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基于simulink的双闭环直流调速系统设计

摘要：研究了双闭环直流调速系统的结构。根据系统结构，按照由内到外

的顺序分别设计电流调节器和转速调节器。为使系统无静差，两个调节器均选为

PI调节器。在用simulink仿真的过程中，对调节器参数进行了整定，使系统达到

稳定状态。通过仿真曲线，说明了设计的合理性。

关键词：双闭环直流调速；PI调节器；参数整定；simulink

直流调速系统调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能，

在高性能的拖动技术领域中，相当长时期内几乎都采用直流电力拖动系统。现在

直流调速理论发展得比较成熟，但要真正设计好一个双闭环调速系统并应用于工

程设计却有一定的难度。本文基于simulink对双闭环直流调速系统进行设计与仿

真，合理选择电流调节器和转速调节器的结构，调整调节器的参数，使系统达到

设计要求，对电流、转速调节器的参数进行了整定。本设计是在参数整定的基础

上得到仿真曲线，并列出多组数据进行说明。

１.系统设计

根据设计多环控制系统的一般原则进行系统设计：从内环开始，一环一环地

逐步向外扩展。先从电流环入手，首先设计好电流调节器，然后把整个电流环看

做转速调节系统的一个环节，再设计转速调节器。稳态指标的要求：系统无静差。

动态指标的要求：空载启动到额定转速时的转速超调量σｎ≤１０％，电流超调

量σｉ≤５％。

２.双闭环直流调速系统的结构

带有电流、转速反馈的双闭环调速系统实属多闭环系统，一般采用由内到外

一环包一环的形式，内环为电流环，设有电流调节器ＡＣＲ，外环为转速环，设

有转速调节器ＡＳＲ，构成一个完整的闭环系统。电流环接受速度环的输出作为

控制目标，调节电动机的电流以满足既能控制电动机以较快的速度跟踪参考速

度，又不至于产生过流现象损坏电动机，这种结构为工程设计以及调试工作带来

相当大的方便。双闭环直流调速系统结构图如图１所示。图１中，给定电压Ｕ＊

ｎ＝１０Ｖ，晶闸管放大系数Ｋｓ＝４０，晶闸管失控时间Ｔｓ＝０．００１

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７ｓ，电枢回路总电阻Ｒ＝０．５Ω，电磁时间常数Ｔｌ＝０．０３ｓ，机电时

间常数Ｔｍ＝０．１８ｓ，电动势常数Ｃｅ＝０．１３２Ｖ·ｍｉｎ／ｒ，转速

反馈系数α＝０．００７Ｖ·ｒ／ｍｉｎ，电流反馈系数β＝０．０８３Ｖ·ｒ

／ｍｉｎ。

３.调节器设计

3.1电流调节器ＡＣＲ的设计

（１）电流环的设计原理。由于电流环的重要作用是保持电枢电流在动态过

程中不超过允许值，因而在突加给定时，不希望有超调，或者超调越小越好。反

电势对电流环来说，只是一个变化缓慢的扰动，在电流调节器的快速调节过程中，

可以认为Ｅ基本不变，可以不考虑反电势变化的影响，而将电势反馈作用断开，

使电流环结构得以简化。

（２）电流调节器ＡＣＲ的结构选择。为了使系统稳态上做到无静差以获得

理想的堵转特性，动态上保持电动机电枢电流不超调，保证系统的跟随性，因此

选择ＰＩ调节器，既满足了动态要求，又消除了静态误差。结构设计如下：

整理，得

式中，

（３）电流调节器ＡＣＲ的参数整定。固定转速环参数，调整电流环内部参

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数，通过多次实验，得出电流调节器