基于MATLABSIMULINK的直流电机三闭环控制系统的仿真任立鹏(2)

2.3.1电机三闭环调速系统的工程设计

电机三闭环调速系统的电流环设计，可参照电机双闭环调速系统的设计。也即将电流环作为内环来设计。与电机双闭环相比，电机三闭环的设计除了多一个线速度环的同时，转速环也会相应有所变化。在电机双闭环调速系统中，转速环采用的是典型Ⅱ系统，但是电机三闭环调速系统的转速环之外仍然存在线速度环。所以在设计转速环时，可以采用典型Ⅰ型系统来设计，也即对于转速环的调节器只要存在比例环节即可。而线速度环的设计，因为作为外环而存在，而且要求到抗干扰性能能力，所以应该设计设计成为典型Ⅱ型系统。三个闭环系统的调节器的比例环节和积分换机的大小，可以通过试凑法进行设计。2.3.2电机三闭环调速系统的SIMULINK仿真

电机三闭环调速系统中，三个闭环经过上述设计之后，可以获得如下图2所示的仿真模型。

图2电机三闭环调速系统仿真模型

Fig.2Three closed-loop motor control system simulation model

有上述模型的设计，可以获得电机三闭环调速系统所对应的线速度曲线，如图3

所示。

图3电机三闭环调速系统所对应的线速度曲线

Fig.3Three closed-loop motor speed control system

corresponding to the linear velocity curve

电流环做起到的作用仍然是在其启动过程中起到作用，转速环作为内环来维持线速度环起到稳定作用，在线速度环起作用使其稳定的过程中，转速环也是稳定的。但是当给出线速度的阶跃响应时，电流不会发生变化，但是线速度会发生变化。比如线速度增加时，说明卷纸半径有所增加，而若要保持线速度维持恒定，转速会作出相应减小的响应过程。但是无论是哪个环节，哪个调节器，尤其是在启动过程中，或者在线速度改变时，它们所对应的阶响应过程的时间相对于双闭环调速系统有了明显的增加，尽管如此，线速度环还是有存在的必要性的。因为整个过程的响应还是满足于实际生产要求的。

3电机调速系统的GUI 界面设计

3.1电机调速系统所运用的GUI 编辑对象

电机三闭环系统采用的是空样板，打开之后，每个菜单栏都有相对应的功能。如下图4所示GUI 对象选择区就是一些用户常用的控件，这些控件

都有相对应的基本属性，双击可以对其进行修改。

图4Blank GUI 编辑界面

Fig.4Blank GUI editing interface

在电机调速系统中，会运用到多种类型的控件。Push button 这个控件在电机调速系统中，可以作为启动和停止电机的开关，也可以作为仿真模型中示波器的启动开关，来进行成曲线，不必进入原仿真模型进行示波器的点击。Static text 是一个静态文本标签，拖拽到工作区双击可以修改相对应的属性。在其属性中，string 一栏可以将其修改为电流环积分环节，比例环节等字眼，这样会使得每个模块每个参数的设置比较容易对号入座。另外，Edit Text 是与Static text 相对应的模块，在已经设置好GUI 界面中，Static text 上的文字或者表达式是不能够修改的，而Edit Text 模块出了可以空百或者添加初始值之外，在界面上仍然可以修改。这一模块在建立电机三闭环调速系统的过程中，确定线速度环的PI 调节器采用试凑法确定的环节，就可以省去大量非必要的烦琐事件。直接可以通过在Edit Text 模块修改，然后出图观察结果。在电机调速系统中，必用到的就是Axes 坐标轴。下图5是由以上几个模块所建立的开环调速系统的GUI

界面。

图5开环调速系统的GUI 设计界面

Fig.5GUI design interface of open loop speed control system

在GUI 程序设计中，M 文件的程序框架会自动生成，这也是GUIDE 工具的一大优点，这样会节省用户大量用在繁琐的程序上。用户只需将每个模块组件对应的回调函数分析构建清楚，那么整个GUI 的程序也算完成了。

在进行运行电机调速系统的SIMULINK 仿真的GUI 时，首先应该确保SIMULINK 仿真模型是打开的，因为GUI 需要通过仿真模型来设置参数，并且运行仿真模型获得结果。在这个过程中，M 文件的运行会自动搜寻已经打开的模型，如果未手动打开，M 文件则会跳转至打开仿真的那段程序将其打开。

由于电机三闭环系统的转速环的只需要比例环节，因此在进行仿真时，可以直接利用来完成

仿真。在设计电机三闭环调速系统的GUI 时，图形界面可以如图6

所示。

图6电机三闭环控制系统的GUI 设计界面

Fig.6GUI design interface of three closed-loop motor control

system

整个程序的设计过程，需要将每个调节器的参数初始值设定后，通过GUI 窗口的更改初始值的过程，来获得响应曲线，试凑法的运用将GUI 的设计的作用完全体现了出来。没有复杂的模块设置运用，只需要利用简单的输入，或者点击RUN 键进行输出。用户要做的只是分析曲线的合理性，计算其超调量的大小，判断电机三闭环的三个调节器设计参数的可靠性。而在此过程中，若是想改变线速度又或者电流曲线在GUI 设计界面都是能够完成的。

4结论

电机双闭环调速系统能够以极短的时间进入稳定性水平，但是转速环节采用PI 调节器势必会面临超调的出现，而且电机双闭环调速系统并不是线性的，因此研究双闭环时需要分段来研究。而在电机三闭环研究中，电流环因为只在启动过程或者发生堵转的情况下才发挥作用，因此电流三闭环控制系统的电流环与电机双闭环控制系统电流环几乎一致。而转速环因为作为外环的线速度环存在，转速环只需要比例环节即可。对于线速度环是利用电机双闭环系统作为内环而设计的外环，需要采用典型Ⅱ型系统。三闭环控制系统在目前工业生产中占有一席之地，尤其是在纺织、造纸等行业。线速度环的设计能够增加产品质量，降低不合格率。整个三闭环设计过程运用MATLAB 对各调节器参数进行设计，直观了当，方便快捷。MATLAB 作为一种设计性软件工具，具有极其客观的运用价值，可以作为模拟真实环境的极佳软件。

利用GUI 设计界面的简洁和直观将三闭环调速系统各个参数试凑出来的方法，虽然繁琐，但是利用GUI 设计切实给这种方法带来了极大的方便，试凑法在线速度中是最简单直观的运用。

参考文献

1Ahmad A.Mahfouz.Modeling,Simulation and Dyn amics Analysis Issues of Electric Motor,for M echatronics applications,Using Different App roaches and Verification by MATLAB/SIMULINK [J].I.J.Intelligent Systems and Applications,2013,05,39-57.

2董德智，孙驷洲．MATLAB 在双闭环直流调速控制系统教学中的应用[J].自动化与仪器仪表，2007，(4)，41-43．Dong Dezhi,Sun Sizhou.The application of MATL AB in Double Loop DC Speed Control Syste -m

teaching[J].Automation and Instrumentation,20

07(4),41-43.

3K.Suryasen,Harish A .GUI Based Power System S imulation Tool[J].International Journalof In novative Technology and Exploring Engineering (IJITEE),2013,2(3),15-18.

4万里光.基于MATLAB 的双闭环直流电机调速系统的仿真[J]．控制技术，2011，31(2)，30-32．

Wan Liguang.The simulation of double-loop DC motor speed control system Based on MATLAB [J].Control Technology，2011，31(2)，30-32．5杨怀林.基于MATLAB/Simulink 双闭环调速系统设计及仿真[J]．佳木斯大学学报，2007，25(3)，340-341．

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