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机电控制系统分析与设计大作业之一基于matlab的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真.doc
机电控制系统分析与设计大作业之一基于matlab的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真.doc
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《机电
控制系统
分析与
设计》
课程大
作业一
基于
MATLAB
的直流电机
双闭环调速
系统的设计
与仿真
学院：
专业：
班级：
学号：
姓名：
1.
前言
从七十年代开始，
由于晶闸管直流调速系统的高效、
无噪音和快速响应等优
点而得到广泛应用。
双闭环直流调速系统就是一个典型的系统，
该系统一般含晶
闸管可控整流主电路、
移相控制电路、
转速电流双闭环调速控制电路、
以及缺相
和过流保护电路等．
给定信号为
0
～
10V
直流信号，
可对主电路输出电压进行平滑
调节。
采用双
PI
调节器，
可获得良好的动静态效果。
根据转速、
电流双闭环调速
系统的设计方法，用
MATLAB
做了双闭环直流调速系统仿真综合调试，分析系
统的动态性能，
并进行校正，
得出正确的仿真波形图。
本文还对实际中可能出现
的各种干扰信号进行了仿真，另外本文还介绍了实物验证的一些情况。
关键词
：
MATLAB
直流调速
双闭环
转速调节器
电流调节器
一、
应用现状
带电流截
止负反馈
环节、
采用
PI
调节器的单
闭环调速
系统，
既保证了
电动
机的安全运行，
又具有较好的动、
静态性能。
然而仅靠电流截止环节来限制起动
和升速时的冲击电流，
性能并不令人满意，
为充分利用电动机的过载能力来加快
起动过程，
专门设置一个电流调节器，
从而构成电流、
转速双闭环调速系统，
实
现在最大电枢电流约束下的转速过渡过程最快的
“最优
”
控制。
本节介绍双闭环
调速系统。
二、
设计参数
转速、电流双闭环直流调速系统，采用双极式
H
桥
PWM
方式驱动。
电机参数：
额定功率
200W
；
额定电压
48V
；
额定电流
4A
；
额定转速
500r/min
；
电枢回路总电阻
R=8
Ω；
允许电流过载倍数
λ
=2
；
电势系数
C
e
=0.04V
·
min/r
；
电磁时间常数
T
L
=0.008s
；
机电时间常数
T
m
=0.5
；
电流反馈滤波时间常数
T
oi
=0.2ms
；
转速反馈滤波时间常数
T
on
=1ms
要求转速调节器和电流调节器的最大输入电压
U
*
nm
=U
*
im
=10V
；
两调节器的输出限幅电压为
10V
；
PWM
功率变换器的的开关频率
f=10kHz
；
放大倍数
K=4.8
；
动态参数设计指标：
稳态无静差；
电流超调量
i
�
�
5%
；
空载启动到额定转速时的转速超调量
�
�
25%
；
过渡过程时间
t
s
=0.5s
。
三、
设计计算
1.
稳态参数计算
根据
两
调节
器
都选
用
PI
调
节
器的
结
构
，稳
态
时电
流
和转
速
偏差
均
应为
零
；
两调节器的输出限幅值均选择为
12V
电流反馈系数；
A
V
A
V
I
U
im
/
25
.
1
4
2
10
nom
*
�
�
�
�
�
�
转速反馈系数：
r
V
r
V
n
U
nm
min/
02
.
0
min
/
500
10
max
*
�
�
�
�
�
2.
电流环设计
（
1
）确定时间常数
电流滤
波时间
常数
T
oi
=0.2ms
，按
电流环
小时间
常数
环节的
近似处
理方法
，
则
s
T
T
T
oi
s
i
0003
.
0
0002
.
0
0001
.
0
�
�
�
�
�
�
（
2
）选择电流调节器结构
电流
环
可按
典
型Ⅰ
型
系统
进
行设
计
。
电流
调
节器
选
用
PI
调
节器
，
其传
递
函
数为
s
s
K
s
W
i
i
i
ACR
�
�
1
)
(
�
�
（
3
）选择调节器参数
超前时间常数：
i
�
=T
L
=0.008s
电流环超调量为σ
i
�
5%
，电流环开环增益：应取
5
.
0
�
�
i
I
T
K
，则
I
K
=
i
T
�
5
.
0
=
0003
.
0
5
.
0
=1666.67
于是，电流调节器比例系数为
0.008
8
1666.67
17.78
1.25
4.8
i
i
I
s
R
K
K
K
t
b
´
=
×
=
´
=
´
（
4
）检验近似条件
电流环截止频率
ci
�
=
I
K
=1666. 67
1/s
1
）近似条件
1
：
ci
�
�
s
T
3
1
现在，
s
T
3
1
=
0003
.
0
1
=3333.33>
ci
�
，满足近似条件。
2
）近似条件
2
：
�
ci
�
L
m
T
T
1
3
现在，
L
m
T
T
1
3
=
1
3
0.5
0.008
´
=47.43 <
ci
�
，满足近似条件。
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