MATLAB实现的直流电机双闭环调速系统设计与仿真

本篇文档是关于《机电控制系统分析与设计》课程的大作业，主题是基于MATLAB的直流电机双闭环调速系统的具体设计与仿真。作业要求设计一个具有转速和电流双闭环控制的直流电机系统，该系统采用双极式H桥PWM驱动，电动机参数包括200W的额定功率、48V的额定电压、4A的额定电流，以及相应的电枢电阻、电磁和机电时间常数等。 设计目标明确，要求系统具备稳态无静差特性，电流超调量不超过5%，空载起动至额定转速时转速超调量不超过25%，并且设定的过渡过程时间为0.5秒。在设计过程中，学生首先计算了电流和转速的反馈系数，电流反馈系数为1.25V/A，转速反馈系数为0.02/min/r。 电流环的动态校正是设计的核心部分，学生选择了电流环为典型I型系统，采用PI调节器设计，其中时间常数T取0.0002s（0.2ms）。为了确保电流环的性能，选取了适当的开环增益使得超调量不超过5%，从而得出比例系数。同时，通过验证三个近似条件（截止频率小于典型I型系统的小时间常数、相位裕度足够大、幅值裕度大于1）来确保设计的有效性。 接下来，学生利用MATLAB编程实现该调速系统的建模和仿真，包括绘制电流环的开环频率特性曲线和单位阶跃响应曲线，以便于理解和评估系统性能。整个设计过程强调了理论知识的应用和实际问题的解决能力，展示了如何通过MATLAB工具优化和控制直流电机的性能，以满足特定的工业应用需求。