基于MATLAB的双闭环直流调速系统设计与仿真分析_张厚升
第２７卷第４期２０１３年７月山东理工大学学报（自然科学版）
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ）Ｖｏｌ．２７Ｎｏ．４
Ｊｕｌ．２０１３
收稿日期：２０１３－０５－
１６基金项目：山东省高等学校科技计划资助项目（Ｊ１１ＬＧ２５
）作者简介：张厚升，男，ｚｈｓｅｄａ＠１
６３．ｃｏｍ；通信作者：李素玲，女，ｌｓｌ６０８＠１６３．ｃｏｍ文章编号：１６７２－６１９７（２０１３）０４－００４９－
０５基于ＭＡＴＬＡＢ的双闭环
直流调速系统设计与仿真分析
张厚升，李素玲，于兰兰，邢雪宁，季 画
（山东理工大学电气与电子工程学院，山东淄博２５５０９１
）摘 要：根据转速、电流双闭环直流调速系统的工作原理建立了其数学模型，按照工程化的设计方法和设计要求，设计了一个转速、电流双闭环控制的直流调速系统．采用ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ构建
了仿真模型，并通过仿真结果分析了其起动过程．关键词：转速；电流；双闭环；直流调速系统；仿真中图分类号：ＴＰ３９１．９
文献标志码：Ａ
Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｄｏｕｂｌｅ ｃｌｏｓｅｄ ｌｏｏｐ
ＤＣｍｏｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙ
ｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＭＡＴＬＡＢＺＨＡＮＧ Ｈｏｕ－ｓｈｅｎｇ，ＬＩ Ｓｕ－ｌｉｎｇ，ＹＵ Ｌａｎ－ｌａｎ，ＸＩＮＧ Ｘｕｅ－ｎｉｎｇ
，ＪＩ Ｈｕａ（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｉｂｏ ２５５０９１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｏｕｂｌｅ ｃｌｏｓｅｄ ｌｏｏｐ ＤＣ ｍｏｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｉｔｓｗｏｒｋｉｎｇ
ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ＤＣ ｍｏｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ａｎｄ ａ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｏｕｂｌｅ ｃｌｏｓｅｄ ｌｏｏｐ ＤＣ ｍｏｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｉｔｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｗｉｔｈ ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕ－ｌｉｎｋ，ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｗａｖｅｆｏｒｍｓ ａｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ａｎｄ ｉｔｓ ｓｔａｒｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｐｅｅｄ；ｃｕｒｒｅｎｔ；ｄｏｕｂｌｅ ｃｌｏｓｅｄ ｌｏｏｐ；ＤＣ ｍｏｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ 《
电力拖动自动控制系统———运动控制系统》是高校自动化专业非常重要的一门专业课，在自动化专业中有着举足轻重的作用．而转速、电流双闭环直流调速系统又是该门课程的基础内容和重点内容，双闭环调速系统具有调速范围宽、稳定性好、精度高
等诸多的优点［１］
，在理论方面和实际工程应用方面
都是非常成熟的系统．因而只有熟练的掌握它、理解它，才能更好的、深入地学习教材后面的交流调速理论．
然而，双闭环直流调速系统的理论分析相对比较抽象，而且不容易理解，如果仅让同学们在试验过程
中进行分析、理解，效果不明显．利用ＭＡＴＬＡＢ仿
真软件，让同学们在仿真建模与调试分析的过程中，逐步深入的理解双闭环系统的内容，然后再去实验室做实验，
则会收到更好的效果．本文旨在通过实例对直流双闭环调速系统进行设计、建模、仿真和分析，做出系统的整个设计过程及仿真图形，让学习者能更加深刻地认识、掌握双闭环直流调速系统，
为以后的学习与应用奠定基础．DOI:10.13367/https://www.360docs.net/doc/f85472767.html,ki.sdgc.2013.04.018
１ 双闭环直流调速系统
１．１ 双闭环系统的组成与工作原理
图１给出了转速、电流双闭环直流调速系统的
原理电路图［１－
３］，图２给出了简化的结构图，在图１中，Ｕ＊
ｎ
为转速环的一个给定信号，它一般为一个电压值，Ｕｎ表示测得的转速的反馈电压，ΔＵｎ为给定电压与转速反馈电压的偏差电压，ＡＳＲ（ａｕｔｏｍａｔｉｃ
ｓｐｅｅｄ ｒｅｇ
ｕｌａｔｏｒ）表示系统的转速调节器，Ｕ＊
ｉ为ＡＳＲ的输出并作为下一级ＡＣＲ（ａｕｔｏｍａｔｉｃ
ｃｕｒｒｅｎｔｒｅｇ
ｕｌａｔｏｒ，电流调节器）的输入给定电压，Ｕｉ为测得的电流的反馈信号，ΔＵｉ为电流的偏差电压值，作为ＡＣＲ的输入，ＡＣＲ的输出—
——控制电压Ｕｃ作为后级电力电子装置中晶闸管的脉冲触发信号，ＧＴ表示晶闸管的脉冲触发装置，ＴＡ表示检测电流的电流互感器，ＴＧ为系统的测速发电机（含有分压环节），ＵＰＥ一般表示电力电子装置，例如三相全控桥式晶闸管整流器．在经过简化以后的结构图２中，电流检测反馈回路与ＡＣＲ组成一个闭环—
——称之为电流环，
它作为一个内环调节器，电流环的主要作用可以描述为：通过相应的电流检测元件的反馈作用来稳定电枢电流；相应的转速检测反馈环节（常用测速发电机及其分压环节）与ＡＳＲ组成另一个闭环———称之为转速环，它作为外环内嵌着电流环，电流环的主要作用可以描述为：
通过相应的转速检测环节的反馈作用来保持电机转速的稳定，实现转速无静差，因此这种系统称之为转速、电流双闭环直流调速系统．电流调节器ＡＣＲ和转速调节器ＡＳＲ均通常都采用带有一定限幅作用的ＰＩ
（比例积分）调节器［４］
．
图１ 转速、电流双闭环直流调速系统的电路原理图
在双闭环调速系统中，由于ＡＳＲ和ＡＣＲ都采用ＰＩ调节器，在系统稳定运行时，ＡＣＲ
输入端的偏
图２ 双闭环调速系统的简化结构图
差电压可以表示为ΔＵｉ＝Ｕ＊ｉ－Ｕｉ＝Ｕ＊
ｉ－βＩｄ＝０，其中系数β为电流反馈系数，当给定电压Ｕ＊ｉ一定时，在电流环中，因为电流负反馈的及时调节作用，使得整流装置的输出电流一直处在Ｉｄ＝Ｕ＊
ｉ／β上．
同样道理，ＡＳＲ输入端的偏差电压可以表示为ΔＵｎ＝
Ｕ＊ｎ－Ｕｎ＝Ｕ＊
ｎ－α
ｎ＝０，式中系数α为转速反馈系数，
当给定电压Ｕ＊
ｎ一定时，电机的转速ｎ也将处在恒定值Ｕ＊
ｎ／α上．
１．２ 双闭环直流调速系统的动态数学模型根据前述双闭环直流调速系统的特点，不难得出双闭环系统的动态结构图，如图３所示，图中ＷＡＳＲ（ｓ
）为转速调节器的传递函数．为了将电流反馈引出来，在双闭环系统的动态结构图中必须表示出电枢电流Ｉｄ．
一般在实际使用的过程中，都需要在双闭环系统的动态结构图中增设滤波环节，该环节包括：电流滤波环节、
转速滤波环节以及两个给定环节的滤波．由于在对双闭环系统的电流进行检测时，检测信号中肯定含有交流分量，
因此需要增加低通滤波环节，该环节的传递函数一般可用一个一阶惯性环节来描述，其滤波时常Ｔｏｉ可以按照需要来选定，也即将电流检测信号滤平为准则．由于滤波环节能有效地抑制反馈信号中的交流分量，但也会导致信号的滞后．为了将此滞后作用进行平衡，我们通常在给定信号的通道中增设一个具有相同的时间常数的惯性环节，该环节就称之为给定滤波环节．他的意义可以描述为让反馈信号与给定信号都经过一样的时间延迟，使这两个信号能够在时间上配合恰当，进而可以带来系统设计上的方便．
由于采用由测速发电机进行转速反馈，那么在反馈电压中势必会含有电机的换向纹波电压，因此也需要进行滤波，滤波的时常用Ｔｏｎ来表示．道理与电流环一样，在转速的给定环节之后也增设时间常
数为Ｔｏｎ的给定滤波环节
［１，５］
．所以，在实际中使用０
５山东理工大学学报（自然科学版）２０１３年
的双闭环调速系统的动态结构图可以描述成如图４所示的形式
．
图３
双闭环直流调速系统的动态结构图
图４ 实际使用的双闭环直流调速系统的动态结构图
２ 双闭环直流调速系统的设计
２．１ 设计参数与指标
欲设计一晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流电路采用三相桥式整流电路，基本设计参数：直流电动机额定参数：Ｕｎｏｍ＝２２０Ｖ，Ｉｎｏｍ＝
１３６Ａ，ｎｎｏｍ＝１ ４６０ｒ／ｍｉｎ，四极，电枢电阻Ｒａ＝０．２１Ω，
飞轮惯量ＧＤ２＝２２．５Ｎ·ｍ２
，励磁电压Ｕｆ＝２２０Ｖ，励磁电流Ｉｆ＝１．５Ａ，整流器内阻Ｒｒｅｃ＝０．５Ω，平波电抗器Ｌｄ＝
２０ｍＨ．设计指标为：电流的超调量σｉ≤
５％，空载起动到额定转速时的转速超调量σｎ≤１０％，允许的过载倍数λ＝１．５，电流反馈滤波时常Ｔｏｉ取为０
．００２ｓ，转速反馈滤波时常Ｔｏｎ取为０．０１ｓ，ＡＣＲ和ＡＳＲ的饱和值均取为１２Ｖ，调节器的输出限幅值均取为１０Ｖ，
额定转速时转速的给定电压Ｕ＊
ｎ取为１０Ｖ［６］．
２．２ 调节器参数计算
（１）ＡＣＲ的参数计算
计算电流反馈系数：
β＝Ｕ＊
ｉｍ
λＩｎｏｍ
＝１０１．５×１３６＝０．０５计算电机转矩时常：
Ｔｍ＝ＧＤ２
Ｒ∑３７５Ｃｅ
Ｃｍ＝３．５３×２．８５
３７５×９．５５×０．１３２２＝ ０．
１６１ｓ计算电机电磁时常：
Ｔ１＝Ｌ∑Ｒ∑＝（２００＋１６）×１０
－３
２．８５
＝ ０．
０７６ｓ查表可得整流电路平均失控时间：Ｔｓ＝０．００１７ｓ由此可以计算出电流环的小时间常数为 Ｔ∑ｉ＝Ｔｓ＋Ｔｏｉ＝０．００１７＋０．００２＝０．００３７ｓ依据设计要求，电流超调量σｉ≤
５％，电流环的设计按照典型Ⅰ型系统进行设计［１，５］
，ＡＣＲ选用ＰＩ
调节器，其传递函数可以表示为
ＷＡＣＲ（ｓ）＝Ｋｐｉ＋
１ＫＩｉ＝Ｋｉ１＋τｉ
ｓτｉ
ｓ式中：
τｉ＝Ｔｌ＝０．００７６ｓ Ｋｉ
τｉ
Ｒ∑２Ｔ∑ｉβ
Ｋｓ＝
０．０７６×２．８５
２×０．００３７×０．２７２×３７．８４＝２．８４ ＫＩｉ＝
τｉ
Ｋｉ＝０．０７６２．８４
＝０．０２６８（２）ＡＳＲ的参数计算计算转速反馈系数：
α＝
Ｕ＊
ｎｏｍ
ｎｎｏｍ
＝１０１５００＝０．００６６７Ｖ·ｍｉｎ／ｒ为了有效的加快转速的调节速度，转速环的设
计按照典型Ⅱ系统进行设计，在此选择中频段的宽度ｈ＝５，ＡＳＲ的传递函数可以表示为 ＷＡＳＲ（ｓ）＝Ｋｐｎ＋
１ＫＩｎｓ＝Ｋｎ１＋τｎ
ｓτｎ
ｓ式中：
τｎ＝ｈＴ∑ｎ＝ｈ（２Ｔ∑ｉ＋Ｔｏｎ）
＝ ５×（２×０．００３７＋０．００１）＝０．０８７ｓ Ｋｎ＝
（ｈ＋１）βＣｅＴｍ２ｈα
ＲＴ∑ｎ＝
６×０．２７２×０．１３２×０．１６１
２×５×０．００６６７×２．８５×０．０１７４
＝１０．４９ ＫＩｎ＝
τｎ
Ｋｎ＝０．０８７１０．４８
＝０．００８３３ 仿真分析
３．１ 仿真模型的建立
根据前文构建的转速、电流双闭环调速系统的动态结构图，在ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中选择相应元
器件的仿真模块，
并将其连接，便可得到按照传递函数构建的双闭环直流调速系统的仿真模型［６］
，如图
５（ａ
）所示．仿真模块的各环节参数在图中进行了标１
５第４期 张厚升，等：基于ＭＡＴＬＡＢ的双闭环直流调速系统设计与仿真分析
注，按照设计要求，调节器的积分环节的限幅值取为±１２，调节器的输出限幅值取为±１０．
３．２ 双闭环直流调速系统起动过程仿真分析双闭环的设计能使双闭环直流调速系统获得接近于理想的起动过程，所以在此我们借助于仿真结果着重分析一下双闭环系统的起动过程．
系统在突然加上给定电压Ｕ＊ｎ后，系统由静止状态开始起动，相应的转速ｎ、控制电压Ｕｃ、
转速反
图５ 仿真模型和参数
馈的电压信号Ｕｎ、电流反馈的电压信号Ｕｉ、电枢电
流Ｉｄ的瞬态过程仿真图如图６所示．在系统的起动
过程中，ＡＳＲ经历了不饱和、饱和以及退饱和三个
阶段，因而整个瞬态过程也分成三大段，在图６中分
别以Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ表示．
（１）第Ⅰ阶段（０～ｔ
１
时刻）：称之为电流上升阶
段．
在系统突加给定电压Ｕ＊ｎ已后，通过ＡＳＲ和
ＡＣＲ的控制作用，使Ｕｃ、Ｕｄ、Ｉｄ都上升，当电枢电流
Ｉｄ大于等于负载电流ＩｄＬ后，电机开始转动（此前电
机转速ｎ＝０），但是，鉴于直流电机具有的机械惯性
作用，转速ｎ不可能很快建立起来，而且它的增长也
不会很快，也就是说Ｕｎ很小，而Ｕ＊ｎ给定不变，所以
转速调节器的输入偏差电压ΔＵｎ＝Ｕ＊ｎ－Ｕｎ相对较
大，因而ＡＳＲ的输出迅速达到限幅值Ｕ＊ｉｍ，从而强
迫电枢电流Ｉｄ迅速上升（斜率很大），当Ｉｄ≈ＩｄＬ时，
Ｕｉ≈Ｕ＊ｉｍ，ＡＣＲ的作用将会使电枢电流Ｉｄ不再迅速
上升，标志着第Ⅰ阶段的结束．在本阶段中，由于转
速ｎ的增长是一机械运动过程，它的机电时常较大，
因此转速调节器很快由不饱和达到饱和，而电枢电
流的上升则是是一电磁过程，其电磁时常相对比较
小，因而电流调节器一般不会达到饱和［１，５］，从而可
以有效的保证电流环的实时调节作用
．
图６ 转速、电流、反馈电压、反馈电流、电枢电流的
瞬态过程仿真图
（２）第Ⅱ阶段（ｔ
１～ｔ２
时刻）：称之为恒流升速阶
段．
ｔ１时刻，电枢电流达到最大值Ｉｄｍ，从ｔ１时刻开
始，到转速升到给定值ｎ＊（即ｔ２时刻）为止，属于恒２
５山东理工大学学报（自然科学版）２０１３年
流升速阶段，是双闭环系统起动过程中最主要的阶段．在本阶段中，转速调节器一直处于饱和状态，转速环相当于开环状态，此时双闭环系统表现为在恒值电压Ｕ＊ｉｍ作用下的一个电流闭环调节系统，能够基本保持电枢电流Ｉｄ的恒定，故双闭环调速系统的加速度相对恒定，转速ｎ也就会呈现线性增长状态．同时，电机的反电动势（Ｅ）也会呈现线性增长状态．对电流闭环调节系统来说，该反电动势Ｅ就是一个线性增长的扰动量，想要克服该扰动，Ｕｄ０和控制电压Ｕｃ必须按照线性规律增长，才会保证让电枢电流Ｉｄ恒定．因为电流调节器采用的是ＰＩ调节器，要想使ＡＣＲ的输出量也按照按线性规律增长，那么它的输入ΔＵｉ＝Ｕ＊ｉｍ－Ｕｉ也必须保持恒定，即保证电枢电流Ｉｄ略低于最大值Ｉｄｍ．另外尚需注意：为了能充分保证电流环的这种调节作用，在系统的起动过程中应该让电流调节器ＡＳＲ一直处于不饱和状态，同时对于整流装置来说，它的最大电压Ｕｄｏｍ也需留出一定的余地，即ＰＷＭ装置也不应处于饱和状态．
（３）第Ⅲ阶段（ｔ
２
时刻以后）：称之为转速调节阶段．
ｔ２时刻，电机的转速已经达到转速给定值ｎ＊，转速调节器的给定电压Ｕ＊ｎ与反馈电压Ｕｎ相等，输入偏差ΔＵｎ＝Ｕ＊ｎ－Ｕｎ此刻减小为零，但是，由于积分作用的存在，ＡＳＲ的输出仍保持在Ｕ＊ｉｍ上，因而电机仍然处于加速状态，从而使得转速发生超调．在转速发生超调后，Ｕｎ＞Ｕ＊ｎ，所以ΔＵｎ＜０，即偏差电压变为负值，使ＡＳＲ退饱和，其输出电压Ｕ＊ｉ也会马上从限幅值上降下来，相应的电枢电流Ｉｄ也会下降，但是由于Ｉｄ＞ＩｄＬ，所以在一小段时间里，转速仍然会呈现继续上升的态势，直到Ｉｄ＝ＩｄＬ时，电磁转矩Ｔｅ等于负载转矩ＴＬ，则转速的变换率ｄｎ／ｄｔ＝０，此时，转速ｎ将会到达峰值（ｔ＝ｔ３时）．在此之后，
电机开始在负载的阻力下逐渐减速，与此相应，电枢电流Ｉｄ也出现一小段小于负载电流ＩｄＬ的过程，直到稳定状态．在这一阶段内，两个调节器都处于不饱和状态，同时起到了调节作用．由于转速环在外，所以转速调节器处于主导地位，而电流调节器的作用是力图使电枢电流Ｉｄ能够尽快的跟随转速调节器的输出量Ｕ＊ｉ，可以说电流内环就是一个电流随动子系统．
４ 结束语
本文设计了一个转速、电流双闭环直流调速系统，并建立了仿真模型．在该系统中，ＡＳＲ和ＡＣＲ都采用ＰＩ调节器，而且都带有限幅作用，可以实现无静差．仿真结果表明，设计的双闭环系统的起动过程和教材中的理论分析结果是一致的，起动过程能够实现三阶段的调节作用，即电流上升、恒流升速和转速调节，仿真模型是可行的、合理的．
参考文献：
［１］陈伯时．电力拖动自动控制系统———运动控制系统［Ｍ］．第３版．北京：机械工业出版社，２０１２．
［２］尚丽，崔鸣，陈杰．Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真技术在双闭环直流调速实验教学中的应用［Ｊ］．实验室研究与探索，２０１１，３０（１）：１８１－１８５．
［３］董德智，孙驯洲．ＭＡＴＬＡＢ在双闭环直流调速控制系统教学中的应用［Ｊ］．自动化与仪器仪表，２００７（４）：４０－４３．
［４］邵雪卷，张井岗，赵志诚．双闭环直流调速系统的饱和限幅问题［Ｊ］．电气电子教学学报，２００９，３１（１）：３３－３６．
［５］李宁，陈桂．运动控制系统［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２００８．［６］洪乃刚．电力电子、电机控制系统的建模和仿真［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２０１０．
（编辑：刘宝江）
３
５
第４期 张厚升，等：基于ＭＡＴＬＡＢ的双闭环直流调速系统设计与仿真分析
双闭环直流调速系统
题目：双闭环直流调速系统的设计与仿真 已知：直流电动机：P N=60KW，U N=220V，I N=305A，n N=1000r/min,λ=2，R a=0.08, R rec=0.1, T m=0.097s, T l=0.012s, T s=0.0017s, 电枢回路总电阻R=0.2Ω。设计要求：稳态无静差，σ ≤5%,带额定负载起动到额定转速的转速超调σn≤10%。(要求完 i 成系统各环节的原理图设计和参数计算)。 系统各环节的原理图设计和参数计算，包括主电路、调节器、电流转速反馈电路和必要的保护等，并进行必要的计算。按课程设计的格式要求撰写课程设计说明书。 设计内容与要求：1、分析双闭环系统的工作原理 2、改变调节器参数，分析对系统动态性能的影响 3、建立仿真模型
1．双闭环直流调速系统的原理及组成 对于正反转运行的调速系统，缩短起,制动过程的时间是提高生产率的重要因素。为此，在起动（或制动）过渡过程中，希望始终保持电流（电磁转矩）为允许的最大值，是调速系统以最大的加（减）速度运行。当到达稳态转速时，最好使电流立即降下来，使电磁转矩与负载转矩相平衡，从而迅速转入稳态运行。实际上，由于主电路电感的作用，电流不可能突变，为了实现在允许条件下的最快起动，关键是要获得一段使 电流保持为最大值dmI的恒流过程。按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。 为了使转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别引入转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流，二者之间实行嵌套连接，如图1所示。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。从闭环结构上看，电流环在里面，称做内环；转速环在外面，称做外环。这就形成了转速电流负反馈直流调速系统。为了获得良好的静动态性能，转速和电流两个调节器一般采用PI调节器。 2．双闭环控制系统起动过程分析 前面已经指出，设置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，因此在分析双闭环调速系统的动态性能时，有必要先探讨它的起动过程。双闭环调速系统突加给定电压*nU由静止状态起动时，转速和电流的过渡过程如图4所示。由于在起动过程中转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三
双闭环直流调速系统设计及仿真
双闭环直流调速系统设计及仿真 一转速、电流双闭环控制系统 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[1]。这种理想的起动过程如图1所示。 n n t 图1 转速调节系统理想起动过程 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，就要引入这个量的负反馈。因此很自然地想到要采用电流负反馈控制过程。这里实际提到了两个控制阶段。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。如何才能做到使电流、转速两种负反馈在不同的控制阶段发挥作用呢？答案是采用转速、电流双闭环控制系统。如图2所示。 图2 双闭环直流调速控制系统原理图 参考双闭环的结构图和一些电力电子的知识，采用机理分析法可以得到双闭环系统的动态结构图。如图3所示。
图3 双闭环直流调速系统动态结构图 在转速环、电流环的反馈通道和输入端增加了转速滤波、电流滤波和给定滤波环节。因为电流检测信号中常含有交流成分，须加低通滤波，其滤波时间常数按需要而定。滤波环节可以抑制检测信号中的交流分量，但同时也个反馈检测信号带来延迟。所以在给定信号通道中加入一个给定滤波环节，使给定信号与反馈信号同步，并可使设计简化。由测速发电机得到的转速反馈电压含有电机的换向纹波，因此也需要滤波，其时间常数用表示[2]。 二双闭环控制系统起动过程分析 前面已经指出，设置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，因此在分析双闭环调速系统的动态性能时，有必要先探讨它的起动过程。双闭环调速系统突加给定电压由静止状态起动时，转速和电流的过渡过程如图4所示。由于在起动过程中转速调节器ASR 经历了不饱和、饱和、退饱和三个阶段，整个过渡过程也就分为三个阶段，在图中表以Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。 第Ⅰ阶段：0～t1是电流上升阶段。突加给定电压后，通过两个调节器的控制作用，使、、都上升，当后，电动机开始转动。由于机电惯性的作用，转速的增长不会太快，因而ASR的输入偏差电压数值较大并使其输出达到饱和值，强迫电流迅速上升。当时，，电流调节器ACR的作用使不再迅速增加，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，
双闭环直流调速系统
转速、电流双闭环调速系统 班级：铁道自动化091 姓名：陈涛 指导老师：严俊 完成日期：2011-10-31 湖南铁道职业技术学院
目录 摘要 (3) 一、直流调速介绍 (4) 1、调速定义 (4) 2、调速方法 (4) 3、调速指标 (4) 二、双闭环直流调速系统介绍 (5) 1、转速、电流双闭环调速系统概述 (5) 2、转速、电流双闭环调速系统的组成 (6) 3、PI调节器的稳态特征 (7) 4、起动过程分析 (8) 5、动态性能 (11) 6、两个调节器的作用 (11) 三、总结 (12)
摘要 随着近代电力电子技术和计算机的发展以及现代控制理论的应用，自动化电力拖动正向着计算机控制的生产过程自动化的方向迈进，以达到高速、优质、高效率地生产。在大多数综合自动化系统中，自动化的电力拖动系统仍然是不可缺少的组成部分。 本文讲述的是转速、电流双闭环直流调速系统，通过学习使我对转速、电流双闭环直流调速系统的组成、调速器的稳态特性和作用以及系统的动态特性有了一定的了解。该系统是在单闭环系统的基础上加以改进后完成的，通过对电力拖动自动控制系统的学习，我们里了解到转速、电流双闭环直流调速系统相对于单闭环调速系统的一些优势，它是通过转速反馈和电流反馈两个环节分别起作用的。 通过这次的学习，我懂得了很多，具有了通过运用理论上所掌握的知识来独立发现问题、思考问题、解决问题的能力，在这次的论文中，我有一次重新学习了转速、电流双闭环直流调速系统，使我这一系统有了更进一步的了解。
转速、电流双闭环调速系统 一、直流调速介绍 1、调速定义 调速是指在某一具体负载情况下，通过改变电动据或电源参数的方法，使机械特性曲线得以改变，从而使电动机转速发生变化或保持不变。 2、调速方法 1.调节电枢供电电压U。改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电压，从电动机额定转速向下变速，属恒转矩调速方法。对于要求在一定范围内无 级平滑调速的系统来说，这种方法最好。变化遇到的时间常数较小，能快速响应，但是需要大容量可调直流电源。 2.改变电动机主磁通。改变磁通可以实现无级平滑调速，但只能减弱磁通进行调速（简称弱磁调速），从电机额定转速向上调速，属恒功率调速方 法。变化时间遇到的时间常数同变化遇到的相比要大得多，响应速度较慢，但所需电源容量小。 3.改变电枢回路电阻 <。在电动机电枢回路外串电阻进行调速的方法，设备简单，操作方便。但是只能进行有级调速，调速平滑性差，机械特性较软；空载时几乎没什么调速作用；还会在调速电阻上消耗大量电能。 3、调速指标 1．调速范围（包括：恒转矩调速范围/恒功率调速范围），
时域有限差分法的Matlab仿真
时域有限差分法的Matlab仿真 关键词: Matlab 矩形波导时域有限差分法 摘要：介绍了时域有限差分法的基本原理，并利用Matlab仿真，对矩形波导谐振腔中的电磁场作了模拟和分析。 关键词：时域有限差分法；Matlab；矩形波导；谐振腔 目前，电磁场的时域计算方法越来越引人注目。时域有限差分（Finite Difference Time Domain，FDTD）法［1］作为一种主要的电磁场时域计算方法，最早是在1966年由K. S. Yee提出的。这种方法通过将Maxwell旋度方程转化为有限差分式而直接在时域求解，通过建立时间离散的递进序列，在相互交织的网格空间中交替计算电场和磁场。经过三十多年的发展，这种方法已经广泛应用到各种电磁问题的分析之中。 Matlab作为一种工程仿真工具得到了广泛应用［2］。用于时域有限差分法，可以简化编程，使研究者的研究重心放在FDTD法本身上，而不必在编程上花费过多的时间。 下面将采用FDTD法，利用Matlab仿真来分析矩形波导谐振腔的电磁场，说明了将二者结合起来的优越性。 1FDTD法基本原理 时域有限差分法的主要思想是把Maxwell方程在空间、时间上离散化，用差分方程代替一阶偏微分方程，求解差分方程组，从而得出各网格单元的场值。FDTD 空间网格单元上电场和磁场各分量的分布如图1所示。 电场和磁场被交叉放置，电场分量位于网格单元每条棱的中心，磁场分量位于网格单元每个面的中心，每个磁场（电场）分量都有4个电场（磁场）分量环绕。这样不仅保证了介质分界面上切向场分量的连续性条件得到自然满足，而且
还允许旋度方程在空间上进行中心差分运算，同时也满足了法拉第电磁感应定律和安培环路积分定律，也可以很恰当地模拟电磁波的实际传播过程。 1.1Maxwell方程的差分形式 旋度方程为： 将其标量化，并将问题空间沿3个轴向分成若干网格单元，用Δx，Δy和Δz 分别表示每个网格单元沿3个轴向的长度，用Δt表示时间步长。网格单元顶点的坐标（x，y，z）可记为： 其中：i，j，k和n为整数。 同时利用二阶精度的中心有限差分式来表示函数对空间和时间的偏导数，即可得到如下FDTD基本差分式： 由于方程式里出现了半个网格和半个时间步，为了便于编程，将上面的差分式改写成如下形式：
实验二转速、电流双闭环直流调速系统
实验二 转速、电流双闭环直流调速系统 一、实验目的 1．了解转速、电流双闭环直流调速系统的组成。 2．掌握双闭环直流调速系统的调试步骤，方法及参数的整定。 3．测定双闭环直流调速系统的静态和动态性能及其指标。 4．了解调节器参数对系统动态性能的影响。 二、实验系统组成及工作原理 双闭环调速系统的特征是系统的电流和转速分别由两个调节器控制，由于调速系统调节的主要参量是转速，故转速环作为主环放在外面，而电流环作为副环放在里面，可以及时抑制电网电压扰动对转速的影响。实际系统的组成如实验图2-1所示。 实验图2-1 转速、电流双闭环直流调速系统 主电路采用三相桥式全控整流电路供电。系统工作时，首先给电动机加上额定励磁，改 变转速给定电压* n U 可方便地调节电动机的转速。速度调节器ASR 、电流调节器ACR 均设有 限幅电路，ASR 的输出*i U 作为ACR 的给定，利用ASR 的输出限幅*im U 起限制起动电流的作 用；ACR 的输出c U 作为触发器TG 的移相控制电压，利用ACR 的输出限幅cm U 起限制αmin 的作用。 当突加给定电压*n U 时，ASR 立即达到饱和输出* im U ，使电动机以限定的最大电流I dm 加速起动，直到电动机转速达到给定转速(即* n n U U )并出现超调，使ASR 退出饱和，最后稳 定运行在给定转速（或略低于给定转速）上。 三、实验设备及仪器 1.主控制屏NMCL-32 2.直流电动机-负载直流发电机-测速发电机组 3. NMCL －18挂箱、NMCL-333挂箱及电阻箱 4.双踪示波器 5.万用表 四、实验内容
1.调整触发单元并确定其起始移相控制角，检查和调整ASR 、ACR ，整定其输出正负限幅值。 2.测定电流反馈系数β和转速反馈系数α，整定过电流保护动作值。 3.研究电流环和转速环的动态特性，将系统调整到可能的最佳状态，画出)(t f I d =和)(t f n =的波形，并估算系统的动态性能指标（包括跟随性能和抗扰性能） 。 4.测定高低速时系统完整的静特性)(d I f n =（包括下垂段特性），并计算在一定调速范围内系统能满足的静态精度。 五、实验步骤及方法 1.多环调速系统调试的基本原则 (1)先部件,后系统。即先将各环节的特性调好，然后才能组成系统。 (2)先开环,后闭环。即先使系统能正常开环运行，然后在确定电流和转速均为负反馈后组成闭环系统。 (3)先内环,后外环。即闭环调试时，先调电流内环，然后再调转速外环。 2.单元部件参数整定和调试 (1)主控制屏开关按实验内容需要设置 (2)触发器整定 将面板上的U blf 端接地，调整锯齿波触发器的方法同实验1。 (3)调节器调零 断开主回路电源开关SW ，给定电压U g 接到零速封锁器DZS 输入端，并将DZS 的输出接到ASR 和ACR 的封锁端。控制系统按开环接线,ASR 、ACR 的反馈回路电容短接，形成低放大系数的比例调节器。 a)ASR 调零 将调节器ASR 的给定及反馈输入端接地，调节ASR 的调零电位器，使ASR 的输出为零。 b)ACR 调零 将调节器ACR 的给定及反馈输入端接地，调节ACR 的调零电位器，使ACR 的输出为零。 (4)调节器输出限幅值整定 a)ASR 输出限幅值整定 ASR 按比例积分调节器接线，将U g 接到ASR 的输入端，当输入U g 为正而且增加时，调节 ASR 负限幅电位器，使ASR 输出为限幅值* im U ，其值一般取为8~6--V 。 b)ACR 输出限幅值整定 整定ACR 限幅值需要考虑负载的情况，留有一定整流电压的余量。ACR 按比例积分调节器接线，将g U 接到ACR 的输入端，用ACR 的输出c U 去控制触发移相，当输入g U 为负且增加时，通过示波器观察到触发移相角α移至οο30~15min =α时的电压即为ACR 限幅值U cm ，可通过ACR 正限幅电位器锁定。 3.电流环调试(电动机不加励磁) (1)电流反馈极性的测定及过电流保护环节整定。 整定时ASR 、ACR 均不接入系统，系统处于开环状态。直接用给定电压g U 作为c U 接到移相触发器GT 以调节控制角α，此时应将电动机主回路中串联的变阻器M R 放在最大值处，
双闭环调速系统课程设计
目录页 第一章绪论 (2) 1-1课题背景，实验目的与实验设备 (2) 1-2国内外研究情况 (3) 第二章双闭环调速系统设计理论 (3) 2-1典型Ⅰ型和典型Ⅱ型系统 (3) 2-2系统的静，动态性能指标 (4) 2-3非典型系统的典型化 (6) 2-4转速调节器和电流调节器的设计 (7) 第三章模型参数测定和模型建立 (9) 3-1系统模型参数测定实验步骤和原理 (9) 3-2模型测定实验的计算分析 (11) 3-3系统模型仿真和误差分析 (18) 第四章工程设计方法设计和整定转速，电流反馈调速系统 (22) 4-1 设计整定的思路 (22) 4-2 电流调节器的整定和电流内环的校正，简化 (23) 4-3转速调节器的整定和转速环的校正，简化 (25) 4-4系统的实际运行整定 (27) 4-5 关于ASR和ACR调节器的进一步探讨…………………………………… 33 第五章设计分析和心得总结 (34)
5-1实验中出现的问题 (34) 5-2实验心得体会 (35) 第六章实验原始数据 (38) 6-1建模测定数据 (38) 6-2 系统调试实验数据 (39) 第一章绪论 1-1课题背景，实验目的与实验设备 转速，电流反馈控制的调速系统是一种动静态特性优良的直流调速系统，它的控制规律是建立在经典控制规律的基础上的，用传递函数建立动态数学模型，并从传递函数模型和开环频域特性去总结其控制规律，用跟随和抗扰两个方面的指标去衡量它的动静态性能。转速，电流反馈控制的调速系统是一种串级系统，所以其整定系统参数的方法也借鉴了一般串级系统的差别，但又有不同于一般串级系统的。 本次实验的主要目的是针对一套调速系统（包括电源，电机，励磁回路等）建立模型并整定出带滤波的电流调节器和转速调节器参数，投入运行。实验正值暑期实践及国际交流周，我们将用两周的时间来完成参数测定实验，系统建模，调节器整定和系统投入运行。 本次实验的实验设备包括：
自动控制原理MATLAB仿真实验报告
实验一 MATLAB 及仿真实验（控制系统的时域分析） 一、实验目的 学习利用MATLAB 进行控制系统时域分析，包括典型响应、判断系统稳定性和分析系统的动态特性； 二、预习要点 1、 系统的典型响应有哪些？ 2、 如何判断系统稳定性？ 3、 系统的动态性能指标有哪些？ 三、实验方法 （一） 四种典型响应 1、 阶跃响应： 阶跃响应常用格式： 1、)(sys step ；其中sys 可以为连续系统，也可为离散系统。 2、),(Tn sys step ；表示时间范围0---Tn 。 3、),(T sys step ；表示时间范围向量T 指定。 4、),(T sys step Y =；可详细了解某段时间的输入、输出情况。 2、 脉冲响应： 脉冲函数在数学上的精确定义：0 ,0)(1)(0 ?==?∞ t x f dx x f 其拉氏变换为：) ()()()(1)(s G s f s G s Y s f === 所以脉冲响应即为传函的反拉氏变换。 脉冲响应函数常用格式： ① )(sys impulse ； ② ); ,();,(T sys impulse Tn sys impulse ③ ),(T sys impulse Y = （二） 分析系统稳定性 有以下三种方法： 1、 利用pzmap 绘制连续系统的零极点图； 2、 利用tf2zp 求出系统零极点； 3、 利用roots 求分母多项式的根来确定系统的极点 （三） 系统的动态特性分析 Matlab 提供了求取连续系统的单位阶跃响应函数step 、单位脉冲响应函数impulse 、零输入响应函数initial 以及任意输入下的仿真函数lsim.
各种BP学习算法MATLAB仿真
3.3.2 各种BP学习算法MATLAB仿真 根据上面一节对BP神经网络的MATLAB设计，可以得出下面的通用的MATLAB程序段，由于各种BP学习算法采用了不同的学习函数，所以只需要更改学习函数即可。 MATLAB程序段如下： x=-4:0.01:4; y1=sin((1/2)*pi*x)+sin(pi*x); %trainlm函数可以选择替换 net=newff(minmax(x),[1,15,1],{'tansig','tansig','purelin'},'trainlm'); net.trainparam.epochs=2000; net.trainparam.goal=0.00001; net=train(net,x,y1); y2=sim(net,x); err=y2-y1; res=norm(err); %暂停，按任意键继续 Pause %绘图，原图（蓝色光滑线）和仿真效果图（红色+号点线） plot(x,y1); hold on plot(x,y2,'r+'); 注意：由于各种不确定因素，可能对网络训练有不同程度的影响，产生不同的效果。如图3-8。 标准BP算法（traingd）
图3-8 标准BP算法的训练过程以及结果（原图蓝色线，仿真图+号线）增加动量法(traingdm) 如图3-9。 图3-9 增加动量法的训练过程以及结果（原图蓝色线，仿真图+号线）弹性BP算法（trainrp）如图3-10 图3-10 弹性BP算法的训练过程以及结果（原图蓝色线，仿真图+号线）
动量及自适应学习速率法（traingdx）如图3-11。 图3-11 动量及自适应学习速率法的训练过程以及结果（原图蓝色线，仿真图+号线）共轭梯度法(traincgf)如图3-12。
案例转速电流双闭环直流调速系统
案例转速、电流双闭环直流调速系统 一、概述 现以ZCC1系列晶闸管—电动机直流调速装置（简称ZCC1系列）为例，来阐述晶闸管—电动机直流调速系统分析、调试的一般方法与步骤。该装置的基本性能如下： (1)装置的负荷性质按连续工作制考核。 (2)装置在长期额定负荷下，允许150%额定负荷持续二分钟，200%额定负荷持续10秒钟，其重复周期不少于1小时。 (3)装置在交流进线端的电压为（0.9~1.05）380伏时，保证装置输出端处输出额定电压和额定电流。电网电压下降超过10%范围时输出额定电压同电源电压成正比例下降。 (4)装置在采用转速反馈情况下，调速范围为20∶1，在电动机负载从10%~100%额定电流变化时，转速偏差为最高转速的0.5%（最高转速包括电动机弱磁的转速）。转速反馈元件采用ZYS型永磁直流测速发电机。 (5)装置在采用电动势反馈（电压负反馈、电流正反馈）时，调速范围为10∶1，电流负载从10%~100%变化时，转速偏差小于最高转速的5%（最高转速包括电动机弱磁的转速）。 (6)装置在采用电压反馈情况下，调压范围为20∶1，电流负载从10%~100%变化时，电压偏差小于额定电压的0.5%。 (7)装置给定电源精度，在电源电压下降小于10%以及温度变化小于±10℃时，其精度为1%。 二、系统的组成 1、主电路 ZCC1系列装置主电路采用三相桥式全控整流电路，交流进线电源通过三相整流变压器或者交流进线电抗器接至380V交流电源。为了使电机电枢电流连续并减小电流脉动以改善电动机的发热和换向，在直流侧接有滤波电抗器L。 2、控制系统 ZCC1系列晶闸管直流调速装置的控制系统采用速度（转速）电流双闭环控制系统，其原理方框图如图3-1所示
双闭环控制系统设计
双闭环控制系统设计 课程设计报告 电力拖动自动控制系统课程设计 题目：双闭环控制系统设计学生姓名：董长青专业：电气自动化技术专业班级： Z070303 学号： Z07030330 指导教师：姬宣德 日期：2010年03月10日 随着现代工业的发展，在调速领域中，双闭环控制的理念已经得 到了越来越广泛的认同与应用。相对于单闭环系统中不能随心所欲地 控制电流和转矩的动态过程的弱点。双闭环控制则很好的弥补了他的 这一缺陷。 双闭环控制可实现转速和电流两种负反馈的分别作用，从而获得 良好的静，动态性能。其良好的动态性能主要体现在其抗负载扰动以 及抗电网电压扰动之上。正由于双闭环调速的众多优点，所以在此有 必要对其最优化设计进行深入的探讨和研究。本次课程设计目的就是 旨在对双闭环进行最优化的设计。 Summary With the development of modern industry, in the speed area, the concept of dual-loop control has been increasingly widespread recognition and application. Relative to the single closed-loop system can not arbitrarily control the dynamic
process of current and torque weakness. Double closed-loop control is very good to make up for this shortcoming of his. Double-loop speed and current control can achieve the difference of two negative feedback effect, thus get a good static and dynamic performance. The good dynamic performance mainly reflected in its anti-disturbance and anti-grid load over voltage disturbance. Precisely because of the many advantages of Double Closed Loop, so here it is necessary to optimize the design of its depth discussion and study. This course is designed to designed to optimize the double loop design. 一．课程设计设计说明书4 1.1系统性能指标 1.2整流电路4 1.3触发电路的选择和同步5 1.4双闭环控制电路的工作原理6 二. 设计计算书7 2.1整流装置的计算7 2.1.1变压器副方电压7 2.1.2变压器和晶闸管的容量8 2.1.3平波电抗器的电感量8 2.1.4晶闸管保护电路9 2.2 控制电路的计算10
增量式PID控制算法的MATLAB仿真
增量式PID 控制算法的MATLAB 仿真 PID 控制的原理 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID 控制，又称PID 调节。PID 控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID 控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象,或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID 控制技术。PID 控制，实际中也有PI 和PD 控制。PID 控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 一、 题目：用增量式PID 控制传递函数为G(s)的被控对象 G （s ）=5/(s^2+2s+10), 用增量式PID 控制算法编写仿真程序（输入分别为单位阶跃、正弦信号，采样时间为1ms ，控制器输出限幅：[-5,5],仿真曲线包括系统输出及误差曲线，并加上注释、图例）。程序如下 二、 增量式PID 原理 { U(k)= ?u(k)+ U(k-1) 或 { U(k)= ?u(k)+ U(k-1) 注：U(k)才是PID 控制器的输出 三、 分析过程 1、对G(s)进行离散化即进行Z 变换得到Z 传递函数G(Z)； 2、分子分母除以z 的最高次数即除以z 的最高次得到； )]}2()1(2)([)()]1()({[)(-+--++ --=?n n n T T n T T n n K n U D I P O εεεεεε)] 2()1(2)([)(i )]1()([)(-+--++--=?n n n Kd n K n n K n U P O εεεεεε
双闭环直流调速系统工作原理
双闭环直流调速系统设计 内容摘要 电机自动控制系统广泛应用于各行业，尤其是工业。这些行业中绝大部分生产机械都采用电动机作原动机。有效地控制电.直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。有效地控制电机，提高其运行性能，具有很好的现实意义。本文介绍了基于工程设计对直流调速系统的设计，根据直流调速双闭环控制系统的工作原理以及介绍变频调速技术的发展概况，变频调速技术的发展趋势关键词：双闭环控制系统，转速控制环，系统现状，发展趋势 英文翻译：Electrical automatic control system widely used in various industries, especially in industry. Most of the production machinery used in these industries motor as a prime mover. Effectively control electricity. Dc motor has a good start, braking performance, adaptable to smooth speed regulation in large scale, in many need to speed or fast forward and reverse has been widely used in the area of electric drive. Effectively control motor, improve its operation performance, has the very good practical significance. I ntroduced in this paper, based on the engineering design to the design of dc speed regulating system, the working principle of the double closed loop control system of dc speed regulating and also I ntroduce the development general situation and the development trend Key words: double closed loop control system, speed control loop, th e status quo，the development of trend 一：引言 矿井提升机是煤矿、有色金属矿中的重要运输设备，是“四大运转设备”之一。矿井提升系统具有环节多、控制复杂、运行速度快、惯性质量大、运行特性复杂的特点，且工作状况经常交替转换。 近几年，交流调速飞速发展，逐渐有赶超并代替直流调速的趋势。直流调速理论基础是经典控制理论，而交流调速主要依靠现代控制理论。不过最近研制成功的直流调速器，具有和交流变频器同等性能的高精度、高稳定性、高可靠性、
MATLAB控制系统与仿真设计
MATLAB控制系统与仿真 课 程 设 计 报 告 院（系）：电气与控制工程学院 专业班级：测控技术与仪器1301班 姓名：吴凯 学号：1306070127
指导教师：杨洁昝宏洋 基于MATLAB的PID恒温控制器 本论文以温度控制系统为研究对象设计一个PID控制器。PID控制是迄今为止最通用的控制方法，大多数反馈回路用该方法或其较小的变形来控制。PID控制器（亦称调节器）及其改进型因此成为工业过程控制中最常见的控制器(至今在全世界过程控制中用的84%仍是纯PID调节器，若改进型包含在内则超过90%)。在PID控制器的设计中，参数整定是最为重要的,随着计算机技术的迅速发展，对PID参数的整定大多借助于一些先进的软件，例如目前得到广泛应用的MATLAB仿真系统。本设计就是借助此软件主要运用Relay-feedback法，线上综合法和系统辨识法来研究PID控制器的设计方法，设计一个温控系统的PID控制器，并通过MATLAB中的虚拟示波器观察系统完善后在阶跃信号下的输出波形。 关键词：PID参数整定；PID控制器；MATLAB仿真。 Design of PID Controller based on MATLAB Abstract This paper regards temperature control system as the research object to design a pid controller. Pid control is the most common control method up until now; the great majority feedback loop is controlled by this method or its small deformation. Pid controller (claim regulator also) and its second generation so become the most common controllers in the industry process control (so far, about 84% of the controller being used is the pure pid controller, it’ll exceed 90% if the second generation included). Pid parameter setting is most important in pid controller designing, and with the rapid development of the computer technology, it mostly recurs to some advanced software, for example, mat lab simulation software widely used now. this design is to apply that soft mainly use Relay feedback law and synthetic method on the line to study pid
内点法matlab仿真doc资料
编程方式实现： 1.惩罚函数 function f=fun(x,r) f=x(1,1)^2+x(2,1)^2-r*log(x(1,1)-1); 2.步长的函数 function f=fh(x0,h,s,r) %h为步长 %s为方向 %r为惩罚因子 x1=x0+h*s; f=fun(x1,r); 3. 步长寻优函数 function h=fsearchh(x0,r,s) %利用进退法确定高低高区间，利用黄金分割法进行求解h1=0;%步长的初始点 st=0.001; %步长的步长 h2=h1+st; f1=fh(x0,h1,s,r); f2=fh(x0,h2,s,r); if f1>f2 h3=h2+st; f3=fh(x0,h3,s,r); while f2>f3 h1=h2; h2=h3; h3=h3+st; f2=f3; f3=fh(x0,h3,s,r); end else st=-st; v=h1; h1=h2; h2=v; v=f1; f1=f2; f2=v; h3=h2+st; f3=fh(x0,h3,s,r); while f2>f3 h1=h2; h2=h3; h3=h3+st; f2=f3;
f3=fh(x0,h3,s,r); end end %得到高低高的区间 a=min(h1,h3); b=max(h1,h3); %利用黄金分割点法进行求解 h1=1+0.382*(b-a); h2=1+0.618*(b-a); f1=fh(x0,h1,s,r); f2=fh(x0,h2,s,r); while abs(a-b)>0.0001 if f1>f2 a=h1; h1=h2; f1=f2; h2=a+0.618*(b-a); f2=fh(x0,h2,s,r); else b=h2; h2=h1; f2=f1; h1=a+0.382*(b-a); f1=fh(x0,h1,s,r); end end h=0.5*(a+b); 4. 迭代点的寻优函数 function f=fsearchx(x0,r,epson) x00=x0; m=length(x0); s=zeros(m,1); for i=1:m s(i)=1; h=fsearchh(x0,r,s); x1=x0+h*s; s(i)=0; x0=x1; end while norm(x1-x00)>epson x00=x1; for i=1:m s(i)=1; h=fsearchh(x0,r,s);
转速电流双闭环直流调速系统设计
电力拖动自控系统课程设 计报告 题目转速电流双闭环直流调速系统设 计 学院：电子与电气工程学院 年级专业：2012级电气工程及其自动化（电力传动方向）姓名： 学号： 指导教师： 成绩：
电力拖动自动控制系统综合课程设计 设计任务书 某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据为： 直流电动机：kW 5.7P N =，V 400U N =，A 8.21I N = ,min /r 3000N =n ， W 716.0R a =，电枢回路总电阻Ω=75.1R ，电枢电路总电感mH 60L =,电流允许 过载倍数5.1=λ，折算到电动机轴的飞轮惯量22m N 64.2GD ?=。励磁电流为1.77A 。 晶闸管整流装置放大倍数40K s =，滞后时间常数s 0017.0T s = 电流反馈系数)I 5.1/V 15(A /V 4587.0βN ≈= 电压反馈系数)/V 15(r m in/V 005.0αN n ≈?= 滤波时间常数s 002.0T oi =，s 01.0T on = V 15U U U cm *im *nm ===;调节器输入电阻Ω=K 40R o 。
设计要求：稳态指标：无静差； 动态指标：电流超调量00i 5≤σ；采用转速微分负反馈使转速超调量等于0。 目 录 1 概述 (1) 1.1问题的提出 ............................................................................................................ 1 1.2解决的问题 ............................................................................................................ 1 1.3实现目标要求设计 . (1) 2 主电路计算 (2) 2.1整流变压器的计算 .............................................................................................. 2 2.2晶闸管及其元件保护选择 (2) 3 直流双闭环调速系统设计 (8) 3.1转速和电流双闭环调速系统的组成 .............................................................. 8 3.2系统静态结构图及性能分析 ............................................................................ 9 3.3系统动态结构图及性能分析 .. (10)
直流电机双闭环调速系统设计要点
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ 目录 1 绪论 (1) 1.1课题研究背景 (1) 1.2研究双闭环直流调速系统的目的和意义 (1) 2 直流电机双闭环调速系统 (3) 2.1直流电动机的起动与调速 (3) 2.2直流调速系统的性能指标 (3) 2.2.1静态性能指标 (3) 2.2.2动态的性能指标 (4) 2.3双闭环直流调速系统的组成 (6) 3 双闭环直流调速系统的设计 (8) 3.1电流调节器的设计 (8) 3.2转速调节器的设计 (10) 3.3闭环动态结构框图设计 (12) 3.4设计实例 (12) 3.4.1设计电流调节器 (13) 3.4.2设计转速调节器 (15) 4.Matlab仿真 (17) 4.1仿真结果分析 (19) 5 结论 (20) 参考文献 (21)
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1 绪论 1.1课题研究背景 直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。就目前而言，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式，电机自动控制系统广泛应用于机械，钢铁，矿山，冶金，化工，石油，纺织，军工等行业。这些行业中绝大部分生产机械都采用电动机作原动机。有效地控制电机，提高其运行性能，对国民经济具有十分重要的现实意义。 以上等等需要高性能调速的场合得到广泛的应用。然而传统双闭环直流电动机调速系统多数采用结构比较简单、性能相对稳定的常规PID控制技术，在实际的拖动控制系统中，由于电机本身及拖动负载的参数(如转动惯量)并不像模型那样保持不变，而是在某些具体场合会随工况发生改变；与此同时，电机作为被控对象是非线性的，很多拖动负载含有间隙或弹性等非线性的因素。因此被控制对象的参数发生改变或非线性特性，使得线性的常参数的PID控制器往往顾此失彼，不能使得系统在各种工况下都保持与设计时一致的性能指标，常常使控制系统的鲁棒性较差，尤其对模型参数变化范围大且具的非线性环节较强的系统，常规PID调节器就很难满足精度高、响应快的控制指标，往往不能有效克服模型参数变化范围大及非线性因素的影响。 1.2研究双闭环直流调速系统的目的和意义 双闭环直流调速系统是性能很好，应用最广的直流调速系统。采用该系统可获得优良的静、动态调速特性。此系统的控制规律，性能特点和设计方法是各种交、直流电力拖动自动控制系统的重要基础。 20世纪90年代前的大约50年的时间里，直流电动机几乎是唯一的一种能实现高性能拖动控制的电动机，直流电动机的定子磁场和转子磁场相互独立并且正交，为控制提供了便捷的方式，使得电动机具有优良的起动，制动和调速性能。尽管近年来直流电动机不断受到交流电动机及其它电动机的挑战，但至今直流电动机仍然是大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制首选。因为它具有良好的线性特性，优异的控制性能，高效率等优点。直流调速仍然是目前最可靠，精度最高的调速方法。 通过对转速、电流双闭环直流调速系统的了解，使我们能够更好的掌握调速系统的基本理论及相关内容，在对其各种性能加深了解的同时，能够发现其缺陷之处，通过对该系统不足之处的完善，可提高该系统的性能，使其能够适用于各种工作场合，提高其使用效率。并以此为基础，再对交流调速系统进行研究，最终掌握各种交、直流调速系统的原理，使之能够应用于国民经济各个
双闭环直流调速系统(精)
直流双闭环调速系统设计 1设计任务说明书 某晶闸管供电的转速电流双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路,基本数据为: 直流电动机：V U N 750=,A I N 780=,min 375r n N =,04.0=a R ，电枢电路 总电阻Ｒ=０.1Ω,电枢电路总电感mH L 0.3=,电流允许过载倍数5.1=λ,折算到电动机轴的飞轮惯量2 2 4.11094Nm GD =。 晶闸管整流装置放大倍数75=s K ，滞后时间常数s T s 0017.0= 电流反馈系数?? ? ??≈=N I V A V 5.11201.0β 电压反馈系数?? ? ??=N n V r V 12min 032.0α 滤波时间常数.02.0,002.0s T s T on oi == V U U U cm im nm 12===* *；调节器输入电阻Ω=K R O 40。 设计要求： 稳态指标：无静差 动态指标:电流超调量005≤i σ;空载起动到额定转速时的转速超调量 0010≤n σ。
目录 1设计任务与分析? 2调速系统总体设计...................................................................................................................................... 3直流双闭环调速系统电路设计? 3.1晶闸管-电动机主电路的设计........................................................ 3.1．１主电路设计? 3.1.2主电路参数计算................................................................. 3.2转速、电流调节器的设计? 3.２．１电流调节器.................................................................. 3.2．1.1电流调节器设计? ３．2.1.２电流调节器参数选择........................................................ 3.2．2转速调节器.................................................................... 3．2.2.1转速调节器设计.............................................................. 3.2.2.２转速调节器参数选择.......................................................... 4计算机仿真.................................................................................................................................................. 4.1空载起动? ４.２突加负载........................................................................................................................................ 4．3突减负载 5设计小结与体会? ６参考文献.....................................................................................................................................................