双闭环直流电机调速系统的 SIMULINK仿真实验
魏小景张晓娇刘姣 （自动化0602班）
摘要：采用工程设计方法对双闭环直流调速系统进行设计，选择调节器结构，进行参数的
计算和校验；给出系统动态结构图，建立起动、抗负载扰动的 分析系统起动的转速和电流的仿真波形 完善 兀善。
Matlab Simulink
仿真模型.
，并进行调试，使双闭环直流调速系统趋于合理与
关键词：双闭环调速系统；调节器;Matlab Simulink 1引言
建模仿真
双闭环直流调速系统是目前直流调速系统中的主流设备， 具有调速范围宽、平稳性好、稳速
精度高等优点，在理论和实践方面都是比较成熟的系统, 用。在拖动领域中发挥着极其重要的作 由于直流电机双闭环调速是各种电机调速系统的基础, 设计主
直流电机双闭环调速系统的工程 要是设计两个调节器。调节器的设计一般包括两个方面 保系统稳定，同时满足所需的稳态精度?第二选择调节器的参数，
以满足动态性能指标。本文
就直流电机调速进行了较系统的研究，
:第一选择调节器的结构，以确
然后进行
从直流电机的基本特性到单闭环调速系统，
双闭环直流电机设计方法研究，最后用实际系统进行工程设计，并采用 行仿真。
Matlab/Sim-ulink进
2. 基本原理和系统建模
为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用
，在系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电
流,二者之间实行串联连接?把转速调节器ASR的输出当作电流调节器 ACR的输入再用电 流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置
GT ,TA为电流传感器,TG为测速发电机?
图1直流电机双闭环调速系统的动态结构图
3. 系统设计
调速系统的基本数据如下 ：晶闸管三相桥式全控整流电路供电的双闭环直流调速系统 参数：直流电动机：
系统
220v,13.6A,1480r/min, Ce =0?131V/(r / min)，允许过载倍数
R =6.58】；时间常数：丁 = 0.018s，
■ =1.5 ；晶闸管装置：Ks =76 ；电枢回路总电阻：
Tm = 0.25s ；反馈系数：〉=0.00337V /(r /mi n) , 一： = 0.4V/A ；反馈滤波时间常数： Toi = 0.005s， Ton = 0.005s。
3. 1 电流调节器的设计 3. 1. 1 计算时间常数
经查表，三相桥式电路的平均失控时间 Ts =0. 0017s，电流环小时间常数 T工i = Ts + Toi = 0. 0067s，电枢回路的电磁时间常数 Tl = 0.018s。 3. 1.2
确定电流调节器结构和参数
I型系统,其传递函数
根据性能指标要求 di <5%，保证稳态无误差。把电流环校正成典型 为:WACR ( s) =Ki ( T is + 1)/ T is
式中Ki , T i分别为电流调节器的比例放大系数和领先时间常数
.其中T i = T1 = 0. 018s ,为
满足的要求 应取K1T工i = 0. 5因此：K1 =0.5/ T工i= 74.63s- 1 ,于是可以求得ACR的比例放 大系数 Ki =K1 T i R/ 3 Ks=0.29故电流调节器的传递函数 WACR (s) =0.29(0.018 s + 1)/0.018s 经过校验，满足晶闸管整流装置传递函数近似条件 ，也满足电流环小时间常数近似处理条件 ， 设计后电流环可以达到的动态指标 d i = 4. 3 % w 5 %满足设计要求。 3. 2 速度调节器的设计 3 .2. 1 计算时间常数
电流环等效时间常数:2 TS i = 0. 0134s
转速环小时间常数：TS n = 2 T S i + Ton = 0. 0318s 3. 2. 2
确定转速调节器结构和参数
.为了实现转速无
在转速调节器设计时，可以把已经设计好的电流环作为转速环的控制对象
静差，提高系统动态抗扰性能，转速调节器必须含有积分环节，又考虑到动态要求，因此把转速 环设计成典型II型系统，其传递函数为：WASR ( s) = Kn( T ns + 1)/ T ns式中Kn，T n分别为转 速调节器的比例放大系数和领先时间常数
.取中频宽h = 5，则ASR的领先时间常数：T n =
2 2
hT S n = 0. 159s，按 Mrmin准则确定参数关系，转速环开环放大系数:KN =(h + 1)/2 h T S n=
118.67S-1 则ASR 的比例放大系数为：Kn =KN T n^ Ce Tm a R=( h + 1) 3 Ce Tm/2 h a RTS n, 则 Kn =11.15
经过校验，满足电流环传递函数等效条件，也能满足转速环小时间常数近似处理条件
，转速超
调量cn = 8. 3 % < 10 %满足设计要求?为保证电流调节器与转速调节器中的运算放大器 工作在线性特性段以及保护调速系统的各个元件、部件与装置不致损坏 速调节器的输出端设置了限幅装置
，在电流调节器与转
，幅值限制为-6?+ 6。
4. Simulink仿真试验及结果分析
4. 1 4. 1. 1
系统起动过程的仿真 构建仿真模型
Simulink为
Simuli nk
Simulink是MAT LAB 的一个用来进行动态系统仿真、建模和分析的软件包， 用户提供了使用系统模型框图进行组态的仿真平台。只需根据所建立的数学模型从 模块库中选取合适的模块组合在一起
，并根据一些具体要求设置好各模块参数即可进行仿
Matlab/Simuli nk动态仿
真.根据图1和上面计算出的相关参数，建立双闭环直流调速系统的 真模型，如图2所示。
图 2双闭环调速系统的模块图
4. 1.2 仿真
运行Simulink仿真模型，输出示波器，得出转速的仿真曲线，如图
3所示。
图3输岀转速n波形图
施加阶跃信号，如图4所示。
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图4添加扰动后的双闭环调速系统的模块图
得双闭环调速系统在负载特变扰动的情况下
，转速环的阶跃扰动响应曲线，如图 5所示。
图 5扰动后的输岀转速n波形图
4.2结果分析：由上诉波形图分析可知，仿真后的转速输出虽然时间相应符合要求但是超调 很大，需要对调节器进行改进。 适当减小转速调节器的比例系数和时间常数牺牲调节时间可 以减小超调，所以取 Kn=7, T n=6.3s得如下的输出波形，如图 6.所示。
图6校正后的输岀转速n波形图
双闭环直流电机调速系统的SIMULINK仿真实验
