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。
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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
双闭环直流调速系统设计及仿真
双闭环直流调速系统设计及仿真一转速、电流双闭环控制系统一般来说，我们总希望在最大电流受限制的情况下，尽量发挥直流电动机的过载能力，使电力拖动控制系统以尽可能大的加速度起动，达到稳态转速后，电流应快速下降，保证输出转矩与负载转矩平衡，进入稳定运行状态[1]。
这种理想的起动过程如图1所示。
nnt图1 转速调节系统理想起动过程为实现在约束条件快速起动，关键是要有一个使电流保持在最大值的恒流过程。
根据反馈控制规律，要控制某个量，就要引入这个量的负反馈。
因此很自然地想到要采用电流负反馈控制过程。
这里实际提到了两个控制阶段。
起动过程中，电动机转速快速上升，而要保持电流恒定，只需电流负反馈；稳定运行过程中，要求转矩保持平衡，需使转速保持恒定，应以转速负反馈为主。
如何才能做到使电流、转速两种负反馈在不同的控制阶段发挥作用呢？答案是采用转速、电流双闭环控制系统。
如图2所示。
图2 双闭环直流调速控制系统原理图参考双闭环的结构图和一些电力电子的知识，采用机理分析法可以得到双闭环系统的动态结构图。
如图3所示。
图3 双闭环直流调速系统动态结构图在转速环、电流环的反馈通道和输入端增加了转速滤波、电流滤波和给定滤波环节。
因为电流检测信号中常含有交流成分，须加低通滤波，其滤波时间常数按需要而定。
滤波环节可以抑制检测信号中的交流分量，但同时也个反馈检测信号带来延迟。
所以在给定信号通道中加入一个给定滤波环节，使给定信号与反馈信号同步，并可使设计简化。
由测速发电机得到的转速反馈电压含有电机的换向纹波，因此也需要滤波，其时间常数用表示[2]。
二双闭环控制系统起动过程分析前面已经指出，设置双闭环控制的一个重要目的就是要获得接近于理想的起动过程，因此在分析双闭环调速系统的动态性能时，有必要先探讨它的起动过程。
双闭环调速系统突加给定电压由静止状态起动时，转速和电流的过渡过程如图4所示。
由于在起动过程中转速调节器ASR 经历了不饱和、饱和、退饱和三个阶段，整个过渡过程也就分为三个阶段，在图中表以Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。
直流电机的PWM电流速度双闭环调速系统课程设计
直流电机的PWM电流速度双闭环调速系统课程设计LT一、设计目标与技术参数直流电机的PWM电流速度双闭环调速系统的设计目标如下：额定电压：U N=220V；额定电流：I N=136A；额定转速：n N：=1460r/min；电枢回路总电阻：R=0.45Ω；电磁时间常数：T l=0.076s；机电时间常数：T m=0.161s；电动势系数：C e=0.132V*min/r；转速过滤时间常数：T on=0.01s；转速反馈系数α=0.01 V*min/r；允许电流过载倍数：λ=1.5；电流反馈系数：β=0.07V/A；电流超调量：σi ≤5%；转速超调量：σi≤10%；运算放大器：R=4KΩ；晶体管PWM功率放大器：工作频率：2KHz；工作方式：H型双极性。
PWM变换器的放大系数：K S=20。
二、设计基本原理（一）调速系统的总体设计在电力拖动控制系统的理论课学习中已经知道，采用PI调节的单个转速闭环直流调速系统可以保证系统稳定的前提下实现转速无静差。
但是，如果对系统的动态性能要求较高，例如要求快速起制动，突加负载动态速降小等等，单闭环调速系统就难以满足需要。
这主要是因为在单闭环调速系统中不能随心所欲的控制电流和转矩的动态过程。
如图2-1所示。
图2-1 直流调速系统启动过程的电流和转速波形用双闭环转速电流调节方法，虽然相对成本较高，但保证了系统的可靠性能，保证了对生产工艺的要求的满足，既保证了稳态后速度的稳定，同时也兼顾了启动时启动电流的动态过程。
在启动过程的主要阶段，只有电流负反馈，没有转速负反馈，不让电流负反馈发挥主要作用，既能控制转速，实现转速无静差调节，又能控制电流使系统在充分利用电机过载能力的条件下获得最佳过渡过程，很好的满足了生产需求。
直流双闭环调速系统的结构图如图2-2所示，转速调节器与电流调节器串极联结，转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制PWM装置。
其中脉宽调制变换器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速，达到设计要求。
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
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。
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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；
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；
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；
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
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撰写课程设计报告
10
答辩
实习地点
15-212
指导教师
签 名
年 月 日
系 意 见
系主任签名：
年 月 日
学院
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。
盖章
主管院长签名：
年 月 日