《机电控制系统分析和设计》

课程大作业一

基于MATLAB的直流电机双闭环调速系统的设计和仿真

学院：机电工程学院

专业：机械设计制造及其自动化 班级: 学号： 姓名：

一、 设计参数

转速、电流双闭环直流调速系统，采用双极式H桥PWM方式驱动。 电机参数：

额定功率 200W； 额定电压 48V； 额定电流 4A；

额定转速 500r/min；

电枢回路总电阻 R=8Ω； 允许电流过载倍数 λ=2； 电势系数Ce=0.04V·min/r； 电磁时间常数TL=0.008s； 机电时间常数 Tm=0.5；

电流反馈滤波时间常数Toi=0.2ms； 转速反馈滤波时间常数Ton=1ms

要求转速调节器和电流调节器的最大输入电压U*nm=U*im=10V； 两调节器的输出限幅电压为10V；

PWM功率变换器的的开关频率f=10kHz； 放大倍数K=4.8； 动态参数设计指标： 稳态无静差；

电流超调量?i?5%；

空载启动到额定转速时的转速超调量??25%； 过渡过程时间ts=0.5s。

二、

设计计算

1. 稳态参数计算

根据两调节器都选用PI调节器的结构，稳态时电流和转速偏差均应为零；两调节器的输出限幅值均选择为12V

*Uim10V电流反馈系数；????1.25V/A

?Inom2?4A*Unm10V转速反馈系数：????0.02V?min/r

nmax500r/min

则

2. 电流环设计

（1）确定时间常数

电流滤波时间常数Toi=0.2ms，按电流环小时间常数环节的近似处理方法，

T?i?Ts?Toi?0.0001?0.0002?0.0003s

（2）选择电流调节器结构

电流环可按典型Ⅰ型系统进行设计。电流调节器选用PI调节器，其传递函数为

WACR(s)?Ki?is?1 ?is（3）选择调节器参数 超前时间常数：?i=TL=0.008s 电流环超调量为σ

i?5%，电流环开环增益：应取KIT?i?0.5，则

KI=

0.50.5==1666.67 T?i0.0003于是，电流调节器比例系数为

Ki?KI?（4）检验近似条件

?iR0.008?8?1666.67??17.78 ?Ks1.25?4.8电流环截止频率?ci=KI=1666. 67 1/s

1）近似条件1：?ci ?1 3Ts现在，

11==3333.33>?ci，满足近似条件。 3Ts0.00032）近似条件2：?ci?31 TmTL现在，311=3=47.43

3TsToi3）近似条件3：?ci?现在，

1111==2357.02>?ci，满足近似条件。

3TsToi30.0001?0.0002（5） MATLAB仿真

1) 电流环给定阶跃响应的MATLAB仿真

未经过小参数环节合并的电流环单位阶跃响应