单闭环直流电机调速Simulink仿真
直流电机单闭环simulink仿真报告
直流电机单闭环调速仿真
1252836杨云霄
2015/5/27
1.仿真所得图像
（1）电动机转速n(rpm)曲线:
由电动机信号输出端的输出的ω进行换算而得，可以看出相应速度较快，初始超调量较大，3s时转速稳定在1000rpm，由于仿真要求，在7s时加入转矩为400的负载，使转速略有波动，但很快就回复正常。
可以看到闭环调节的稳定性优势。
（2）电枢电流i a(A)曲线
由电枢电流曲线易得，起始电流较大，处于额定电流的10-20倍之间，经过振荡后恒定保持在0A左右，在7s时加入负载，电流经振荡后恢复0A。
（3）励磁电流i f(A)曲线
根据所给参数励磁电压为240V励磁电阻为120Ω，故励磁电流恒定为2A。
（4）控制电压U c(V)
控制电压是经过ASR比例积分调节后所输出的电压，在本次仿真中，主要是为得到PWM发生器的占空比。
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。
【设计】自动控制系统课程设计转速单闭环直流电机调速系统设计与仿真
【关键字】设计东北大学秦皇岛分校控制工程学院《自动控制系统》课程设计设计题目：转速单闭环直流电机调速系统设计与仿真学生：张海松专业：自动化班级学号：指导教师：王立夫设计时间：2012年6月27日东北大学秦皇岛分校控制工程学院《自动控制系统》课程设计任务书专业：自动化班级：509 学生姓名：设计题目：转速单闭环直流电机调速系统设计与仿真一、设计实验条件实验设备：PC机二、设计任务直流电机额定电压，额定电枢电流，额定转速，电枢回路总电阻，电感，励磁电阻，励磁电感，互感，，允许过载倍数。
晶闸管装置放大系数：，时间常数：，设计要求：对转速环进行设计，并用Matlab仿真分析其设计结果。
目录绪论--------------------------------------------------------------------------------11.转速单闭环调速系统设计意义-----------------------------12.原系统的动态结构图及稳定性的分析-----------------------22.1 转速负反应单闭环控制系统组成-----------------------22.2 转速负反应单闭环控制系统的工作原理-----------------33.调节器的选择及设计-------------------------------------33.1调节器的选择- --------------------------------------33.2 PI调节器的设计--- ---------------------------------44.Mat lab仿真及结果分析----------------------------------74.1 simulink实现上述直流电机模型-----------------------74.2 参数设置并进行仿真---------------------------------74.3结果分析--------------------------------- ---------155.课设中遇到的问题--------------------------------------166.结束语- ---------------------------------------------17参考文献- ---------------------------------------------17转速单闭环直流电机调速系统设计与仿真绪论直流电动机由于调速性能好，启动、制动和过载转矩大，便于控制等特点，是许多高性能要求的生产机械的理想电动机。
单闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告精修订
单闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告标准化管理部编码-[99968T-6889628-J68568-1689N]比例积分控制的单闭环直流调速系统仿真一、实验目的1．熟练使用MATLAB 下的SIMULINK 仿真软件。
2．通过改变比例系数K K 以及积分时间常数τ的值来研究K K 和τ对比例积分控制的直流调速系统的影响。
二、实验内容1．调节器的工程设计 2．仿真模型建立 3．系统仿真分析三、实验要求建立仿真模型，对参数进行调整，从示波器观察仿真曲线，对比分析参数变化对系统稳定性，快速性等的影响。
四、实验原理图4-1 带转速反馈的闭环直流调速系统原理图调速范围和静差率是一对互相制约的性能指标，如果既要提高调速范围，又要降低静差率，唯一的方法采用反馈控制技术，构成转速闭环的控制系统。
转速闭环控制可以减小转速降落，降低静差率，扩大调速范围。
在直流调速系统中，将转速作为反馈量引进系统，与给定量进行比较，用比较后的偏差值进行系统控制，可以有效的抑制甚至消除扰动造成的影响。
当t=0时突加输入K in 时，由于比例部分的作用，输出量立即响应，突跳到K ex (K )=K K K in ，实现了快速响应；随后K ex (K )按积分规律增长，K ex (K )=K K K in +(K /τ)K in 。
在K =K 1时，输入突降为0，K in =0，K ex (K )=(K 1/τ)K in ，使电力电子变换器的稳态输出电压足以克服负载电流压降，实现稳态转速无静差。
五、实验各环节的参数及K K和1/τ的参数的确定各环节的参数：直流电动机：额定电压K N=220V，额定电流K dN=55A,额定转速K N=1000r/min,电动机电动势系数K e= min/r。
假定晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数K s=44，滞后时间常数K s=。
电枢回路总电阻R=Ω，电枢回路电磁时间常数K l=电力拖动系统机电时间常数K m=。
基于simulink的转速负反馈闭环调速系统仿真
转速负反馈控制直流调速系统的仿真转速负反馈闭环调速系统系统仿真框图及参数图一 比例积分控制的直流调速系统的仿真框图图一中是转速负反馈闭环调速系统的仿真框图，由框图中可以看出:1、该系统是采用PI 调节器进行调节的，PI 调节器的传递函数如下式所示： W PI (s )=K p τs +1τs =K p +1τs其中，K p 是比例系数，积分系数 K i = 1τ⁄。
2、该系统采用的是单闭环系统，通过把转速作为系统的被调节量，检测误差，纠正误差，有效地抑制直至消除扰动造成的影响。
各环节参数如下：直流电动机：额定电压U N = 220V ，额定电流I dN =55A ，额定转速n N =1000r min ⁄ ,电动机电动势系数C e =0.192V ∙min r ⁄。
假定晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数K s =44 ，滞后时间常数T s =0.00167s 。
电枢回路总电阻R = 1.0Ω，电枢回路电磁时间常数T l =0.00167s ，电力拖动系统机电时间常数T m =0.075s 。
转速反馈系数α = 0.01V ∙min r ⁄ 。
对应额定转速时的给定电压U n ∗=10V 。
转速负反馈闭环调速系统的仿真1. 仿真模型的建立进入MATLAB ，并打开SIMULINK 模块浏览器窗口，建立一个新的模型，并复制入相应模块，修改模块的参数，其中PI 调节器的至暂定为K p =0.56 ，1/τ = 11.43。
最后对照着图一中的系统框图连接模块，所得模型如图二所示：图二比例积分控制的直流调速系统的仿真模型2.仿真模型的运行启动仿真过程，得到的仿真结果如图三，图四所示：图三scope输出结果图四scope1输出结果其中，由图三scope输出结果中可以得出该控制系统的最大超调量M p、上升时间t r、调整时间t s，取值分别为：M p = 108r/min, t r= 0.12s, t s= 0.28s（估计值）3.PI调节器参数的调整改变PI调节器的参数，并在启动仿真，分别从仿真曲线中得到的最大超调量及调整时间，相互间进行比较，如下表所示比例系数K p积分系数 K i最大超调量调整时间t s(s)M p(r/min)0.25 3 0 >0.60.56 3 0 >0.60.56 11.43 108 0.280.8 11.43 63 0.280.8 15 152 0.23由表中可以看出，改变PI调节器的参数，可以得到转速响应的超调量不一样、调节时间不一样的响应曲线。
单闭环直流电机调速Simulink仿真
直流调速系统及其仿真首先，我先大致讲一下电机调速的基本原理：01()d d n a U E I R R R =+++（1）d E I R =+e e E C n K n ==Φ（2）3）直流他励电动机供电原理图由此公式可知直流他励电动机调速方法有： （1） 改变电枢供电电压的调速 （2） 减弱励磁磁通的调速 （3） 改变电枢回路电阻调速由晶闸管整流装置给直流电动机供电的调速系统简称为V-M 系统，今天我们选用的就是改变电枢电压的V-M 调速系统。
nU闭环系统的结构图电压比较环节 *n n n U U U =-V放大器 ct p n U K U =V晶闸管整流器及触发装置 0d s ct U K U = V-M 系统开环机械特性 0d d e eU I RE n C C -== 速度检测环节 22n tg etg U U C n n ααα===式中，p K 为放大器的电压放大系数；s K 为晶闸管整流器及触发装置的电压放大系数；2α为反馈电位器分压比；etg C 为测速发电机额定磁通下的电动势转速比；2etg C αα=为转速反DCa1EΦ馈系数。
以上就是单电机比较简单的理论，下面我要向大家介绍一下无静差转速负反馈调速系统的构成、建模及仿真。
单闭环无静差转速负反馈调速系统的电气原理图如图所示：系统的建模包括主电路的建模和控制电路的建模两部分。
该系统由给定、速度调节器、同步脉冲触发器、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机、速度给定环节、限流环节等部分组成。
（一）三相交流电源A超前C120度，C超前B120度。
同步脉冲触发器和封装之后的子系统符号六脉冲触发器需要用三相线电压同步，所以同步电源的任务是将三相交流电源的相电压转换成线电压。
图中触发器开关信号block为0时，开放触发器；为1时，封锁触发器。
晶闸管整流桥及其参数设置直流电机模块PID 模块及其参数设置PI 的控制器可以通过现有的PID 模块进行设置。
转速反馈单闭环直流调速系统仿真
实验一、转速反馈单闭环直流调速系统仿真一、实验内容：直流电机模型框图如下图所示，仿真参数为R=0.6，T l=0.00833，T m=0.045，Ce=0.1925。
本次仿真采用算法为ode45，仿真时间5s。
1.开环仿真：用Simulink实现上述直流电机模型，直流电压U d0取220V，0~2.5s，电机空载，即I d=0；2.5s~5s，电机满载，即I d=55A。
画出转速n的波形，根据仿真结果求出空载和负载时的转速n以及静差率s。
改变仿真算法，观察效果（运算时间、精度等）。
实验步骤：（1）按照上图把电机模型建立好，其中u d0设置为常数，并把其幅值设置为220，把其它相应的环节也设置好。
把I d设置为“阶跃信号”，且在0~2.5s之间其幅值为0，而2.5~5s之间其幅值为55，在对系统中其它参数进行设置。
为了观察输出地波形，在输出处接上一个示波器。
（2）对仿真模式进行设置，系统默认的仿真算法为ode45,只需要把仿真时间设置为5s即可。
（3）对系统进行仿真。
仿真结果：（1）仿真算法为ode45:图1 上图即为电机转速的仿真结果图，同图上我们可以看出来分为了两个阶段，其中第一个阶段（0~2.5s）为空载转速，第二阶段（2.5~5s）为满载转速。
空载转速为1142n/min。
在2.5s时加入了负载，通过仿真结果我们可以看出来，负载转速为972n/min。
这可以看出来在加入负载之后，电机的转速开始下降。
根据电机转差率的公式s=（n0-n）/ n0=(1142-972)/1142=0.149。
转差率还是比较小的，说明该电机效率比较高。
通过观察该仿真的时间，其运算时间为T=9.134*10^-7s。
（2）仿真算法为ode23:仿真结果图如图2所示，由图我们可以看出来，结果基本上和计算方法为ode45的结果一样，但是运算时间却不一样，该算法的运算时间为T=3.636*10^-7s。
运算时间比ode45的时间短。
基于Simulink的直流调速系统的设计与仿真
基于Simulink的直流调速系统的设计与仿真摘要调速系统做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。
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，所以研究直流调速系统有着十分必要和重要的意义。
本文以直流调速系统为主要研究对象，首先阐明了该课题研究的目的与意义，具体介绍了开环，单闭环和双闭环直流调速系统的设计和建立Matlab/Simulink 仿真模型的过程，得出转速及电流的仿真波形并与理想启动的转速及电流波形做对比。
分析并比较开环，单闭环和双闭环的优缺点。
关键词：直流调速系统；Simulink；开环；单闭环；双闭环DC SPEED CONTROL SYSTEM BASED ON SIMULINK DESIGN AND SIMULINKAbstractAs today's electric drive speed control system automatic control system of the most widely used system, with the production process, and continuously improve product quality requirements and production growth, making more and more production machinery required to achieve automatic speed . Current control system has entered the computer age, has been achieved in many areas of intelligent control. DC drive system with excellent speed characteristics, smooth speed, wide range, high precision, large overload capacity, good dynamic performance, easy to control and good starting and braking performance, etc., can meet the production process automation system each different kinds of specific operational requirements, the study DC speed control system has a very necessary and important.In this paper, DC speed control system as the main research object, first to clarify the purpose and significance of the research, specifically describes the open-loop, single-loop and double-loop DC speed control system design and build Matlab / Simulink simulation model of the process, too the speed and current simulation waveform and the ideal starting speed and current waveforms do comparison. Analyze and compare the open-loop, single loop and double loop advantages and disadvantages. Experimental results show that the simulation speed performance with consistent theoretical derivation.Keywords: DC speed control system;Open-loop system;Single-loop system;Double-loop system目录摘要.......................................................... Abstract .. (I)1绪论 01.1 课题背景 01.2概述 01.3论文内容 (1)1.4本章小结 (1)2直流调速系统的理论基础 (2)2.1 Matlab/Simulink仿真软件 (2)2.2 直流调速的理论基础 (2)2.3 开环系统的电气原理 (5)2.4 单闭环系统的电气原理 (6)2.5 双闭环系统的电气原理 (7)2.6 本章小结 (7)3 调速系统的建模与仿真 (7)3.1 开环调速系统的建模与仿真 (8)3.1.1 开环建模过程 (8)3.1.2 开环系统的仿真 (11)3.2 单闭环调速系统的建模与仿真 (13)3.2.1 单闭环系统的建模 (13)3.2.2 单闭环系统的仿真 (15)3.3 双闭环调速系统的建模与仿真 (17)3.3.1 双闭环系统的建模 (17)3.3.2 双闭环系统的仿真 (19)3.4 本章小结 (21)4 结论与展望 (23)致谢 (24)参考文献 (25)1绪论1.1 课题背景现代化的工业过程中，几乎无处不使用电力传动装置，尤其是在石油，化工，冶金，轻工，机械等工业生产中对电动机的控制更是起着举足轻重的作用[1]。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
单闭环直流电机调速S i m u l i n k仿真
Revised by Petrel at 2021
直流调速系统及其仿真 首先，我先大致讲一下电机调速的基本原理：
01()d d n a U E I R R R =+++（1）
e e E C n K n ==Φ（2）
3） 直流他励电动机供电原理图
由此公式可知直流他励电动机调速方法有：
（1） 改变电枢供电电压的调速
（2） 减弱励磁磁通的调速
（3） 改变电枢回路电阻调速
由晶闸管整流装置给直流电动机供电的调速系统简称为V-M 系统，今天我们选用的就是改变
电枢电压的V-M 调速系统。
n U
闭环系统的结构图 电压比较环节*n n n U U U =-
放大器ct p n U K U =
晶闸管整流器及触发装置0d s ct U K U =
V-M 系统开环机械特性0d d e e U I R E n C C -== 速度检测环节22n tg etg U U C n n ααα===
式中，p K 为放大器的电压放大系数；s K 为晶闸管整流器及触发装置的电压放大系数；2α为反馈电位器分压比；etg C 为测速发电机额定磁通下的电动势转速比；2etg C αα=为转速反馈系数。
以上就是单电机比较简单的理论，下面我要向大家介绍一下无静差转速负反馈调速系统的构成、建模及仿真。
单闭环无静差转速负反馈调速系统的电气原理图如图所示：
系统的建模包括主电路的建模和控制电路的建模两部分。
该系统由给定、速度调节器、同步脉冲触发器、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机、速度给定环节、限流环节等部分组成。
（一）
三相交流电源
A 超前C120度，C 超前B120度。
同步脉冲触发器和封装之后的子系统符号
六脉冲触发器需要用三相线电压同步，所以同步电源的任务是将三相交流电源的相电压转换成线电压。
图中触发器开关信号block 为0时，开放触发器；为1时，封锁触发器。
晶闸管整流桥及其参数设置
直流电机模块
PID 模块及其参数设置
PI 的控制器可以通过现有的PID 模块进行设置。
限幅器模块及其参数设置
通过对ct U 参数变化范围的探索而知：在单闭环无静差系统中，当ct U 在110~207范围内变化
时，同步脉冲触发器能够正常工作；当ct U 为110时，对应的整流桥输出电压最大；而；而207对
应的输出电压最小。
为此，我们将限幅器的上、下限幅值设置为[97,0],用加法器加上偏置“-207”后调整为[-110,-207],再经反相器转换为[110,207]。
这样通过限幅器、偏置、反向器等模块的应用，就可将速度调节器的输出限制在使用同步脉冲触发器能够正常工作的范围之内了。
系统的给定信号设置为150rad/s,p K =2，n =40，平波电抗器电感5e-3H ，其他的参数和上一
系统的参数一样。
（二）
仿真中所选择的算法为ode23s，仿真starttime设为0，Stoptime设为3。
（三）
当建模和参数设置完成后，即可开始进行仿真。
单闭环无静差转速负反馈调速系统的电流和转速曲线。
观察无静差系统的仿真结果，可以看出结果还是能满足要求的。
电流开始有一个突变，不过随着转速的增加电流在逐渐减小，转速经过PI调节器进行调节。
通过对给定信号参数变化范围的探索，得出给定信号可在0~170rad/s内连续可调，且能够实现无静差调速。