长春建筑学院电气信息学院
课程设计
课程名称：电子系统仿真实习
设计题目：转速闭环控制直流调速系统仿真
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设计鉴定
学生姓名班级学号设
计
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表
现
总评
指导
教师
综合
评语
成绩指导教师
目录
目录 (2)
第一章设计内容 (3)
1.1设计背景： (3)
1.2主要内容 (4)
1.3双闭环调速系统 (4)
第二章方案实施 (6)
2.1转速给定电路设计 (6)
2.2转速检测电路设计 (6)
2.3电流检测电路设计 (7)
第三章主电路保护电路设计 (8)
3.1过电压保护设计 (8)
3.2过电流保护设计 (9)
3.3 驱动电路的设计 (11)
3.4 控制电路设计 (12)
3.5电流环与转速环的设计 (13)
3.6 电流调节器的设计 (14)
3.7 转速调节器的设计 (14)
第四章结论体会 (15)
参考文献： (18)
第一章设计内容
1.1设计背景
直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。在20世纪60年代，随着晶闸管的出现，现代电力电子和控制理论、计算机的结合促进了电力传动控制技术研究和应用的繁荣。晶闸管-直流电动机调速系统为现代工业提供了高效、高性能的动力。尽管目前交流调速的迅速发展，交流调速技术越趋成熟，以及交流电动机的经济性和易维护性，使交流调速广泛受到用户的欢迎。但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场，并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。现在的直流和交流调速装置都是数字化的，使用的芯片和软件各有特点，但基本控制原理有其共性。
对于那些在实际调试过程中存在很大风险或实验费用昂贵的系统，一般不允许对设计好的系统直接进行实验。然而没有经过实验研究是不能将设计好的系统直接放到生产实际中去的。因此就必须对其进行模拟实验研究。当然有些情况下可以构造一套物理装置进行实验，但这种方法十分费时而且费用又高，而且在有的情况下物理模拟几乎是不可能的。近年来随着计算机的迅速发展，采用计算机对控制系统进行数学仿真的方法已被人们采纳。
但是长期以来，仿真领域的研究重点是仿真模型的建立这一环节上，即在系统模型建立以后要设计一种算法。以使系统模型等为计算机所接受，然后再编制成计算机程序，并在计算机上运行。因此产生了各种仿真算法和仿真软件。
1.2主要内容
本课题以直流电动机为对象，用工程设计方法设计直流电动机转速、电流双闭环调速系统，基于直流电动机的基本方程给出动态结构图，建立双闭环调速系统的数学模型，并应用MATLAB进行仿真，对仿真结果分析、研究，验证控制方案的合理性。
主要完成如下工作：(1) 数学模型的建立
认真学习相关资料，根据直流电动机基本方程，建立双闭环调速系统的数学模型并给出动态结构框图。
(2) 系统方案设计
通过国内外中英文资料介绍，了解直流电动机双闭环调速系统的最佳工程设计方法，并进行调速系统的设计。
(3) 仿真的进行和结果的分析与探究
深入学习和掌握MATLAB下的Simulink和Power System系统模型的搭建方法，进行模型搭建和仿真，对结果进行分析与探究。
1.3双闭环调速系统
在单闭环直流调速系统中，电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只能在超过临界电流dcrI值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想地控制电流的动态波形。带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统中，起动电流突破dcrI以后，受电流负反馈的作用，电流只能再升高一点，经过某一最大值dmI后，就降低下来，电机的电磁转矩也随之减小，因而加速过程必然拖长。
对于经常正、反转运行的调速系统，例如龙门刨床、可逆轧钢机等，尽量缩短起、制动过程的时间是提高生产率的重要因素。为此，在电机最大允许电流和转矩受限制的条件下，应该充分利用电机的过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流（转矩）为允许的最大值，使电力拖动系统以最大的加速度起动，到达稳态转速时，立即让电流降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运
行。
实际上，由于主电路电感的作用，电流不可能突跳。为了实现在允许条件下的最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值dmI的恒流过程。按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。问题是，应该在起动过程中只有电流负反馈，没有转速负反馈，达到稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不再让电流负反馈发挥作用。要想既存在转速和电流两种负反馈，又使它们只能分别在不同的阶段里起作用，只用一个调节器显然是不可能的，可以考虑采用转速和电流两个调节器。
图1.1转速、电流双闭环直流调速系统
第二章方案实施
2.1转速给定电路设计
转速给定电路主要由滑动变阻器构成，调节滑动变阻器即可获得相应大小的给定信号。转速给定电路可以产生幅值可调和极性可变的阶跃给定电压或可平滑调节的给定电压。其电路原理图如图2.1所示。
图2.1 转速给定电路原理图
2.2转速检测电路设计
转速检测电路的主要作用是将转速信号变换为与转速称正比的电压信号，滤除交流分量，为系统提供满足要求的转速反馈信号。转速检测电路主要由测速发电机组成，将测速发电机与直流电动机同轴连接，测速发电机输出端即可获得与转速成正比的电压信号，经过滤波整流之后即可作为转速反馈信号反馈回系统。其原理图如图2.2所示。
图2.2 转速检测电路原理图
2.3电流检测电路设计
电流检测电路的主要作用是获得与主电路电流成正比的电流信号，经过滤波整流后，用于控制系统中。该电路主要由电流互感器构成，将电流互感器接于主电路中，在输出端即可获得与主电路电流成正比的电流信号，起到电气隔离的作用。其电路原理图如图2.3所示。
图2.3 电流检测电路原理图
第三章 主电路保护电路设计
3．1过电压保护设计
晶闸管对过电压很敏感，当正向电压超过其断态重复峰值值电压一定值时，
就会误导通，引发电路故障；当外加的反向电压超过其反向重复峰值电压DRM U 一
定值时，晶闸管将会立即损坏。因此，必须研究过电压的产生原因及抑制过电压
的方法。过电压产生的原因主要是供给的电压功率或系统的储能发生了激烈的变
化，使得系统来不及转换，或者系统中原来积聚的电磁能量不能及时消散而造成
的。本设计采用如右图3.1阻容吸收回路来抑制过电压。
通过经验公式
3(24)10T C I -=~?
1030R =~Ω
212
R m P CU = 图 3.1 阻
容吸收回路
得：
33(24)10(24)50100.10.2T C I F μ--=~?=~??=~ 2623110.210140 1.961022
R m E CU J --==???=? 由于一个周期晶闸管充放电各一次，因此
3322 1.9610 3.9210R E J --=??=? 3
3.92100.1960.02
E P W T -?=== 功率选择留5～6倍裕量 (5~6)(5~6)0.1961~1.2P P W W ==?=
因此，电阻R 选择 阻值为Ω20,功率选择1W 的电阻。
电容C 选择 容量为F μ20.0的电容。
3．2过电流保护设计
过电流保护措施有下面几种，可以根据需要选择其中一种或数种。
（1）在交流进线中串接电抗器或采用漏抗较大的变压器，这些措施可以限
制短路短路电流。
（2）在交流侧设置电流检测装置，利用过电压信号去控制触发器，使脉冲
快速后移或对脉冲进行封锁。
（3）交流侧经电流互感器接入过电流继电器或直流侧接入过电流继电器，
可以在发生过电流时动作，断开主电路。
（4）对于大容量和中等容量的设备以及经常逆变的情况，可以用直流快速
开关进行过载或短路保护。直流开关的应根据下列条件选择：
① 快速开关的额定电流2l d I 额定整流电流N I 。
② 快速开关的额定电压Kld U ≥额定整流电压N U 。
③ 快速开关的分断能力2fd d I 直流侧外部短路时稳态短路电流平均电流平均
值20d I 。快速开关的动作电流2g d I 按电动机最大过载电流整定 2g d N I KI =
式中，K 为电动机最大过载倍数，一般不大于2.7；N I 为直流电动机的额定电流。
（5） 快速熔断器
它可以安装在交流侧或直流侧，在直流侧与元件直接串联。在选择时应注
意以下问题：
① 快熔的额定电压应大于线路正常工作电压的有效值。
② 熔断器的额定电流应大于溶体的额定电流。
③ 溶体的额定电流KN I 可按下式计算 1.57Ta KN T I I I ≤≤
1．三相交流电路的一次侧过电流保护
在本设计中，选用快速熔断器与电流互感器配合进行三相交流电路的一次侧
过电流保护。
（1）熔断器额定电压选择：其额定电压应大于或等于线路的工作电压。
本课题设计中变压器的一次侧的线电压为380V ，熔断器额定电压可选择
400V 。
（2）熔断器额定电流选择：其额定电流应大于或等于电路的工作电流。
本课题设计中变压器的一次侧的电流1I
221114043.716.1380
U I I A U ?=== 熔断器额定电流 11.6 1.616.125.76FU I I A ≤=?=
因此，如右图在三相交流电路变压器的一次侧的每一相上串上一个熔断器，按本
课题的设计要求熔断器的额定电压可选400V ，额定电流选25A 。
图3.2
2．晶闸管过电流保护
晶闸管不仅有过电压保护，还需要过电流保护。由于半导体器件体积小、热容量
小，特别像晶闸管这类高电压、大电流的功率器件，结温必须受到严格的控制，
否则将遭至彻底损坏。当晶闸管中流过的大于额定值的电流时，热量来不及散发，
使得结温迅速升高，最终将导致结层被烧坏。晶闸管过电流保护方法中最常用的
是快速熔断器。快速熔断器由银质熔丝埋于石英砂内，熔断时间极短，可以用来
保护晶闸管。
3.3驱动电路的设计
晶闸管触发电路的作用是产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管在学要
的时刻由阻断转为导通。晶闸管触发电路往往包括触发时刻进行控制相位控制电
路、触发脉冲的放大和输出环节。触发脉冲的放大和输出环节中，晶闸管触发电
路应满足下列要求：
（1）触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通，三相全控桥式电路应采用宽于
60°或采用相隔60°的双窄脉冲。
（2）触发脉冲应有足够的幅度，对户外寒冷场合，脉冲电流的幅度应增大为
器件最大触发电流3～5倍，脉冲前沿的陡度也需增加，一般需达1～2A ∕us 。
（3）所提供的触发脉冲应不超过晶闸管门极的电压、电流和功率定额，且在
门极的伏安特性的可靠触发区域之内。
（4）应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。
在本设计中最主要的是第1、2条。理想的触发脉冲电流波形如图3.3 。
图3.3 理想的晶闸管触发脉冲电流波形
12~t t -----脉冲前沿上升时间（1s μ≤）
13~t t ----强脉冲宽度 M I ---强脉冲幅值（3~5GT GT I I ）
14~t t ---脉冲宽度 I --脉冲平顶幅值（1.5~2GT GT I I ）
常用的晶闸管触发电路如图3.4 。它由V 1、V 2构成的脉冲放大环节和脉冲
变压器TM 及附属电路构成的脉冲输出环节两部分组成。当V 1、V 2导通时，通过
脉冲变压器向晶闸管的门极和阴极之间输出出发脉冲。VD 1和R 3是为了V 1、V 2由
导通变为直截时脉冲变压器TM 释放其储存的能量而设的。为了获得触发脉冲波
形中的强脉冲部分，还需适当附加其它的电路环节。
1234
4
321R2
R4
R3
R1TM
VD1
VD2
VD3V1V2
E1
E2
图3.4 触发电路
3.4 控制电路设计
本控制系统采用转速、电流双闭环结构，其原理图如图6.1所示。
图3.5 双环调速系统原理图
为了获得良好的静动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用PI 调节器。图
4.5中标出了两个调节器的输入输出的实际极性，他们是按照电力电子变换器的
控制电压Uc 为正电压的情况标出的，并考虑到运算放大器的倒相作用。图3.6
为双闭环调速系统的稳态结构图。图3.7为双闭环调速系统的稳态结构图。ACR
和ASR 的输入、输出信号的极性，主要视触发电路对控制电压的要求而定。若触
发器要求ACR 的输出Uct 为正极性，由于调节器一般为反向输入，则要求ACR
的输入Ui*为负极性，所以，要求ASR 输入的给定电压Un*为正极性。本文基于
这种思想进行ASR 和ACR 设计。
图3.6双闭环调速系统稳态结构图
图3.7 双闭环调速系统动态结构图
3.5电流环与转速环的设计
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[3]。由于典型Ⅰ型系统的跟随性能由于典型Ⅱ型系统，而典型Ⅱ型系统的抗扰性能优于典型Ⅰ型系统，因此一般来说，从快速启动系统的要求出发，可按典型Ⅰ型系统设计电流环；由于要求转速无静差，转速环应按典型Ⅱ型系统设计。工程设计法是建立在频率特性理论基础上的，只需将典型Ⅰ系统和典型Ⅱ系统的开环频率特性作为调速系统仅有的两种预期特性。
3.6电流调节器的设计
1. 确定时间常数
（1）整流装置滞后时间常数Ts 。则，三相桥式电路的平均失控时间
Ts=0.0017s 。
（2）电流滤波时间常数Toi 。三相桥式电路的每个波头的时间是3.3ms ，为
了基本滤平波头，应有（1~2）Toi=3.3ms ，因此取Toi=2ms=0.002s 。
（3）电流环小时间常数之和i T ∑。按小时间常数近似处理，取
=Ts+Toi=0.0037s i T ∑。
2. 选择电流调节器的结构
由于设计要求无静差，转速调节器必须含有积分环节；又根据动态要求，应
按典型II 型系统设计调速环。故ASR 选用PI 调节器，其传递函数为 ()(1)i i ACR s i K s W s
ττ+= 式中 i K ------电流调节器的比例系数；
i τ-------电流调节器的超前时间常数；
3.7 转速调节器的设计
1. 确定时间常数
（1）电流环等效时间常数1/K I 。由前述已知，0.5I i K T ∑=，则 1220.00370.0074i I
T s s K ∑==?= （2）转速滤波时间常数on T ，根据所用测速发电机纹波情况，取=0.01s on T .
（3）转速环小时间常数n T ∑。按小时间常数近似处理，取 10.00740.010.0174n on I
T T s s s K ∑=+=+= 2. 选择转速调节器结构
按照设计要求，选用PI 调节器，其传递函数式为
KT=0.5，阻尼比=0.707，超调=4.3%，Tr=4.7T，Tp=6.2T，Wc=0.455/T h=5，超调=37.6%，t=hT 2-8、泵升电压是怎样产生的？对系统有何影响？如何抑制？ 答：泵升电压是当电动机工作于回馈制动状态时，由于二极管整流器的单向导电性，使得电 动机由动能转变为的电能不能通过整流装置反馈回交流电网，而只能向滤波电容充电， 造成电容两端电压升高。泵升电压过大将导致电力电子开关器件被击穿。应合理选择滤波电容的容量，或采用泵升电压限制电路。 2-10、静差率和调速范围有何关系？静差率和机械特性硬度是一回事吗？ 答：D=（nN/△n）（s/（1-s）。静差率是用来衡量调速系统在负载变化下转速的稳定度的，而机械特性硬度是用来衡量调速系统在负载变化下转速的降落的。 3-3、双闭环直流调速系统中，给定电压Un*不变，增加转速负反馈系数α，系统稳定后转速反馈电压Un 和实际转速n 是增加、减小还是不变？ 答：转速反馈系数α增加，则转速反馈电压UN增加，给定电压UN*，则转速偏差电压减小，则AST 给定电压Ui*减小，则控制电压Uc减小，则转速n减小；则转速反馈电压Un减小，知道转速偏差电压为零；古稳态时转速反馈电压Un不变。且实际转速N减小。 1、V-M调速系统的电流脉动和断续是如何形成的？如何抑制电流脉动? 整流器输出电压大于反电动势时，电感储能，电流上升，整流器输出电压小于反电动势时电感放能，电流下降。整流器输出电压为脉动电压，时而大于反电动势时而小于，从而导 致了电流脉动。当电感较小或电动机轻载时，电流上升阶段电感储能不够大，从而导致当电流下降时，电感已放能完毕、电流已衰减至零，而下一个相却尚未触发，于是形成电流断续。 2、简述比例反馈控制、积分控制的规律及其不同。 答：比例控制的反馈控制系统是（被调量有静差）的控制系统；反馈控制系统的作用是（抵抗前向通道的扰动，服从给定）反馈系统的精度依赖于（给定和反馈检测的精度）；积分控制可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行，实现无静差调速比例调节器的输出只取决于（输入偏差的现状），而积分调节器的输出则包含了（输入偏差量的全部历史） 3、简述ASR的退饱和条件。 答：当ASR处于饱和状态时，若实际转速大于给定转速，则反馈电压大于给定电压，使偏差电压小于零，则ASR反向积分，从而退饱和，返回线性调节状态。 4、简述双闭环直流调速系统中转速调节器的作用。 答：作为主导调节器，在转速动态过程中，使转速快速跟随给定电压变化，稳态时减小转速误差，采用PI调节器可实现无静差；对负载变化其抗扰作用；其输出限幅值决定电动机允许最大电流。 5、简述双闭环直流调速系统中电流调节器的作用。 答：作为内环调节器，在转速调节过程中，使电流紧紧跟随给定电流变化；对电网电压波动起及时抗扰作用；在转速动态过程中，保证获得电动机最大允许电流，从而加快动态过程；当电动机过载或堵转时，限制电枢电流最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。 6、V—M系统需要快速的回馈制动时，为什么必须采用可逆线路。 答：当电动机需要回馈制动时，由于反电动势的极性未变，要回馈电能必须产生反向电流， 而反向电流是不可能通过VF流通的，这时，可以通过控制电路切换到反组晶闸管装置VR， 并使它工作在逆变状态，产生逆变电压，电机输出电能实现回馈制动。 7、晶闸管可逆系统中环流产生的原因是什么?有哪些抑制的办法？ 答：两组晶闸管整流装置同时工作时，便会产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流。抑制的方法：1. 消除直流平均环流可采用α=β配合控制，采用α≥β能更可靠地消除直流平均环流。2. 抑制瞬时脉动环流可在环流回路中串入电抗器（叫做环流电抗器，或称均衡电抗器
电子控制系统的组成和工作过程 一、教学分析 1．教材分析 本课是第一章第二节“电子控制系统的组成和工作过程”。从对比分析两种路灯控制系统的基本组成入手，再通过搭接一个路灯自动控制的电子模型，来学习电子控制系统的基本组成和工作过程，从而为学生学习后面各章提供了一把钥匙。 2．学情分析 学生在通用技术必修2的学习中，已学过关于控制系统的一些概念，例如输入、控制、输出，以及功能模拟方法的含义，但对电子控制系统内部电子元件，例如发光二极管、光敏电阻、三极管等的工作原理不太了解，教师可用通俗的语言补充解释其作用，以利于学生的学习。 二、教学目标 1．知识与技能目标 （1）知道电子控制系统的基本组成。 （2）能用方框图分析生活中常见电子控制系统的工作过程。 2．过程与方法目标 （1）通过对两种路灯控制系统方框图的对照，知道电子控制系统的基本组成。 （2）通过搭接一个路灯自动控制的电子模型，加深对电子控制系统组成的理解。 3．情感态度和价值观目标 （1）激发学生动手尝试的兴趣和热爱技术的情感。 （2）提高学生比较及分析电子控制系统的能力。 三、教学重难点 1．重点 （1）电子控制系统的基本组成。 （2）能用方框图分析生活中常见电子控制系统的工作过程。 2．难点 电子控制系统内部常见电子元件的工作原理。 四、教学策略 本节课程以多媒体技术为辅助教学手段，通过观察、基本知识讲授、小组探究、分析表达、技术试验、能力展示等教学方法和策略，在教师指导下，通过学生自主探究建构知识和技能。 五、教学准备 通用技术专用教室、多媒体、课件、路灯自动控制模型。 六、课时安排 共1课时 七、教学过程 （一）新课导入 教师展示：路灯自动控制模型 板书：第一章电子控制系统概述 第二节电子控制系统的组成和工作过程
转差频率控制的异步电 动机 Revised as of 23 November 2020
转差频率控制的异步电动机 矢量控制系统仿真实训报告 二级学院 专业电气工程及其自动化 班级 指导教师 2014年6月 摘要 矢量变换控制技术的诞生和发展奠定了现代交流调速系统高性能化的基础。交流电动机是个多变量、非线性、强耦合的被控对象，采用参数重构和状态重构的现代控制理论概念可以实现交流电动机定子电流的励磁分量和转矩分量之间的解耦，实现了将交流电动机的控制过程等效为直流电动机的控制过程，使交流调速系统的动态性能得到了显着的改善和提高，从而使交流调速取代直流调速成为可能。目前对调速性能要求较高的生产工艺已较多地采用了矢量控制型的变频调速装置。实践证明，采用矢量控制的交流调速系统的优越性高于直流调速系统。 本文基于MATLAB?对异步电动机转差频率控制调速系统进行仿真研究。首先分析了异步电动机转差频率控制技术的主要控制方
法、基本组成与工作原理。之后对异步电机的动态模型做了分析，进一步介绍了异步电机的坐标变换，对异步电机转差频率矢量控制系统的基本原理进行了阐述，通过仿真工作，证明了其可行性。最后，通过对仿真结果进行分析，归纳出如下结论：单纯的转差频率控制带载能力差，应用转差频率矢量控制可增强电机对转矩的调节能力且无需电压补偿。 关键词：异步电动机矢量控制转差角频率 MATLAB 目录
一、转差频率控制的异步电动机矢量控制调速系统 1.矢量控制概述 矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量(励磁电流)和产生转矩的电流分量(转矩电流)分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。 矢量控制（VC）方式：矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic、通过三相－二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1和Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1（Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流），然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。
班级：10电气工程及其自动化三班 姓名: 学号: 题目: 带电流截至负反馈的转速单闭环直流调速系统 要求: 1.利用所学知识设计带电流截至负反馈的转速单闭环直流 调速系统；（10%） 2.设计过程中详细说明系统组成,单闭环直流调速系统的调 试方法和电流截至负反馈的整定；（10%） 3.使用MATLAB软件编写调试程序,分析调速系统的机械特性和转速单闭环调速系统的静特性；（30%） 4.要有详细原理说明和设计过程，方案以WORD文档的形式给出（30%） 5.课程总结,总结该课程的主要内容与相关实际应用。(20%) 作业成绩:
摘要 带电流截止负反馈的闭环直流调速系统的在对调速精度要求不高的，大功率容量的电机中的应用是非常广泛的，它具有控制简单方便，调速性能较好，设备成本低等的优点。本次设计主要介绍了单闭环不可逆直流调速系统的方案比较及其确定，主电路设计；控制电路设计；绘制原系统的动态结构图；绘制校正后系统的动态结构图；应用MATLAB软件对带电流截至负反馈的转速单闭环直流调速系统进行仿真，完善系统。 关键词：直流电机电流截止负反馈主电路控制电路
摘要 (1) 一、设计方案目的和意义 (3) 1.1设计的确定 (3) 1.2课程设计的目的和意义 (3) 二、课程设计内容 (4) 2.1设计要求 (4) 2.2设计主要内容 (4) 三、主电路设计 (4) 四、控制电路的设计 (6) 五、Matlab仿真及分析 (9) 5.1、matlab仿真图 (9) 5.2、仿真图分析 (14) 六、总结 (15)
题目: 带电流截至负反馈的转速单闭环直流调速系统 一、设计方案目的和意义 1.1设计的确定 控制电路采用转速单闭环调速系统控制，采用闭环系统可以比开环系统获得更硬的机械特性，而且静差率比开环是小得多，并且在静差率一定时，则闭环系统可以大大提高调速范围。但在闭环式必选设置放大器。如果只采用比例放大器的反馈控制系统，其被调量仍然是有静差的，这样的系统叫做有静差调速系统，它依赖于被调量的偏差进行控制，而反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定，但反馈控制系统所能抑制的知识被反馈环包围的前向通道上的扰动。普通闭环直流调速系统及其存在的起动的冲击电流---直流电动机全电压起动时，如果没有限流措施，会产生很大的冲击电流，这不仅对电机换向不利的问题。电流截止负反馈的作用是在电动机发生超载或堵转的时候电流截止负反馈和给定信号相比较抵消。使电动机处于停止运行状态，以保护电机 1.2课程设计的目的和意义 通过本次课程设计了解单闭环不可逆直流调速系统的原理，组成及其各主要单元部件的原理。掌握晶闸管直流调速系统的一般调速过程。认识闭环反馈控制系统的基本特性。掌握交、直流电机的基本结构、原理、运行特性。掌握交、直流电动机的机械特性及起动、调速、制
●1.简述异步电动机双馈调速的五种工况。 答：①电机在次同步转速下作电动运行。从定子侧输入功率，轴上输出机械功率，而转速功率在扣除转子消耗后从转子侧馈送到电网，由于电机在低于同步转速下工作，故称为次同步转速的电动运行；②电机在反转时作倒拉制动运行。在反相附加电动势与位能负载外力的作用下，可以使电机进入倒拉制动运行状态；③电机在超同步转速下作回馈制动运行。进入这种运行状态的必要条件是有位能性机械外力作用在电机轴上，并使电机能在超过其同步转速n1的情况下运行；④电机在超同步转速下作电动运行。绕线转子异步电机在转子中串入附加电动势后可以再超同步转速下作电动运行，并可使输出超过其额定功率，这一特殊工况正是有定，转子双馈的条件形成的；⑤电机在次同步转速下作回馈制动运行。为了提高生产率，很多工作机械希望其电力拖动装置能缩短加速和停车的时间，因此必须是运行在低于同步转速电动状态的电机切换到制动状态下工作。 ●2.简述转速反馈闭环调速系统的三个基本特征 答：①只用比例放大器的反馈控制系统，其被调量仍是有静差的；②反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定，扰动性能是反馈控制系统最突出特征之一；③系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。 ●3.简述双闭环直流调速系统启动过程的三个阶段和三个特点： 答：⑴三个阶段：第一阶段（0~t1)是电流上升阶段；第二阶段(t1~t2)是横流升速阶段； 第三阶段（t2以后）是转速调节阶段。 ⑵三个特点：①饱和非线性控制。随着ASR的饱和与不饱和，整个系统处于完全 不同的两种状态，在不同情况下表现未不同结构的线性系统，只能采用分段线性化得方法来分析，不能简单的用线性控制理论来分析整个起动过程，也不能简单的用线性控制理论来笼统的设计这样的控制系统；②转速超调。当转速调节器ASR采用PI调节器时，转速必然有超调；③准时间最优控制。 ●4.简述双闭环直流调速系统中转速调节器和电流调节器的作用。 答：⑴转速调节器的作用 ①转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速n很快的跟随给定电压Un*变化，稳 态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差；②对负载变化起抗扰作用；③其输出限幅值决定电动机允许的最大电流。 ⑵电流调节器的作用 ①作为内环的调节器，在转速外环的调节过程中，它的作用是使电流紧跟随其给定电压 Ui*（即外环调节器的输出量）的变化；②对电网电压的波动起及时抗扰作用；③在转速动态过程中，保证获得电动机允许的最大电流，从而加快动态过程；④当电动机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复正常，这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的。 ●5.矢量控制系统的特点与存在的问题？ 答：⑴矢量控制系统特点。 ①按转子磁链定向，实现了定子电流历次分量和转矩分量的解耦，需要电流闭环控 制；②转子磁链系统的控制对象是稳定的惯性环节，可以闭环控制，也可以开环控制； ③采用连续的PI控制，转矩与磁链变换平稳，电流闭环控制可有效的限制起动电流。 ⑵矢量控制系统存在的问题。 ①转子磁链计算精度受易于变化的转子电阻的影响，转子磁链的精度影响定向的准 确性；②需要进行矢量变换，系统结构复杂，运算量大。 ●6.试比较转子磁链的电压模型和电流模型的运算方法及其优缺点。 答：㈠电流模型，根据描述磁链与电流关系的磁链方程来计算转子磁链，所得出的模型
实验五直流电机闭环调速控制 2011级测控一班王婷婷 2011134128 一、实验目的 1．掌握用PID控制规律的直流调速系统的调试方法； 2．了解PWM调制、直流电机驱动电路的工作原理。 二、实验设备 计算机控制技术（二）、PCI数据采集卡（含上位机软件） 三、实验原理 直流电机在应用中有多种控制方式，在直流电机的调速控制系统中，主要采用电枢电压控制电机的转速与方向。 功率放大器是电机调速系统中的重要部件，它的性能及价格对系统都有重要的影响。过去的功率放大器是采用磁放大器、交磁放大机或可控硅（晶闸管）。现在基本上采用晶体管功率放大器。PWM功率放大器与线性功率放大器相比，有功耗低、效率高，有利于克服直流电机的静摩擦等优点。 PWM调制与晶体管功率放大器的工作原理： 1.PWM的工作原理 图5-1 PWM的控制电路 图5-1所示为SG3525为核心的控制电路，SG3525是美国Silicon General公司生产的专用PWM控制集成芯片，其内部电路结构及各引脚如图5-2所示，它采用恒频脉宽调制控制方案，其内部包含有精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等。调节Ur的大小，在A、B两端可输出两个幅度相等、频率相等、相位相互错开180度、占空比可调的矩形波（即PWM信号）。它适用于各开关电源、斩波器的控制。 2．功放电路 直流电机PWM输出的信号一般比较小，不能直接去驱动直流电机，它必须经过功放后再接到直流电机的两端。该实验装置中采用直流15V的直流电压功放电路驱动。 3．反馈接口 在直流电机控制系统中，在直流电机的轴上贴有一块小磁钢，电机转动带动磁钢转动。 磁钢的下面中有一个霍尔元件，当磁钢转到时霍尔元件感应输出。 4．直流电机控制系统如图13-3所示，由霍耳传感器将电机的速度转换成电信号，经数据采集卡变换成数字量后送到计算机与给定值比较，所得的差值按照一定的规律（通常为PID）运算，然后经数据采集卡输出控制量，供执行器来控制电机的转速和方向。
长春建筑学院电气信息学院 课程设计 课程名称：电子系统仿真实习 设计题目：转速闭环控制直流调速系统仿真 姓名： 学号： 专业班级： 指导教师： 起止日期：
设计鉴定 学生姓名班级学号设 计 期 间 表 现 总评 指导 教师 综合 评语 成绩指导教师
目录 目录 (2) 第一章设计内容 (3) 1.1设计背景： (3) 1.2主要内容 (4) 1.3双闭环调速系统 (4) 第二章方案实施 (6) 2.1转速给定电路设计 (6) 2.2转速检测电路设计 (6) 2.3电流检测电路设计 (7) 第三章主电路保护电路设计 (8) 3.1过电压保护设计 (8) 3.2过电流保护设计 (9) 3.3 驱动电路的设计 (11) 3.4 控制电路设计 (12) 3.5电流环与转速环的设计 (13) 3.6 电流调节器的设计 (14) 3.7 转速调节器的设计 (14) 第四章结论体会 (15) 参考文献： (18)
第一章设计内容 1.1设计背景 直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。在20世纪60年代，随着晶闸管的出现，现代电力电子和控制理论、计算机的结合促进了电力传动控制技术研究和应用的繁荣。晶闸管-直流电动机调速系统为现代工业提供了高效、高性能的动力。尽管目前交流调速的迅速发展，交流调速技术越趋成熟，以及交流电动机的经济性和易维护性，使交流调速广泛受到用户的欢迎。但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场，并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。现在的直流和交流调速装置都是数字化的，使用的芯片和软件各有特点，但基本控制原理有其共性。 对于那些在实际调试过程中存在很大风险或实验费用昂贵的系统，一般不允许对设计好的系统直接进行实验。然而没有经过实验研究是不能将设计好的系统直接放到生产实际中去的。因此就必须对其进行模拟实验研究。当然有些情况下可以构造一套物理装置进行实验，但这种方法十分费时而且费用又高，而且在有的情况下物理模拟几乎是不可能的。近年来随着计算机的迅速发展，采用计算机对控制系统进行数学仿真的方法已被人们采纳。 但是长期以来，仿真领域的研究重点是仿真模型的建立这一环节上，即在系统模型建立以后要设计一种算法。以使系统模型等为计算机所接受，然后再编制成计算机程序，并在计算机上运行。因此产生了各种仿真算法和仿真软件。
柴油发电机组控系统工作原理 LIXISE 作者： 作者：LIXISE 柴油发电机组控制系统工作原理和算法是相当的复杂，每个电路的设计都有其特定的算法来予以实现。柴油发电机组的控制器系统犹如发电机组的心脏，智能控制系统的使用大大提高了柴油发电机组的运行，保障了柴油发电机组的稳定工作，那么控制系统是通过何种原理和算法来实现呢？柴油发电机组的控制部分，数字式励磁控制器较传统的模拟电路励磁控制器具有精度高，反应快，控制算法适应性强，对于不同特性的电机只要通过调整程序参数就能适应，甚至可以实现更高端的自适应智能控制算法等优点。 一、数字励磁控制器软件实现与算法研究 主要是对数字式励磁控制器的软件和所采用的控制算法进行论述。首先对数字励磁控制器的主程序进行设计，然后对电量参数采集算法和智能励磁控制算法进行研究，并在ＣＰＵ上进行实现。为了实现精确的数字励磁控制，需要得到实时、精确的电量数据，而要获得实时、精确的电量数据，则需要采用交
流采样方法，并推导出交流采样下各个电量的计算公式，最终编写计算出电量数据的算法程序。交流采样是按一定的规律对被测信号的瞬时值进行采样，再按照一定的数学算法求出被测电量参数的测量方法。下面给出交流电压，交流电流，有功功率，无功功率，功率因素的各种算法中的离散公式。 二、数字式励磁控制器总体设计方案 工作电源：由于微处理器的工作电源要求，我们需要一个５Ｖ的稳定直流电源，信号调理电路的运算电路的供电需要一组±１２Ｖ的直流电源，另外，开关量输出需要驱动继电器，所以需要一个＋２４Ｖ的直流电源，为此我们需要设计一个电源转化模块得到系统正常工作所需的三组ＤＣ电源。 三、交流采样锁相环电路 要进行交流采样，通常需要进行同步采样，目前交流采样方式主要有硬件同步采样、软件同步采样和异步采样三种。硬件同步由硬件同步电路向ＣＰＵ提出中断实现同步。硬件同步电路有多种形式，常见的如锁相环同步电路等。硬件同步采样法是由专门的硬件电路产生同步于被测信号的采样脉冲。它能克服软件同步采样法存在截断误差等缺点，测量精度高。利用锁相频率跟踪原理实
滨江学院 专业综合设计 题目直流电机闭环调速系统控制 院系自动控制 专业自动化 组别第二组 组长周未政 指导教师周旺平 二0 一0 年十二月二十八日基于单片机的直流电机闭环调速控制系统
摘要：设计以AT89C51单片机控制模块为核心，由单片机控制、红外线光电检测装置、直流电机转速为被测量组成的控制系统。原理是利用红外线光电传感器接收直流电机转速所产生的红外信号转换成电信号传输给单片机，并调节转速的闭环调速控制系统。 1.AT80C51单片机介绍 1.1主电源引脚 V ss—(20脚)：电路地电平 V cc—(40脚)：正常运行和编程校检（8051/8751)时为+5V电源。 1.2外接晶振或外部振荡器引脚 XTAL1—(19脚)：接外部晶振的一个引脚. 在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器. 当采用外部振荡器时，此引脚应该接地. XTAL2—(18脚)：接外部晶振的另一个引脚. 在片内接至振荡器的反相放大器的输出和内部时钟发生器的输入端. 当采用外部振荡器时，则此引脚接外部振荡信号的输入。 1.3控制、选通或电源复用引脚 RST/V pd—(9引脚)： RST即Reset（复位)信号输入端。 ALE/PROG—(30引脚)： ALE，允许地址索存信号输出。 PSEN—(29脚)：访问外部程序存储器选通信号，低电平有效。. V pp/EA—(31引脚)： EA为访问内部或外部程序存储器选择信号。 1.4多功能I/O口引脚 P0口—（32-39脚)：8位漏极开路双向并行I/O接口. P1口—（1-8脚)： 8位准双向并行I/O接口. P2口—（21-28脚)：8位准双向并行I/O接口. P3口—（10-17脚)：具有内部上拉电路的8位准双向并行I/O端口。它还提供第二特殊功能，具体含义为： P3.0—(10脚)RXD：串行数据接收端。 P3.1—(10脚)TXD：串行数据发送端。 P3.2—(10脚)INT0：外部中断0请求端，低电平有效。 P3.3—(10脚)INT1：外部中断1请求端，低电平有效。. P3.4—(10脚)T0：定时器/计数器0外部事件计数输入端。.
电控系统工作原理 一、电控系统工作原理 随着科技进步和电子工业的发展，国产轿车采用电子控制燃油喷射系统的比率逐年增加，早在2000年，一汽—大众就宣布停止化油器式发动机的生产，产品全部采用电子控制燃油喷射系统。最早研究和开发汽油喷射式发动机的是德国博世(Bosch)公司，汽油喷射技术首先应用于飞机发动机，随着对汽车节能降耗、降低排放和提高舒适性、增加动力性的要求，这一技术被应用于汽车发动机上。目前，博世公司在这一领域的技术和产品仍处于世界领先地位。捷达王轿车就采用了博世公司最新开发的Motronic M3．8．2发动机电控管理系统，并根据中国的国情做了改进和匹配。Motronic M3．8．2发动机电控管理系统为电子控制多点燃油顺序喷射系统，闭环控制，其突出特点是喷油量及点火时刻综合控制。该系统由电子控制单元、传感器、执行器等组成，传感器为燃油喷射系统和点火系统所共用。 1．Motronic M3．8．2发动机电控管理系统的组成及工作原理 Motronic M3．8．2电控系统由电控单元(即ECU，俗称电脑)、发动机转速传感器(也称曲轴位置传感器)、空气流量传感器、节流阀体、进气温度传感器、冷却液温度传感器(发动机水温传感器)、k传感器(即氧传感器)、爆震传感器、相位传感器(也称凸轮轴位置传感器或霍尔传感器)、双点火线圈、油压调节器和喷油器等组成。 驾驶员通过节气门(俗称油门)控制发动机进气量，控制单元通过节气门位置传感器得知节气门开度，再综合发动机转速、空气流量、进气温度、λ探测值等各传感器及电子开关提供的信息，经分析、计算，确定出最佳喷油量和点火时刻，向喷油器和点火线圈发出喷油和点火指令。发动机转速和空气流量信号是ECU计算基本喷油量的主信号，ECU再根据进气温度传感器、冷却液温度传感器、A传感器、爆震传感器和节气门位置等信号对喷油量进行必要的修正，确定出实际喷油量，然后根据转速传感器得到的曲轴位置信号和相位传感器检测到的1缸压缩上止点信号，适时地向喷油器和点火线圈发出动作指令。 发动机工作可分为如下工况： (1)起动工况 发动机被起动机带动运转，当转速低于某值时，ECU识别出发动机处于起动工况，根据转速传感器、凸轮轴位置传感器、节流阀位置传感器、冷却液温度传感器、进气温度传感器等提供的信号，以及ECU中存储的最佳控制参数，计算出起动喷油量、点火角度和怠速直流电机的位置，并驱动喷油器和点火动力组件动作，使节气门处于起动位置，保证发动机顺利起动。发动机起动后，当转速超过某值时，则起动工况结束。捷达王轿车起动时，司机无需踏油门踏板、节气门会自动处于最佳起动位置。 (2)怠速工况 发动机起动后，怠速运转时，节流阀体内的怠速开关触点闭合，ECU根据此信号得知发动机处于怠速工况，同时根据冷却液温度传感器信号计算出目标转速(存储在ECU中的理论转速，温度越低，理论转速越高，以保证发动机在低温时稳定运转并快速暖机)，并与实际转速进行比较，根据转速差的正负和大小，使节气门处于目标位置，以保证发动机怠速转速达到目标值。KCU同时还通过改变点火提前角来稳定发动机怠速。捷达王发动机热车后怠速转速理论值设置为840r／mjn，怠速点火提前角设置为上止点前12°，这些值存储在ECU中，人工不能调整。 (3)运行工况 运行工况又包括部分负荷、全负荷、加减速过渡及被拖动等工况。ECU根据转
运动控制系统课程设计 题目： 基于稳态模型的转差频率控制的交流调速系统 的仿真与设计 信息与电气工程学院 08级电气三班
一设计目的： 应用所学的交、直流调速系统的基本知识与工程设计方法，结合生产实际，确定系统的性能指标与实现方案，进行运动控制系统的初步设计。 应用计算机仿真技术，通过在MATLAB软件上建立运动控制系统的数学模型，对控制系统进行性能仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响。 在原理设计与仿真研究的基础上，应用PROTEL进行控制系统的印制板的设计，为毕业设计的综合运用奠定坚实的基础 二设计参数： 额定输出功率17KW； 定子绕组额定线电压380V； 定子绕组额定相电流25A; 定子绕组每相电阻0.1欧姆； 定子绕组接线形式Y； 转子额定转速1430rpm; 转子形式:鼠笼式； 转子每相折算电阻:1欧姆； 转子折算后额定电流50A； 额定功率因数：0.75； 电机机电时间常数1S; 电枢允许过载系数1.5； 环境条件: 电网额定电压:380/220V; 电网电压波动10%; 环境温度:-40~+40摄氏度; 环境相对湿度:10~90%.
控制系统性能指标: 转差率：3%； 调速范围：D ＝20； 电流超调量小于等于5%; 空载起动到额定转速时的转速超调量小于等于30%; 稳速精度：0.03. 三 设计原理： 1 转差频率控制的基本概念 本文主要介绍异步电动机的转差频率控制方式，在该基础上进一步介绍转差频率间接矢量控制方式。 由电力拖动的基本方程式: e L p J d T T n dt ω-= （1-1） 根据基本运动方程式，控制电磁转矩e T 就能控制d dt ω 。因此，归根结底，控制调速系统的动态性能就是控制转矩的能力。 图1.1异步电动机稳态等效电路和感应电动势 电磁转矩关系式：
第二章变频器的分类与特点 2.1 变频器的分类 1 按变换环节分类 变频器的功能就是将频率、电压都固定的交流电源变成频率、电压都连续可调的三相交流电源。按照变换环节有无直流环节可以分为交－交变频器和交－直－交变频器。 （1）交-直-交变频器的各种结构 交－直－交变频器的主电路可以分为以下几部分： 1、整流电路——交－直部分
整流电路通常由二极管或可控硅构成的桥式电路组成。根据输入电源的不同，分为单相桥式整流电路和三相桥式整流电路。我国常用的小功率的变频器多数为单相220V 输入，较大功率的变频器多数为三相380V （线电压）输入。 2、中间环节——滤波电路 根据贮能元件不同，可分为电容滤波和电感滤波两种。由于电容两端的电压不能突变，流过电感的电流不能突变，所以用电容滤波就构成电压源型变频器，用电感滤波就构成电流源型变频器。 3、逆变电路——直－交部分 逆变电路是交－直－交变频器的核心部分，其中6个三极管按其导通顺序分别用 VT1～VT6表示，与三极管反向并联的二极管起续流作用。 逆变电路的输出电压为阶梯波，虽然不是正弦波，却是彼此相差120°的交流电压，即实现了从直流电到交流电的逆变。输出电压的频率取决于逆变器开关器件的切换频率，达到了变频的目的。 实际逆变电路除了基本元件三极管和续流二极管外，还有保护半导体元件的缓冲电路，三极管也可以用门极可关断晶闸管代替。 （2）交-交变频器 单相输出交-交变频电路的原理框图，电路由P （正）组和N （负）组反并联的晶闸管变流电路构成，两组变流电路接在同一个交流电源，Z 为负载。 变频器的主电路 三 相电
交-交变频器结构图 交-交变频器的特点为： 1) 因为是直接变换，没有中间环节，所以比一般的变频器效率要高。 2) 由于其交流输出电压是直接由交流输入电压波的某些部分包络所构成，因而其输出频率比输入交流电源的频率低得多，输出波形较好。 3) 由于输出上限频率不高于电网频率的1/3～1/2，因受电网频率限制，通常输出电压的频率较低。 4)交-交变频电路采用的是相位控制方式，因此其输入电流的相位总是滞后于输入电压，需要电网提供无功功率。功率因数较低，特别是在低速运行时更低，需要适当补偿。 2. 按直流电源的性质分类 （1）电流型 优点：当电动机处于再生发电状态时，回馈到直流侧的再生电能可以方便地回馈到交流电网，不需在主电路内附加任何设备，只要利用网侧的不可逆变流器改变其输出电压极性（控制角α>90°）即可。 （2）电压型 特点:中间直流环节的储能元件采用大电容，负载的无功功率将由它来缓冲。由于大电容的作用，主电路直流电压UD比较平稳，电动机端的电压为方波或阶梯波。直流电源内阻比较小，相当于电压源，故称为电压源型变频器或电压型变频器。
目录 第1章概述 (1) 转速单闭环调速系统设计意义 (1) 转速单闭环调速系统的设计要求 (1) 第2章原系统的动态结构图及稳定性的分析 (2) 原系统的工作原理 (2) 原系统的动态结构图 (3) 闭环系统的开环放大系数的判断 (3) 相角稳定裕度γ的判断 (4) 第3章调节器的设计及仿真 (5) 调节器的选择 (5) PI调节器的设计 (5) 校正后系统的动态结构图 (8) 系统的仿真结构图及测试结果 (8) 第4章课程设计总结 (9) 参考文献 (1)
转速单闭环调速系统设计 1、概述 转速单闭环调速系统设计意义 为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环控制系统(包括单闭环系统和多闭环系统)。对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速指标较高的则采用多闭环系统。按反馈的方式不同可分为转速反馈，电流反馈，电压反馈等。在单闭环系统中，转速单闭环使用较多。在对调速性能有较高要求的领域常利用直流电动机作动力,但直流电动机开环系统稳态性能不能满足要求,可利用速度负反馈提高稳态精度,而采用比例调节器的负反馈调速系统仍是有静差的,为了消除系统的静差,可用积分调节器代替比例调节器. 反馈控制系统的规律是要想维持系统中的某个物理量基本不变，就引用该 量的负反馈信号去与恒值给定相比较，构成闭环系统。对调速系统来说，若想 提高静态指标，就得提高静特性硬度，也就是希望转速在负载电流变化时或受 到扰动时基本不变。要想维持转速这一物理量不变，最直接和有效的方发就是 采用转速负反馈构成转速闭环调节系统。 转速单闭环调速系统的设计要求 电动机参数：PN=3KW, n=1500rpm,UN=220V,IN=,Ra=Ω。主回路总电阻R=Ω， N 电磁时间常数Tl=,机电时间常数Tm=。三相桥式整流电路，Ks=40。测速反馈系数α=。调速指标：D=30，S=10%。 设计要求： （1）闭环系统稳定
控制系统的工作过程与方式 一、教学目标 1.通过案例分析，归纳控制系统的基本特征； 2.了解开环控制和闭环控制的特点； 3.分析典型案例，熟悉简单的开环控制系统的基本组成和简单的工作过程 4.学会用框图来归纳控制系统实例的基本特征，逐步形成理解和分析简单开环和闭环控制系统的一般方法 二、教学内容分析 本节是“控制与设计”第二节的内容，其内容包括“控制系统”、“开环控制系统与闭环控制系统的组成及其工作过程”是学生在学习控制在我们的生活和生产中的应用后，进一步学习有关控制系统的组成、工作方式以及两种重要的控制系统：开环控制和闭环控制，并熟悉它们工作原理和作用。 生活中不乏简单控制系统的应用，人们对此往往象看待日出日落一类自然景色般的习以为常。本部分内容的学习，正是要引导学生，从技术的角度、用控制的思维看周围的存在，分析其道理，理解其基本的组成和工作过程。 本课教学内容，从学生生活经验出发，从实例分析入手，归纳出对控制系统的一般认识，以及根据控制系统方式分类的开环控制系统和闭环控制系统两类，并侧重对开环控制系统的工作过程、方框图、重要参数进行分析。本课要解决的重点是：开环控制系统的工作过程分析，用方框图描述开环控制系统的工作过程。 三、学习者分析 学生在前面的学习中已经学习和分析了控制在生活生产中的应用，获得了有关控制及其应用的初步感性认识和体验，但是对控制的基本工作方式和工作机理还缺乏了解，他们对进一步了解控制系统的知识是有探究的欲望的。结合前面的应用案例分析，进一步分析案例中控制是如何工作的，以及有怎样的工作方式，是学生学习的最近发展区。 四、教学策略： 1. 教法： 本章的教学结合具体的教学内容和目标我们采用“案例情景—机理分析—总结归纳－认识提升”的模式展开。在教学中把知识点的教与学置于具体的案例情景当中，通过丰富而贴近生活的案例使学生从生活体验到理性分析的思维升华过程。同时关注学生能否用不同的语言表达、交流自己的体验和想法。通过富有吸引力的现实生活中的问题，使学生回想和体会控制系统的工作过程，激发学生的好奇心和主动学习的欲望。让学生本着“回想—分析—联想—猜想”的思维过程，对教学内容进行步步展开，使学生亲历自主探索和思维升华的过程。 2. 学法： 鼓励学生自主探究和合作交流，引导学生自主观察、总结，在与他人的交流中丰富自己的思维方式，获得不同的体验和不同的发展。注意引导学生体会控制系统的工作过程和方式，特别是引导学生会学用系统框图来抽象概括控制系统、帮助分析和理解控制系统的组成及其工作过程的方法 五、教学资源准备 多媒体设备、相关图片资料、技术试验工具、材料等
2-11简述积分控制规律 答：积分控制可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行，实现无静差调速。2-12比例调节器和积分调节器有何不同 答：比例调节器的输出只取决于（输入偏差的现状），而积分调节器的输出则包含了（输入偏差量的全部历史） 2-13简述比例积分控制规律。答：比例部分能（迅速响应控制作用），积分部分则（最终消除稳态偏差）。 2-14微机控制的调速系统有什么特点答：（信号离散化，信息数字化）。 2-15旋转编码器分为哪几种各有什么特点答：绝对式编码器：常用语检测转角信号，若需要转速信号，应对转角微分。增量式编码器：可直接检测转速信号。2-16数字测速方法有哪些精度指标答：（分辨率，测速误差率）。 2-17采用旋转编码器的数字测速方法有（M，T，M/T）。高低全 2-18为什么积分需限幅答：若没有积分限幅，积分项可能很大，将产生较大的退饱和超调。 2-19简述带电流截止负反馈环节转速反馈调速系统机械特性的特点。 答：电流负反馈的作用相当于在主电路中串入一个大电阻KpKsR，导致当Id=Idcr 时，机械特性急剧下垂；比较电压Ucom与给定电压Un*作用一致，相当于把理想空载转速提高到n0`=(KpKs(Un*+Ucom))/(Ce(1+K))。 3-2由于机械原因，造成转轴堵死，分析双闭环直流调速系统的工作状态。（未验证） 答：电动机堵转则转速恒为零，在一定的给定下，偏差电压相当大，从而使ASR 迅速达到饱和，又电动机转速由于转轴堵死无法提升，故ACR无法退饱和，因此系统处于ASR饱和状态。 3-3双闭环直流调速系统中，给定电压Un*不变，增加转速负反馈系数α，系统稳定后转速反馈电压Un和实际转速n是增加、减小还是不变（已验证）答：转速反馈系数α增加，则转速反馈电压Un增加，给定电压Un*，则转速偏差电压减小，则ASR给定电压Ui*减小，则控制电压Uc减小，则转速n减小；转速n 减小，则转速反馈电压Un减小，直到转速偏差电压为零；故稳态时转速反馈电压Un不变，且实际转速n减小。 3-4双闭环直流调速系统调试时，遇到下列情况会出现什么现象（未通过验证，求姐）（1）电流反馈极性接反。（2）转速极性接反。 答：（1）由于电流环的正反馈作用，电枢电流将持续上升，转速上升飞快，电动机飞车。（2）由于转速环的正反馈作用，ACR无法退饱和，电动机转速持续恒流上升。 3-5某双闭环调速系统，ASR、均采用PI调节器，ACR调试中怎样才能做到Uim*=6V 时，Idm=20A；如欲使Un*=10V时，n=1000rpm，应调什么参数答：（1）调节电流反馈系数β=；（2）调节转速反馈系数α=。 3-6在转速、电流双闭环直流调速系统中，若要改变电动机的转速，应调节什么参数改变转速调节器的放大倍数Kn行不行（==|||）改变电力电子变换器的放大倍数Ks行不行改变转速反馈系数α行不行若要改变电动机的堵转电流，应调节系统中的什么参数 答：通常可以调节给定电压。改变Kn和Ks都不行，因为转速电流双闭环直流调速系统对前向通道内的阶跃扰动均有能力克服。也可以改变α，但目的通常是为了获得更理想的机械特性。若要改变堵转电流，应调节电流反馈系数β。
计算机控制技术课程设计 报告 设计课题：直流电机转速闭环控制 （采用单片机教学实验系统） 班级： 报告人： 指导教师： 完成日期：2011年9月22日
重庆大学本科学生《计算机控制技术基础》课程设计任务书课程设计题目直流电机转速闭环控制（采用单片机教学实验系统） 学院自动化学院专业自动化专业年级 （1）已知参数和设计要求 1）用单片机产生PWM方波调制直流电机以一定速率旋转，人为给一个速度漂移，霍尔元件测出速度并根据PID算法跟踪校正速度漂移。 2）要求用LED或LCD时实显示电机速度。 3）要求在10秒内PID算法纠正速率漂移。 （2）实现方法 采用单片机教学实验系统实现（限≤4人选做） 学生应完成的工作： 1）硬件设计：要求完成控制系统框图；绘制完整的控制系统电原理图；说明各功能模块的具体功能和参数；结合实验室现有的单片机教学实验系统进行系统组成，对整个系统的工作原理进行全面分析，论述其结构特点、工作原理、优、缺点和使用场合。分析和论述系统采用的主要单元的工作原理和特性。 2）软件设计：要求合理分配系统资源，完成直流电机转速闭环控制的程序设计（如：系统初始化；主程序；A/D转换；D/A转换；标度变换；显示与键盘管理；控制算法处理；输出等）。 3）对设计控制系统进行系统联调。 4）编写课程设计报告：按统一论文格式、统一报告纸和报告的各要素【封面、任务书、目录、摘要、序言、主要内容（包括设计总体思路、设计步骤、原理分析和相关知识的引用等）、总结、各组员心得体会、参考书及附录（包括系统框图、程序流程图、电原理图和程序原代码）】进行编写，字数要求不少于4000字，要求设计报告论理正确，逻辑性强，文理通顺，层次分明，表达确切。 目前资料收集情况（含指定参考资料）： 《计算机硬件技术基础实验教程》黄勤等编著重庆大学出版社 《单片微型计算机机与接口技术》李群芳等编著电子工业出版社 《计算机控制技术》王建华等编著高等教育出版社 课程设计的工作计划： （1）2011年9月19日熟悉设计任务和要求。 （2）2011年9月20日确定设计方案。 （3）2011年9月21日硬件调试。 （4）2011年9月22日软件及系统调试。 （5）2011年9月23日设计答辩。 任务下达日期 2011年 9月 19 日完成日期 2011年 9 月 24日 指导教师（签名） 学生（签名） 说明：1、学院、专业、年级均填全称，如：光电工程学院、测控技术、2003。 2、本表除签名外均可采用计算机打印。本表不够，可另附页，但应在页脚添加页码。
内蒙古科技大学课程设计任务书
目录 课程设计任务书 (1) 题目 (4) 引言 (4) 第1章转速闭环控制的直流调速系统仿真模型的建立 (4) 1.1、仿真任务 (4) 1.2、仿真模型参考参数 (4) 第2章转速闭环控制的直流调速系统的仿真 (5) 2.1、带转速负反馈的有静差直流调速系统仿真 (5) 2.1.1、带转速负反馈的有静差直流调速系统仿真模型的建立 (6) 2.1.2、带转速负反馈的有静差直流调速系统仿真波形及分析 (7) 2.2、带电流截止负反馈的转速单闭环调速系统仿真 (10) 2.2.1、带电流截止负反馈的转速单闭环调速系统仿真模型建立 11 2.2.2、带电流截止负反馈的转速单闭环调速系统仿真波形分析 11 第3章心得体会 (13) 参考文献 (14)
转速闭环控制的直流调速系统仿真 引言 直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，并且直流调速系统在理论和实践上都比较成熟，是研究其它调速系统的基础。而且MATLAB软件对直流调速系统进行虚拟环境下的仿真研究，不仅使用方便，也大大降低了研究成本。 晶闸管-直流电动机系统可以通过调节晶闸管控制角改变电动机电枢电压实现调速，但是存在两个问题，①全电压起动时起动电流大；②转速随负载变化而变化，负载越大，转速降落越大，难于在负载变动时保持转速的稳定而满足生产工艺的要求。为了减小负载波动对电动机转速的影响，可以采取带转速负反馈的闭环调速系统，根据转速的偏差来自动调节整流器的输出电压，从而保持转速的稳定。 第1章转速闭环控制的直流调速系统仿真模型的建立 1.1、仿真任务 已知直流电动机额定参数为Unom=220V，Inom=136A,nnom=1460r/min 四级，Ra=0.21Ω，GD 2=22.5N·m 2。励磁电压Uf=220V，励磁电流If=1.5A。采用三相桥式整流电路，设整流器内阻Rrec=0.5Ω。平波电抗器Ld=20mH。 1.2、仿真模型参考参数 表1.1直流电动机闭环调速系统模型参数