双闭环直流调速系统的课程设计(MATLAB仿真).pdf

双闭环直流调速系统是一种广泛应用于工业控制领域的自动控制系统，其设计目的是为了实现电机速度的精确控制。在MATLAB仿真的环境下，这种系统可以被详细分析和优化。本课程设计的任务是建立一个转速和电流两个闭环的直流调速系统，以满足特定的技术要求。 设计的电机参数如下：额定电压Un为440V，额定电流In为365A，额定转速nN为950r/min，电枢电路总电阻R为0.0825欧姆，电枢总电感L为3.0mH。考虑到过载能力，电流允许过载倍数为1.5，电动机飞轮惯量GD2折算后为20Nm²。整流装置采用三相桥式电路，放大倍数Ks为40，滞后时间常数Ts为0.0017s。电流反馈系数α为0.274V/A，转速反馈系数β为0.0158V min/r。滤波时间常数Toi和Ton分别设定为0.002s和0.01s，调节器输入电阻Ra为40kΩ。 设计要求包括静态和动态性能指标。静态指标要求系统无静差，即在稳态运行时，电机速度应能准确跟踪设定值。动态指标规定电流超调量不超过5%，同时通过引入转速微分负反馈来消除转速超调，确保系统的快速响应和稳定性。 双闭环直流调速系统通常包括速度环和电流环两部分。速度环负责控制电机的转速，电流环则控制电枢电流，以保持电机磁场的稳定。系统动态数学模型包含起动过程分析，其中，起动过程中电流和速度的变化是关键考虑因素。 调节器的设计是整个系统的核心。设计原则需确保系统的稳定性和快速响应性。在此案例中，将比较Ⅰ型系统和Ⅱ型系统的性能，选择更适合的结构。电流调节器的设计包括简化结构框图，计算时间常数，以及确定合适的结构，如比例积分（PI）或比例积分微分（PID）调节器。 电流调节器的设计步骤包括确定结构，计算相关时间常数，以保证电流环的快速响应和抑制电流过冲。同时，需要对转速调节器进行设计，以实现无静差的转速控制。转速微分负反馈的引入有助于减小转速超调，提高系统的动态性能。 MATLAB仿真工具可以帮助我们建立数学模型，并进行实时模拟，观察系统在不同工况下的性能表现。通过调整参数和控制器结构，可以优化系统的性能指标，使其达到设计要求。此外，仿真结果还可以帮助我们理解系统的行为，为实际硬件实现提供指导。 这个课程设计涵盖了双闭环直流调速系统的理论基础、工程设计方法以及MATLAB仿真技术，旨在培养学生的系统分析和设计能力，以及对现代控制理论的实际应用。通过这个项目，学生可以深入理解控制系统的动态行为，掌握电机调速的关键技术和调试技巧。