直流电机双闭环调速系统
摘 要:采用工程设计方法对双闭环直流调速系统进行辅助设计，选择调节器结构，进行参数计算和近似校验．并建立起制动、抗电网电压扰动和抗负载扰动的Matlab／Simulink仿真模型．分析转速和电流的仿真波形，并进行调试，使双闭环直流调速系统趋于完善、合理．
关键词:调节器 双闭环直流调速系统 Matlab／Simulink仿真
Abstract:According to engineering design method a double closed- loop DC motor control system was designed, a modulator structure was selected and computed, and its parameter was corrected. Then the Matlab model of double closed - loop DC motor control system was built. The speed and current waveform were analyzed carefully. By trying a great deal of simulation,
the DC motor control system was made better and more reasonable.
Key words:Regulator; double closed- loop DC motor control
system; Matlab/Simulink
目 录
第一部分 直流调速系统的设计
第1章 绪论……………………………………………………………………………………..1
1.1 任务背景…………………………………………………………………………….1
1.2 直流电机双环系统介绍…………………………………………………………….1
第2章 直流调速系统的方案选择……………………………………………………………..3
2.1 直流电动机的选择…………………………………………………………………...3
2.2 电动机供电方案的选择……………………………………………………………...3
2.3 系统结构的选择…………………………………………………………………….3
2.4 确定直流调压系统的总体结构框图………………………………………………...4
第3章 主电路计算……………………………………………………………………………..5
3.1 晶闸管整流电路…………………………………………………………………….5
3.2 整流变压器的计算………………………………………………………………….6
3.3 晶闸管元件的选择………………………………………………………………….6
3.4 平波电抗器的选择计算………………………………………………………………8
3.5 励磁电路元件的选择…………………………………………………………………9
第4章 触发电路的选择与原理图…………………………………………………………….10
4.1 触发电路的选择……………………………………………………………………..10
4.2 触发电路的原理图…………………………………………………………………..10
第5章 控制电路的设计与计算……………………………………………………………….11
5.1电流截止反馈环节的选择………………………………………...............................11
5.2 调速系统静态精度的计算…………………………………………………………..11
5.3 给定环节的选择……………………………………………………………………..12
5.4 控制电路的支流电源的选择………………………………………………………..12
5.5 继电器-接触器控制电路的设计…………………………………………................12
第6章 双闭环直流调速系统的动态设计…………………………………………………….14
6.1 电流调节器的设计…………………………………………………………………..15
6.2 转速调节器的设计…………………………………………………………………..16
第7章 直流调速系统的原理图……………………………………………………………….19
第8章 直流调速系统MATLAB仿真……………………………………………………………20
8.1 系统的建模与参数设置………………………………………………………………20
8.2 系统仿真结果的输出及结果分析……………………………………………………21
第二部分 矢量控制系统建模与仿真
第1章 矢量系统的数学模型及构成…………………………………………………………..22
1.1矢量控制的理论基础……………………………………………………………….....22
1.2控制系统结构………………………………………………………………………….24
第2章 矢量系统的仿真………………………………………………………………………..25
2.1 MATLAB仿真模型的建立………………………………………………………… …..25
2.2 矢量系统 Matlab 仿真……………………………………………………………….25
致谢………………………………………………………………………………………………27
参考文献…………………………………………………………………………………………27 13
直流调速系统的设计
第1章 绪论
1.1任务背景
自7O年代以来，国内外在电气传动领域内，大量地采用了“晶闸管直流电动机调速”技术(简称KZ—D调速系统)。尽管当今功率半导体变流技术已有了突飞猛进的发展，但在工业生产中KZ—D系统的应用量还是占有相当的比重 。在工程设计与理论学习过程中，会接触到大量关于调速控制系统的分析、综合与设计问题。传统的研究方法主要有解析法，实验法与仿真实验，其中前两种方法在具有各自优点的同时也存在着不同的局限性。
以计算机作为工具的计算和仿真技术能为各种不同的控制系统提供一种方便，灵活多变的“活的数学模型”，在这个“活的数学模型”上进行实验研究，不仅省钱，而且安全，周期短、见效快.鉴于上述优点，我们需要开发和研究既能够进行直流双闭环的系统设计，又能将设计结果进行系统仿真的软件，以方便工程设计和理论学习。
1.2直流双闭环系统介绍
直流电机双闭环（电流环、转速环）调速系统是一种当前应用广泛，经济，适用的电力传动系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强优点。我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。但如果对系统的动态性能要求较高，例如要求起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足要求。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩。在单闭环系统中，只有电流截至负反馈环节是专门用来控制电流的。但它只是在超过临界电流值以后，*强烈的负反馈作用限制电流得冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。在实际工作中,我们希望在电机最大电流受限的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过度过程中始终保持电流（转矩）为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。这是在最大电流（转矩）首相的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程。
实际上，由于主电路电感的作用，电流不能突跳，为了实现在允许条件下最快启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值得恒流过程，按照反馈控制规律，电流负反馈就能得到近似的恒流过程。问题是希望在启动过程中只有电流负反馈，而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器的输入端，到达稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不在*电流负反馈发挥主作用，因此我们采用双闭环调速系统。这样就能做到既存在转速和电流两种负反馈作用又能使它们作用不同的阶段。
在设计过程中，为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，需要设置两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级连接，即把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置从闭环结构上看，电流调节环在里面，叫内环；转速环在外面，叫外环。这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。
第2章 直流调速系统的方案选择
2.1直流电动机的选择
本次设计选用的电动机型号Z2-31型，额定功率4.2KW，额定电压230V，额定
电流18.25A,额定转速1450r/min， , ,P级对数为为1。若图片无法显示请联系QQ3710167
2.2电动机供电方案的选择
单相整流电路虽元件小，线路简单，维修方便对触发电路要求也低，但它职能用于小功率的电路，而且电压波动大，易能使电网不平衡，按规定，4KW以下的可用单相，而4KW以上的要用三相整流电路。
虽然三相半波也是元件少，易调整等优点，但其致命弱点是电压脉动系数大，变压器利用率低。故采用三相桥式。
半控桥使用可控硅少，触发电路也简单但其有自然续流和可能出现“失控”现象。因此系统的要求精度选择全控桥。
由上可知，选择三相全控整流方式。
电动机额定电压为230V，为保证供电质量，应采用三相减压变电器将电源电压降低，为避免三次谐波电动势的不良影响，三次谐波对电源干扰主变压器采用D/Y联结。
因调速精度要求高，为获得良好的静、动态性能，故选用转速电流双闭环调速系统，且两个调节器采用PI调节器，电流反馈进行限流保护，出现故障电流时由过流继电器切断这电路电源。
为使线路简单、工作可靠、装置体积小，宜选用KJ004及KJ041组成的六脉冲集成触发电路。
该系统采用减压调速方案，故励磁应该保持恒定，励磁绕组采用三相不控桥式整流电路供电，电源可从主变压器二次侧引入，为保证先加励磁后加电枢电压，主接触器主触点应该在励磁绕组通电后方可闭合，同时设有弱励磁保护环节。
2.3系统的结构选择
若采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统虽然可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差，不过当对系统的动态性能要求较高，例如要求快速起制动，突加负载动态速降小等等，单闭环系统难以满足要求，因为在单闭环系
直流电机双闭环调速系统
统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩，在单闭环调速系统中，只有电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只是在超过临界电流值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想地控制电流的动态波形，当电流从最大值降低下来以后，电机转矩也随之减少，因而加速过程必然拖长。
若采用双闭环调速系统，则可以近似在电机最大电流（转矩）受限的条件下，充分利用电机的允许过载能力，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动，到达稳态转速后，又可以让电流迅速降低下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行，此时起动电流近似呈方形波，而转速近似是线性增长的，这是在最大电流（转矩）受到限制的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程。采用转速电流双闭环调速系统，在系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级联接，这样就可以实现在起动过程中只有电流负反馈，而它和转速负反馈不同时加到一个调节器的输入端，到达稳态转速后，只靠转速负反馈，不靠电流负反馈发挥主要的作用，这样就能够获得良好的静、动态性能。所以选用转速电流双闭环系统结构。
2.4确定直流调压系统的总体结构框图
若图片无法显示请联系QQ3710167
图2-1直流调速系统结构图
第3章 主电路计算
3.1晶闸管整流电路
如图3-1所示
若图片无法显示请联系QQ3710167
图3-1 晶闸管整流电路
3.2整流变压器的计算
3.2.1 U2的计算
U2=(1~2)Ud/(AεB)
A：理想情况下，α=0º时整流电压Ud0与二次电压U2之比，即A=Ud0/U2。
B：延迟角为α时，输出电压Ud与Ud0之比。即B=Ud/Ud0。
ε：电网波动系数。通常取ε=0.9。
查资料得：A=2.34,ε=0.9,取α=10º，B=cosα=0.985,
U2=(1~2)230v/(2.34×0.9×0.985)=111~133,
取U2=120v,
电压比K=U1/U2=398/120=3.32。
3.2.2 一次和二次相电流I1和I2的计算。
查资料得：Ki1=0.816,Ki2=0.816,
I1=1.05Ki1Id/K=(1.05×0.816×18.25)/3.32=4.7A
I2=Ki2Id=0.816×18.25=14.9A
3.2.3变压器的容量计算。
S1=3U1I1=(3×398×4.7)kvA=5.6kvA,
S2=3U2I2=(3×120×14.9)kvA=5.4kvA,
S=1/2(S1+S2)=1/2(5.6+5.4)kvA=5.5kvA,
考虑励磁功率PL=(230×1.045)w=0.24kw,
取S1=5.6kvA,S2=5.4kvA,S=5.5kvA,I1=5A,I2=15A。
3.3晶闸管元件的选择
3.3.1 晶闸管的额定电压
Utn=(2~3)Um若图片无法显示请联系QQ3710167
=
=
=588~882V
取Utn=700V。
3.3.2 晶闸管的额定电流
查资料得：K=0.367,
It(av)=(1.5~2)KIdb=(1.5×2)×0.367×1.2×18.25A
=12.1~16.07A,
取It(av)=20A,
故选Kp(3G)20晶闸管元件。
3.3.3晶闸管保护环节的计算
（1）交流侧过电压保护。
1）阻容保护。若图片无法显示请联系QQ3710167
耐压 1.5Um
若图片无法显示请联系QQ3710167。
选CZJD-2型金属化纸介电容器，电容量20uF,耐压250V。
取 。若图片无法显示请联系QQ3710167
可选4.3w,8w金属膜电阻。
2）压敏电阻Rv1的选择。
取230V,电流量取5kA,故选用MY-220/5的压敏电阻作交流侧浪涌过电压保护。
（2）直流侧过电压保护。若图片无法显示请联系QQ3710167
选MY-450/3作直流侧过电压保护。
（3）晶闸管两端的过电压保护。
查资料得：C2=0.15uF,R2=8
电容耐压
选CZJD-2型金属化纸介电容量，电容量0.22uF, 耐压400V。
若图片无法显示请联系QQ3710167取R2=43 ,1w金属膜电阻。
（4）过电流保护。
1）快速熔断器的选择。
接有电抗器的三相全控桥电路，通过晶闸管电流有效值
故选用RCS-20的熔断器，熔断电流为20A。
2）过电流继电器的选择。
负载电流18.25A，选用吸引线圈电流为20A的JL14-11ZS型平动复位直流过电流继电器，整定电流可取1.25×18.25A=23A。
3.4 平波电抗器的选择与计算
（1）用于限制输出电流脉动的临界电感Lm/mH。若图片无法显示请联系QQ3710167(2)用于保证输出电流连续的临界电感L1/mH。
Imin=0.05Id=0.05×18.25A=0.91A,若图片无法显示请联系QQ3710167
(3)直流电动机的漏电感La/mH.Kd=8~12,取10。
（4）折合到整流变压器二次侧的每相漏电感Lb/mH。Uk%=5%
直流电机双闭环调速系统
(5) 实际应串入的平波电抗器电感Lk/mH。
若图片无法显示请联系QQ3710167
=91.38mH-22.67mH-2×1.28mH
=66.15mH
（6）电枢回路总电感 。
=91.38mH
3.5 励磁电路元件的选择
整流二极管耐压与主电路晶闸管相同，故取700 V。额定电流可由资料查得K=0.367,则
可选用ZP型3A,700V的二极管。
RPex为与电动机配套的磁场变阻器，用来调节励磁电流。
为实现弱磁保护，在磁场回路中串入了欠电流继电器KA2,动作电流通过RP1调整。根据额定励磁电流Iex=1.6A,可选用吸引线圈电流为2.5A的JL14-11ZQ直流欠电流继电器。
第4章 触发电路的选择与原理图
4.1触发电路的选择
由于可控硅整流电路对触发电路要求与主电路同步，并能平稳移相，脉冲前沿陡，有足够的幅度和一定的脉宽，线性度要好，以及抗干扰能力强。单结晶闸管触发电路简单，可靠，调整方便。但移相范围只有150度，功率低，而且不易同步。所以本设计中选用了参数一致较好的大规模集成块电路KCZ集成六脉冲组件触发器。
4.2触发电路的原理图
若图片无法显示请联系QQ3710167
第5章 控制电路的设计与计算
5.1电流截止反馈环节的选择
选用LEM模块LA100-NP电流传感器作为电流检测元件，其参数为：额定电流为100A,匝数比为1/1000，额定输出电流为100mA,测量电阻Rm=30~50 ，取Rm为47 、1W的绕线电位器。
5.2调速静态精度的计算
（1）电动机和测速发电机电动势常数计算
电动机电动势常数
测速发电机电动势常数
若图片无法显示请联系QQ3710167
（2）整流装置的内阻Ri
查资料得：K取1.2，则
（3）要求调速系统的静态速降
（4）求闭环系统的开环放大倍数K若图片无法显示请联系QQ3710167
（5）触发器与整流装置的放大倍数的估算
在触发器选用 电源情况下，锯齿波同步电压最大值应小于15V，这里仍按最大移相控制电压为15V计算，则有若图片无法显示请联系QQ3710167
（6）计算转速反馈系数
由于Ugd取15V,Ufn约12V左右，而Etg=20V,故αtg=0.6。
（7）计算放大器的放大倍数
因Kp较大，故选用放大倍数可调的放大器，采用F007运算放大器，如图5.1所示。
若图片无法显示请联系QQ3710167
图5.1
5.3给定环节的选择
由于放大器输入电压和输出电压极性相反，而触发器的移相控制电压Uc又为正电压，故给定电压Ugd就得取负电压，而一切反馈均取正电压，可参看图中电压极性。为此给定电压与触发器共用一个—15V电源，用一个 、1w电位器引出给定电压。
5.4控制电路的直流电源选择
这里选用CM7815和CM7915三端集成稳压器作为控制电路电源。
5.5继电器-接触器控制电路的设计
为使电路工作更可靠，总电源由自动开关引入，由于变压器一次电流I1=4.9A,
直流电机双闭环调速系统
故选DZ5-50型三极自动断路器，脱扣器的额定电流为30A的三极自动断路器即可满足要求。
用交流接触器控制主电路通断，由于I2=14.9A,故选CJ10-60、线圈电压为220V的交流接触器。
可选用吸引线圈电流为60A的JL14-11ZS型直流过电流继电器作为过电流保护，吸引电流可在7/10至3倍范围内调节。
在励磁回路中，串联吸引线圈电流为2.5 A的JL14-11ZQ直流欠电流继电器，吸引电流可在3/10至65/100范围内调节，释放电流在1/10至2/10范围内调节
第6章 双闭环直流调速系统的动态设计
6.1电流调节器的设计
1.确定时间常数
1)整流装置滞后时间常数Ts.
三相桥式电路的平均失控时间Ts=0.0017s。
2)时间滤波时间常数Toi。
三相桥式电路每个波头的时间是3.3ms,为了基本滤平波头，应有
（1～2）Toi=3.33ms,因此取Toi=2ms＝0.02s
3)电流还小时间常数之和 .
按小时间常数近似处理，取
2.选择电流调节器结构
电动机的电动势系数
若图片无法显示请联系QQ3710167
根据上面选择，整流变压器的二次电压为 =120V，则电枢回路总电感量为
若图片无法显示请联系QQ3710167
取L=0.046H。
计算系统中各环节的时间常数：
电磁时间常数
机电时间常数
若图片无法显示请联系QQ3710167
电流反馈系数 若图片无法显示请联系QQ3710167
根据设计要求σi％≤5%，并保证稳态电流无差，可按典型Ⅰ型系统设计电流调节器。电流环控制对象是双惯性型的，因此可用PI型调节器，其传递函数是
检查对电源电压的抗扰性能： ，参照典型Ⅰ型系统动态抗扰性能，各项指标都是可以接受的。
3．计算电流调节器参数
电流调节器超前时间常数： 。
电流环开环增益：要求 时，按表2-2，应取 ，因此
若图片无法显示请联系QQ3710167
于是，ACR的比例系数是
4．效验近似条件
电流环截止频率：
①晶闸管整流装置传递函数的近似条件
满足近似条件。
②忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件若图片无法显示请联系QQ3710167
满足近似条件。
③电流环小时间常数近似处理条件
满足近似条件。
5．计算调节器电阻和电容
若图片无法显示请联系QQ3710167
图6.1
由电流调节器的原理图如图6.1所示，按所有运算发大器取 ，各电阻和电容值为
，取
，取 若图片无法显示请联系QQ3710167
，取
按照上面参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标为 =4.3%<5%,满足设计要求。
6.2转速调节器的设计
1．确定时间常数若图片无法显示请联系QQ3710167
①电流环等效时间常数 ，已取 ，则
②转速滤波时间常数 。
根据所用测速发电机纹波情况，取 =0.01s。
③转速环小时间常数 。
按小时间常数近似处理，取
若图片无法显示请联系QQ3710167
直流电机双闭环调速系统
2．选择转速调节器结构
按照设计要求，选用PI调节器，其传递函数 。
3．计算转速调节器参数
按跟随和抗扰性能都较好的原则，取h=5，则ASR的超前时间常数为
由式 可求得转速环开环增益
于是得ASR的比例系数为
4．检验近似条件
转速环截止频率为
①电流环传递函数简化条件为
，满足简化条件。
②转速环小时间常数近似处理条件为
，满足近似条件。
5．计算调节器电阻和电容
根据图6.2，取 =40 ，则
若图片无法显示请联系QQ3710167，取1184 ；
若图片无法显示请联系QQ3710167，取0.01 ；
，取1 。
若图片无法显示请联系QQ3710167
图6.2
6．校核转速超调量
当h=5时，查表1-2得， =37.5%，不能满足设计要求。实际上，由于表1-2是按线性系统计算的，而突加阶跃给定时，ASR饱和，不符合线性系统的前提，应该按ASR退饱和的情况重新计算超调量。
h
3
4
5
6
7
8
9
10
52.6%
43.6%
37.6%
33.2%
29.8%
27.2%
25.0%
23.3%
2.40
2.65
2.85
3.0
3.1
3.2
3.3
3.35
12.15
11.65
9.55
10.45
11.30
12.25
13.25
14.20
k
3
2
2
1
1
1
1
1
表1-2典型Ⅱ型系统阶跃输入跟随性能指标
第7章 直流调速系统的原理图
若图片无法显示请联系QQ3710167
第8章直流调速系统MATLAB仿真
本次系统仿真采用目前比较流行的控制系统仿真软件MATLAB，使用MATLAB对控制系统进行计算机仿真的主要方法有两种，一是以控制系统的传递函数为基础，使用MATLAB的Simulink工具箱对其进行计算机仿真研究。另外一种是面向控制系统电气原理结构图，使用Power System工具箱进行调速系统仿真的新方法。本次系统仿真采用后一种方法。
8.1 系统的建模与参数设置
转速、电流双闭环直流调速系统的主电路模型主要由交流电源、同步脉冲触发器、晶闸管直流桥、平波电抗器、直流电动机等部分组成。采用面向电气原理结构图方法构成的双闭环系统仿真模型如图7-1所示。
若图片无法显示请联系QQ3710167
图8-1 转速、电流双闭环直流调速系统的仿真模型
转速、电流双闭环系统的控制电路包括：给定环节、ASR、ACR、限幅器、偏置电路、反相器、电流反馈环、速度反馈环等，因为在本次设计中单片机代替了控制电路绝大多数的器件，所以在此直接给出各部分的参数，各部分参数设置参考前几章各部分的参数。本系统选择的仿真算法为ode23tb，仿真Start time设为0，Stop time设为2.5。
8.2 系统仿真结果的输出及结果分析
当建模和参数设置完成后，即可开始进行仿真。图7-2是双闭环直流调速系统的电流和转速曲线。从仿真结果可以看出，它非常接近于理论分析的波形。下面分析一下仿真的结果。
若图片无法显示请联系QQ3710167
图8.2双闭环直流调速系统的电流和转速曲线
启动过程的第一阶段是电流上升阶段，突加给定电压，ASR的输入很大，其输出很快达到限幅值，电流也很快上升，接近其最大值。第二阶段，ASR饱和，转速环相当于开环状态，系统表现为恒值电流给定作用下的电流调节系统，电流基本上保持不变，拖动系统恒加速，转速线形增长。第三阶段，当转速达到给定值后。转速调节器的给定与反馈电压平衡，输入偏差为零，但是由于积分作用，其输出还很大，所以出现超调。转速超调后，ASR输入端出现负偏差电压，使它退出饱和状态，进入线性调节阶段，使转速保持恒定，实际仿真结果基本上反映了这一点。由于在本系统中，单片机系统代替了控制电路的绝大多数控制器件，所以各项数据处理和调整都是在单片机内完成的，控制效果要好于本次的仿真结果。
直流电机双闭环调速系统
第二部分 矢量控制系统建模与仿真
第1章 矢量系统的数学模型及构成
矢量控制系统就是通过坐标的变换实现的控制系统。矢量控制系统的原理结构如图1-1所示，图中给定和反馈信号经过类似于直流调速系统所用的控制器，产生励磁电流的给定信号 和电枢电流的给定信号 ，经过反旋转变换 得到 和 ，经过2/3变换得到 、 和 。把这三个电流控制信号和由控制器得到的频率信号 加到电流控制的变频器上，即可输出异步电动机调速所需的三相变频电流。若图片无法显示请联系QQ3710167
图1-1 矢量控制系统原理结构图
1.1矢量控制的理论基础
本文采用的是转子磁场间接定向电流控制型交流异步电机矢量控制系统[，原理图如图1-2所示。若图片无法显示请联系QQ3710167
图1-2 转子磁场间接定向电流控制型矢量控制系统原理图
如果把转子磁链方向按空间旋转坐标系的M轴方向定向，则可得到按转子磁
场方式定向下的三相鼠笼式异步电动机的矢量控制方程。 若图片无法显示请联系QQ3710167 （1） 若图片无法显示请联系QQ3710167（2） （3） （4） （5） 上列各式中， 是转子励磁电流参考值； 是转差角频率给定值； 是定子电流的励磁分量； 是定子电流的转矩分量； 是定子频率输入角频率； 是转子速度； 是转子磁
场定向角度； 是转子时间常数； 和 分别是电机互感和转子自感。 图4所示控制系统中给定转速 与实际电机转速 相比较，误差信号送入转速调节器，经转速调节器作用产生给定转矩信号 ，电机的激磁电流给定信号 根据电机实际转速 由弱磁控制单元产生，再利用式（1）产生定子电流激磁分量给定信号 ，定子电流转矩分量给定信号 则根据式（2）所示的电机电磁转矩表达式生成。 、 和转子时间常数Lr一起产生转差频率信号 ， 与ωr相加生成转子磁场频率给定信号 ，对 积分则得到转子磁场空间角度给定信号 。 和 经坐标旋转和2/3相变换产生定子三相电流给定信号 、 和 ，与定子三相电流实测信号 、 和 相比较，由滞环控制器产生逆变所需的三相PWM信号。
1.2 控制系统结构
转子电流经过解耦后，就可用直流调速的方法对其进行控制。在控制系统中，
给定量是转速，受控量是电磁转矩（转子电流的转矩分量）。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，
两者之间实行串级联接，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流
调节器的输出去控制晶闸管变流器的触发装置。转速调节器的作用是对转速的抗
扰调节并使之在稳态时无静差，其输出限幅值决定允许的最大电流。电流调节器
的作用是电流跟随，过流保护和及时抑制。
为了获得良好的动、静态性能，双闭环调速系统的两个调节器一般都采用PI 调节器。两个调节器的输出都是带限幅的，转速调节器ASR 的输出限幅(饱和) 电压是 ，它决定了电流调节器给定电压的最大值，电流调节器ACR 的输出限幅电压是 ，它限制了晶闸管变流器输出电压的最大值。
直流电机双闭环调速系统
第2章 Matlab 仿真模型的建立
2.1 MATLAB仿真模型的建立
在MATLAB/SIMULINK环境下整体仿真框图如图5所示
若图片无法显示请联系QQ3710167 图2—1矢量系统模型
整个仿真图由电气系统模块库中的元件搭建组成，元件的直观连接与实际的主电路相像似，其中主要包括：速度给定环节，PI速度调节器、坐标变换模块、磁场定向模块、滞环电流调节器、IGBT逆变器元件、异步电动机元件以及测量和显示模块。这些元件都有设置对话框，用户可以方便的选择元件类型和设置参数。在整个控制系统的仿真模型中，交流异步电机的模型是最重要的元件
2.2 矢量系统 Matlab 仿真
下图是校正前的输出的仿真波形。
若图片无法显示请联系QQ3710167
图2—2 校正前的结果
在MATLAB/SIMULINK6.5环境下对所建立的交流异步电机转差型矢量控制系统采用变步长方法进行仿真，其中交流异步电机参数如下：ＲS=1.898Ω，LS=0.196H，Rr=1.45Ω，Lr=0.196H，Lm=0.187H，PN=3kW，UN=380V，J=0.0067kg·m2，f=50Hz，pn=2。 为了验证所设计的交流异步电机矢量控制系统模型的静、动态性能，系统空载启动，待进入稳态后，在t=0.2s时转速突加为180r/min,t=0.4s时又突减为120r/min。待系统稳定后，t=0.6s时突加负载5Nm，t=0.8s时突减负载，重新回到空载状态。在经过一系列转速突变和负载扰动仿真后，其输出波形如下图8 所示。若图片无法显示请联系QQ3710167
致 谢
首先感谢学院能给我一个可能让我们把所学的知识总结起来的机会，通过这次课程设计，使我对电力拖动有了一个整体上的概括，也让我们具体了解到了双闭环调速系统的具体作用，了解到了它的功能，结构。
这次课程设计是在我的老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。让对以前学过的知识有了重新的认识，这次课程设计让我受益非浅。
在此，我还要感谢和我同组的同学。在做课程设计时，正是由于的同学的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。他们对本课题做了不少工作，给予我不少的帮助。从开始进入课题到论文的顺利完成，我得到了很多同学和老师的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!
参考文献
[1]陈伯时.电力拖动自动控制理系统 第3版.北京：机械工业出版社.2004
[2]张世铭.电力拖动直流调速系统[M] 华中科技大学出版社, 1994
[3]陈坚.电力电子学—电力电子变换和控制技术[M] 高等教育出版社, 2004
[4]石玉等.电力电子技术题例与电路设计指.北京：机械工业出版社，1998
[5]王兆安.电力电子技术. 第4版．北京：机械工业出版社，200０
[6]王离九等. 电力拖动自动控制系统. 武汉：华中科技大学出版社，1991
[7]胡寿松.自动控制原理：第4版.北京：国防工业出版社
[8]电工手册
