(完整版)基于MATLAB的单闭环直流调速系统的设计与仿真开题报告(张军贤)
单闭环直流调速系统的设计与Matlab仿真(一)
课题：一、单闭环直流调速系统的设计与Matlab 仿真（一）作者：学号：专业：班级：指导教师：摘要在对调速性能有较高要求的领域，如果直流电动机开环系统稳态性能不满足要求，可利用速度负反馈提高稳态精度，而采用比例调节器的负反馈调速系统仍是有静差的，为了消除系统的静差，可利用积分调节器代替比例调节器。
通过对单闭环调速系统的组成部分可控电源、由运算放大器组成的调节器、晶闸管触发整流装置、电机模型和测速电机等模块的理论分析，比较原始系统和校正后系统的差别，得出直流电机调速系统的最优模型，然后用此理论去设计一个实际的调速系统。
本设计首先进行总体系统设计，然后确定各个参数，当明确了系统传函之后，再进行稳定性分析，在稳定的基础上，进行整定以达到设计要求。
另外，设计过程中还要以Matlab 为工具，以求简明直观而方便快捷的设计过程。
摘要：Matlab 开环闭环负反馈静差稳定性V-M 系统目录摘要 (2)一、设计任务 (4)1、 ...................................................... 已知条件42、设计要求 (4)二、方案设计 (5)1、 ...................................................... 系统原理52、 ........................................................ 控制结构图 (6)三、参数计算 (7)四、P I调节器的设计 (9)五、系统稳定性分析 (11)六、小结 (12)七、参考文献 (13)1、已知条件已知一晶闸管-直流电机单闭环调速系统(V-M 系统)的结果如 图所示。
图中直流电机的参数：Pnom=2.2KW nnom=1500r/min ，Inom=12.5A , Unom=220V 电枢电阻Ra=1欧，V-M 系统主回路总电阻 R=2.9欧，V-M 系统电枢回路总电感L=40mH 拖动系统运动部分飞轮力矩GD2=1.5N.m2测速发动机为永磁式，ZYS231/110xi 型，整流触2、设计要求：(1) 生产机械要求调速围D=15 (2) 静差率s < 5%(3) 若 U*n=10V 时，n=nnom=1500r/min ,校正后相角稳定裕度丫 =45o ,剪切频率3 c >35.0rad/s ，超调量30% 调节时间ts < 0.1s倍号詮丨1、控制原理根据设计要求，所设计的系统应为单闭环直流调速系统，选定转速为反馈量，采用变电压调节方式，实现对直流电机的无极平滑调速。
基于MATLAB的直流电机调速系统仿真(任务书)
二、主要阅读书目和参考资料
[宋体，小四号，段首空两字符]
指导老师签名：年月日
1、本任务书打印存档，但签署姓名源自须由指导老师亲笔签名。（二）了解直流电机的结构组成和基本工作原理，直流电机的优缺点及直流电机的应用，基于直流电机的应用而衍生出直流电机调速系统。
（三）制定直流电机调速系统的方案，控制部分的要求和设计思想。包括直流电机的参数设计、直流电机调速系统的数学模型的构建及相关传递函数的形成。
（四）FuzzyPID控制器在直流电机调速系统中的实现，涉及FuzzyPID的I/O变量的设计、精确量的模糊化、控制量的清晰化计算、模糊控制规则以及参数的自整定。
南昌大学共青学院本科生毕业设计（论文）任务书
（理工科专业适用）
一、毕业设计（论文）的主要内容（包括主要技术参数）
基于MATLAB的直流电机调速系统仿真的论文设计要求：
（一）完成课题的中英文摘要，包含基于MATLAB的直流电机调速系统的研究目的和意义，当前基于MATLAB的直流电机调速系统的研究现状以及发展趋势，课题的主要内容和章节安排。
单闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告
单闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告摘要：本文基于基本原理和方法，设计和仿真了一个单闭环直流调速系统。
首先介绍了直流电机调速的基本原理，然后根据系统要求，设计了控制系统的结构和参数，包括PID控制器的参数调整方法。
接下来使用Matlab/Simulink软件进行系统仿真实验，对系统的性能进行评估。
最后根据仿真结果对系统进行分析和总结，并提出了可能的改进方法。
关键词：直流电机调速、单闭环控制系统、PID控制器、仿真实验一、引言直流电机广泛应用于机械传动系统中，通过调节电机的电压和电流实现电机的调速。
在实际应用中，需要确保电机能够稳定运行，并满足给定的转速要求。
因此，设计一个高性能的直流调速系统至关重要。
本文基于单闭环控制系统的原理和方法，设计和仿真了一个直流调速系统。
首先介绍了直流电机调速的基本原理，然后根据系统要求，设计了控制系统的结构和参数，并采用PID控制器进行调节。
接着使用Matlab/Simulink软件进行系统仿真实验，并对系统的性能进行评估。
最后根据仿真结果对系统进行分析和总结，并提出了可能的改进方法。
二、直流电机调速的基本原理直流电机调速是通过调节电机的电压和电流实现的。
电压变化可以改变电机的转速，而电流变化可以改变电机的转矩。
因此，通过改变电机的电压和电流可以实现电机的调速。
三、控制系统设计和参数调整根据系统的要求，设计一个单闭环控制系统，包括传感器、控制器和执行器。
传感器用于测量电机的转速，并将信息传递给控制器。
控制器根据测量的转速和给定的转速进行比较，并调节电机的电压和电流。
执行器根据控制器的输出信号来控制电机的电压和电流。
在本实验中，采用PID控制器进行调节。
PID控制器的输出信号由比例项、积分项和微分项组成，可以根据需要对各项参数进行调整。
调整PID控制器的参数可以使用试错法、频率响应法等方法。
四、系统仿真实验使用Matlab/Simulink软件进行系统仿真实验，建立直流调速系统的模型，并对系统进行性能评估。
单闭环直流调速系统的设计与仿真 ——毕业设计
单闭环直流调速系统的设计与仿真内容摘要：在对调速性能有较高要求的领域，如果直流电动机开环系统稳态性能不满足要求，可利用速度负反馈提高稳态精度，而采用比例调节器的负反馈调速系统仍是有静差的，为了消除系统的静差，可利用积分调节器代替比例调节器。
通过对单闭环调速系统的组成部分可控电源、由运算放大器组成的调节器、晶闸管触发整流装置、电机模型和测速电机等模块的理论分析，比较原始系统和校正后系统的差别，得出直流电机调速系统的最优模型。
然后用此理论去设计一个实际的调速系统，并用MATLAB仿真进行正确性的验证。
关键词：稳态性能稳定性开环闭环负反馈静差The design and simulation ofSingle loop dc speed control systemAbstract :In the higher demand for performance of speed, if the open loop dc system's steady performance does not meet the requirements, can use speed inverse feedback to improve steadystate precision, but although the speed inverse feedback system adopts proportion regulator,it still have off, in order to eliminate static, can use integral regulator to replace proportion regulator.Based on the theoretical analysis of the single closed loop system which is made up of controllable power, the regulator which is made up of operational amplifier, a rectifier triggered by thyristor , motor model and tachogenerators module, compare the difference of the open loop system and the closed loop system,the original system and the this paper compares the theory of open loop system and the closed-loop system, the difference of primitive system and calibrated system, conclude the optimal model of the dc motor speed control system. Then use this theory to design a practical control system, and verify the validity with MATLAB simulation.Key words: steady-statebehaviour stability open loop Close-loop feedback offset目录1绪论 (1)1.1直流调速系统概述 (1)1.2 MATLAB简介 (1)2 单闭环控制的直流调速系统简介 (2)2.1 V—M系统简介 (2)2.2转速控制闭环调速系统的调速指标 (2)2.3闭环调速系统的组成及静特性 (3)2.4反馈控制规律 (4)2.5主要部件 (5)2.5.1 比例放大器 (5)2.5.2 比例积分放大器 (5)2.5.3额定励磁下直流电动机 (7)2.6稳定条件 (8)2.7稳态抗扰误差分析 (8)3 单闭环直流调速系统的设计及仿真 (10)3.1参数设计及计算 (10)3.1.1参数给出 (10)3.1.2 参数计算 (10)3.2有静差调速系统 (11)3.2.1有静差调速系统的仿真模型 (11)3.2.2主要元件的参数设置 (12)3.2.3仿真结果及分析 (12)3.2.4 动态稳定的判断，校正和仿真 (13)3.3无静差调速系统 (15)3.3.1 PI串联校正的设计 (15)3.3.2无静差调速系统的仿真模型 (17)3.3.3主要元件的参数设置 (18)3.3.4仿真结果及分析 (18)3.4有静差调速系统和无静差调速系统的动态分析设计 (19)3.4.1有静差调速系统的仿真模型 (19)3.4.2参数设置 (19)3.4.3仿真结果及分析 (19)参考文献 (23)致谢 (24)1绪论1.1直流调速系统概述从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动自动控制系统有调速系统、位置随动系统、张力控制系统等多种类型，而各种系统往往都是通过控制转速来实现的，因此调速系统是最基本的拖动控制系统。
直流电机调速matlab仿真报告
直流电机调速matlab仿真报告以直流电机调速Matlab仿真报告为标题引言：直流电机是一种常见的电动机，广泛应用于工业、交通、家电等领域。
在实际应用中，电机的调速控制是一项关键技术，可以使电机在不同工况下实现恒定转速或变速运行。
本文将利用Matlab软件进行直流电机调速的仿真实验，旨在通过仿真结果分析不同调速控制策略的优劣，并提供一种基于Matlab的直流电机调速方法。
一、直流电机调速原理直流电机的调速原理基于电压与转速之间的关系。
电机的转速与输入电压成正比，即在给定电压下，电机转速可以通过调整电压大小来实现调速。
常用的直流电机调速方法有电压调速、电流调速和PWM调速等。
二、Matlab仿真实验设置本次仿真实验将以直流电机调速为目标，基于Matlab软件进行实验设置。
首先，需要建立电机的数学模型，包括电机的转速、电流和电压等参数。
其次，选择合适的调速控制策略，如PID控制、模糊控制或神经网络控制等。
最后，通过调节电压输入，观察电机的转速响应和稳定性。
三、PID控制调速实验1. 实验目的本实验旨在通过PID控制器对直流电机进行调速控制，并分析不同PID参数对控制效果的影响。
2. 实验步骤(1) 建立直流电机的数学模型；(2) 设计PID控制器，包括比例系数Kp、积分系数Ki和微分系数Kd；(3) 利用Matlab软件进行仿真，设定电机的目标转速和初始转速；(4) 通过调节PID参数，观察电机的转速响应和稳定性。
3. 实验结果与分析根据实验设置，我们分别对比了不同PID参数值下的电机转速响应曲线。
结果显示，在合适的PID参数设置下，电机能够实现快速响应和稳定控制。
但是，过大或过小的PID参数值都会导致转速超调或调速不稳定的问题。
四、模糊控制调速实验1. 实验目的本实验旨在通过模糊控制器对直流电机进行调速控制，并分析不同模糊规则和输入输出的影响。
2. 实验步骤(1) 建立直流电机的数学模型；(2) 设计模糊控制器，包括模糊规则、输入变量和输出变量；(3) 利用Matlab软件进行仿真，设定电机的目标转速和初始转速；(4) 通过调节模糊规则和输入输出变量，观察电机的转速响应和稳定性。
单闭环直流调速系统的MATLAB计算与仿真
1.1 直流调速系统概述
从生产机械要求控制的物理量来看，电力传动自动控制系统有调速系统、位置伺服 系统、力控制系统等其他多种类型，各种系统往往是通过控制转速来实现的，因此调速 系统是最基本的驱动控制系统。调速系统目前分为交流和直流调速控制系统，由于直流 调速系统的调速围广，静差率小、稳定性好并且具有良好的动态性能。因此在相当长的 时期，高性能的调速系统几乎都采用了直流调速系统。相比于交流调速系统，直流调速 系统在理论上和实践上更加成熟。
中的 SimuLink 实用工具来辅助设计，由于它可以构建被控系统的动态模型，直观迅速 观察各点波形，因此调速系统性能的完善可以通过反复修改其动态模型来完成，而不必 对实物模型进行反复拆装调试。本文运用 MATLAB 中的 SimuLink 实用工具对设计电路进 行了仿真。
1.3 国外现状
从 1971 年开始到目前的这个阶段，直线电机进入了独立的应用时代，在这个时代， 各类直线电机的应用得到了迅速的推广，制成了许多具有实用价值的装置和产品，例如 直线电机驱动的钢管输送机、运煤机、起重机、空压机、冲压机、拉伸机、各种电动门、 电动窗、电动纺织机等等。特别可喜的是利用直线电机驱动的磁悬浮列车，其速度已超 500km/h，接近了航空的飞行速度，且试验行程累计已达数十万千米。
基于Matlab的单闭环直流电机调速系统的设计
摘要运动控制系统中应用最广泛的是自动调速系统，在工程实践中，有许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求有良好的稳态、动态性能。
晶闸管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、测速反馈系统组成。
晶闸管调速系统以其良好的调速性能而广泛应用于生产生活中。
闭环控制对电动机的稳定性有很好的保障。
对于晶闸管直流电动机系统的研究要从两个方面进行，一是在带电动机负载时整流电路的工作情况；二是由整流电路供电时电动机的工作情况。
本文介绍了晶闸管直流电机调速系统，运用M a t l a b 进行了仿真，并对晶闸管直流调速系统参数和环节特性进行了分析和测定。
关键词：晶闸管，整流，直流调速，M a t l a b，闭环控制目录第一章概述 (3)第二章调速控制系统的性能指标 (4)2.1 直流电动机工作原理 (4)2.2 电动机调速指标 (4)2.3 直流电动机的调速 (5)2.4直流电机的机械特性 (6)第三章单闭环直流电动机系统 (7)3.1 三相桥式全控整流电路 (7)3.1.1带电阻负载时的工作情况 (7)3.1.2 三相桥式全控整流电路计算公式 (9)3.2 单闭环直流调速 (9)第四章电路设计和仿真 (10)4.1 电路原理 (10)4.2 参数设定及Matlab的仿真 (11)4.2.1 系统仿真图 (11)4.2.2 系统的建模和参数的设定 (11)4.3 仿真结果 (13)第五章总结 (15)参考文献 (16)第一章概述电动机是用来拖动某种生产机械的动力设备，所以需要根据工艺要求调节其转速。
比如：在加工毛坯工件时，为了防止工件表面对生产刀具的磨损，因此加工时要求电机低速运行；而在对工件进行精加工时，为了缩短加工时间，提高产品的成本效益，因此加工时要求电机高速运行。
所以，我们就将调节电动机转速，以适应生产要求的过程就称之为调速；而用于完成这一功能的自动控制系统就被称为是调速系统。
实验二 单闭环直流调速系统MATLAB仿真
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
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：Ω=0.1R ；
时间常数：s Tm s T l 075.0,017.0==；
转速反馈系数：A V /01.0=α；
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；
3.并讨论P及PI调节器参数对系统的影响。
step Simulink/sources‘0’‘0’‘10’‘0’Integrator Simulink/continuous/‘0’‘10’‘-10’Transfer Fcn Simulink/continuous/
gain Simulink/math operations
sum Simulink/math operations+-。
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三、进度安排
11 月 20 日到 12 月 1 日 12 月 2 日到 3 月 1 日 3 月 2 日到 3 月 10 日 3 月 11 日到 3 月 20 日 3 月 21 日到 4 月 10 日 4 月 11 日到 5 月 1 日
完成毕业设计的开题报告。 查阅相关的文章和资料。 分析并确定系统的设计方案 系统各部分的设计和实验。 开始书写论文并修改。 完成论文的修改并定稿。
课题性质
设计
课题来源
自拟
基于 MATLAB 的单闭环直流调速系统的设计与仿真
一、 选题的目的、意义（含国内外相同领域、同类课题的研究现状分析）：
现代化的工业生产过程中，几乎无处不使用电力传动装置，尤其是在石油、化工、电力、冶金、轻 工、核能等工业生产中对电动机的控制更是起着举足轻重的作用。因此调速系统成为当今电力拖动自动 控制系统中应用最广泛的一种系统。随着生产工艺、产品质量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。当前控制系统已进入了计算机时代，在许多领域已实现了智能化控 制。对传统的过程工业而言，利用先进的自动化硬件及软件组成工业过程自动化调速系统，大大提高了 生产过程的安全性、可靠性、稳定性。提高了产品产量和质量、提高了劳动生产率，企业的综合经济效 益，同时，也大大促进了综合国力的增强。对可调速的传动系统，可分为直流调速和交流调速。
3
四、推荐使用的主要参考文献：
1. 《自动控制理论》
邹伯敏 编
第 2 版 机械工业出版社出版
2. 《过程控制及仪表》 邵裕生 主编
上海出版社出版
3. 《MATLAB 及其在理工课程中的应用指南》 陈怀琛 编 西电出版社出版
4. 《过程控制与自动化仪表》 潘永湘 主编 机械工业出版社出版
5. 《模拟电子技术基础》 第三版 童诗白 华成英主编 高等教育出版社
北方民族大学毕业设计（论文） 开题报告书
题目 基于 MATLAB 的单闭环直流调速系统的设计与仿真
姓名 学号 专业 指导教师
张军贤 20080192 自动化
冯翼
北方民族大学教务处制
1
北方民族大学毕业设计（论文）
开题报告书
姓名 学号
题目
张军贤
2008019 2院（部）专业电气信息 工程学院
自动化
2011 年 11 月 20 日
通过这次设计，可以使我对自动控制及其仿真进行进一步的学习，增强知识的整合度使相关知识融 汇贯通，为以后的工作奠定一定的知识基础。
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二、本题的基本内容：
课题任务、重点研究内容、实现途径、方法及进度计划
1、课题任务
设计出一个较完整的直流调速系统，了解单闭环直流调速的原理和方法，比较各种调速方法的特点与 不足。对直流电动机的调速指标进行深入研究并整定出调节器的参数，同时要求对所设计的系统进行仿真 （MATLAB& Simulink），掌握系统仿真技术在控制领域的应用。
本次设计是利用 Matlab 软件中的 Simulink 工具箱对直流电动机单闭环调速系统进行计算机辅助设 计；对转速环进行时域和频域分析；对调速系统进行跟随性和抗扰性分析。并在给定系统各种参数的条 件下，进行动态数字仿真，通过查看仿真波形和数据，既可获得参数整定的依据，又可验证本调速系统
是否满足设计要求。
2、重点研究内容及实现途径
研究内容 直流调速具有平滑性好，调速范围宽等优点，对直流调速的仿真有着一定的应用价值，单闭环调速简 单且实用，而 MATLAB 在自动控制仿真方面有着不错的效果。本设计要求设计者能设计出一个较好的单 闭环直流调速系统。在调速系统的原理和要求的静态、动态性能的基础上，设计直流脉宽调速电路，建立 单闭环直流调速系统的数学模型。本课题还要求研究 MATLAB 与 Simulink 在控制方面的应用，掌握仿真 程序的编写与 simulink 模块参数的设置。 3、实现途径 1) 主要调速方法选择 直流电动机的调速的方法有：调节电枢供电电压 U 、减弱励磁磁通 、改变电枢回路电阻 R 。对 于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。改变电阻只能有级调 速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（即电机额定转速） 以上作小范围的弱磁升速。因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主。 2) 电路的组成与调速原理 单闭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、闭环控制 系统和电流截止负反馈装置组成。该系统的控制对象是直流电动机M，被控量是电动机的转速n，晶闸管触 发及整流电路为功率放大和执行环节，和晶闸管同步脉冲触发电路，用来调节晶闸管的控制角。测速模块 把测得的转速反馈到输入中。 3) 调节器的调节方式选择 电动机的转速随给定电压变化，电动机最高转速由电流调节器的输出限幅所决定，电流调节器采用比 例（P)调节，对阶跃输入有稳态误差，要想消除上述误差，则须将调节器换成比例积分（PI）调节。这时 当给定电压恒定时，闭环系统起到了抑制所用，当电动机负载或电源电压波动时，电动机的转速稳定在一 定的范围之中。 4) 系统参数的设定与校正 Bode 图是自动控制系统设计和应用中普遍使用的方法，它可以确切地提供稳定性和稳定裕度的信息， 而且还能大致衡量闭环系统稳态和动态的性能。在实际设计时，一般先根据系统要求的动态性能或稳定裕 度，确定校正后的预期对数频率特性，与原始系统特性相减，即得校正环节特性。具体的设计方法是很灵 活的，须要进行反复地试凑，才能得到满意的结果。 5) 建立系统的数学模型 6) 建立仿真模型 7) 编写仿真程序 8) 进行仿真实验并分析实验结果
直流调速系统凭借优良的调速特性，调速平滑、范围宽、精度高、过载能力大、动态性能好、易于控 制以及良好的起、制动性能等优点，能满足生产过程自动化系统中各种不同的特殊运行要求，所以在电 气传动中获得了广泛应用。为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环控制系统(包括单闭 环系统和多闭环系统)。对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速指标较高的则采用多闭 环系统。按反馈的方式不同可分为转速反馈，电流反馈，电压反馈等。在单闭环系统中，转速单闭环使 用较多。
6. 《数字电路逻辑设计》 第三版 王毓银主编
高等教育出版社
7. 《电子报》、《无线电》、《电子世界》、《电子技术应用》等报纸杂志
五、指导教师意见：
六、院（部）审查意见：
签章： 年月日
签章： 年月日
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由于该系统的结构较复杂，控制器可调参数较多，所以整个系统的设计和校正比较困难，需要有一 个功能全面、分析方便的仿真设计平台。自从 MATLAB 的 Simulink 推出以后，动态系统的仿真就变得非 常容易了。因其含有极为丰富的专用于控制工程与系统分析的函数，具有强大的数学计算功能，且提供 方便的图形绘制功能，只要在 Simulink 中画出系统的动态结构图模型，编写极简单的程序，即可对该系 统进行仿真，效率极高，环境友好，从而给系统的设计和校正带来很大的方便。Matlab 在学术和许多实 际领域都得到广泛应用，已成为国际控制界应用最广的语言和工具。