直流调速系统仿真目录一．直流调速系统仿真1.开环直流调速系统的仿真2.单闭环有静差转速负反馈调速系统的建模与仿真3.单闭环无静差转速负反馈调速系统的建模与仿真4.单闭环电流截止转速负反馈调速系统的建模与仿真5.单闭环电压负反馈调速系统的建模与仿真6．单闭环电压负反馈和带电流正反馈调速系统的建模与仿真7.单闭环转速负反馈调速系统定量仿真8.双闭环直流调速系统定量仿真9.PWM直流调速系统仿真二．双闭环直流调速系统1双闭环直流调速系统的工作原理1.1双闭环直流调速系统的介绍1.2双闭环直流调速系统的组成1.3双闭环直流调速系统的稳态结构图和静特性1.4双闭环直流调速系统的数学模型2系统设计方法及步骤2.1系统设计的一般原则2.2电流环设计2.2.1确定时间常数2.2.2选择电流调节器结构2.2.3选择电流调节器参数2.2.4校验近似条件2.3转速环设计2.3.1确定时间常数2.3.2选择转速调节器结构2.3.3选择转速调节器参数2.3.4校验近似条件三．Simulink环境中的系统模型、仿真结果及分析3.1Matlab和Simulink简介3.2 Matlab建模与仿真3.3电流环的MA TLAB计算及仿真3.3.1电流环校正前后给定阶跃响的MA TLAB计算及仿真3.3.2绘制单位阶跃扰动响应曲线并计算其性能指标3.3.3单位冲激信号扰动的响应曲线3.3.4电流环频域分析的MA TLAB计算及仿真3.4转速环的MA TLAB计算及仿真3.4.1转速环校正前后给定阶跃响应的MA TLAB计算及仿真3.4.2绘制单位阶跃信号扰动响应曲线并计算其性能指标3.4.3单位冲激信号扰动的响应曲线3.4.4转速环频域分析的MA TLAB计算及仿真4V-M双闭环直流不可逆调速系统的电气原理总图摘要直流调速系统有多种调速方法，各种方法各有优缺点。
就性能而言，闭环性能优于开环，双闭环性能优于单闭环，然而对于实际系统，还要考虑系统的成本和复杂性，因此各种方法都有一定的适应场合。
本次实习报告充分地分析了各种调速方法的性能，通过仿真的方法，能够充分分析不同调速方法在不同给定，不同干扰，系统的输出变化，从而把握不同调速方法的优缺点和适用场合。
本次实习充分利用Matlab中的Simulink环境下的系统模型仿真功能，还利用了Matlab进行了频域分析等。
一．直流调速系统的仿真1 开环直流调速系统的仿真开环直流调速系统，既无反馈控制的直流调速系统，调节控制电压就可以改变电动机转速。
1.如图所示为开环直流调速系统的仿真模型图中step为负载在2秒时负载由50变成1002.仿真结果：从仿真结果看，转速很快上升，当在2秒负载由50变成100时，由于开环无法起调节作用，转速下降。
2 单闭环有静差转速负反馈调速系统的建模与仿真1.如图所示为单闭环有静差转速负反馈仿真模型2．仿真结果：从仿真结果看，转速很快达到稳态，当在2秒负载由50变成100时，由于比例起调节作用，系统快速调节，使转速快速上升到稳态值。
3 单闭环无静差转速负反馈调速系统的建模与仿真1.如图所示为单闭环无静差转速负反馈仿真模型2．仿真结果：从仿真结果看，当在2秒负载由50变成100时，转速下降，由于PI 调节器起调节作用，使转速上升到稳态值，但调节速度比比例调节器慢。
4 单闭环电流截止转速负反馈调速系统的建模与仿真1.如图所示为单闭环电流截止转速负反馈仿真模型2.仿真结果从仿真结果看，电枢电流始终小于120A（由于电流比较器设定值为120A），由于限制了启动电流，所以单闭环转速负反馈相比较可以看出，电动机到达稳态的时间变长了。
5 单闭环电压负反馈调速系统的建模与仿真由于单闭环转速负反馈，在实际应用中其安装与维护都比较麻烦，所以采用电压负反馈。
1.如图所示为单闭环电压负反馈仿真模型2.仿真结果从仿真结果看，其转速很快达到稳态，但电流在稳态后有脉动。
6 单闭环电压负反馈和带电流正反馈调速系统的建模与仿真虽然在实际中，单闭环电压负反馈较方便，但这种系统只能维持电动机端电压恒定，而不能抑制电动机电枢电阻压降引起的静态速降，所以加电流正反馈。
1.如图所示为单闭环电压负反馈和带电流正反馈仿真模型2.仿真结果从仿真结果看，其稳态转速比电压反馈高，所以其可以减少稳态速降。
7 单闭环转速负反馈调速系统定量仿真1.如图所示为单闭环转速负反馈仿真模型主要参数设置：如图PI调节器：kp=2，ki=3；电动机参数如图：其励磁电压Uf=240伏，励磁电阻Rf=120欧姆。
2.仿真结果从仿真结果看，当给定电压为9.5V时，电动机工作在额定转速1360rad/s附近，电枢电流接近136A，从而说明参数设置合理。
8 双闭环直流调速系统定量仿真1.电流环仿真模型：主要参数设置：WCR中的kp=1.013,ki=1/0.03,非线性模块：限幅值为【-10 10】2.仿真结果：从仿真结果看，在直流电动机的恒流升速阶段，电流值低于200A，其原因是电流调节系统受到电动机反电势的扰动。
3.双闭环仿真模型：主要参数设置：WSR中的kp=11.7,ki=134.48,非线性模块：限幅值为【-20 20】，4.仿真结果：从仿真结果看，双闭环直流调速系统实现了“时间最优”的过渡过程。
9. PWM直流调速系统仿真自从全控型电力电子器件问世，就出现了采用脉宽调制的高频开关控制方式，即直流脉宽调速系统——PWM调速系统1.仿真模型：（1）（2）PWM发生器模型：（3））PWM发生器封装后子系统：2.仿真结果：(1)转速波形：（2）电流波形从仿真结果看，若给定信号是10V，电动机起动时，在电流调节器作用下，是电机以最优时间准则开始上升。
二．双闭环直流调速系统1双闭环直流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，在系统中设置两个调节器分别调节转速和电流，即分别引进转速负反馈和电流负反馈。
二者之间实行嵌套联接，把转速调节器的输出当做电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE 。
从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。
这就形成了转速、电流双闭环调速系统。
为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用PI 调节器，它们的输出都是带限幅作用的，转速调节器ASR 的输出限幅电压imU决定了电流给定电压的最大值，电流调节器ACR 的输出限幅电压cm U 限制了电力电子变换器的最大输出电压dm U1.1双闭环直流调速系统的介绍双闭环直流调速系统是静动态性能优良、应用最广的直流调速系统，突破了单闭环系统仅考虑静态性能的局限性。
双闭环直流调速系统具有许多优点，比如抗电网电压扰动性好，起动快，调速性能好，限流作用比单闭环带截止电流负反馈更好。
1.2双闭环直流调速系统的组成图1中，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电力电子变换器GT 。
从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。
这就形成了转速、电流双闭环调速系统。
ASR—转速调节器ACR—电流调节器TG—测速发电机TA—电流互感器GT—电力电子变换器图1 双闭环直流调速系统的组成1.3双闭环直流调速系统的稳态结构图和静特性(1)双闭环直流调速系统的稳态结构图首先要画出双闭环直流系统的稳态结构图如图2所示，分析双闭环调速系统静特性的关键是掌握PI调节器的稳态特征。
一般存在两种状况：饱和——输出达到限幅值；不饱和——输出未达到限幅值。
当调节器饱和时，输出为恒值，输入量的变化不再影响输出，相当与使该调节环开环。
当调节器不饱和时，PI作用使输入偏差电压在稳态时总是为零。
图2双闭环直流调速系统的稳态结构框图实际上，在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的。
因此，对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况。
为了获得近似理想的过度过程，并克服几个信号综合于一个调节器输入端的缺点，最好的方法就是将被调量转速与辅助被调量电流分开加以控制，用两个调节器分别调节转速和电流，构成转速、电流双闭环调速系统。
(2)双闭环直流调速系统的静特性由于采用了脉宽调制，电流波形都是连续的，因而机械特性关系式比较简单，电压平衡方程如下d s d di U Ri LEdt =++ (0)on t t ≤<. d s d di U Ri LEdt =++()on t t T ≤<按电压平衡方程求一个周期内的平均值，即可导出机械特性方程式，电枢两端在一个周期内的电压都是dsU U γ=，平均电流用dI 表示，平均转速/e n E C =，而电枢电感压降d di L dt的平均值在稳态时应为零。
于是其平均值方程可以写成s d d e U RI E RI C n γ=+=+则机械特性方程式0sd d eeeU R R n I n I C C C γ=-=-1.4双闭环直流调速系统的数学模型双闭环控制系统数学模型的主要形式仍然是以传递函数或零极点模型为基础的系统动态结构图。
双闭环直流调速系统的动态结构电流调节器的传递函数。
为了引出电流反馈，在电动机的动态结构框图中必须把电枢电流Id 显露出来。
绘制双闭环直流调速系统的数学模型如下：图1.4双闭环直流调速系统的数学模型图2系统设计方法及步骤2.1系统设计的一般原则为了保证转速发生器的高精度和高可靠性，系统采用转速变化率反馈和电流反馈的双闭环电路主要考虑以下问题：1。
保证转速在设定后尽快达到稳速状态；2。
保证最优的稳定时间；3。
减小转速超调量。
为了解决上述问题，就必须对转速、电流两个调节器的进行优化设计，以满足系统的需要。
建立调节器工程设计方法所遵循的原则是：∙概念清楚、易懂；∙计算公式简明、好记；∙不仅给出参数计算的公式，而且指明参数调整的方向；∙能考虑饱和非线性控制的情况，同样给出简明的计算公式；∙适用于各种可以简化成典型系统的反馈控制系统。
直流调速系统调节器参数的工程设计包括确定典型系统、选择调节器类型、计算调节器参数、计算调节器电路参数、校验等内容。
在选择调节器结构时，只采用少量的典型系统，它的参数与系统性能指标的关系都已事先找到，具体选择参数时只须按现成的公式和表格中的数据计算一下就可以了，这样就使设计方法规范化，大大减少了设计工作量。
2.2电流环设计2.2.1确定时间常数三相桥式电路的平均失控时间ST =0.0017s电流环小时间常数之和iT ∑：(按小时间常数近似处理取)iT ∑=ST +o iT =0.0017s+0.002s=0.0037s2.2.2选择电流调节器结构根据设计要求用PI 型电流调节器，其传递函数为()()1iiAC R S iS S K Wττ+=2.2.3选择电流调节器参数为将电流环校正为典Ⅰ系统，电流调节器的超前时间常数应对消掉控制对象的大时间常数lT ，即i τ=lT =0.03 s为满足i δ ≤5%，取i I T K ∑=0.5 因此，IK = I SiRK Kβτ=12iT∑=0037.021⨯=135.1 1s -于是可以求得ACR 的比例放大系数iK ：iK=IisRK Kβτ=05.0405.003.01.135⨯⨯⨯=1.0132.2.4校验近似条件电流环截止频率1250Ici w sK-==skWICI11.135-==检验忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件：154.8s-==03.018.01313⨯⨯=TT lm1s-≈40.821s-满足近似条件ciw ≥检验电流环小时间常数的近似处理条002.00017.0131131⨯=TT ois≈180.81s-满足近似条件：ciw ≤电流环按照典Ⅰ系统设计，且取i I T K ∑=0.5，查表可知此时系统的动态性能指标为i δ=4.3%<5%，满足设计要求。