基于PWM转速电流双闭环直流调速系统设计

基于PWM双闭环直流调速系统设计目录1引言 11.1研究背景及意义 11.2国内外研究现状及发展趋势 21.3主要研究内容 32同步电机的结构特点与数学模型 32.1同步电机的结构特点 32.2同步电机的数学模型 52.3同步电机的调速模型 82.4矢量控制原理基本思想 93双闭环直流调速系统设计 103.1双闭环直流调速系统模型 103.2同步电机的电流环设计 133.3同步电机的转速环设计 144基于Matlab的仿真分析 164.1Matlab软件简介 164.2双闭环调速分析 17参考文献 18致谢 19摘要：如今，电子技术发展迅速，自动化应用领域越来越多，直流电机的使用也随之增加，入了解直流电机的相关原理，同时着重分析研究电机调速原理，对提升同步电机调速时的稳定性有着非常重要的现实意义。分析了以PWM调制为基础的双闭环调速系统原理。随后深入钻研PI控制的内在机制，为SIMULINK仿真平台之上，搭建了电机参数块、转速环与电流环模块，以及关键的PWM调制模块。些模块的协同作用，提供了全方位的电机控制仿真环境。通过这些模块的联立调试，构建起了完整的电机控制模型。从转速控制、电流控制两个关键维度来进行控制仿真，。仿真结果清晰显示，在处理线性系统时，PI控制展现出了较为出色的性能和稳定性。同时通过精细调整控制器还能够进一步优化系统的响应特性，使电机控制系统能够以更快、更稳定的方式达到期望状态关键词:直流电机；PWM；矢量控制；Matlab1引言1.1研究背景及意义自一九六五年以来，随着我国经济的迅速发展，各类永磁电动机的研究与开发也在如火如荼地进行。然而，当前国内电机在实际应用中存在着能源消耗大、设备陈旧、效率低下等问题。直流电机具有容易控制，温度低，功率因数高，起动力矩大，起动时间短，过载能力强等优点。在当今节能环保的大环境下，大力推广同步电机是一项非常有意义的工作[1]。随着科技的进步，以及永磁体的价格越来越便宜，直流电机的控制技术也越来越成熟，其在工业上的应用也越来越广泛，现在已经覆盖了几乎所有的行业。永磁同步电机在轨道地铁、医用器械、电动汽车、电梯生产、船舶电力等许多行业中，都获得了很好的成就[2-4]。当前，各个行业都在为直流电机的设计和运行而努力，希望直流电机能大放异彩。可以看出，直流电机的工作环境非常严酷，对它的要求非常严格，它的工作条件也非常复杂，因此，对其进行良好的控制，将会使其在行业中获得更好的表现。通过本项目的研究，将为该系统的设计和实现提供基础理论和技术支撑，为其在实际应用中的应用提供技术支撑。在当前的现实生活中，直流电机的控制方法多采用传统的PI控制方法。而在矢量控制上，则是以转子磁场定向控制理论为导向，该理论在矢量控制上的动态性质较好、对于系统的控制精度高、调节的灵敏度也高，系统的控制稳定性较强。因此，定向控制理论在永磁电机、无刷电机等电机系统控制中得到广泛应用，促进了电机系统乃至相关电气设备的发展[5-6]。综上所述，本文深入探讨了永磁同步电机的理论模型，并以此为基础，详细研究了基于该模型的矢量控制技术。同时，本文也对相关的PI控制系统进行了全面分析。这一综合性的研究旨在深化对永磁同步电机及其控制技术的理解，为电机控制系统的设计与实践提供理论支撑与技术指导。希望通过这些研究，为永磁同步电机在实际应用中的优化和提升贡献我们自己的智慧和力量。1.2国内外研究现状永磁同步电机的制造离不开永磁材料这一关键要素，材料的选取直接决定了电机的性能表现。回溯至上世纪二十年代，那时问世的电动机大多采用四氧化三铁作为主要的磁体材料。然而，由于这种天然磁性材料的固有局限性，所制成的电动机体积庞大，这无疑在实际的工业生产过程中带来了一系列困扰和挑战。鉴于此，电励磁电动机应运而生，其出现有效地解决了大体积电机带来的问题。随着科学技术的日新月异，新材料如雨后春笋般涌现。碳钢、钨钢、钴钢等永磁材料逐渐进入工程师们的视野。经过不断的研究和改良，这些新型永磁材料相较于传统的四氧化三铁，展现出了显著的优势。它们不仅可以制造更小体积的永磁体，而且在性能方面也有着更加优异的表现。因此，在工业界中，这些先进的永磁材料被广泛应用于各类永磁同步电机的制造之中，推动着电机技术的持续进步与发展[7]。在上世纪70年代初，杰出的工程师F.Blaschke首次提出了将矢量控制理论与电机系统控制相结合的创新性思路。他巧妙地将电机系统内部产生的定子电流进行精准分解，分化为纵向上的两个独立分量——产生转矩的电流分量和负责构建磁场的电流分量。而矢量控制的精髓正是在于分别对这两个分量进行精细化的控制，以实现电机性能的优化与提升。然而，直接将矢量控制的方法应用于直流电机上并非易事。原因在于定子绕组的磁场与转子磁场之间存在紧密的耦合关系，这一问题对直流电机的性能有着显著的影响。为了使直流电机能够达到与直流电机相近的优异效果，必须解决这一耦合问题[8-10]。在直流电机的研究领域，江苏大学在调速系统的高级控制方法方面进行了深入的探索与研究，为电机性能的提升提供了有力的理论支撑。而华中科技大学则聚焦于直流电机在风力发电、工程控制等应用领域的研究，为电机的实际应用提供了广泛的思路和方案。这两所大学的研究不仅为直流电机的进一步发展奠定了基础，也为我国电机领域的科研与技术进步贡献了宝贵的知识和经验。控制理论的不断进步，直流电机也在随之不断地更新换代，随着对电气系统地需求不断增加，使用环境越来越广泛，其对直流电机系统地要求也越来越高，这样也就间接地促进了对于直流电机的控制方法需要不断地精进。目前，机器自动化、人工智能化、简单化是直流电机系统发展地主要方向。虽然目前还有一定困难，不过只要通过我们的不懈努力，直流电机的控制系统其整体性能将会越来越好，早日实现更高效地控制，为我国的高新技术实业能提供一定的帮助[11-13]。1.3主要研究内容本研究主要对直流电机系统调速进行分析，根据传统PI控制以及原理与调速系统结合进行分析，综合以上目标拟开展的工作如下：（1）理解坐标变换的实质，并根据理论模型进行相应的变换，方能构建起一个完备的直流电机系统模型。这前期工作的重要性不言而喻，完成此步骤后，方能依据直流电机的独特结构特点，巧妙地将已建立的数学模型通过坐标变换的方式映射至d轴与q轴的坐标系之中。唯有如此，方能奠定坚实的仿真基础，为后续的工作铺平道路，确保直流电机系统的研究与仿真得以顺利进行。（2）在深入探讨矢量控制的核心理念之后，审慎地分析了多种相关的控制方法。经过缜密的考虑与比较，决定选择PWM作为实现手段，将其应用于直流电机系统之中。这一选择并非偶然，而是基于对当前技术发展的深入理解与全面评估。正弦脉冲宽度矢量调制技术，以其出色的性能与广泛的应用前景，可认为是适合直流电机系统的理想选择。通过运用这一技术，将可以实现对电机系统的精确控制，进一步提升其运行效率与稳定性。因此，可以确信，将PWM应用于直流电机系统，是一种既合理又可行的方案。（3）深入研究了PI理论的相关知识，构建了PI控制的外环转速系统，再结合PI控制器构建了内环电流控制系统，最终两者结合形成了本次研究需要的双闭环控制矢量模型。（4）根据对相关理论的深入分析，最后在Matlab/Simulink软件上搭建出仿真模型，然后设定出一组初始数据，观察直流电机系统能否实现理论上的控制效果，进而检验直流电机系统的稳定性2同步电机的结构特点与数学模型2.1同步电机的结构特点本文将介绍一种广泛应用的直流电机，直流电机是同步电机中使用最广泛的一种类型。该电机由转子绕组和定子绕组等组成，利用永磁铁氧体、稀土永磁体等永磁材料制造而成[14]。在转子结构示意图1中，展示了直流电机的整体设计。直流电机有多种分类方式：（1）按转子绕组的位置进行分类；（2）按正弦波和方形波这种波形分类；（3）根据磁力线的轴向和径向对其进行分类；（4）根据有无起动绕分为有起动绕和没有起动绕的两种类型。（a）凸极式（b）隐极式图1直流电机的转子结构示意图直流电机的优点：（1）直流电机系统具有出色的功率因数和高效的能源利用率。在稳定运行时，转子绕组中的铜损耗很小，此时的励磁电流也很小，保证了直流电机在实际工作中的功率因数可以在很高的水平。与同等输出的异步电机相比，更能环境保护和提高能源效率。[15]（2）直流电机相较于同输出的异步电机具有更低的能量损耗。因此，直流电机的冷却系统设计可以更为简单，冷却结构所需的空间较小，从而减少产生的噪音。对于一些体积较小的直流电机，甚至可以不安装制冷系统，而是通过自然降温来实现散热。（3）具有很高的灵敏度和很好的调整性。在真实的电机工作过程中，都会有外部的不可预测的干扰，例如，对于转矩引起的干扰，同步电气机要比异步电机反应得更快。并且，与异步电动机相比，同步电动机具有更好的稳定性，同步电机能够更快的对系统进行调节，是系统恢复到扰动之初的状态。根据之前的文献测试显示，即使出现负载转矩的变化幅度较大的情况时，可以通过适当的调整电机系统的其它参数，电机系统就依然能较好的保持系统的稳定状态。[16]（4）整体结构简单，所以机身较小，轻便。其作为制造直流电机的永磁材料的性能越高，电机的整体性能就越好，这也就很大程度上提高了电机整体的功率密度，对使用环境的包容性更强。2.2同步电机的数学模型建立直流电机的数学模型，通常会基于以下假设条件：假设不存在涡流和磁滞损耗；假设在磁场中不会存在任何空间谐波。这些假设有助于简化数学建模过程并提供更清晰的分析基础。在电机控制系统中，最为常见的坐标系有以下三种，如下图2-2所示为直流电机的矢量图：（1）三相静止坐标系即a-b-c坐标系：a轴、b轴、c轴所在的位置是定子绕组中心所在的位置；（2）两个相位的静止坐标系，也就是坐标系，其轴线与a-b-c坐标系统的轴线一致，轴线反向向轴线后移动90°；（3）在直流电机中，通常会使用两个相位的旋转坐标系，即d-q坐标系。在这个坐标系中，d轴与转子磁极的N极对齐，且随着转子一起旋转；而q轴则领先d轴90°并沿着d轴的逆时针方向。通过d-q坐标系的引入，可以更方便地描述直流电机的磁场和运动特性，为控制算法和系统设计提供更有效的支持。图2同步电机矢量关系图对直流电机系统进行坐标变换的目的，就是为了使直流电机的控制系统能够更好地使其定子绕组输出的三相电流准确地变换为q、d两轴上的电流，进而实现电流的解耦。所以，需要通过上述坐标系间的变换来实现电流的解耦。（1）三相静止坐标系-两相静止坐标系（Clark变换）对于A,B,C三相的定子电流、、，其相位差为120度，并且存在。按照总磁动势守恒原则，它被投射到两个固定坐标系，三相静止坐标系-两相静止坐标系如下图2-3所示。图3三相静止坐标系-两相静止坐标系变换变换矩阵方程：（1）3/2变换矩阵C3/2:（2）2/3变换矩阵C2/3:（3）（2）两相静止坐标系-两相旋转坐标系（Park变换）通过Clark变换后，虽然将定子绕组转换为两相对称绕组，但仍需将交流电通入两相磁场以生成旋转磁场。要想实现这一目的，就必须简化磁场的产生。在这一点上，如果观察者能够和坐标系统保持一致，也就是相对地面静止时，通过线圈的电流可以被认为是直流电。在此转换之后，直流电机系统的控制可以遵循直流电动机控制的逻辑，两相静止坐标系-两相旋转坐标系如图2-4所示。图4两相静止坐标系-两相旋转坐标系设静止两相坐标系中的轴和同步旋转坐标系中的轴夹角为，利用磁动势相同原则，得变换矩阵方程：（4）变换矩阵C2s/2r（式中，下标s表示静止坐标系，下标r表示旋转坐标系）：（5）反变换矩阵C2s/2r（6）2.3同步电机的调速模型根据直流电机模型理论知识，可以有下列直流电机的方程：(7)(8)(9)上式中：——两相导通绕组的端电压；E——电机反电动势；——定子电枢回路总绕组；——定子电枢电流；——功率管电压降；——内部电动势常数；——内部转矩常数；——无刷直流电机磁通量；——电机输出转矩；综合以上公式，可以得到永磁电机转速方程为：(10)从公式（10）可以看出，因为为系统固有的常数，因此改变转速n的最简单方法就是调节电枢的电压，同时保持磁通不变。通常情况下，通过电机内部的电流是恒定的，因此在不改变磁通量的情况下，无论是在高速还是低速状态下，输出转矩都将保持恒定。换句话说，电机的功率与转速呈线性关系。采用这种方法可以获得良好的调速稳定性能，实现广泛范围内的调速，并且可以实现无级调速。这种简单而有效的调速机制为直流电机系统提供了灵活的控制方式。2.4矢量控制原理基本思想在直流电机中，转子绕组至关重要，其最大的作用是励磁作用，能够产生一个稳定磁场，可以对直流电机进行矢量控制，就不用再去注意转子绕组磁通量的内容，所以，在直流电机中使用矢量控制有着很大的优点。此外，还可对直流电机进行速度、位置双闭环控制，使直流电机具有较好的调整特性。基于这些考虑，本文提出了一种新颖的矢量控制方法，旨在提高直流电机系统的控制效果和稳定性。矢量控制的基本思路是将直流电机（直流电机）转换为直流电机，通过转矩控制来实现对直流电机的精确控制。通过解耦定子绕组电流，将其分为q轴励磁电流和d轴转矩电流，在坐标系中使它们互相垂直、独立运行，彼此不干扰。这种独立控制的方式能够有效地控制定子绕组。因此，通过适当调节转矩电流和励磁电流，可以轻松实现控制转矩的目标，提高直流电机系统的效率和稳定性。在不同的环境下，所需要的调速的大小也不相同，相应的环境所要求的性能也是不相同的，要达到的目的也不相同，因此，对直流电机矢量控制方式的选择也不相同。所以，需要对下面两种模式进行分析，便于根据需要做出对应的选择：（1）控制定子绕组中的电流的平行分量恒为0，即在对直流电机控制过程中，保持，则直流电机的电压公式可以化简为：（11）控制保，即使定子绕组的平行方向没有效果。等价于直流电机的定子电流只有在其纵轴上才有分量。所以电磁转矩只受纵轴电流的影响，从而使直流电机的控制与控制直流电机一样简单，并且具有较大的调速范围。（2）最大转矩/电流比控制该控制方法的主要目的是在转矩和电流可承受范围内，实现直流电机系统获得最大输出转矩的同时，降低逆变器的输出电流。这种方法的优势在于系统能效良好，符合节能环保要求。然而，这种方法的劣势在于可能造成较高的力矩，导致功率因数较小，对中央处理芯片的要求较高。3双闭环直流调速系统设计3.1双闭环直流调速系统的数学模型一般来说，主要是以传递函数或极点为零的两个模型为基础来构建双闭环控制系统的理论数学模型。双闭环直流调速系统的动态结构框图如下图所示。图中和分别表示的是转速系统和电流系统的传递函数。为了表示出电流的反馈信号，在电动机的动态结构中需要把电枢电流也表示出来。UU*nUct-IdLnUd0Un+---UiWASR(s)WACR(s)KsTss+11/RTls+1RTmsU*iId1/Ce+E图5双闭环直流调速系统的动态结构框图直流调速系统在起始电压为时由初始为零的状态直接起动，转速调节系统的输出电压信号为、电流调节系统的输出电压信号为、整流单元输出电压为，其中电动机的电枢和转速的非静态响应过程如图2.6所示。由于在运行过程中转速调节系统ASR经历了不饱和到饱和再到过饱和而衰退时，整个动态过程就分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个阶段。图6双闭环直流调速系统起动过程的转速和电流波形第一阶段是电流处于上升。当施加到给定电压时，由于电动机的静止摩擦力较大，电动机转动的时间还较短（n=0），转速电压信号的负反馈，这时，很大，使ASR调节系统的输出突变为，此时ACR的输出为，可控整流器的整体输出为，使电枢的电流增大。当增加到（负载电流）时，电动机克服了运动所需的最大静摩擦而开始运动，以后转速调节系统ASR的输出信号很快就会达到设定幅度，从而使电枢电流达到其最大值（在这过程中会下降，其原因是电流的负反馈作用所导致的），此时电流的负反馈作用后所产生的电压信号与ACR调节系统所设定的初始电压在大小上是基本相同的，即（12）式中，——电流的负反馈系数。其中，速度调节系统ASR对于输出电压限定幅度的设定值主要就是按照这个要求进行分析的。第二阶段,即是恒流的升速过程。由电流增加至峰值时开始，直至转速增加到规定值时终止，这是整个启动流程的最关键一步，在这个流程中，由于额定电流ASR都是饱和状态的，而对转速负反馈却没有控制意义，而由于转速环为开环状态，因而控制系统的表现为恒流调节。而由于电流密度维持在一定的水准，因而控制系统的加速度也是恒值调节，而由于转速n按线性规律上升，即知，是电压信号同时也在线性增大，也就是要求控制系统转速增加曲线也为线性，从而在整个启动流程中额定电流调节器是不需要饱和的，亦即晶闸管可控整流环也不需要饱和第三阶段是转速调节阶段。转速调节系统主要在这个阶段中发挥影响。在系统的转速已经上升到设定值的时候，ASR调节系统的设定电压与对转速进行负反馈调节的电压相一致，此时输入电压信号的偏差为零。但最终的输出信号却由于PI控制器的积分作用还维持在设定值附近，所以电动机仍会以最大电流下进行加速运动。超调后，，使ASR调节系统不再是饱和状态，其输出电压信号（也就负反馈中的设定电压）才从设定幅度下降，也随之降了下来，但是，由于电枢电流相比于负载电流任是大于的，所以在接下来的一段时间内转速仍会上升，不过加速度会减小。到电枢电流小于负载电流时，电动机的加速度为0，在负载的作用下开始减速，最后达到稳定状态（如果系统的动态调节性能不够，可能需要一段时间调节后才恢复稳定）。在这个阶段中ASR系统与ACR系统会一起进行调节。稳态时，转速等于给定值，电枢电流等于负载电流，ASR和ACR的输入偏差电压都为零，但由于积分作用，它们都有恒定的输出电压。ASR的输出电压为（13）ACR的输出电压为（14）由上述可以看出，对双循环调压设备而言，在工作阶段的大部分时间内，双ASR处于完全的饱和限幅状态，而双转速环相当于完全开路状态，其优点就是恒流态调压，从而能够基本上实现理想过程。双闭环调速系统的控制响应需要有超调量，即只有当控制超调量时，控制调节器才能退出过饱和时期，从而在接近稳定的工作中ASR实现调控功能，并使在远稳定和近平稳工况时均表现出无静差调速效果。也正所以，双闭环调速系统都需要同时达到最优良的静态和动态质量图7电路控制系统图综上所述，双闭环调速系统的调节过程有以下特点：（1）饱和与非线形控制系统：由于ASR的饱和与不饱和，整个控制系统处在完全不同的二个情况中，在各种状态下呈现的各种结构的线形控制系统，都可以通过分段线形化的方式进行研究，而不是单纯的用线形控制系统概念来笼统的研究这样的控制系统。（2）速度超调量：在速度调节器ASR使用PI调节器后，速度必然存在超调量。转速略有超调量通常是允许的，针对完全不允许超调量的场合，可通过某些限制手段来限制超调量。3.2同步电机电流环设计电机是有惯性的，惯性的存在导致电机转动速度地变化是远远低于电流地变化速度。所以，为了更好地调节电机系统，本次研究使用了PI控制器对其进行控制，PI控制器结构比较简单，其工作原理也比较清楚，非常适合用来控制内环。在调速装置确定了系统的输出电压幅值后，电机系统相应的驱动装置将产生相应的电压信号，并输送到直流电机上。这个过程是一个漫长的过程，因此会有一个延迟。PI控制器的电流环结构如图3-17所示。图8基于PI控制器的电流环结构图在图8中，ACR是电流回路调节器，是整流设备的等效放大因子，是整流设备的等效延迟时间，R是电动机的内阻，是电磁时间常数，e是等效反电动势干扰。在电机控制系统中，电流环通常采用PI控制器进行调节。PI控制器中的P代表控制系统的比例系数，I代表比例控制器的积分时间系数。电机电流环的开环传递函数可以表示为:（15）通常情况下，IGBT驱动器的延迟时间较电磁时间常数略短，为改善整个系统的灵敏度，可将此系统转换为另一种形式，从而可得转换后系统的传递函数方程式：（16）由式（16）可以得到电流环的闭环传递函数：（17）由式(4-6)可以很自然地得到振荡频率，对于振荡频率与阻尼比进行综合分析之后，在PI控制器中对参数进行了一定程度上地调整，从而达到了灵敏度与超调方面之间的平衡点。通过以上的全面分析，得出了内环控制系统对应的PI参数是按照实际行业所选的阻尼比ζ来确定的：（18）3.3同步电机转速环设计电机的转速环结构图如图9所示。图9电机的转速环结构图上图中，ASR是转速控制系统，R是电机回路串联电阻，机电时间常数，飞轮矩；J为直流电机的转动常量，为电机的电势，为电机的转矩经验常数，为电机的磁场强度常量，为等效的负载扰动转矩。经过分析可以得到，电流环的闭环传递函数为：。（19）由于K通常是一个相对较大的值，因此，在闭环传递函数中，可以忽略高阶的、数值非常小的项，从而得到闭环传递函数的化简，其等价方程的等价形式为：（20）一般情况下，它比内环的常数还要小一些。因为在直流电机中，转速的调节时间远大于电流的调节时间，所以在对转速进行的分析时，可以将电流进行简化，其理想的比例方程如下：（21）为常量，电机系统运行时所产生的摩擦力一般为一个定值，所以就不用对其专门考虑，将其纳入负载的考虑范围即可。转速控制系统采用PI控制器的形式，在不考虑负载时，电机的转速环结构示意图如图10所示。图10电机的转速环结构框图令，由图可知，，转速调节的开环传递函数：（22）由此可以得到转速调节的闭环传递函数：（23）令自然振荡频率；阻尼比，则转速调节的闭环传递函数转换为:（24）4双闭环直流调速系统的仿真分析4.1matlab软件简介Matlab系列软件是一种高视觉化的软件，具有非常丰富、复杂、强大的矩阵推理、数值计算等推理应用能力，其软件包中有近十余个预设好的基本命令组库和基础函数库，而且还可以通过用户自定义的函数库进行扩充。Matlab软件除了本身具备的二维矢量矩阵绘制与矩阵操作的功能之外，还具备了在二维、三维矢量矩阵绘制方面的优势。在另一层上，它还专门为一种新的编程语言设计了一个界面，这样就可以更容易地和许多其它的高层编程语言联合使用，并进行交互。比如，通过matlab语言进行计算得到的矩阵数据，就可以很容易的将数据传输到其它的C++程序员那里，从而让他们在使用自己的语言编写程序时变得更加容易。4.2双闭环调速分析脉宽调制技术具有控制简单、调节灵敏度高的特点，将脉宽调制与双闭环调速系统进行结合能够提高调速精度、减小系统损耗、调节范围较广，在容量不大的系统中应用较广。在设计双闭环调速系统时，一般是先内环后外环，调节器的结构和参数取决于稳态精度和动态校正的要求，双闭环调速系统动态校正的设计与调试都是按先内环后外环的顺序进行，在动态过程中可以认为外环对内环几乎无影响，而内环则是外环的一个组成环节。于是在仿真过程中，本设计研究的电机参数为直流电压为400V，电流为52.2A，电阻为0.368Ω，转速对于PWM变换器参数假定频率为8000，Ks为107.6。在电流环中首先确定整流装置滞后时间常数、电流滤波时间常数、电流环小时间常数，根据设计要求σ%≤5%，电流环可按照典型Ⅰ型系统设计，初步设定ACR超前时间常数为0.03s，电流滤波时间常数为0.0006s，电流调节器的输出限幅为5，根据前文关系计算出电流环反馈系数为0.128。根据设计要求得到初始的ACR的比例系数为0.267。同理，在转速环中，考虑转速环等效时间常数、转速滤波时间常数、转速环小时间常数，由于设计要求转速无静差，转速调节器必须含有积分环节；根据动态设计要求，应按典型Ⅱ型系统设计转速环。按照跟随和抗干扰性能都较好的原则取h=5，计算对应的系统转速参数有转速环滤波时间常数为0.01s，额定转速给定电压为10，转速调节器输出限幅值为10，转速环反馈系数为0.0038，得到最后的转速调节参数则ASR超前时间常数初始为124.653，随后对参数进行了调整如下图所示：图11参数调整完成对系统中电流和反馈系数进行调整后，利用初始电机的相关参数，确定了实际的电流反馈系数beta和转速反馈系数alpha，随后，对双闭环系统的调速功能进行了仿真研究。图12电流环超调量验证图13转速环超调量验证电流环按照典型Ⅰ型系统设计，电流超调量能够在5%之内，转速环按典型Ⅱ型系统设计，转速环超调量也能够在5%之内。通过建立直流电机转速、电流双闭环调速系统数学模型设计，根据指标参数对电流反馈系数beta和转速反馈系数alpha进行分析，应用工程方法设计了电流调节器和转速调节器，设计中选择合适的调节器类型，给出了系统动态结构图并进行了仿真和性能分析。利用MATLAB及其中的仿真工具Si