直流電機轉速閉環調速的MATLAB仿真

【摘要】：直流電機擁有良好的轉速可調性，本文采用了雙閉環直流調速系統的設計，詳細介紹系統建模過程，元器件參數設置及建模注意的問題，并對仿真結果進行分析。結果表明在試驗中引入MATLAB/SMULNK仿真是對實際實驗的良好補充。

【關鍵詞】：直流電機 調速系統 雙閉環 MATLAB仿真

1.前言

直流電動機因其性能宜于在廣泛范圍內平滑調速，其調速控制系統歷來在工業控制具有及其重要的地位。直流調速控制系統中最典型一種調速系統就是轉速、電流雙閉環調速系統。在當今社會，仿真技術已經成為分析、研究各種系統尤其是復雜系統的重要工具，為了簡便工程設計和解決設計中可能出現的問題，利用Maflab中Simulink實用工具對直流電動機的雙閉環調速系統進行仿真和系統分析就成為我們今天急需探討的課題。

2.系統原理

轉速電流雙閉環控制的直流調速系統是典型的直流調速系統，特點是電機的轉速和電流分別由兩個獨立的調節器分別控制，且轉速調節器的輸出就是電流調節器的給定，因此電流環能夠隨轉速環偏差調節電機電樞的電流。當轉速低于給定轉速時，轉速調節器的積分作用是輸出增加，即電流給定上升，并通過電流環調節是電機電流增加，從而使電動機獲得加速轉矩，電動機轉速上升。當實際轉速高于給定轉速是，轉速調節器的輸出減小，即電流給定減少，并通過電流環調節使電動機電流下降，電動機將因為電磁轉矩減小而減速。當轉速調節器飽和輸出達到限幅值時，電流環即以最大電流限制實現電動機的加速，使電動機的起動時間最短，在可逆調速系統中實現電動機的快速制動。

3.仿真模型的建立與參數設定

3.1轉速調節器的建模

為加快轉速的調節速度，轉速環按典型II系統設計，并選中頻段寬度。

3.2電流調節器的建模

3.3轉速電流閉環控制系統仿真模型的建立

4.仿真結果分析

執行仿真，觀察電流響應和轉速響應如圖4.

由仿真圖，從靜止狀態加額定電壓，電樞電流大約在0.05s時達到峰值。此時轉速增長緩慢，之后轉速換相當于開環，電樞電流恒定，系統加速度恒定，轉速成線性增長，再經歷調節階段。電樞電流約從0.6s開始下降，在下降到大于負載電流之前，轉速一直增加，直到電樞電流等于負載電流，轉速增加到額定轉速停止增長。

5.結束語

電動機的起動經歷了電流上升、恒流升速和轉速超調后的調節三個階段。電動機起動電流大幅度下降，電流環發揮了調節作用，使最大電流限制在設定的范圍內。修改調節器參數，可以觀察在不同參數調節下雙閉環系統電流和轉速的響應，修改轉速設定，也可以觀察電動機在不同轉速時的工作情況。

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