大作业-----双闭环直流调速系统的MATLAB仿真
直流电机双闭环调速系统MATLAB仿真
题目：直流电机双闭环调速系统姓名：学号：专业班级：电气工程及其自动化指导教师：一、直流电机双闭环调速系统模块功能图1直流电机双闭环调速系统框图图2直流电机双闭环提速系统原理图如图1为直流电机速度、电流双闭环调速系统框图，图2为直流电机速度、电流双闭环调速系统原理图。
该调速系统包括两个反馈控制闭环，内环为电流控制环，外环为速度控制环。
速度调节器与电流调节器均为PI调节器，可以实现直流电机转速的静态无差调节与快速动态响应。
以图2所示由硬件构成的双闭环调速系统为例，介绍该系统的工作原理。
直流电机给定速度信号ug与反馈速度信号ufn进行比较,形成速度输入信号Δun=ug-ufn，进入速度PI调节器ST，其输出信号为电流给定信号un，与电流反馈信号ufi进行比较，得到电流PI调节器LT的输入信号Δui=un-ufi，输出信号uk 作为触发器CF的移相电压，从而控制整流桥的移相角a，进而控制直流电机的电枢电压U d、电枢电流I d以及输出转矩T。
如图3为MATLAB中直流电机速度、电流双闭环调速系统的Simulink仿真模型。
接下来对该模型各个模块的功能进行描述。
图3双闭环调速系统Simulink仿真模型1、速度给定模块图1如图4所示为速度给定模块，为一阶跃信号，由表1的模块参数表可知速度给定信号的阶跃时间Step time为0.8s，阶跃信号初始值Initial value为120rad/s，稳定值Final value为160rad/s。
该模块的功能为产生一个阶跃的速度给定信号wef输入到速度调节器中。
表12、速度调节器图5图5为速度调节器模块，是一个PI调节器，输入信号为速度给定信号wef 与速度反馈信号wm，输出信号Iref作为电流调节器的电流给定信号。
通表2的模块参数表可知该PI调节器的比例系数kp=1.6，积分系数ki=16，最大输出限幅值Current limit为30A。
该模块的功能为通过对电机速度的闭环控制输出电流调节器的给定信号Iref。
基于matlab的双闭环直流调速系统仿真及参数进化设计
基于matlab的双闭环直流调速系统仿真及参数进化设计本文基于matlab平台，设计了一个双闭环直流调速系统，并通过参数进化算法对其进行优化设计，以提高系统的性能和稳定性。
一、双闭环直流调速系统的基本结构和参数双闭环直流调速系统包括基本结构和控制回路两个部分。
其基本结构如下图所示：
Wcli (s)
Ti
1 s2 1
s 1
KI
KI
联系仿真实例，经计算可得
136.2 W cli(s)0.00367s2s136.2
根据经验公式，转速环的开环传函为
Wn(s)
KN(ns1)
s2(Tns1)
同理可得 Wn(s)03.041.67s34s3399.s12
通过MATLAB指令可得其闭环传函为
图1 原始调速系统结构框图
2021/7/1
3
对于该系统，联系仿真实例，经计算可得其开环传递函数为
3 5 G (s) 0 .1 2 9 (0 .0 0 1 6 7 s 1 )(0 .0 0 1 s2 0 .0 5 s 1 )
借助于MATLAB仿真软件，绘制Bode图如图2所示。
图2 原始控制系统伯德图
主程序文件main.m 和目标函数文件optm.m，运行主程序，得到 kp,ki,kp1,ki1的
存储空间，在Command window键入gatool,调用出遗传算法工具箱的人机接 口，在里面设置相关参数，设置完毕后点击start按钮开始运行。经过迭代，
会得到 kp,ki,kp1,ki1的最优解，参数值如图7所示，将再其带入图6中即可
Id(s)
R
Tm s
1 n(s) Ce
电流环
Tois 1
Ton s 1
2021/7/1
图3 双闭环直流调速系统动态结构框图
5
3.仿真环境中步长的选择
刚性是指其Jacobian（雅可比）矩阵的特征值
相差悬殊。在解的性态上表现为，其中一些解
变化缓慢，刚性方程，又称为Stiff方程。
根据经验公式，电流环闭环传递函数公式为
机电控制系统大作业—直流电机双闭环调速系统matlab仿真
机电控制系统大作业—直流电机双闭环调速系统matlab仿真Harbin Institute of Technology Harbin Institute of Technology机电控制系统分析与设计课程大作业,一,课程名称,机电控制系统分析与设计设计题目,基于MATLAB的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真院系,机电工程学院班级,分析者,学号,设计时间,2012年7月1日哈尔滨工业大学Harbin Institute of Technology Harbin Institute of Technology机电控制系统分析与设计课程大作业,二,课程名称,机电控制系统分析与设计设计题目,四相反应式步进电机环形分配器的设计与分析院系,机电工程学院班级,0908107分析者,吴东学号,1093210417 设计时间,2012年7月1日哈尔滨工业大学1.计算电流和转速反馈系数*U10im电流反馈系数:, ,,,1.25(V/A),I2，4nom*U10nm转速反馈系数: ,,,,0.02(Vmin/r)n500nom2.电流环的设计(1)确定时间常数题目给出电流反馈滤波时间常数，由PWM功率变换器的开T,0.2ms,0.0002soi 11T,,,0.0001s关频率10kHz得调制周期按电流环小时间常数f,sf10，1000的近似处理方法，取T,T，T,0.0001，0.0002,0.0003s,isoi(2)选择电流调节器结构电流环可按?型系统进行设计。
电流调节器选用PI调节器，其传递函数为,s，1iG(s),K ACRi,si(3)选择调节器参数超前时间常数:。
,,T,0.008sil电流环按超调量考虑，电流环开环增益:取，因此 ,,5%KT,0.5iI,i0.50.5K,,,1666.6667 IT0.0003,i于是，电流调节器的比例系数为,R0.008，8iKK,,1666.6667，,17.7778 iI,K1.25，4.8s(4)检验近似条件电流环的截止频率。
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。
MATLAB双闭环直流调速系统的工程设计与仿真
MATLAB双闭环直流调速系统的工程设计与仿真双闭环直流调速系统是一种常见的控制系统，在工业中被广泛应用于电机的调速。
本文将针对MATLAB中的双闭环直流调速系统进行工程设计与仿真。
1.系统架构设计双闭环直流调速系统主要由速度环和电流环组成。
速度环主要负责控制电机的速度，通过比较给定速度和实际速度，产生速度偏差。
电流环主要控制电机的电流，通过比较给定电流和实际电流，产生电流偏差。
速度环和电流环形成了一个闭环控制系统，可以使得电机在速度和电流方面达到我们所要求的目标。
2.系统建模在MATLAB中，可以使用Simulink进行系统建模。
首先，需要建立电机的数学模型，包括机械模型、电磁模型和电气模型。
电机的机械模型可以使用转矩方程来描述，电磁模型可以使用电压方程来描述，电气模型可以使用网路方程来描述。
然后，将这些模型通过各个子系统进行连接，并进行参数设置。
最后，通过连接速度环和电流环的闭环控制系统，完成整个系统的建模。
3.控制器设计在MATLAB中，可以使用PID控制器进行控制器的设计。
首先，通过调节PID控制器的参数，使得系统的过渡过程满足我们对速度和电流的要求。
然后，使用增量PID算法对控制器进行改进，减小控制误差。
最后，通过将速度控制器与电流控制器进行串联，完成双闭环控制系统的设计。
4.系统仿真在MATLAB中，可以使用Simulink进行系统的仿真。
首先，设置仿真时间和步长，并进行仿真参数设置。
然后，通过给定输入信号，例如阶跃信号，观察系统的输出响应。
通过调整控制器的参数，观察系统的响应特性，包括超调量、稳定时间和稳态误差等。
最后，通过对仿真数据的分析，检验系统是否满足我们的设计要求。
总结：MATLAB提供了丰富的工具和函数，可以帮助我们进行双闭环直流调速系统的工程设计与仿真。
通过建立系统模型、设计控制器并进行仿真分析，可以快速有效地完成系统设计。
同时，可以通过调整参数和算法对系统进行优化，使得系统的性能更加稳定和可靠。
双闭环直流电机调速的matlab仿真
双闭环直流电机调速系统的设计与MATLAB 仿真双闭环调速系统的工作原理转速控制的要求和调速指标生产工艺对控制系统性能的要求经量化和折算后可以表达为稳态和动态性能指标。
设计任务书中给出了本系统调速指标的要求。
深刻理解这些指标的含义是必要的，也有助于我们构想后面的设计思路。
在以下四项中，前两项属于稳态性能指标，后两项属于动态性能指标调速范围D 生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围，即m inm axn n D =（1-1） 静差率s 当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落，与理想空载转速之比，称作静差率，即%1000⨯∆=n n s nom（1-2） 静差率是用来衡量调速系统在负载变化下转速的稳定度的。
跟随性能指标 在给定信号R （t ）的作用下，系统输出量C (t )的变化情况可用跟随性能指标来描述。
具体的跟随性能指标有下列各项：上升时间r t ，超调量σ，调节时间s t .抗扰性能指标 此项指标表明控制系统抵抗扰动的能力，它由以下两项组成：动态降落%max C ∆，恢复时间v t .调速系统的两个基本方面在理解了本设计需满足的各项指标之后，我们会发现在权衡这些基本指标，即1) 动态稳定性与静态准确性对系统放大倍数的要求； 2) 起动快速性与防止电流的冲击对电机电流的要求。
采用转速负反馈和PI 调节器的单闭环调速系统,在保证系统稳定的条件下,实现转速无静差，解决了第一个问题。
但是，如果对系统的动态性能要求较高，例如要求快速启制动，突加负载动态速降小等等，则单闭环系统就难以满足要求。
这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程中的电流和转矩。
在电机最大电流受限的条件下，希望充分利用电机的允许过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流为允许的最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动，到达稳态后，又让电流立即降低下来，使转速马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。
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。
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大作业 双闭环直流调速系统的MATLAB 仿真
（设计性实验）
一、实验目的
1、了解Simulink 下数学模型的仿真方法。
2、掌握数学模型的仿真建模方法和仿真参数设置要求
3、进一步掌握双闭环反馈控制系统的基本特性。
二、实验原理
双闭环控制系统的结构原理框图如下所示：
要求：在实验前需下根据双闭环控制原理计算出各环的PI 参数，写出正确的系统控制数学模型。
三、实验内容
1、直流电机双闭环控制系统SIMULINK 仿真模块建立。
2、仿真参数的设置。
3、各控制点的波形分析。
4、改变给定, 观察输出响应的变化。
5、用传递函数方程仿真。
四、实验步骤
1、按上述结构和参数建立仿真模型。
2、设定输入为单位阶跃信号，用scope 观察系统输出响应。
3、将改变给定，其余参数不变，观察系统输出响应。
4、突加负载，观察系统的抗扰性能。
改变开环放大系数，观察系统的稳定性能。
5．用建立的传递函数方程仿真。
五、实验报告
按规定的实验报告要求写出实验报告，报告的内容有实验目的、建模名称，参数设置，实验电路，仿真模型结构图、仿真结果波形，结果分析。
名称
路径
参数设置 AC V oltage Source Simpowersystem/electrical/ Ground(output) Simpowersystem/ connectors Thyristor Simpowersystem/Power electronics
Series RLC branch Simpowersystem/Elenemts C=inf L=0纯电阻 Vlotage Measurement Simpowersystem/ Measurements Current Measurement Simpowersystem/ Measurements Multimeter Simpowersystem/ Measurements T Connector Simpowersystem/ connectors Scope
Simulink/sinks
α
1/C e
U *n
n U d0
U n
+
- ASR
1/R
T l s+1
R T m s
K s T s s+1
ACR
β
U
*
i
U i
- -
E
I d
±∆I dL
负载扰
Mux Simulink/Signal Routing
Demux Simulink/Signal Routing
Pulse Generator Simulink/ Sources
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 +-
讨论：计算电流环设计成典型一型系统选用PI调节器
KT Kp τi ki=Kp/τi 0.25 0.5067 0.03 16.89
0.5 1.013 0.03 34.77
1 2.027 0.03 67.567。