哈工大——基于matlab的直流电机双闭环调速系统的设计与仿真

1、一、设计参数设一转速、电流双闭环直流调速系统，采用双极式H桥PWM方式驱动，已知电动机参数为：额定功率200W；额定转速48V；额定电流4A；额定转速=500r/min；电枢回路总电阻W；允许电流过载倍数l=2；电势系数0.04Vmin/r；电磁时间常数0.008s；机电时间常数0.5；电流反馈滤波时间常数0.2ms；转速反馈滤波时间常数1ms；要求转速调节器和电流调节器的最大输入电压10V；两调节器的输出限幅电压为10V；PWM功率变换器的开关频率10kHz；放大倍数4.8。试对该系统进行动态参数设计，设计指标：稳态无静差；电流超调量5%；空载起动到额定转速时的转速超调量s £ 2

2、5%；过渡过程时间0.5 s。二、设计过程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10V电流反馈系数；转速反馈系数： 2、电流环设计1) 确定时间常数电流滤波时间常数，按电流环小时间常数环节的近似处理方法，则2）选择电流调节器结构电流环可按典型型系统进行设计。电流调节器选用PI调节器，其传递函数为3）选择调节器参数超前时间常数：=T=0.008s电流环超调量为，电流环开环增益：取，则于是，电流调节器比例系数为4）检验近似条件 电流环截止频率（1）近似条件1： 现在，满足近似条件。（2）近似条件2： 现在=47.43 <

3、，满足近似条件。（3）近似条件3： 现在=2357.02>，满足近似条件。5）MATLAB仿真(1) 电流环给定阶跃响应的MATLAB仿真 经过小参数环节合并的电流环动态结构图如下： 输入a1,b1,c1,d1=linmod('001');step(a1,b1,c1,d1);grid on 后经过小参数环节合并的电流环单位阶跃响应曲线 输入a1,b1,c1,d1=linmod('lu002');margin(a1,b1,c1,d1);grid on 后经过小参数环节合并的电流环开环频率特性曲线未经过小参数环节合并的电流环动态结构图如下：未经过小参数环节合并

4、的电流环单位阶跃响应曲线未经过小参数环节合并的电流环开环频率特性曲线3、转速环设计1）确定时间常数 电流环的等效时间常数：2=0.0006s 转速滤波时间常数：T=1ms=0.001， 转速环小时间常数近似处理：=2+ T=0.0006+0.001=0.0016s2）选择转速调节器结构 由转速稳态无静差要求，转速调节器中必须包含积分环节；又根据动态要求，应该按典型型系统校正转速环，因此转速调节器应该选择PI调节器，其传递函数为3）选择调节器参数要求空载起动到额定转速时的转速超调量s £ 25%，取h=10，则转速调节器的超前时间常数为=h·T=100.0016=0.016s

5、转速环开环增益=21484.4 1/于是，转速调节器比例系数为=53.714）校验近似条件转速环的开环截止频率为=·=21484.40.016=343.75 1/s(1) 近似条件1： 现在=666. 67>，满足近似条件。(2) 近似条件2：现在，=430.33 >，满足近似条件。（5）MATLAB仿真1) 经过小参数环节合并的转速环动态结构图如下：经过小参数环节合并的转速环单位阶跃响应经过小参数环节合并的转速环开环频率特性曲线2）经过小参数环节合并的转速环动态结构图如下：未经过小参数环节合并的转速环单位阶跃响应曲线未经过小参数环节合并的转速环开环频率特性曲线3）转速电

6、流双闭环直流调速系统Simulink仿真动态结构图如下：转速电流双闭环直流调速系统开环频率特性曲线阶跃信号输入转速输出过度过程曲线由上述曲线可知，转速和电流超调量都满足指标要求。阶跃信号输入电流输出过渡过程曲线阶跃信号输入转速调节器输出过渡过程曲线阶跃信号输入电流调节器输出过渡过程曲线仿真结果分析：根据设计结果的模拟仿真，可以得到设计的调节系统稳态时转速无误差。可以看出：作为内环的调节器，在外环转速的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出量）变化。双闭环系统中，由于增设了电流内环，电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节，不必等它影响到转速以后才能反馈回来，抗扰性能大有改善。在转速动态过程中，保