基于單片機的直流調速系統設計
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在DKSZ-1電機控制實驗裝置基礎上增加以單片機為控制核心的數字控制器，實現了直流數字雙閉環調速系統控制。
2. 系統的組成
調速系統中設置了兩個調節器，分別調節轉速和電流。結構原理圖如圖1所示，圖中符號的意義分別為：ASR-轉速調節器；ACR-電流調節器；TG-測速發電機；TA-電流互感器；UPE-電力電子變換器U*n；-轉速給定電壓；Un-轉速反饋電壓；U*i-電流給定電壓；Ui-電流反饋電壓。
3. 電流環與轉速環的設計
經過測量計算，確定系統的基本參數如下：直流電動機：Un=220V，1.16A，1500r／min，Ce=0.15，λ=1.3
晶閘管裝置放大倍數：Ks=63.3
電樞回路總電阻：R=41.14Ω
時間常數：Tm=0.04s．TL=0.028s
電流反饋系數：β=3.3／λInom=3.3／1.5=2.188
轉速反饋系數：α=2.5／1500=0.0017
穩態指標：靜差率小于5％，D>10
3.1 電流環的設計
3.1.1 確定時間常數
①整流裝置滯后時間常數：三相橋式電路的平均失控時間Ts=0.0017s。
②電流濾波時間常數：
由于主回路的電流是脈動直流，為了能取得電流的平均值，可采用多次采樣取平均值等數字濾波方法，但考慮到系統的CPU時序安排緊張，決定采用加硬件濾波環節的辦法，但其時間常數應該取得小一些，取
③電流環小時間常數 
按小時間常數近似處理，取
3.1.2 選擇調節器結構
電流環按I型系統設計，電流調節器選用PI調節器，其傳遞函數為：
3.1.3 計算各調節器參數：
ACR超前時間常數：
。電流開環增益：按δI％≤5％，應取
，因此：
則ACR的比例系數為：
3.1.4 校驗近似條件
電流環截止頻率Wci=KI=178.57／S
晶閘管整流裝置傳遞函數近似條件Wci≤1／3Ts
現在，
，滿足近似條件。
忽略反電動勢對電流環影響的條件
現在，
，滿足近似條件。
小時間常數近似處理條件
： 現在， 
，滿足近似條件。
3.2 轉速環的設計
3.2.1 確定時間常數
①電流環等效時間常數為
②轉速濾波時間常數Ton
外加轉速濾波環節，取
③轉速環小時間常數
按小時間常數處理，取：
3.2.2 選擇調節器結構
按典型II型系統設計轉速環，ASR選用PI調節器，其傳遞函數為
3.2.3 計算轉速調節器參數
按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取=5，則ASR的超前時間常數為：
轉速環開環增益：
于是，ASR的比例系數為：
3.2.4 驗近似條件
轉速環截止頻率為
電流環傳遞函數簡化條件：
現在 
滿足簡化條件。
小時間常數近似處理條件：
現在： 
，滿足近似條件。
4. 采樣周期選擇及PI控制算法
4.1 采樣周期選擇
根據采樣定理，必須使采樣頻率Ws≥2Wmax，以便采樣后的離散信號不會失真，ws=2π(1／Ts)，為采樣角頻率； wmax=2πfma為信號最高角頻率。按采樣定理可以確定采樣周期的上限值：Ts≤π／Wmax；
實際應用中，常按一定的原則，結合使用經驗來選擇采樣周期Ts:Tmin≤Ts≤Tmax。
在一般情況下，可以令采樣周期， 
或用采樣角頻率Ws≥(4～10)Wc，Wc為控制系統的截止頻率。由雙閉環的設計參數知：
4.2 PI控制算法
當輸入誤差函數e (t)，輸出函數是u (t)時，PI調節器的傳函：
；則，u (t)和e (t)關系的時域表達式可寫成：
其中，KP=KPI，為比例系數； 
為積分系數。將上式離散化成差分方程，其第k拍輸出為：
5. MATLAB仿真建模與波形分析
電流調節器和轉速調節器仿真模型分別采用I型和Ⅱ型系統，所用數據為按工程方法計算的參數，并根據經驗略作調整，MATLAB仿真波形如圖4所示。
從圖4中可以看出，由于負載增大，使電樞電流出現一個小的數值增大的波動后，達到新的負載電流狀態的穩定值，這個穩定值與負載增加前相比，數值變大。
由圖5和圖6得：突然給定電壓U*n時，Un很小，所以△Un很大，ASR很快飽和，輸出為最大值，電樞電流線形增加，當r>n*時，Un>U*n那么△Un變極性，ASR退飽和，轉速負反饋投入運行，直到n=n*。
綜上所述，起動電流根據電機起動波形，可以看到速度與電流之間的關系與理論情況基本相同。
6. 實驗波形及分析
(1) 電機突加最大給定時，轉速波形如圖7。由于測速發電機性能的影響，使得超調現象不明顯。
由圖7可知，轉速起動波形與SIMULINK仿真所得波形一致，達到了預期的效果。
(2) 電樞電流波形
電樞電流波形在突加給定時，在雙閉環的作用下迅速上升，迫使電動機快速起動，然后迅速回落直到等于負載電流。
在圖8，因為測速發電機性能和晶閘管驅動環節死區電壓的影響，使得電樞電流沒有恒流階段。但波形與SIMULINK仿真所得波形趨勢一致，達到了預期的效果。
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