单闭环直流调速系统的设计与Matlab仿真(一)

课题：

一、单闭环直流调速系统的设计与

Matlab仿真（一）

作 者： 学 号： 专 业： 班 级： 指导教师：

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摘 要

在对调速性能有较高要求的领域，如果直流电动机开环系统稳态性能不满足要求，可利用速度负反馈提高稳态精度，而采用比例调节器的负反馈调速系统仍是有静差的，为了消除系统的静差，可利用积分调节器代替比例调节器。

通过对单闭环调速系统的组成部分可控电源、由运算放大器组成的调节器、晶闸管触发整流装置、电机模型和测速电机等模块的理论分析，比较原始系统和校正后系统的差别，得出直流电机调速系统的最优模型，然后用此理论去设计一个实际的调速系统。

本设计首先进行总体系统设计，然后确定各个参数，当明确了系统传函之后，再进行稳定性分析，在稳定的基础上，进行整定以达到设计要求。

另外，设计过程中还要以Matlab为工具，以求简明直观而方便快捷的设计过程。

摘 要：Matlab 开环 闭环负反馈 静差 稳定性

V-M系统

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目 录

摘要………………………………………………………………………2

一、设计任务……………………………………………………………4 1、已知条件························································4

2、设计要求……………………………………………………………… 4

二、方案设计……………………………………………………………5 1、系统原理………………………………………………………………5 2、控制结构图……………………………………………………………6 三、参数计算……………………………………………………………7 四、PI调节器的设计 …………………………………………………9 五、系统稳定性分析 ……………………………………………………11 六、小结…………………………………………………………………12 七、参考文献……………………………………………………………13

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一、设计任务

1、已知条件

已知一晶闸管-直流电机单闭环调速系统（V-M系统）的结果如图所示。图中直流电机的参数：Pnom=2.2KW，nnom=1500r/min，Inom=12.5A，Unom=220V，电枢电阻Ra=1欧，V-M系统主回路总电阻R=2.9欧，V-M系统电枢回路总电感L=40mH，拖动系统运动部分飞轮力矩GD2=1.5N.m2，测速发动机为永磁式，ZYS231/110xi型，整流触发装置的放大系数Ks=44，三相桥平均失控时间Ts=0.00167s。

2、设计要求：

（1）生产机械要求调速范围D=15 （2）静差率s≤5%，

（3）若U*n=10V时，n=nnom=1500r/min，校正后相角稳定裕度γ=45o，剪切频率ωc≥35.0rad/s，超调量σ≤30%，调节时间ts≤0.1s

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二、方案设计

1、控制原理

根据设计要求，所设计的系统应为单闭环直流调速系统，选定转速为反馈量，采用变电压调节方式，实现对直流电机的无极平滑调速。 所以，设计如下的原理图：

图1、单闭环直流调速系统原理图

转速用与电动机同轴相连的测速电机产生的正比于转速的电压信号反馈到输入端，再与给定值比较，经放大环节产生控制电压，再通过电力电子变换器来调节电机回路电流，达到控制电机转速的目的。

这里，电压放大环节采用集成电路运算放大器实现，主电路用晶闸管可控整流器调节对电机的电源供给。

所以，更具体的原理图如下：

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