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摘 要

转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能很好、应用最广的直流调速系统。在过去二十年中，研究人员一直致力于将直流电机速度控制应用于人造智能控制器，与传统的PI，PID和自适应控制器相比具有优势。优点是这些控制器可以处理任意复杂度的非线性，并且它们的性能是稳健的。可根据晶闸管的特性，通过调节控制角α大小来调节电压。基于设计题目，直流电动机调速控制器选用了转速、电流双闭环调速控制电路。在设计中调速系统的主电路采用了三相逆变桥整流电路来供电。本文首先确定整个设计的方案和框图。然后确定主电路的结构形式和各元部件的设计，同时对其参数的计算，包括整流变压器、晶闸管、电抗器和保护电路的参数计算。接着驱动电路的设计包括触发电路和脉冲变压器的设计。最后，即本文的重点设计直流电动机调速控制器电路，本文采用转速、电流双闭环直流调速系统为对象来设计直流电动机调速控制器。 

为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈，二者之间实行嵌套联接。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称做外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。先确定其结构形式和设计各元部件，并对其参数的计算，包括给定电压、转速调节器、电流调节器、检测电路、触发电路和稳压电路的参数计算然后最后采用MATLAB/SIMULINK对整个调速系统进行了仿真分析，最后画出了调速控制电路电气原理图。

关键词：直流电动机 双闭环调速 PI调节器 SIMULINK仿真

Simulation of double-loop DC Motor Speed Control System Design

Abstract

Speed, current double closed-loop control has a very good performance, and widely used DC speed control system. For the last two decades researchers have been working to apply artificial intelligent controller for DC motor speed control due to its advantages as compared to the conventional PI, PID, and adaptive controllers. The advantages are that these controllers can deal with the nonlinearity of arbitrary complexity, and their performances are robust. According to the characteristics of the thyristors, by adjusting the size of the control angle α to adjust the voltage. Based on the design of the problem, DC motor speed controller selected speed, current double closed-loop speed control circuit. In the design of the main circuit of the speed control system uses a Three - phase inverter bridge rectifier circuit to power. This article first determines the overall design of the program and block diagram. And then determine the structure of the main circuit and the design of the components, while the calculation of its parameters, including rectifier transformers, thyristors, reactors and protection circuit parameters. The drive circuit is then designed to include the design of the trigger circuit and the pulse transformer. Finally, this paper focuses on the design of DC motor speed controller circuit, this paper uses speed, current double closed-loop DC speed control system for the design of DC motor speed controller.

In order to achieve both the speed and current negative feedback function, can be set in the system two regulators, respectively, adjust the speed and current, respectively, the introduction of negative feedback and negative current feedback, the implementation of nested connection between the two. From the closed-loop structure point of view, the current loop in the inside, called the inner ring; speed ring on the outside, called the outer ring. Which formed a speed, current double closed-loop speed control system. The parameters of a given voltage, speed regulator, current regulator, detection circuit, trigger circuit and voltage regulator circuit parameters and then the final use of MATLAB / SIMULINK on the first part of the structure and design of the components, and its parameters, The entire speed control system for simulation analysis, and finally draw the speed control circuit electrical schematic diagram.

Key words:DC motor; double closed loop speed regulation; PI regulator; SIMULINK simulation

目 录

直流电动机双闭环调速系统的仿真研究与设计 I

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 6

1.1 课题研究背景、发展及意义 6

1.2研究现状 7

1.2.1国内外现状及发展趋势 7

1.2.2存在问题 8

1.4 论文的内容安排及主要工作 10

第二章 系统方案的确定 10

2.1直流电机运行原理 11

2.2文献综述 12

2.3 双闭环调速系统的工作原理 13

2.4设计举例 15

第三章 MATLAB/SIMULINK仿真平台的介绍 17

3.1MATLAB发展概况 18

3.2 MATLAB/SIMULINK的简单简介 19

3.2.1 MATLAB发展概况 19

3.2.2 SIMULINK的介绍 20

3.2.3 编写M文件 20

3.2.4 M文件的建立 20

第四章 永磁同步直流电机驱动器的设计及仿真分析 22

4.1 永磁同步直流电机直流驱动器的设计 22

4.1.1 永磁同步电机控制方案选择 22

4.1.2 永磁同步直流电机i_d= 0矢量控制调速系统 24

4.1.3 空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）策略 25

4.2 永磁同步直流电机及直流驱动器的仿真建模 26

4.2.1 主电路的仿真模型 26

4.2.2 空间矢量SVPWM的仿真模型 27

4.2.3 速度控制器的仿真模型 32

4.2.4 电流环的仿真模型 33

4.2.5 永磁同步电机的整体仿真模型 33

4.3仿真波形及分析 34

4.4 本章小结 40

结论 40

致谢 41

参考文献 42

附录 44

第一章 绪论

1.1 课题研究背景、发展及意义

1.根据MATLAB/SIMULINK仿真平台，研究双闭环直流调速系统的性能。双闭环直流调速系统是目前应用最广泛的调速系统，该系统具有调速范围广、稳定性好、精度高等许多优点，在直流电机拖动领域中发挥着极其重要的作用。采用该系统可获得优良的静、动态调速特性。此系统的控制规律，性能特点和设计方法是各种交、直流电力拖动自动控制系统的重要基础。

2.为了在各种应用中实现期望的性能水平，需要电机以恒定速度在各种负载下运行，电动机必须使用合适的速度控制回路进行操作。这些类型的控制器通过使用传统的比例积分（PI）控制器实现。

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