直流调速系统的MA TLAB仿真一、开环直流速系统的仿真开环直流调速系统的电气原理如图1所示。

直流电动机的电枢由三相晶闸管整流电路经平波电抗器供电，通过改变触发器移相控制信号调节晶闸管的U L c ，从而改变整流器的输出电压，实现直流电动机的调速。

该系统的仿真控制角模型如图2所示。

L++GTUCRE d--开环直流调速系统电气原理图图1图2 直流开环调速系统的仿真模型L?0，直为了减小整流器谐波对同步信号的影响，宜设三相交流电源电感s流电动机励磁由直流电源直接供电。

触发器（6-Pulse）的控制角（alpha_deg）由U 决定，移相特性的数学表达式为移相控制信号c???90?min U?90??c U cmax 1??。

在直流电动机的负载，所以，在本模型中取U?10V6??30?90U?ccmaxmin转矩输入端用Step模块设定加载时刻和加载转矩。

T L仿真算例1已知一台四极直流电动机额定参数为，，136AIU?220V?NN22。

励磁电压，励磁电，，220VminUR?0.2??1460rn?/m?22.5NGD?fNa流。

采用三相桥式整流电路，设整流器内阻。

平波电抗器??1.5A0.3RI?recf。

仿真该晶闸管-直流电动机开环调速系统，观察电动机在全压起动20mHL?d n、电磁转矩、电枢电流和起动后加额定负载时的电机转速及电枢电压的uTi ded变化情况。

220V?U N仿真步骤：1）绘制系统的仿真模型（图2）。

2）设置模块参数（表1）①供电电源电压U?RI220?0.3?136NNrec130(V)U???2?2.34?cos302.34cos?min②电动机参数励磁电阻：U220f)146.7(?R???f I1.5f励磁电感在恒定磁场控制时可取“0”。

电枢电阻：?0.2R?a电枢电感由下式估算：CU0.4?220N?19.1?L?19.1?0.0021(H)a2pnI2?2?1460?136NN L：电枢绕组和励磁绕组间的互感af U?RI220?0.2?136NNa?K?0.132(V?min/r)?e n1460N 2 6060K??0.132?K?1.26eTπ2π2K1.26T0.84(H)??L?af1.5I f电机转动惯量222.5GD2 )??0.57(kg?mJ?9.814?4g 额定负载转矩③模块参数名参数，直流电动机空载起动，5.0s3）设置仿真参数：仿真算法odel5s，仿真时间m171.4N??T 。

2.5s起动后加额定负载L 3）进行仿真并观察、分析结果（图）。

455 4553 开环直流调速系统的仿真结果图二、转速闭环直流调速系统的仿真系统由转速给所示，带转速负反馈的有静差（放大器转速调节器、直流调速系统的电气原理如图4*KUCR晶闸管整流器GT、定环节ASR）移相触发器、U pn 5和直流电动机M和测速发电机TG等组成。

L++I d*U U U + ncn M UGT UCR ASRE TGd-U-n-图4 转速闭环直流调速系统电气原理图图5 转速闭环直流调速系统的仿真模型转速负反馈有静差直流调速系统的仿真模型如图5所示，模型在图2开环调*速系统的基础上，增加了转速给定，转速反馈n-feed、放大器Gain和反映放U n大器输出限幅的饱和特性模块Saturation，饱和限幅模块的输出是移相触发器的控制电压，转速反馈直接取自电动机的转速输出，没有另加测速发电机，取U c*U nm 转速反馈系数。

?K n n N仿真算例2在算例1的基础上观察转速负反馈系统在不同放大器放大倍数时对转速变化的影响。

仿真步骤：1）绘制系统的仿真模型（图5）。

62）设置模块参数（表2）。

3）设置仿真参数：仿真算法odel5s，仿真时间1.5s，直流电动机空载起动，起动0.5s后加额定负载。

m?T?171.4N L4）进行仿真并观察、分析结果（图6）：（用语句plot(tout1,yout1,tout2,yout2,tout3,yout3)进行示波器的曲线处理。

）表2 转速闭环直流调速系统主要模型参数16014012051000800)nim/r(600n4002000-20000.511.5)t(s7转速闭环直流调速系统的仿真结果图6三、转速电流双闭环直流调速系统的仿真由于晶闸管整流器不所示，转速电流双闭环直流调速系统的电气原理如图7 能通过反向电流，因此不能产生反向制7 转速电流双闭环直流调速系统的电气原理图图）进行，也8a双闭环直流调速系统的仿真可以依据系统的动态结构图（图模块来组建。

两种仿真的不同在于主电路，Power System可以用SIMULINK的Power System前者晶闸管和电动机用传递函数来表示，后者晶闸管和电动机使用模块，而控制部分则是相同的。

下面对这两种方法分别进行介绍。

基于动态结构图的双闭环直流调速系统仿真1.的不同之处8a所示，双闭环直流调速系统的实际动态结构图如图8b它与图8在于增加了滤波环节，包括电流滤波、转速滤波和两个给定信号的滤波环节。

这是因为电流检测信号中常含有交流分量，为了不使它影响到调节器的输入，需加低通滤波。

这样的滤波环节的传递函数可用一阶惯性环节来表示，其滤波时间常数可按需要选定，以滤平电流检测信号为准。

然而，在抑制交流分量的同时，T oi滤波环节也延迟了反馈信号的作用，为了平衡这个延迟作用，在给定信号通道上加入一个同等时间常数的惯性环节，称作给定滤波环节。

其意义是，让给定信号和反馈信号经过相同的延时，使二者在时间上得到恰当的配合，从而带来设计上的方便。

同样，由测速发电机得到的转速反馈电压信号含有换向纹波，因此也需要滤波，滤波时间常数用表示。

根据和电流环一样的道理，在转速给定通道a)b)图8 转速电流双闭环直流调速系统的动态结构图依据系统动态结构图的仿真模型如图9所示，仿真模型与系统动态结构图的各个环节基本上是对应的。

需要指出的是，双闭环系统的转速和电流两个调节器都是有饱和特性和带输出限幅的PI调节器，为了充分反映在饱和和限幅非线性影响下调速系统的工作情况，需要构建考虑饱和和输出限幅的PI调节器，过程如下：9线性PI调节器的传递函数为?ks?1i??ksW()?k ppip?ss?。

为积分系数，时间常数式中，为比例系数，k k/k?k i ipp上述PI调节器的传递函数可以直接调用SIMULINK中的传递函数或零极点模块，而考虑饱和和输出限幅的PI调节器模型如图10所示。

模型中比例和积分环节分为两个通道，其中积分模块Integrate的限幅表示调节器的饱和限幅值，而调节器的输出限幅值由饱和模块Saturation设定。

图9 转速电流双闭环直流调速系统仿真模型图10 带饱和和输出限幅的PI调节器仿真算例3以算例1的晶闸管-直流电动机系统为基础，设计一个转速电流?，电流超调量双闭环控制的调速系统，设计指标为：转速超调量10%%?n??，取电流反馈滤波时间常数，过载倍数，转速反馈0.002sT??%10%1.5?oii滤波时间常数，取转速调节器和电流调节器的饱和值为12V，输出限0.01sT?on*幅值为10V。

额定转速时转速给定电压。

通过仿真观察系统的转速、10VU?nm电流响应，以及参数变化（主要是调节器参数）对系统响应的影响。

仿真步骤：1）构建系统的仿真模型（图9）。

2）设置模块参数（调节器参数计算和设定）T?0.161s ①机电时间常数：m 10电磁时间常数：0.076s?T l三相晶闸管整流电路平均失控时间：0.0017s?T s②电流调节器ACR参数的计算**U10im电流反馈系数：0.05(V/A)???K i?I1.5?136N电流环时间常数之和0.0037(s)??0.002?T?0.0017T?T ois?i?s1?1i，其中ACR的传递函数为?K?KW(s)?K piACRiipi?ss i?时间常数0.076s??T li?R0.076?0.5i比例系数2.57??k?pi2?0.0037?40?T2KK0.05iiSΣk2.57pi积分系数33.8?k??ii?0.076i③转速调节器ASR参数的计算**U10nm转速反馈系数：min/r)??0.00667(VK??n n1500N电流环等效时间常数0.0074(s)??0.00372T?2i?转速环时间常数之和。

0.0174(s)??0.0037?0.01TT?2?T?2oni?n?1??s1n，其中ASR的传递函数为?k?k?kW(s)pnpnASRpi s?s n时间常数0.087(s)??0.0174hT???5n?n(h?1)KKT6?0.05?0.132?0.161mei???10.99K比例系数pn2hKRT2?5?0.00667?0.5?0.0174n?n k10.99pn积分系数126.3??k?in0.087?n h?5）（选择中频段宽度模型各环节参数如图9所示，其中调节器参数见表3，调节器积分环节限幅11 值为，调节器输出限幅值为。

10V12V??表3 转速电流双闭环直流调速系统主要模型参数后突加额定负载（）。

136A?I?I NdL4）进行仿真并观察、分析结果（图11）：18001600140012001000)nim/r(800n600400200000.20.40.60.811.21.41.61.82t(s)a）122b）11 基于动态结构图的双闭环直流调速系统仿真结果图Power System模块的双闭环直流调速系统仿真2. 基于模块组成的转速电流双闭环直流调速系统Power SystemSIMULINK采用的直流电动机组成的主电路和转速、电流-的仿真模型如图12所示，模型由晶闸管晶闸管整流调节器组成的控制电路两部分构成。

其中的主电路部分，交流电源、模型库中的模块。

控System 器、触发器、移相控制和电动机等环节使用Power这部分与前述基于以及反馈滤波环节，制电路的主体是转速和电流两个调节器，电动机动态结构图的双闭环系统仿真相同。

将这两部分拼接起来即组成晶闸管-转速电流双闭环控制的直流调速系统的仿真模型。

模型中转速反馈和电流反馈均直接取自电机测量单元的转速和电流输出端，ACR这样减少了测速和电流检测环节，但并不影响仿真的真实性。

电流调节器的输出限幅值就决定了ACR的输出端接移相特性模块（Shifter）的输入端，而oo 15030（控制角的（）和。

）maxmin13的双闭环直流调速系统仿真模型12 基于Power System图仿真模型的不同在于以晶闸管整流器和电动机模型9应该注意，图12与图由于动态结构图中的晶取代了动态结构图中的晶闸管整流器和电动机传递函数，，因此转）如图11b闸管整流器和电动机传动函数是线性的，其电流可以反向（所以仿真的结速调节过程要快一些，而实际的晶闸管整流器不能通过反向电流，采用晶闸管整流器和电动机模型的仿真可以更好地反映系统的工作果略有不同，。