本课题研究内容

双闭环直流电动机调速控制系统设计的核心部分是电流调节器与转速调节器参数的设定，其直接关系到调速系统的调速性能。调节器参数通常采用工程设计法来确定，采用工程设计方法设计调速系统控制参数时，为了使理论分析与设计变得更加简便，双闭环直流电动机调速系统在建模过程中进行了很多近似处理，因此，由工程设计法得到的参数只能基本满足控制要求，而且所设计的调速系统的动、静态性能并非最佳。本文在工程法计算出双闭环调速系统控制参数的基础上，通过不同工况的仿真实验，优化调节器参数，以改变调速系统性能，提高双闭环调速系统的动、静态性能。

本课题研究方案

1. 直流调速系统调节器参数确定

双闭环直流调速系统中设置了两个调节器ASR（转速调节器）和ACR（电流调节器），分别用来调节转速和电流，同时分别引入转速和电流负反馈，转速和电流调节器之间实行嵌套联接，即用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电力电子变换器。双闭环调速系统的结构框图如图1所示。

图1 双闭环调速系统结构框图

2. 调速系统仿真

依据双闭环直流调速控制系统的动态结构图在仿真软件MATLAB的Simulink工具箱中搭建直流调速系统仿真模型。其中转速环和电流环调节器均采用PI调节器。

3. 调节器参数优化

本设计采用的仿真模型中，主电路采用三相桥式整流电路，按照工程法确定的PI调节器参数设置仿真模型的参数，并模拟直流电机空载、满载和负载启动三种工况下的工作情况。双闭环直流调速系统中转速调节器是主导调节器，对负载的变化起到抗扰作用，当到达稳态时可以减小转速误差，电流调节器是使电流紧跟其给定电压变化，并对电网电压的波动起到及时抗扰的作用。另外，在转速动态调节的过程中，电流调节器能够保证电动机获得允许的最大电流，从而加速动态过程。通过分析仿真结果，结合调速系统的性能要求，分别修改电流环和转速环的比例和积分系数。

研究的创新之处

1. 应用工程设计方法计算并校验了双闭环直流调速控制系统电流环和转速环参数，使其满足控制指标要求。

2. 采用工程设计方法设计调速系统时使理论分析与设计变得更加简便。

3. 在MATLAB中建立了双闭环直流电机调速系统的仿真模型，并进行了电动机空载、满载和负载扰动3种工况下的仿真实验，更好地模拟了现实情况下的直流电机调速系统的工作状态。

研究过程(含完成期限)

第八学期 第 1—3 周： 查阅资料，完成文献综述，外文翻译和撰写开题报告书

第八学期 第 4—8 周：系统方案改革和总体结构设计

第八学期 第 9—12 周：主电路设计与参数设计，硬件，软件设计

第八学期 第 13—16 周： 系统仿真设计

第八学期 第 17—18 周 撰写论文及答辩准备

主要参考文献：(15篇，外文1-2篇)

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