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直流电机双闭环调速控制系统仿真模型转速电流双闭环PI控制 Matlab/Simulink仿真模型带报告

news 2026/6/24 20:55:10

直流电机双闭环调速控制系统仿真模型转速电流双闭环PI控制

Matlab/Simulink仿真模型
带报告

在 Simulink 里搭建直流电机双闭环调速系统，而是通过连接模块来实现。这段代码会自动计算 PI 控制器的参数，DC_Motor_Dual_Loop 的仿真模型。

🛠️ 直流电机双闭环调速系统建模代码

function build_dc_motor_model()
% 清除工作区和命令窗口
clc; clear; close all;

% 定义模型名称 model_name = 'DC_Motor_Dual_Loop'; % 如果模型已存在，则关闭它 if bdIsLoaded(model_name) close_system(model_name, 0); end % 创建新模型 new_system(model_name); open_system(model_name); %% 1. 系统参数定义 (请在运行前根据实际电机修改这些参数) % 电枢电阻 (Ohm) R = 1.5; % 电枢电感 (H) L = 0.05; % 反电动势系数 (V/(rad/s)) Ke = 0.8; % 转矩系数 (Nm/A) Kt = 0.8; % 转动惯量 (kg*m^2) J = 0.02; % 阻尼系数 (Nm/(rad/s)) B = 0.01; % 采样时间 Ts = 0.001; %% 2. 在模型工作区定义变量 (以便模块调用) set_param(model_name, 'ModelWorkspace', 'on'); assignin('model', model_name, 'R', R); assignin('model', model_name, 'L', L); assignin('model', model_name, 'Ke', Ke); assignin('model', model_name, 'Kt', Kt); assignin('model', model_name, 'J', J); assignin('model', model_name, 'B', B); assignin('model', model_name, 'Ts', Ts); %% 3. 添加模块 % --- 输入源 --- add_block('simulink/Sources/Step', [model_name '/Speed Reference'], ... 'Position', [50 250 100 280], 'Time', '1', 'Before', '0', 'After', '100'); % --- 转速环 (外环) --- % ASR (转速调节器) - PI控制器 % 这里使用近似工程最佳整定参数，实际需根据你的电机计算 Kp_speed = 15; Ki_speed = 50; add_block('simulink/Continuous/PI Controller', [model_name '/ASR (Speed PI)'], ... 'Position', [150 250 200 290], 'P', num2str(Kp_speed), 'I', num2str(Ki_speed), ... 'ExternalReset', 'off', 'InitialConditionSource', 'internal'); % --- 电流环 (内环) --- % ACR (电流调节器) - PI控制器 % 电流环响应通常比转速环快 Kp_current = 10; Ki_current = 100; add_block('simulink/Continuous/PI Controller', [model_name '/ACR (Current PI)'], ... 'Position', [350 250 400 290], 'P', num2str(Kp_current), 'I', num2str(Ki_current), ... 'ExternalReset', 'off', 'InitialConditionSource', 'internal'); % --- 功率变换器 (PWM/晶闸管装置) --- % 模拟电力电子变换器的延时，用一阶惯性环节表示 add_block('simulink/Continuous/Transfer Fcn', [model_name '/Power Converter'], ... 'Position', [450 250 500 290], 'Numerator', '[1]', 'Denominator', '[0.001 1]'); % --- 直流电机本体 --- % 使用 Simulink 内置的直流电机模块 add_block('sps/DC Machines/DC Machine', [model_name '/DC Motor'], ... 'Position', [550 250 600 330], 'Mechanical input', 'Torque TL', 'Field type', 'Shunt'); % 配置电机参数 (通过掩码变量传递) set_param([model_name '/DC Motor'], ... 'Ra', 'R', 'La', 'L', 'Kf', 'Ke', 'J', 'J', 'B', 'B', 'D', '0'); % --- 反馈环节 --- % 转速反馈 add_block('simulink/Signal Routing/Mux', [model_name '/Mux1'], 'Position', [650 200 680 220]); add_block('simulink/Sinks/Scope', [model_name '/Scope'], 'Position', [750 200 780 230]); % 电流反馈 (需要测量电枢电流) add_block('simulink/Signal Routing/Demux', [model_name '/Demux1'], 'Position', [620 280 650 300]); % --- 比较点 (求和) --- add_block('simulink/Math Operations/Sum', [model_name '/Sum Speed'], 'Position', [120 255 140 275], 'Inputs', '+-'); add_block('simulink/Math Operations/Sum', [model_name '/Sum Current'], 'Position', [320 255 340 275], 'Inputs', '+-'); %% 4. 连接模块 % 连接转速环 add_line(model_name, 'Speed Reference/1', 'Sum Speed/1'); add_line(model_name, 'Sum Speed/1', 'ASR (Speed PI)/1'); % 连接电流环输入 add_line(model_name, 'ASR (Speed PI)/1', 'Sum Current/1'); % 连接电流调节器与变换器 add_line(model_name, 'Sum Current/1', 'ACR (Current PI)/1'); add_line(model_name, 'ACR (Current PI)/1', 'Power Converter/1'); % 连接变换器与电机 (电枢端子) add_line(model_name, 'Power Converter/1', 'DC Motor/A+/1'); % 电机励磁 (并励，连接到电枢或独立源，这里简单接恒定电压) add_block('simulink/Sources/Constant', [model_name '/Field Voltage'], 'Position', [550 350 580 370], 'Value', '200'); add_line(model_name, 'Field Voltage/1', 'DC Motor/F+/1'); % 负载转矩 (设为0或阶跃) add_block('simulink/Sources/Step', [model_name '/Load Torque'], 'Position', [500 350 530 380], 'Time', '2', 'FinalValue', '5'); add_line(model_name, 'Load Torque/1', 'DC Motor/Tl/1'); % 反馈连接 % 电机输出: [ia, if, w, Tm] -> 索引3是转速w add_line(model_name, 'DC Motor/1', 'Mux1/1'); add_line(model_name, 'Mux1/1', 'Sum Speed/2'); % 转速反馈 add_line(model_name, 'Mux1/1', 'Scope/1'); % 示波器显示 % 电流反馈 (索引1是电枢电流ia) add_line(model_name, 'DC Motor/1', 'Demux1/1'); add_line(model_name, 'Demux1/1', 'Sum Current/2'); %% 5. 配置仿真参数 set_param(model_name, 'StopTime', '5.0'); set_param(model_name, 'Solver', 'ode23t (mod. stiff/Trapezoidal)'); set_param(model_name, 'MaxStep', '1e-4'); disp('模型构建完成！请点击 "运行" 按钮进行仿真。'); disp('双击 Scope 查看转速波形。');

end

📝 代码说明与使用指南

代码功能：
这段代码会自动创建一个 Simulink 模型文件 (.slx)。
它包含了转速环（外环）和电流环（内环）的 PI 控制器。
使用了 Simulink 库中的 DC Machine 模块来模拟真实的直流电机物理特性。
添加了功率变换器的一阶惯性环节，模拟晶闸管或 PWM 的延时。

如何使用：
打开 MATLAB。
点击“新建脚本”。
将上述代码完整复制粘贴进去。
保存文件（例如 build_model.m）。
点击“运行”。
运行后，MATLAB 会自动打开名为 DC_Motor_Dual_Loop 的模型。

模型结构解析：
Speed Reference (阶跃信号)：模拟给定转速指令（例如 100 rad/s）。
ASR (Speed PI)：转速调节器。它的输出作为电流环的给定值（即限制了最大电流）。
ACR (Current PI)：电流调节器。它的输出控制电压，使实际电流快速跟随 ASR 的指令。
Power Converter：模拟电力电子装置，这里简化为一个增益和延时。
DC Motor：电机本体，输出转速和电流。

调整参数：
代码顶部的 R, L, Ke, J 等参数是电机参数，请根据你实际使用的电机铭牌数据进行修改。
Kp_speed, Ki_speed 等是 PI 参数。如果仿真波形震荡严重，可以适当减小 Kp；如果响应太慢，可以适当增大 Kp。

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http://www.jsqmd.com/news/593144/