基于MATLAB的双闭环直流调速系统设计.pdf

课程设计说明书
NO.1

基于MATLAB的双闭环直流电机调速系统仿真

学院：信息工程学院
班级：11自动化二班
姓名：梁玉迪

学号：F1156226

指导教师：李浚圣

沈阳大学
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NO.2

摘要：实际生产中，生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要有
良好的稳态、动态性能，同时，我们希望在电机最大电流限制的条件下，充分利用电机
的允许过载能力，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。双闭环直流调速系统，
具有直流调速系统调速范围广、静差率小、稳定性好以及有良好的动态性能的优点，又
有动态响应快、抗干扰能力强等特点，可以很好的满足实际需求。

1双闭环控制系统的工作原理

双闭环调速系统的两个调节器ASR（转速调节器）和ACR（电流调节器）一般都采用
PI调节器。因为PI调节器置既可以保证系统的稳态精度，使系统在稳态运行时得到无静
差调速，又能提高系统的稳定性，兼顾快速响应和消除静差两方面的要求。一般的调速

系统要求以稳和准为主，采用PI调节器便能保证系统获得良好的静态和动态性能。转速

调节器的作用：是调速系统的主调节器，使转速n很快的跟随给定电压Un*变化，如果采

用pi调节器，实可现稳态无静差。保证了系统静态稳定性。电流调节器的作用：作为内

环调节器，在转速调节过程中，它使得电流跟随其给定电压U*变化；对电网电压波动
i
起及时抗扰作用；起动时保证获得电机允许的最大电流，使系统获得最大加速度起动；
当电机过载甚至于堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自我保护作用。当故障消
失时，系统能够自动恢复正常。保证了系统动态稳定性。

Id


R

Ui
*ASR*ACRUPE
UUi-U-IR
n+ctUd0+dn
1/C
Kse
+E
-
Un



图1双闭环直流系统的结构图

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NO.3

-I
U*IdL
*i-dn
UnK1/RR
W(s)W(s)s1/C
+ASRACRTs+1Ts+1+Tse
--sUlmE
Uctd0
Un
Ui




图2双闭环直流调速系统的数学模型
2双闭环调速系统的主电路各器件的选择和计算

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:Un=220V，In=136A，Nn=1460r/min，Ce=0.132V*min/，

允许过载倍数:λ=1.5

晶闸管装置放大系数ks=40；

电枢电阻：Ra=0.5Ω

时间常数：Tl=0.03s，Tm=0.18s；

励磁电压：Uf=220V

励磁电流：If=1.5A

动态指标：1.电流超调量δ%≤5%

2.空载起动到额定转速时的转速超调量：δ%≤10%

电流反馈系数β=0.05V*min/r

转速反馈系数：α=0.00667V*min/r

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三相整流桥平均失控时间Ts=0.0017s

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；

参数设置

电流调节器的设计Wacr（s）=Ki*(1+τS)/τS=1.013+33.8/s

转速调节器的设计Wasr（s）=Kn*(1+τS)/τS=11.7+134.48/s
3MATLAB仿真

MATLAB是矩阵实验室（MatrixLaboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品
的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算

语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。
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。同时有大量的第三方软件和

硬件可应用于或被要求应用于Simulink。
Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设
计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系

统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连
续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系
统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统