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基于Matlab的单闭环直流调速系统

一、摘要

直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许

多需要调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。由于直流拖

动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制的角度来看，它又是

交流拖动控制系统的基础。所以加深直流电机控制原理理解有很重要的意义。

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。

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。

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二、总体方案设计

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。

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所以，更具体的原理图如下：

图2、单闭环直流调速系统具体原理图

2、控制结构图

有了原理图之后，把各环节的静态参数用自控原理中的结构图表示，就得到了

系统的稳态结构框图。

图3、单闭环直流调速系统稳态结构框图

同理，用各环节的输入输出特性，即各环节的传递函数，表示成结构图形式，

就得到了系统的动态结构框图。

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由所学的相关课程知：放大环节可以看成纯比例环节，电力电子变换环节是一个时

间常数很小的滞后环节，这里把它看作一阶惯性环节，而额定励磁下的直流电动机

是一个二阶线性环节。

所以，可以得到如下的框图：

图4、单闭环直流调速系统动态结构框图

三、参数计算

设计完系统框图，就可以用已知的传递函数结合设计要求中给定的参数进行对

系统静态和动态两套参数的计算。以便于后续步骤利用经典控制论对系统的分析。

为了方便以下的计算，每个参数都采用统一的符号，这里先列出设计要求中给

出的参数及大小：

电动机：P=10kwU=220vI=55An=1000rpmR=0.5Ω

NNdNNa

晶闸管整流装置：二次线电压E=230vK=44

2ls

主回路总电阻：R=1Ω

测速发电机：PNc=23.1kwUNc=110vIdN=0.21AnNc=1900rpm

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系统运动部分：飞轮矩GD=10Nm

电枢回路总电感量：要求在主回路电流为额定值10﹪时，电流仍连续

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