n* ，Un
，但由于积分
作用，Ui* Ui*m ，所以电动机仍在最大电流下加速，必然使转速必超调。当 n n* 时，
U n
0 ，使
ASR
退出饱和状态，其输出电压即
ACR
的给定电压
U
* i
迅速下降，
I
d
也迅
速下降。但由于 I d
I dL ，在一段时间内，转速仍继续增加。当 I d
尽快地跟随
ASR
的输出量
U
* i
长，其输入偏差电压 Ui Ui* Ui 必须维持一定的恒值，也就是说， I d 应略低于 I dm 。 此外还应指出，为了保证电流环的这种调节作用，在起动过程中电流调节器是不能饱和
的，同时整流装置的最大电流U d 0m 也须留有余地，即晶闸管装置也不应饱和，这都是设 计中必须注意的。
第Ⅲ阶段：t2 以后是转速调节阶段。此时 n
方程要继续保持平衡，则电磁转矩 Te 必然改变，又由
Te Ct Id
得电枢电流 Id 必然改变。
二、直流电动机的数学模型
为了分析调速系统的稳定性和动态品质，必须首先建立描直流电动机的数学模型。
电路方程：
U d0
RId
L
dI d dt
E
动力学方程： 额定励磁下：
Te
TL
GD 2 375
dn dt
E Cen
5
3
TA
L
Un* Un
ASR
Ui
Ui*
ACR
Uc UPE
Id Ud0
EM
if
n
Utg
TG
图 4 转速一电流双闭环直流调速系统
一般来说，我们总希望在最大电流受限制的情况下，尽量发挥直流电动机的过载能 力，使电力拖动控制系统以尽可能大的加速度起动，达到稳态转速后，电流应快速下降， 保证输出转矩与负载转矩平衡，进入稳定运行状态。为实现在约束条件快速起动，关键 是要有一个使电流保持在最大值的恒流过程。根据反馈控制规律，要控制某个量，只要 引入这个量的负反馈。因此采用电流负反馈控制过程，起动过程中，电动机转速快速上 升，而要保持电流恒定，只需电流负反馈；稳定运行过程中，要求转矩保持平衡，需使 转速保持恒定，应以转速负反馈为主。采用转速、电流双闭环控制系统。如图 5 所示。
两个调节器之间实行串级联接，转速调节器ASR的输出是电流调节器ACR的输入，其 输出Uc控制电力电子变换器。从闭环结构上看，转速环在外环，电流环在内环，这就构 成了转速一电流双闭环直流调速系统。
电动机的转速和电流分别由两个独立的调节器控制，系统中设置了电流调节器ACR和 转速调节器ASR。可见，电流调节器ACR和电流检测反馈回路构成了电流环（内环）；转 速调节器ASR和转速检测反馈环节构成了转速环（外环）。ASR和ACR均为PI调节器，输 入输出均设有限幅电路。
关键词：双闭环控制系统，转速控制环，电流控制环，MATLAB
ABSTRACT
DC motor has a good start, braking performance, it is appropriate to smooth speed over a wide range, has been widely used in many speed control and (or) fast forward and reverse electric drive field. In recent years, the rapid development of high-performance AC variable speed AC drive system has been gradually replacing the DC speed control system. DC drive control system, however, not only in theory and in practice are more mature, is still used; and from the point of view of the control law, the DC drive control system is the basis of the AC drive control system. Therefore, grasp the basic law of the DC drive control system and control method is necessary.Speed, current feedback control for DC motor static and dynamic performance, the most widely used DC speed control system. Speed, current feedback control for DC motor using MATLAB simulation software simulation.
作用下的
电流调节系统，基本上保持电流 Id 恒定（电流可能超调，也可能不超调，取决于 ACR 的
参数），因而拖动系统的加速度恒定，转速呈线性增加。又U d 0 Rd I d Cen ，n↑→Ud0
↑→U ct ↑，这样才能保持 Id =常数。由于 ACR 是 PI 调节器，要使它的输出量按线性增
I dL 时，Te
TL
，dn dt
0，
n 达到最大值（t3 时刻）。此后，电动机在负载的阻力下减速，与此相应，电流 Id 也出现
一段小与 IdL 的过程，直到稳定。在这最后的转速调节阶段内，ASR 与 ACR 都不饱和，同
时起调节作用。由于转速调节在外环，ASR 处于主导地位，而 ACR 的作用则是力图使 Id
Key words: Double-loop control system, speed control loop, current control loop,
MATLAB
引言
转速电流双闭环调速系统是最典型的直流调速系统,利用电流调节器和转速调节器 控制,可以无限逼近理想启动过程。本文分析了系统的控制原理，建立了系统的动态数 学模型，并利用MATLAB中的Simulink进行了系统建模仿真,给出了仿真结果。通过对结 果的分析进一步验证了双闭环调速系统的优越性。
ACR
的作用使
Id
不再迅速增加，标志着这一阶段的结束。在这一阶段中，ASR 由不饱和很快达到饱和，
而 ACR 一般应该不饱和，以保证电流环的调节作用。
第Ⅱ阶段：t1～t2 是恒流加速阶段。这一阶段是起动过程的主要阶段。在这个阶段
中，ASR
一直是饱和的，转速环相当于开环状态，系统表现为在恒流给定
U
* im
图 5 双闭环直流调速系统动态结构图 6
Id
n
Idm
Idcr
n
IdL
O
t
a 带电流截止负反馈的单闭环调速系统
n
i dm
n
i dl
0
t
b 理想的快速起动过程
图 6 直流调速系统的电流、转速启动特性曲线
四、双闭环直流调速系统性能分析
4.1 启动过程 双闭环控制的一个重要目的就是要获得接近于理想的起动过程，因此在分析双闭环
分别画出对应上两式的动态结构框图：
图 2 动态结构框图
组合成电动机的动态结构框图：
4
图 3 直流电动机的数学模型
由图可以看出，直流电动机有两个输入量: 一个是施加在电枢上的理想空载电压； 一个是负载电流。 前者是控制输入量，后者是扰动输入量。
三、双闭环直流调速系统的组成
转速一电流双闭环直流调速系统的结构如图4所示。图中，M为直流电动机，TG为测 发电机，ASR为转速调节器，ACR为电流调节器，GT为触发器，TA为电流互感器，VT整流 装置。Un*为转速给定电压，Un为转速反馈电压，Ui*为电流给定电压，Ui为电流反馈电压， Uc为控制电压，Ud0为电枢端电压。
目录
摘要 ...................................................... 2 ABSTRACT .................................................. 2 引言 ...................................................... 2 一、对直流电动机运动方程的分析 ............................ 3 二、 直流电动机的数学模型 ................................. 3 三、 双闭环直流调速系统的组成 ............................. 5 四、 双闭环直流调速系统性能分析 ........................... 7
1
摘要
直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在宽范围内平滑调速，在许多需要调 速和（或）快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。近年来，虽然高性能交流 调速技术发展很快，交流调速系统已逐步取代直流调速系统。然而直流拖动控制系统不 仅在理论上和实践上都比较成熟，目前还在应用；而且从控制规律的角度来看，直流拖 动控制系统又是交流拖动控制系统的基础。因此，掌握直流拖动控制系统的基本规律和 控制方法是非常必要的。转速、电流反馈控制的直流调速系统是静、动态性能优良、应 用最广的直流调速系统。本文用 MATLAB 仿真软件对转速、电流反馈控制的直流调速系 统进行仿真。
4.1 启动过程 ............................................ 7 4.2 双闭环直流调速系统的静特性 .......................... 9 4.3 双闭环直流调速系统的动态性能....................... 10 五、 基于 MATLAB/SIMULINK 的调速系统的仿真 ................ 11 5.1 转速单闭环直流调速系统的 Simulink 仿真.............. 11 5.2 双闭环直流调速系统的 simulink 仿真.................. 12 六、实验验证双闭环直流调速系统的启动过程 ................. 14 七、总结 ................................................. 15 八、参考文献 ............................................. 15