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1、基于MATLAB的雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)仿真研究摘要：本次的實驗內容介紹了雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的原理及組成，并且分別對電流調節(jié)器和轉速調節(jié)器進行了分析，而且對電流環(huán)和轉速環(huán)模型的建立和參數的設計，運用MATLAB計算機軟件對其進行了仿真研究，并得出實驗結果。關鍵詞：雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng) 電流環(huán) 轉速環(huán) 計算機仿真一、研究要求1、掌握雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的原理及組成2、掌握雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的仿真研究方法二、雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)原理2.1、雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的介紹 許多生產機械，由于加工和運行的要求，使電動機經常處于起動、制 動、反轉的過渡過程中，因此起動和制動過程的時間在很大程度上決定了生產機械的生產效率。

2、。為縮短這一部分時間，僅采用PI調節(jié)器的轉速負反饋單閉環(huán)調速系統(tǒng)，其性能還不很令人滿意。 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)較單閉環(huán)相比具有動態(tài)響應快、抗干擾能力強等優(yōu)點，具有良好的抗擾性能，它對于被反饋環(huán)的前向通道上的一切擾動作用都能有效的加以抑制。具有單閉環(huán)不能比擬的優(yōu)勢2.2、雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的組成為了實現轉速和電流兩種負反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設置了兩個調節(jié)器，分別調節(jié)轉速和電流，二者之間實行串級連接，如1圖所示，即把轉速調節(jié)器的輸出當作電流調節(jié)器的輸入，再用電流調節(jié)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。從閉環(huán)結構上看，電流調節(jié)環(huán)在里面，叫做內環(huán)；轉速環(huán)在外面，叫做外環(huán)。這樣就形成了轉速、電流雙閉環(huán)。

3、調速系統(tǒng)。 該雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的兩個調節(jié)器ASR和ACR一般都采用PI調節(jié)器。因為PI調節(jié)器作為校正裝置既可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，使系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運行時得到無靜差調速，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；作為控制器時又能兼顧快速響應和消除靜差兩方面的要求。一般的調速系統(tǒng)要求以穩(wěn)和準為主，采用PI調節(jié)器便能保證系統(tǒng)獲得良好的靜態(tài)和動態(tài)性能。 圖1 轉速、電流反饋控制直流調速系統(tǒng)原理圖2.3系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)性能指標2.3.1 系統(tǒng)的靜態(tài)性能指標首先，畫出其穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)結構框圖，如圖2所示圖2 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結構圖由于當調節(jié)器飽和時，輸出達到限幅值，輸入量的變化不再影響輸出量，除非有反向的輸入信號使調節(jié)器退出飽和。

4、。即飽和的調節(jié)器暫時隔斷了輸入和輸出之間的聯(lián)系，相當于該調節(jié)環(huán)開環(huán)，當調節(jié)器不飽和時，PI調節(jié)器工作在線性調節(jié)狀態(tài)。為了實現電流的實時控制和快速跟隨，希望電流調節(jié)器不進入飽和狀態(tài)，因此，對于靜特性來說，只有轉速調節(jié)器飽和與不飽和兩種情況2.3.1.1轉速調節(jié)器不飽和這時，兩個調節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時，他們的輸入偏差電壓都是零。Un*=Un=n=n0n=n0，Ui*=Ui=Id由于ASR不飽和，Ui*wc 滿足近似條件(2) 校驗忽略反電動勢對電流環(huán)影響的條件：滿足近似條件(3)小時間常數近似處理條件滿足近似條件3.2.5計算調節(jié)器電阻和電容電流調節(jié)器原理圖如圖5所示圖5 電流調節(jié)器原理圖按所有運。

5、算放大器取，各電阻和電容值計算如下取取取按照上述參數，電流環(huán)可以達到的動態(tài)指標為：，滿足設計要求。3.3 轉速環(huán)的設計在設計轉速環(huán)時，可把已設計好的電流環(huán)看作是轉速調節(jié)系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)。3.3.1確定時間常數(1) 電流環(huán)等效時間常數為。(2) 轉速濾波時間常數根據所用調速發(fā)電機紋波情況，取(3) 轉速環(huán)小時間常數按小時間常數近似處理，取3.3.2、選擇轉速調節(jié)器結構由于設計要求無靜差，轉速調節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)；又根據動態(tài)要求，應按典型型系統(tǒng)設計轉速環(huán)。故選用調節(jié)器，其傳遞函數為3.3.3、選擇轉速調節(jié)器參數按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取,則的超前時間常數為轉速環(huán)開環(huán)增益于是，的比例系數為。

6、3.3.4、效驗近似條件轉速環(huán)截止頻率為(1) 電流環(huán)傳遞函數簡化條件： =s=63.7 swcn 滿足簡化條件。(2) 小時間常數近似處理條件： = s=38.7 s wcn 滿足近似條件。3.3.5、計算調節(jié)器電阻和電容轉速調節(jié)器原理圖如下圖6：圖6 轉速調節(jié)器原理圖取，則， 取，取， 取3.3.6、校核轉速超調量當h=5時，n=37.6%,不能滿足設計要求。實際上，以上我們是按照線性系統(tǒng)計算而得，當加階躍時，ASR飽和，不符合線性系統(tǒng)的前提，則需按ASR退飽和情況重新計算。當按ASR退飽和情況重新計算時：n=281.2%1.58.31%10%能滿足設計要求。四、Simulink仿真實驗4。

7、.1電流環(huán)的仿真電流環(huán)的仿真模型如圖7圖7電流環(huán)的仿真模型(1) 當參數關系是KT=0.5時，電流環(huán)的仿真結果如圖8所示：圖8電流環(huán)的仿真結果分析：從圖中可以曲線看出，其階躍響應的仿真曲線有很小的超調量，接著曲線呈略微的下降趨勢，最終趨于穩(wěn)定，且穩(wěn)定值略低于200A。(2)當參數關系是KT=0.25時，按I型系統(tǒng)的設計方法得到PI調節(jié)器的傳遞函數為0.5067+ ,電流環(huán)的階躍的仿真結果如圖9所示。圖9無超調的仿真結果分析：從圖中可以曲線看出，其階躍響應的仿真曲線無超調，但上升時間較上幅圖的結果有變長，其穩(wěn)定值也略低于200A。(3) 當參數關系是KT=1.0時，得到PI調節(jié)器的傳遞函數為2.。

8、027+ ，電流環(huán)的階躍的仿真結果如圖10所示。圖10轉速環(huán)的抗擾波形圖分析：從圖中可以曲線看出，其階躍響應的仿真曲線超調量很大，較上述的結果而言上升時間變短，且其穩(wěn)定值也略低于200A。三種情況分析小結：觀察三條仿真曲線，在直流電動機的恒流升速階段，電流值低于N,其原因是電流調節(jié)系統(tǒng)受到電動機反電動勢的擾動，其是一個線性漸增的擾動量，所以系統(tǒng)做不到無靜差，而是Id略低于Idm。4.2、轉速環(huán)的系統(tǒng)仿真PI參數采用上述轉速環(huán)的設計結果，其傳遞函數為 11.7+ 。轉速環(huán)的仿真模型如圖11所示圖11 轉速環(huán)的仿真模型(1) 將階躍值設置為10，得到啟動時的轉速與電流響應曲線如圖12所示，ASR調。

9、節(jié)器經過了不飽和，飽和，退飽和三個階段，最終穩(wěn)定運行于給定轉速。圖12轉速環(huán)空載高速起動波形圖分析：從圖中得到啟動時的轉速與電流響應曲線，轉速的響應看出啟動轉速上訴，最終達穩(wěn)定與給定轉速，而電流的響應曲線呈上升，不變，下降三種趨勢，即對應著，ASR調節(jié)器經過了不飽和，飽和，退飽和三個階段。(2)將負載電流設置為136，滿載啟動，響應曲線如圖13所示，啟動時間延長，退飽和超調量減少。圖13轉速環(huán)滿載高速起動波形圖分析：從圖中可以看出當滿載啟動時，轉速曲線的上升階段時間較上幅圖而言時間延長，即，啟動時間延長。而電流響應曲線在退飽和時超調量有所減少。(3)轉速環(huán)抗擾過程仿真結果響應曲線，如圖14所示。

10、圖14轉速環(huán)的抗擾波形圖分析：圖中曲線是在空載運行過程中受到了額定電流擾動時轉速和電流仿真結果響應曲線，可以看到其受到擾動后，又迅速趨于穩(wěn)定，即可以看出其抗擾性能強。，五、研究內容總結及體會在運動控制課程中，我們已經學習了雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)，了解了雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的基本組成以及其靜態(tài)、動態(tài)特性；，系統(tǒng)中設置了兩個調節(jié)器，分別調節(jié)轉速和電流，二者之間實行串級連接，實現轉速和電流兩種負反饋分別起作用，把轉速調節(jié)器的輸出當作電流調節(jié)器的輸入，再用電流調節(jié)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。從結構上看，電流調節(jié)環(huán)在里面，叫做內環(huán)；轉速環(huán)在外面，叫做外環(huán)，形成轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)。而且相對于單閉。

11、環(huán)來說雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)具有動態(tài)響應快、抗干擾能力強等優(yōu)點，具有良好的抗擾性能，并且它對于被反饋環(huán)的前向通道上的一切擾動作用都能有效的加以抑制。另外，基本掌握了ASR、ACR(速度、電流調節(jié)器)為了滿足系統(tǒng)的動態(tài)、靜態(tài)指標在結構上的選取，包括其參數的計算。 另一方面，在控制系統(tǒng)仿真課實驗上，我們學習了有關MATLAB軟件仿真的知識和方法，通過本次實驗，我們掌握了雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的仿真研究方法，這不僅加深了我們對專業(yè)課上所學內容的理解，而且，也使得我們可以更加熟練的運用計算機仿真這個工具，這對于我們日后的工作和學習都會有很大的幫助，我覺得收獲很大。五、參考文獻控制系統(tǒng)仿真 鄭恩讓 聶詩良 中國林業(yè)出版社運動控制系統(tǒng) 阮 毅 陳伯時 機械工業(yè)出版社。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的直流双闭环调速系统的计算机仿真,基于MATLAB的双闭环直流调速系统仿真研究的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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