Simulink仿真建模如图5所示
图5双闭环直流电机调速系统整体模型图
图6转速输出波形图
第三章总结展望
通过直流电机转速、电流双闭环调速系统的研究和仿真模型的建立
对电流调节器和转速调节器有了一定的了解。并且运用MATLAB软件和Simulink模块进行仿真和分析，更加直观地了解工程的设计。同时让我对Matlab仿真平台有了较多的认识,也增强了分析问题和解决问题的能力，为以后的设计工程增加了经验。
b.对负载变化起抗扰作用
c.其输出限幅值决定电机允许的最大电流
(1)时间常数的确定
转速环小时间常数近似处理取TΣn=1/KI+Ton =2TΣi+0.02=(2×0.0037+0.02)s=0.027 4s
(2)转速调节器结构选择和参数计算
因为含有积分环节,可按照典型II型系统设计按照设计要求选用PI型调节器,其传递函数WASR(S)=Kn(τns+1)/τns ,按给随和抗干扰性能都比较好的原则,取h=5,则ASR的超前时间常数为τn=hTΣn =5×0.027 4 =0.137 s;
参考文献
[1]王燕平.控制系统仿真与CAD.北京：机械工业出版社，2011
[2]胡寿松.自动控制原理简明教程.北京：科学出版社，2008
[3]刘春艳，闻玉凤．基于MATLAB/Simulink双闭环直流调速系统的仿真研究山西大同大学学报:自然科学版，2014
[4]大功率直流调速系统研究与设计大连海事大学，2013．
(4)近似条件的校验
电流环截止频率ωci=KI=135.1,晶闸管装置传递函数近似条件wci<1/3TS=1/3*0.0017s=196.1s-1满足近似条件;忽略反电动势变化对电流
环动态影响的条件满足近似条件ωci >3/(1/TmTl)^0.5=310.112×0.031=50.91s-1;电流环小时间常数近似处理条件满足近似条件ωci <1/3(1/TSToi)^0.5=1/3(1/0.001 7×0.002)^0.5=180.8s-1,电流环可以达到动态给随性能指标为σi≤4.3% <5%
利用MATLAB软件的Simulink
模块建立的双闭环调速系统整体模型如图2所示。
图2电流调节器的仿真建模
电流仿真波形如图3所示
图3电流仿真波形
2.转速调节器的设计
转速调节器的作用：
a.转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速n很快地跟随给定电压变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差。
1、电流调节器的设计
（1）电流调节器的作用：
a.作为内环的调节器，在外环转速的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出量）变化
b.对电网电压的波动起及时抗扰的作用
c.在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程
d.当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的。
E(S)/(Id(s)-IdL(s))= R/Tms
TL负载转矩, GD2飞轮惯量, Cm =30πCe转矩系数, Tl电枢回路电磁时间常数Tl=LR ,电力拖
动系统机电时间常数Tm = GD2R375CeCm
三具体设计方法
依据工程设计方法,首先选择调节器的结构,
满足稳态精度的同时保证系统稳定,接下来选择调
章节
第一章概述与引言
直流调速是指人为地或自动地改变直流电动机的转速,以满足工作机械的要求。从机械特性上看,就是通过改变电动机的参数或外加工电压等方法来改变电动机的机械特性,从而改变电动机机械特性和工作特性机械特性的交点,使电动机的稳定运转速度发生变化。直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在广泛范围内平滑调速，在轧钢机、矿井卷扬机、挖掘机、海洋钻机、金属切削机床、造纸机、高层电梯等需要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛的应用。
则转速环开环增益为
KN = (h+1)/2h2T2Σn=6/(2×52×0.02742s-2 )=159.84-2;
ASR比例系数为Kn = (h+1)βCeTm/2hαRTΣn
=(6×0.008 8×1.82×0.112)/2×5×0.026 7×0.14×0.027 4=10.5
3、双闭环直流调速系统建模
近年来，交流调速系统发展很快，然而直流拖动系统无论在理论上和实践上都比较成熟，并且从反馈闭环控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础，所以直流调速系统在生产生活中有着举足轻重的作用。本设计分析直流电机了的数学模型，利用Matlab中的Simulink对直流电机进行建模，并在此基础上进行双闭环调速系统仿真。
第二章各部分设计方案及工作原理
一、直流电机双闭环调速系统的工作原理
为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用,在系统中设置了两个调节器,分别调节转速和电流,其中,转速调节器是转速跟随给定电压变化,采节器跟随给定电压,对电网电压波动起抗干扰作用,加快动态过程。调速系统关键是转速和电流调节器的设计。二者之间实行串联连接。把转速调节器的输出当作电流调节器的输入,再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置。从闭环结构上看,电流调节环在里面,叫做内环,转速调节环在外边,叫做外环,这样就形了转速、电流双闭环调速系统。把转速调节器ASR的输出当作电流调节器ACR的输入,再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置GT,TA为电流传感器,TG为测速发电机.从闭环结构上看,电流调节环在里面,叫做内环,转速调节环在外边,叫做外环,这样就形成了如图1所示的转速电流双闭环调速系统
河南工业大学
控制系统仿真
姓名：邹华
班级：自动化1502
学号：201523020221
成绩：
2017年6月20日
设计题目
基于Matlab的直流电动机双闭环调速系统研究
设计内容和要求
分析直流电机的数学模型，利用Matlab中的Simulink对直流电机进行建模，并在此基础上进行双闭环调速系统仿真。
报告
主要
图1转速、电流双闭环调速系统
二、直流电机的数学模型
他励直流电动机等效电路的动态电压方程为
Udo=RId+L(dId/Dt)+E
轴上动力学方程为
Te-TL =GD2/375Dn/Dt
额定励磁下感应电动势为
E=Cen
电磁转矩为
Te=CmId
进行整理并取拉氏变换得
Id(s)/(Udo(s)-E(S))=(1/R)/(Tls+1)
节器的参数,满足动态性能指标的要求,以某双闭环
直流调速系统为例,采用三相桥式整流电路,已知参
数为PN =555KW, UN =750V, IN =760A, nN =375
r/min,电动势系数Ce=1.82V·min/r,电枢回路总
电阻R=0.14Ψ,允许电流过载倍数λ=1.5,触发
整流环节的放大倍数KS =75,电磁时间常数Tl
=0.031s,机电时间常数Tm =0.112s,电流反馈时
间常数Toi=0.002s,转速反馈滤波时间常数Ton =
0.02s。且调节器输入输出电压U＊nm =U＊im =Ucm =
10V,调节器输入电阻R0=40KΨ。设计指标:稳态
无静差,电流超调量σi≤5%,空载起动到额定转速
时的转速超调量σn≤10%
(2)反馈参数和时间常数的确定
反馈参数β=U＊im/λIN=10/1.5×760=0.008 8V/A,α=U＊nm/nN=10/375=0.0267V/(r/min).
查表得整流装置滞后时间常数TS =0.001 7s则电流环小时间常数TΣi=TS +Toi=0.001 7 +0.002 =0.003 7 s
(3)电流调节器结构选择和参数计算
根据设计指标稳态无静差,电流超调量σi≤5%,可按照典型I型系统设计此电路调节器,选用PI型电流调节器,传递函数为WACR (S) =Ki(τis+1)/Τis
电流调节器超前时间常数τi=Ti=0.003 1s;
电流环开环增益和电流调节器的比例系数分别为Kl=0.5/TΣi=0.5/0.003 7s=135.1s-1和Ki =KlτiR/KSβ=135.2×0.031×0.1475×0.008 8=0.888