速起制动、突加负载动态速降时，单闭环系统就难以满足。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程中的电流或转矩。在单闭环系统中，只有电流截至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，靠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。实际工作中，在电机最大电流受限的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流转矩为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度启动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。实际上，由于主电路电感的作用，电流不能突跳，为了实现在允许条件下最快启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程，按照反馈控制规律，电流负反馈就能得到近似的恒流过程。问题是希望在启动过程中只有电流负反馈，而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器的输入端，到达稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不要电流负反馈发挥主作用，因此需采用双闭环直流调速系统。这样就能做到既存在转速和电流两种负反馈作用又能使它们作用在不同的阶段。 项目预期成果： 设计一个双闭环可逆直流调速系统，实现电流超调量小于等于5%；转速超调量小于等于5%；过渡过程时间小于等于0.1s的无静差调速系统。 项目分工：参数计算： 仿真： 电路设计： 电路焊接： PPT答辩： 摘要

PWM可逆直流调速系统matlab仿真实习

PWM可逆直流调速系统matlab 仿真实习

《运动控制系统仿真》课程设计 ——PWM直流调速系统的动态建模与仿真 学院：电气与控制工程学院 班级：自动化1104班 姓名：钟传琦 学号：1106050430 日期： 2014年6月27日

一、课程设计的目的及任务 《运动控制系统》是自动化专业的一门主干专业课程，在该课程学习结束后单独安排了1周的控制系统仿真课程设计。其目的是要求学生针对某个电机控制系统功能模块或整个控制系统进行设计与实现，使学生能进一步加深对课堂教学内容的理解，了解典型的电机控制系统基本控制原理和结构，掌握基本的调试方法，提高综合应用知识的能力、分析解决问题的能力和工程实践能力，并初步培养实事求是的工作作风和撰写科研总结报告的能力。 二、课程设计的基本要求 《运动控制系统》被控对象是交、直流电动机，能量转换是由电力电子器件构成的变换器，微机构成控制器。因此控制系统仿真课程设计学生应掌握以下基本内容： （1）交、直流电动机； （2）电力电子变换器； （3）微机控制器； （4）转速、电流等检测电路； （5）输入输出转换电路、调理电路和功放电路等。 三．课程设计的内容及基本要求 1．设计题目 1) 开环直流调速系统的动态建模与仿真 2) 单闭环有静差转速负反馈调速系统的动态建模与仿真 3) 单闭环无静差转速负反馈调速系统的动态建模与仿真 4) 带电流截止转速负反馈的单闭环调速系统的动态建模与仿真 5) 单闭环电压负反馈调速系统的动态建模与仿真 6) 双闭环直流调速系统的动态建模与仿真 α=有环流可逆直流调速系统的动态建模与仿真 7) β 8) 逻辑无环流可逆直流调速系统的动态建模与仿真 9)三相异步电动机数学模型的建立 10) PWM直流调速系统的动态建模与仿真 本文所选题目为：10) PWM直流调速系统的动态建模与仿真。 - 0 -

实验三 开环直流调速系统Matlab仿真

实训三 晶闸管开环直流调速系统的 MATLAB 仿真实训 一、实验实训目的 1．学习并掌握晶闸管开环直流调速系统模型建立及模型参数设置的方法和步骤。 2．熟悉并掌握系统仿真参数设置的方法和步骤。 3．学会利用 MA TLAB 软件对系统进行稳态与动态计算与仿真。 4．巩固并加深对晶闸管开环直流调速系统理论知识的理解。 二、实验实训原理及知识准备 1． 晶闸管开环直流调速系统的原理图如图3-3-1 所示。 图 3-1 晶闸管开环直流调速系统原理图 2．晶闸管开环直流调速系统的直流电动机电枢电流、电磁转矩与转速之间的关系。 3．复习实验实训指导书中 MA TLAB 基本操作和 MA TLAB/Simulink/Power System工具 箱内容。 4．预习实验实训指导书中实验实训二，并写好预习报告。 5．画出晶闸管开环直流调速系统的动态结构图。 三、实验实训内容及步骤 直流调速系统的仿真有两种方法，一是根据系统的动态结构图进行仿真，二是用 Power System的相关模块仿真，下面分别对两种方法进行介绍。 方法一：使用 Simulink 中的 Power System模块对直流调速系统进行仿真 1．建立系统的仿真模型和模型参数的设置 （1）建立一个仿真模型的新文件。在 MA TLAB 的菜单栏上点击工具栏上的 simulink工 具 ，选择 File→New→Model，新建一个 simulink文件，绘制电路的仿真模型如图 3-3-1。

3-3-1 （2）按图 3-3-1 要求提取电路元器件模块。在仿真模型窗口的菜单上点击图标调出模 型库浏览器，在模型库中提取所需的模块放到仿真窗口，设置各模块参数。晶闸管开环直流 调速系统由主电路（交流电源、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机、触发电路）和控 制电路（给定环节）组成，具体设置如下： 1）三相交流电源的模型建立和参数设置 ①三相交流电源的模型建立 首先从Simpowersystes 中的Electrical sources 电源模块组 中选取一个交流电压源模块 AC Voltage Source，再用复制的 方法得到三相电源的另两个电压源模块，用 Format(格式设 定)菜单中 Rotate block(Ctrl +R)将模块水平放置，并点击模 块标题名称，将模块标签分别改为“Uu ” 、 “Uv ” 、 “Uw ” ，然 后从连接器模块 Connectors 中选取“Ground （output ）” 元件 ， 按图 3-3-2 进行连接。 ②三相交流电源的参数设置 双击 U 相交流电源图标，打开电压源参数设置对话框，幅值取 220V ，初相位设置成 0 图 3-3-2 三相交流电源模型

#直流电机调速系统分析与设计

第一部分并励直流电动机的工作原理 并励直流电机的励磁绕组和电枢绕组相并联，作为并励发电机来说，是电机本身发出来的端电压为励磁绕组供电；作为并励电动机来说，励磁绕组和电枢共用同一电源，从性能上讲和他励直流电动机相同。 导体受力的方向用左手定则确定。这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩，这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩，转矩的方向是逆时针方向，企图使电枢逆时针方向转动。如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩（例如由摩擦引起的阻转矩以及其它负载转矩），电枢就能按逆时针方向旋转起来。 当电枢转了180°后，导体 cd转到 N极下，导体ab转到S极下时，由于直流电源供给的电流方向不变，仍从电刷 A流入，经导体cd 、ab 后，从电刷B流出。这时导体cd 受力方向变为从右向左，导体ab 受力方向是从左向右，产生的电磁转矩的方向仍为逆时针方向。 因此，电枢一经转动，由于换向器配合电刷对电流的换向作用，直流电流交替地由导体 ab和cd 流入，使线圈边只要处于N 极下，其中通过电流的方向总是由电刷A 流入的方向，而在S 极下时，总是从电刷 B流出的方向。这就保证了每个极下线圈边中的电流始终是一个方向，从而形成一种方向不变的转矩，使电动机能连续地旋转。这就是直流电动机的工作原理。 转速电流双闭环原理 转速、电流双闭环直流调速系统的组成，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。 从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。 这就形成了转速、电流双闭环调速系统。 限幅的作用： 转速调节器ASR的输出限幅电压U*im －－电流给定电压的最大值，即限制了最大电流； τ电流调节器ACR的输出限幅电压Ucm －－Uc的最大值，即限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm。 第二部分 PID算法的基本原理 PID调节器各校正环节的作用 1、比例环节：即时成比例地反应控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，调节 器立即产生控制作用以减小偏差。 2、积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分 时间常数TI，TI越大，积分作用越弱，反之则越强。 3、微分环节：能反应偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号的值变得太 大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减 小调节时间。 下面对控制点所采用的PID控制算法进行说明。