直流电机双闭环PWM调速系统的设计与仿真
直流电机双闭环PWM调速系统的设计与仿真
3、系统具有较好的控制精度；
主要内容与基 本要求
本课题主要研究直流电动机的PWM双闭环调速系统，采用全控器件PWM调 压控制方案，该同学主要工作是双闭环调速系统设计与仿真试验分析。
?
基本内容：
1、设计直流电动机双闭环调速系统总体方案；
2、电流调节器设计；
主管院长签名：
年 月曰
3、转速调节器设计；
4、PWM控制算法设计；
5、分别对空载、负载、扰动工况进行仿真模拟；
主要参
考资料
一、主要参考文献
1、基于C语言编程MCS-51单片机原理与应用；张培仁，清华大学出版社；
2、电气传动的脉宽调制控制技术，吴守，机械工业出版社；
3、电力电子技术，浣喜明，高等教育出版社；
4、电动机的单片机控制，王晓明，北京航空航天出版社；
(
一、该同学的主要任务
1、查找文献，了解直流电动机PWM双闭环调速系统的的应用
2、设计直流电动机双闭环调速系统，并设计出相应的电路原理图；
3、用SIML1LINK中的电力系统模块进行仿真试验；
4、设计PID算法，对转速、电流双闭环系统进行负我试验、抗干扰试验；
二、目标
1、建立直流电动机可逆调速系统双闭环数学模型；
5、电机与拖动基础，李发海，清华大学出版社
计划进度：
序号
内容
1
任务布置与介绍
2
系统总体方案设计
3
硬件系统建模
4
直流电机数学模型推导
5
PWM算法设计
6
电流调节器设计
7
速度调节器设计
8
(
仿真调试与试验
直流电机PWM双闭环调速系统的控制策略优化与仿真
．
应 波 形 。在 转 速 达 到额 定值 ２ ４ ０ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ后 ， 电流 下 降为 ４ Ａ 左
再与实际 电流相 比较 ，经 Ｐ ＷＭ 调制得到 占空比可调 的调制 右 ， 正转 制 动 和 反 转 起 动 约 用 时 １ ． ５ ｓ ， 达到稳定状态 。
为双极式 Ｈ型 Ｐ ＷＭ 变换器 ， Ｈ型变流器调用 了多功能桥 ， 设
在 单 闭环 系统 基 础 上 ， 专 门加 入 电流 调 节 器 ， 构 成转 速 一 电流双 为二相桥 臂、 以Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ为开关器件。 驱 动信 号发 生电路 中输入
闭环调速系统。实现在 最大 电枢 电流约束下的转速 最快过渡 脉宽调制信号 ， 输出四路 Ｉ ＧＢ Ｔ的驱动信 号。Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ模块模拟
１ ＿ ３双 闭环 控 制 系统 的仿 真
采 用 Ｈ 型 主 电路 和 直 流 Ｐ ＷＭ． Ｍ 双 闭环 可 逆 调 速 模 块 ，
两个非线性关系的问题等 ， 直流 电机调压调速 ， 不改变电机负 直流 Ｐ ＷＭ— Ｍ 调速系统在变流主电路上 ， 采用 了脉宽调制方
载 的性 质 ， 并 且速 度 与 电压 线 性 相 关 ， 较之交流调速 ， 有 更 广 式，转速和 电流的控制和晶闸管 直流调速系统类似 。本文中 泛 的应 用 价值 。 为 充 分利 用 电动 机 的过 载 能 力加 快 启 动 进 程 ，
文 献 标 识码 ： Ａ 中图 分 类 号 ： Ｔ Ｍ９ ２ １ ． ５
直流调速系统调速 范围广 、 稳 定性好 、 过载能力大， 具有 差 ， 实现转速无静差 。
运动控制系统课程设计_双闭环PWM双极式直流调速系统的工程设计及仿真
I
双闭环 PWM 双极式直流调速系统的工程及仿真
1. 绪 论
1.1 课题概述
在现代化的工业生产过程中，几乎无处不使用电力传动装置，生产工艺、 产品质量的要求不断提高和产量的增长，使得越来越多的生产机械要求能实现 自动调速。对可调速的传动系统，可分为直流调速和交流调速。直流电动机具 有优良的调速特性，调速平滑、方便，易于在大范围内平滑调速，过载能力大， 能承受频繁的冲击负载，可实现频繁地无级快速启动与制动和反转，能满足生 产过程自动化系统中各种不同的特殊运行要求，至今在金属切削机床、造纸机 等需要高性能可控电力拖动的领域仍有广泛的应用，到目前为止是调速系统的 主要形式。
3.5 锯齿波信号产生电路 ....................................................................................15 3.6 基于 EXB841 驱动电路设计 ....................................................................16 4. 系统参数的计算 .........................................................................................................19 4.1 电流调节器的设计 .........................................................................................19 4.2 转速调节器的设计 .........................................................................................21 5. 利用 MATLAB 建模并对所设计的系统进行仿真 .................................25 5.1 MATLAB 简要介绍.........................................................................................25 5.2 双闭环调速系统仿真模型图 ....................................................................26 总 结 .....................................................................................................................................28 参考文献 ................................................................................................................................29
基于MATLAB的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真
基于MATLAB的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真直流电机双闭环调速系统是一种常见的控制系统，常用于工业生产中对电机速度的精确控制。
本文将基于MATLAB软件进行直流电机双闭环调速系统的设计与仿真，包括系统设计、参数设置、控制策略选择、系统仿真以及性能分析等方面。
文章将以1200字以上的篇幅进行详细阐述。
一、系统设计直流电机双闭环调速系统由速度环和电流环构成。
速度环控制系统的输入为速度设定值和电机实际速度，输出为电机期望电压；电流环控制系统的输入为速度环输出的电压和电机实际电流，输出为电机实际电压。
通过控制电机的期望电压和实际电压，达到对电机速度的调控。
二、参数设置在进行系统仿真之前，需要确定系统中各个参数的值。
包括电机的额定转矩、额定电压、电感、电阻等参数，以及控制环节的比例增益、积分增益、微分增益等参数。
这些参数的选择会影响系统的稳定性和动态性能，需要根据实际情况进行调整。
三、控制策略选择常见的控制策略包括PID控制、PI控制、PD控制等。
在直流电机双闭环调速系统中，可以选择PID控制策略。
PID控制器由比例环节、积分环节和微分环节组成，可以提高系统的稳定性和响应速度。
四、系统仿真在MATLAB中进行直流电机双闭环调速系统的仿真，可以使用Simulink模块进行搭建。
根据系统设计和参数设置，搭建速度环和电流环的控制器，连接电机实际速度和电机实际电流的反馈信号，输入速度设定值和电机期望电流，输出电机期望电压。
通过仿真可以得到系统的动态响应曲线，评估系统的性能。
五、性能分析在仿真结果中，可以分析系统的静态误差、超调量、调整时间等指标，评估系统的控制性能。
通过参数调整和控制策略更改等方式，可以优化系统的控制性能，使系统达到更好的调速效果。
总结：本文基于MATLAB软件对直流电机双闭环调速系统进行了设计与仿真。
通过系统设计、参数设置、控制策略选择、系统仿真以及性能分析等步骤，可以得到直流电机双闭环调速系统的动态响应曲线，并通过参数调整和控制策略更改等方式，优化系统的控制性能。
双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计及MATLAB仿真验证
双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计及MATLAB仿真验证双闭环可逆直流脉宽调制（PWM）调速系统是一种常见的电机调速控制方案。
该系统通过两个闭环来实现电机的速度控制和电流控制，从而实现精准的调速效果。
本文将介绍双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统的设计原理，并使用MATLAB进行仿真验证。
设计原理：该系统由以下几个主要部分组成：1.输入信号：输入信号一般是一个速度设定值，表示期望电机的转速。
该信号可以通过人机界面或其他控制系统输入。
2.速度控制环：速度控制环根据输入信号和反馈信号之间的差异来控制电机的转速。
常见的速度控制算法有比例控制、积分控制和微分控制。
3.脉宽调制器：脉宽调制器根据速度控制环输出的控制信号来生成PWM信号，控制电机的转速。
通常使用的脉宽调制算法有定时器计数法和比较器法。
4.电流控制环：电流控制环根据PWM信号和反馈信号之间的差异来控制电机的电流。
常见的电流控制算法有比例控制、积分控制和微分控制。
5.电机驱动器：电机驱动器将电流控制环输出的控制信号转换为电机驱动信号，驱动电机正常运转。
MATLAB仿真验证：为了验证双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统的性能，可以使用MATLAB进行仿真。
以下是一种基本的MATLAB仿真流程：1.定义电机模型：根据电机的参数和特性，定义一个数学模型来表示电机的动态响应，例如通过电机的转矩-转速曲线或电机的方程。
2.设计速度控制器：根据系统要求和电机模型，设计一个适当的速度控制器。
可以使用PID控制器或其他控制算法。
3.设计PWM调制器：根据速度控制器输出的控制信号，设计一个PWM调制器来生成PWM信号。
根据电机模型和控制要求，选择合适的PWM调制算法。
4.设计电流控制器：根据PWM信号和电机模型，设计一个电流控制器。
可以使用PID控制器或其他控制算法。
5. 仿真验证：将以上设计参数输入到MATLAB仿真模型中，并进行仿真验证。
可以使用Simulink工具箱来搭建仿真模型，并通过逐步增加负载或改变速度设定值等方式来验证系统的性能。
直流双闭环调速系统的设计与仿真
1 绪论当今社会电机是非常重要的。
因为它与人们日常发电和用电是密切相关的，它实现了机械能与电能之间的相互转换，国内各方面都不可缺少的重要设备。
通过研究电机转速控制方面的技术，不但能满足工业生产需要、而且可以提升能源的利用率，对国家的经济发展有着很大的作用。
1.1 电机调速系统控制及其分类电机可以分为两大类：直流电机和交流电机。
直流电机在电机的运行和控制方面的优势比较突出，所以直流调速系统在很多方面一直有着无可代替的位置。
特别是高性能的调速系统在很多工业领域都占据着重要的位置。
而且直流调速系统也是其他调速系统的基础，想要开发新的调速系统必须先发展直流调速系统。
如现在的智能调速系统，也是先以直流调速系统为基础来进行研究的。
直流调速系统的应用是相当广泛的，特别是在数字采集与计算机的控制方面的应用是无可厚非的，因为其控制算法对于控制系统起着非常重要的作用。
虽然直流电机在调速方面是比较优秀的，但是它也是存有弊端的，那就是换向器的存在。
因为这样会使直流电机的使用时间减少，而且需要经常的去维护电机，这样造成的麻烦也是相当多的，所以这也是直流调速系统的不足之处。
而交流电机其构造比较紧凑，而且安装与维护都是比较简单的，没有直流电机那么繁琐，所以正因为具有这些优点，所以这些年来许多大型企业都开始向交流电机调速系统方面研究。
在当今社会竞争是相当激烈的，所以只有质量可靠才能得到消费者的信赖。
所以由于消费者的需求不断提升，随之给工业的生产也带来了很大的困扰。
因为生产的过程在不断的复杂化，所以生产系统也不可避免的会遇到非线性情况。
虽然在很多时候我们都可以用线性代替非线性，这样的话只需研究线性模型就比较简单了。
然而在很多情况下线性模型是不能够代替非线性模型的，人们需要系统的真实非线性模型，所以我们需要去建立和研究非线性模型，当然这比线性模型会繁琐很多。
1.1.1 调速控制系统的发展现状及其应用由于直流调速系统自身的特点，即调速的性能优越、起动时的转矩比较大。
双闭环直流电动机调速系统设计及MATLAB仿真基于直流电动机调速系统的研究
双闭环直流电动机调速系统设计及MATLAB仿真基于直流电动机调速系统的研究摘要：本文研究了双闭环直流电动机调速系统的设计及MATLAB仿真。
首先介绍了直流电动机调速系统的基本原理，然后通过建立数学模型，设计了双闭环调速系统的控制器，并利用MATLAB进行了系统的仿真实验。
仿真结果表明，双闭环调速系统能够有效地提高电动机的调速性能，使其在不同负载条件下保持稳定的转速。
关键词：双闭环调速系统、直流电动机、MATLAB仿真1.引言直流电动机调速系统是工业自动化控制中的常用控制系统之一、它广泛应用于机械设备、工业生产线以及交通运输等领域。
传统的直流电动机调速系统采用单闭环控制，其调速性能较差，对负载扰动不敏感。
因此，研究双闭环直流电动机调速系统，对于提高电动机的调速性能具有重要意义。
2.直流电动机调速系统设计原理直流电动机调速系统是通过调节电源电压或者改变电动机绕组的接线方式来实现。
系统主要由电动机、控制器以及反馈元件组成。
在传统的单闭环调速系统中，控制器根据电机的转速反馈信号与给定的转速信号之差，产生输出信号控制电机的转速。
然而，单闭环调速系统对负载扰动不敏感，容易出现转速不稳定等问题。
双闭环调速系统是在传统的单闭环调速系统的基础上增加了一个速度环，用于对电机的速度进行闭环控制。
速度环通过调节电机的输出力矩，实现对电机转速的调节。
双闭环调速系统可以及时调整电机输出力矩，使电机在负载扰动下保持稳定的转速。
3.双闭环直流电动机调速系统的控制器设计双闭环直流电动机调速系统的控制器主要由速度环控制器和电流环控制器组成。
速度环控制器根据速度反馈信号与给定的速度信号之差，产生电压控制信号，用于控制电机的输出力矩。
电流环控制器根据电流反馈信号与给定的电流信号之差，产生电压控制信号，用于控制电机的转矩。
具体的控制器设计需要根据电机的数学模型和系统性能要求进行。
4.MATLAB仿真实验本文利用MATLAB软件对双闭环直流电动机调速系统进行了仿真实验。
双闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告
双闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告一、系统结构设计双闭环直流调速系统由两个闭环控制组成，分别是速度子环和电流子环。
速度子环负责监测电机的转速，并根据设定值与实际转速的误差，输出电流指令给电流子环。
电流子环负责监测电机的电流，并根据电流指令与实际电流的误差，输出电压指令给电机驱动器，实现对电机转速的精确控制。
二、参数选择在进行双闭环直流调速系统的设计之前，需选择合适的控制参数。
根据实际的电机参数和转速要求，确定速度环和电流环的比例增益和积分时间常数等参数。
同时，还需根据电机的动态特性和负载特性，选取合适的速度和电流传感器。
三、控制策略速度子环采用PID控制器，通过计算速度误差、积分误差和微分误差，生成电流指令，并传递给电流子环。
电流子环也采用PID控制器，通过计算电流误差、积分误差和微分误差，生成电压指令，并输出给电机驱动器。
四、仿真实验为了验证双闭环直流调速系统的性能，进行了仿真实验。
首先，通过Matlab/Simulink建立双闭环直流调速系统的模型，并设置不同转速和负载条件，对系统进行仿真。
然后，通过调整控制参数，观察系统响应速度、稳定性和抗干扰性等指标的变化。
五、仿真结果分析根据仿真实验的结果可以看出，双闭环直流调速系统能够实现对电机转速的精确控制。
当系统负载发生变化时，速度子环能够快速调整电流指令，使电机转速保持稳定。
同时，电流子环能够根据速度子环的电流指令，快速调整电压指令，以满足实际转速的要求。
此外，通过调整控制参数，可以改善系统的响应速度和稳定性。
六、总结双闭环直流调速系统是一种高精度的电机调速方案，通过双重反馈控制实现对电机转速的精确控制。
本文介绍了该系统的设计与仿真实验，包括系统结构设计、参数选择、控制策略及仿真结果等。
仿真实验结果表明，双闭环直流调速系统具有良好的控制性能，能够满足实际转速的要求。
直流电机双闭环调速系统及其仿真
直流电机双闭环调速系统1、直流电动机的起动直流电动机接通电源以后，转速从零达到稳态转速的过程称为起动过程。
直流电机的起动条件应满足以下原则：①起动转矩要大于负载转矩；②起动电流限制在安全范围以内；③起动设备投资要经济适用，设备运行要安全可靠，起动时间要短。
电机开始起动时，转速0≈n ，电枢绕组输出的感应电势0e ≈=φn C E a ，电机自身的电枢回路总电阻a R 又小，这时电枢电流称电机起动电流a R U I /≈可达到额定电流的10-20倍，这样大的起动电流对电网和其他设备都有害，必须要限制在允许范围之内。
但是，当起动电流减小时，起动转矩a T I C T φ=e 也相应减小，所以二者不能兼顾。
一般原则是保证有足够大的起动转矩，尽可能减小起动电流。
常用的直流电动机的起动方法有三种：①直接起动；②接入变阻器起动；③降压起动。
2、希望实现的控制电动机是用以驱动生产机械的，根据负载的需要，常常希望电动机的转速能在一定甚至是宽广的范围内进行调节，且调节的方法要简单、经济。
直流电动机在这些方面有其独特的优点。
直流电动机转速的稳态方程可表示为Φ-=e K IRU n式中 n ─转速(r/min)； U ─电枢两端的电压(V)；I ─电枢回路电流(A)；R ─直流电动机电枢回路的总电阻(Ω)； e K ─电机的电势常数；Φ─励磁磁通(Wb)。
在上式中，e K 是常数，电流I 取决与电机所带负载，因此预想调节电机的转速有以下三种方法：① 改变电枢供电电压U直流他励电动机电枢回路如图2-1(a)所示，s R 为可控电源内阻，0d U 为电源空载电压。
转速方程为n n C RI C U n d d ∆-=-=0ee 0 （2-2） 式中 e C ─电动机额定磁通下的电动势转速比，Φ=e e K C ；0n ─理想空载转速，e0C U n d =； n ∆─转速降，eC RI n d =∆，a s R R R +=为电枢回路总电阻。
直流双闭环调速系统的设计与仿真
目录第一篇直流调速系统的设计及仿真1 系统方案选择和总体结构设计1.1 调速方案的选择1.2 总体结构设计.2 控制电路的设计与计算2.1 给定环节的选择2.2 控制电路的直流电源3 主电路设计与参数计算3.1 晶闸管的选择3.1.1 晶闸管的额定电流3.1.2 晶闸管的额定电压3.2 整流变压器的设计3.2.1 变压器二次侧电压U2的计算3.2.2 一次、二次相电流I1 、I2 的计算3.2.3 变压器容量的计算4 触发电路的选择4.1 触发电路的选择5 双闭环励磁设计和校验5.1 电流调节器的设计和校验5.2 转速调节器的设计和校验6 转速、电流双闭环直流调速系统的电气总图7 直流系统MATLAB仿真7.1 系统的建模与参数设置7.2 系统仿真结果的输出第二篇交流调压调速系统的建模与仿真8 交流调压调速系统的原理及特性8.1 异步电动机改变电压时的机械特性8.2 闭环控制的变压调速系统及其静特性8.3 闭环变压调速系统的近似动态结构框图9 交流调压调速系统的Matlab 仿真9.1 交流调压调速系统的建模9.2 交流调压调速系统的仿真总结参考文献摘要转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、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。
20 世纪70 年代初出现了交流电动机的矢量控制原理，为高性能交流控制奠定了理论基础，实现像直流电动机那样的对磁场和转矩的解耦控制。
矢量控制理论的提出和成功应用，开创了用交流调速系统代替直流调速系统的时代。
80年代掀起了交流调速热，矢量控制理论进一步完善和发展，一些新的控制策略和方法相继提出并被采用，例如“直接转矩控制”就是80 年代中期提出的又一交流调速控制技术，直接转矩控制利用观察电动机的电磁转矩和宽一子磁链，不需在进行复杂的坐标变换，采用闭环控制，直接控制电磁转矩和定子磁链，系统更加简单，控制更加直接，受到各国学者的重视。
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浙江理工大学本科课程设计任务书
课题名称
直流电机双闭环PWM调速系统的设计与仿真
主要任务与
目标
随着社会的发展，各种智能化的产品日益走入寻常百姓家。为了实现产品的便携性、低成品以及对电源的限制，小型直流电机应用相当广泛。对直流电机的速度调节，可分为励磁控制法与电枢电压控制法两类。随着电力电子技术的进步，发展了许多新的电枢电压控制方法。如：由交流电源供电，使用晶闸管进行相控调压；使用硅整流器将交流电整流成直流或由蓄电池等直流电源供电，再由PWM斩波器进斩波调压等。PWM驱动装置与传统晶闸管驱动装置比较，具有下列优点：需用的大功率可控器件少，线路简单；调速范围宽：电流波形系数好，附加损耗小；功率因数高。可以广泛应用于现代直流电机伺服系统中。
3、转速调节器设计；
4、PWM控制算法设计；
5、分别对空载、负载、扰动工况进行仿真模拟；
主要参
考资料
一、主要参考文献
1、基于C语言编程MCS-51单片机原理与应用；张培仁，清华大学出版社；
2、电气传动的脉宽调制控制技术，吴守，机械工业出版社；
3、电力电子技术，浣喜明，高等教育出版社；
4、电动机的单片机控制，王晓明，北京航空航天出版社；
一、该同学的主要任务
1、查找文献，了解直流电动机PWM双闭环调速系统的的应用
2、设计直流电动机双闭环调速系统，并设计出相应的电路原理图；
3、用SIMULINK中的电力系统模块进行仿真试验；
4、设计PID算法，对转速、电流双闭环系统进行负载试验、抗干扰试验；
二、目标
1、建立直流电动机可逆调速系统双闭环数学模型；
2、设计PID算法，调试参数，使系统具有良好的动静态性能；
3、系统具有较好的控制精度；
主要内容与基本要求
本课题主要研究直流电动机的PWM双闭环调速系统，采用全控器件PWM调压控制方案，该同学主要工作是双闭环调速系统设计与仿真试验分析。
基本内容：
1、设计直流电动机双闭环调速系统总体方案；
2、电流调节器设计；
5、电机与拖动基础，李发海，清华大学出版社
计划进度：
序号
内容
1
任务布置与介绍
2Hale Waihona Puke 系统总体方案设计3
硬件系统建模
4
直流电机数学模型推导
5
PWM算法设计
6
电流调节器设计
7
速度调节器设计
8
仿真调试与试验
9
撰写课程设计报告
10
答辩
实习地点
15-212
指导教师
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系 意 见
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