摘要
当今，自动化控制系统已经在各行各业得到了广泛的应用和发展，而直流调速控制作为电气传动的主流在现代化生产中起着主要作用。本文主要研究直流调速系统，它主要由三部分组成，包括控制部分、功率部分、直流电动机。长期以来，直流电动机因其具有调节转速比较灵活、方法简单、易于大范围内平滑调速、控制性能好等特点，一直在传动领域占有统治地位。
微机技术的快速发展，在控制领域得到广泛应用。本文对基于微机控制的双闭环可逆直流PWM调速系统进行了较深入的研究，从直流调速系统原理出发，逐步建立了双闭环直流PWM调速系统的数学模型，用微机硬件和软件发展的最新成果，探讨一个将微机和电力拖动控制相结合的新的控制方法，研究工作在对控制对象全面回顾的基础上，重点对控制部分展开研究，它包括对实现控制所需要的硬件和软件的探讨，控制策略和控制算法的探讨等内容。在硬件方面充分利用微机外设接口丰富，运算速度快的特点，采取软件和硬件相结合的措施，实现对转速、电流双闭环调速系统的控制。
论文分析了系统工作原理和提高调速性能的方法，研究了IGBT模块应用中驱动、吸收、保护控制等关键技术.在微机控制方面，讨论了数字触发、数字测速、数字PWM调制器、双极式H型PWM变换电路、转速与电流控制器的原理,并给出了软、硬件实现方案。
关键词：直流可逆调速，数字触发，PWM,数字控制器
基于H型主电路的直流PWM-M可逆调速系统设计
Abstract
Today,autocontrol systems have been widely used and deleloped in every Walk of life,while DC speed regulation as the artery in the area of electric drive systems acts the main effect in modernization production.DC speed regulation is mainly made up of control unite,power unite and DC motor.For a long time,DC motor has possessed the main role in the area of electric drive field because of its neatly adjust,easy method and smooth timing in wide rage,also,its control performance is very good.
With the rapid development of microcomputer,it is widely used in the control field.This paper reserches reversible DC-PWM timing system with a dual-converter and
dual-closed-loop.Beginning with the theory of the DC timing system,this article has build up the maths model of the reversible DC-PWM timing system with a dual-converter and
dual-closed-loop，discussing a new control method that combines microcomputer with
DC-drive.Based on the overall review of control object,the emphasis is put on the part of control system,which includes the discussion of hardware and software,control policy and algorithm,etc.In the hardware,it fully utilizes the advantage of microcomputer that are abundant interface and fast speed so as to realize the control of the system.
This paper analyzes the working principles of the system and some key technical issues of the application based on the IGBT apparatus,which include drive circuit,snubber
circuit,protection and controlling the quantity of heat,and so on.In the aspect of microcomputer control,it has discussed the principle of number touch off、number velocity testing、
current/velocity controller、number PWM modulator and presents the hardware/software scheme to achieve it.
Keywords:reversible DC timing system,number touch off,
Pulse-Width Modulation,number controller
目录
摘要 (1)
Abstract (2)
1 引言 (6)
1.1问题的提出 (6)
1.2 PWM控制的现状和分类 (7)
1.3 微机控制电机的发展和现状 (7)
1.4 电机微机控制系统的特点 (8)
1.5本课题在实际应用方面的意义和价值 (9)
2 微机控制双闭环可逆直流PWM调速系统原理设计 (10)
2.1 系统框图 (10)
2.2转速、电流双闭环调速系统及其静特性 (11)
2.2.1 问题的提出 (11)
2.2.2转速、电流双闭环调速系统的组成 (12)
2.2.3稳态结构图和静特性 (12)
2.2.4各变量的稳态工作点和稳态参数计算 (14)
2.3双闭环脉宽调速系统的动态性能 (15)
2.3.1动态数学模型 (15)
2.3.2起动过程分析 (16)
2.3.3 动态性能和两个调节器的作用 (17)
2.4电流调节器和转速调节器的设计 (19)
2.4.1电流调节器的设计 (19)
基于H型主电路的直流PWM-M可逆调速系统设计
2.4.2 转速调节器的设计 (20)
3 可逆PWM变换器 (22)
3.1可逆PWM变换器工作原理 (22)
3.2 PWM控制电路 (24)
3.2.1 脉宽调速系统的开环机械特性 (25)
3.2.2 脉宽调制器和PWM变换器的传递函数 (26)
3.3本章小结 (27)
4 系统的仿真 (28)
4.1 Matlab/Simulink简介 (28)
4.2 Simulink的启动与界面说明 (28)
4.2.1 启动Simulink (28)
4.2.2 Simulink的菜单 (29)
4.2.3 Simulink的功能模块组 (29)
4.3 Simulink的仿真过程 (29)
4.3.1 创建结构图文件 (29)
4.3.2 结构图程序设计 (29)
4.3.3 Simulink仿真的启动与停止 (30)
4.4 建立仿真模型 (30)
5 H桥PWM直流可逆调速系统的仿真分析及结果 (32)
5.1 H桥PWM开环调速系统仿真结果 (32)
5.2 H桥PWM双闭环调速系统的仿真结果 (34)
5.3 本章小结 (35)
6 总结 (36)
参考文献 (37)
附录A:外文翻译 (39)
附录B：中文翻译 (42)
基于H型主电路的直流PWM-M可逆调速系统设计
1 引言
1.1问题的提出
为什么我们要研究一种由计算机系统控制的PWM直流控制系统？要回答这个问题，首先我们应该系统的论述一下电动机转速控制系统的发展历程及现状。
电动机按电源供应方式来分，可以分为两大类，即直流电动机和交流电动机。两类电动机在调速方面存在着很大差异。直流电动机具有良好的起、制动性，适宜在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域得到了广泛应用。即便如此，直流电动机也存在着固有的很多缺点，制约了其应用——由于直流电动机使用直流电源，它的碳刷和滑环都要经常更换，这样的拆换工作是费时费力费财的，无疑会加重使用者的负担。因此，人们希望简单可靠低廉的交流电动机也能像直流电动机那样调速。定子调速、变极调速、滑差调速和转子串电阻调速和串极调速等调速方法应运而生，同时，由于技术的成熟，滑差电动机、绕线式电动机、同步式交流电机等随即出现，带来了电机史上的一次飞跃。但是，这些电动机的调速性能仍然不能与直流电动机相比。直到20世纪80年代，变频调速的出现才解决了直流电机调速性能好却费时费力的缺点。那么又是什么促成了变频调速的产生呢？
电力电子技术、微电子技术和信息技术的产生与发展，直接推动了变频调速系统的产生。由于变频调速具有其他调速方式所不具有的几大特点：
1） PWM调速系统主电路线路简单，需用的功率器件少
2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小
3）低速性能好，稳速精度高，调速范围广，可达到1：10000左右
4）如果可以与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强
5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高
6）直流电源采用不可控整流时，电网功率因数比相控整流器高
变频调速很快为广大电动机用户所接受，成为了一种最受欢迎的调速方法，在一些中小容量的动态高性能系统中更是已经完全取代了其他调速方式。由此可见，变频调速是非常值得自动化工作者去研究的。在变频调速方式中，PWM调速方式尤为大家所重视，这是我们选取它作为研究对象的重要原因。
而在众多PWM变换器实现方法中，又以H型PWM变换器更为多见。这种电路具备电流连续、电动机四象限运行、无摩擦死区、低速平稳性好等优点。因此，本次设计以H型PWM 直流控制器为主要研究对象。
要研究PWM调速方法，不能不提到微电子技术、电力电子技术和微机控制技术，没有这些技术的支持，我们就只能还是在走前人的老路，被模拟、人工控制的思维所禁锢。在电动机转速控制领域，如果不能有效的引用这些技术，我们很难有所突破，发现问题，进而有所进步。
微机控制技术的发展也就是计算机控制系统的发展历程。它的发展大体可以分为三个阶段：第一个阶段是1965年后的实验阶段，自从1952年计算机被应用于生产过程中后，它应用于生产领域并创造巨大价值的潜力立刻为世人所注意，进而被大面积研究试用起来。1959年，美国得克萨斯州的一家炼油厂成功建成了世界上第一个计算机控制系统，标
志着这项技术的发展已经开始。第二个阶段是1965年到1972年间的实用阶段。在这段时间里，计算机控制系统开始从单项工程试验中迈向实用，并且得到了系统的完善。在这一时期，计算机集中控制得到认可。在高度集中控制时，若计算机出现故障，将对整个生产产生严重影响。为了应对这种负面影响，人们采取了多机并用的方案，促进了计算机控制系统的进一步发展。第三个阶段是从1972年至今，在这个阶段才真正出现了微机的概念，以它为核心，衍生出了很多计算机控制系统，如操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督计算机控制系统以及分布式控制系统，而随着微电子技术的发展，计算机控制系统可以实现小物起大用的效果，既不占空间，又可以同时处理很多生产问题，省时省力，计算机控制技术走向了成熟。而随着嵌入式系统的发展，计算机控制系统开始向网络化变迁，相信会有更大的发展空间。
电力电子技术作为电源技术产业的支柱性领域，也已经经过了漫长的发展历程。这些技术如果都能被应用到PWM调速系统的控制当中，势必会使得调速系统的性能有一个很大的提升。在调速技术走到这个类似瓶颈地步的今天，这种尝试无疑是一种很有潜力的设想。至于系统应该如何构成，系统的实际应用效果会如何，这些都是很需要探讨的问题，那么，这个研究就是很必要的了，也是我写这篇论文阐述探讨结果的理由。
1.2 PWM控制的现状和分类
目前，高频电压领域的具体发展状况基本情况是这样的。目前已经提到并得到应用的PWM控制方案就不下于数十种，尤其是微处理器应用于PWM技术数字化后，花样是不断翻新，从最初追求电压波形的正弦，到电流波形的正弦，再到磁通的正弦；从效率最优，转矩脉动最少，再到消除噪音等，PWM控制技术的发展经历了一个不断创新和不断完善的过程。目前仍有新的方案不断提出，这说明该项技术的研究方兴未艾。不少方法已经趋向于成熟，并有许多已经在实际中得到应用。
PWM控制技术一般可分为三大类，即正弦PWM、优化PWM及随机PWM，从实现方法上来看，大致有模拟式和数字式两种，而数字式中又包括硬件、软件或查表等几种实现方式，从控制特性来看主要可分为两种：开环式（电压或磁通控制型）和闭环式（电流或磁控型）。
随着计算机毕业设计技术的不断进步，数字化PWM已逐步取代模拟式PWM，成为电力电子装置共用的核心技术。交流电机调速性能的不断提高在很大程度上是由于PWM技术的不断进步。目前广泛应用的是在规则采样PWM的基础上发展起来的准优化PWM法，即三次谐波叠加法和电压空间矢量PWM法，这两种方法具有计算简单、实时控制容易的特点。
1.3 微机控制电机的发展和现状
微机，出现于20世纪70年代，随着大规模及超大规模集成电路制造工艺的迅速发展，微机的性能越来越高，价格越来越便宜。此外，电力电子的发展，使得大功率电子器件的性能迅速提高。因此就有可能比较普遍地应用微机来控制电机，完成各种新颖的、高性能的控制策略，使电机的各种潜在能力得到充分的发挥，使电机的性能更符合使用要求，还可以制造出各种便于控制的新型电机，使电机出现新的面貌。
做这项研究的人是不在少数的。他们的研究方法是大同小异的，基本的设计思路是一脉相承的大体可以归纳如下：计算机控制直流电动机调速系统被理解为一个以计算机为控
基于H型主电路的直流PWM-M可逆调速系统设计
制核心的闭环控制系统，当系统的给定转速发生变化的时候，系统通过速度检测环节，检测当前的转速，经信号变换、放大等环节，把反馈信号转换成数字信号送入计算机，计算机定时对速度信号采样，将采集后的被控量进行分析、比较和处理，按一定的控制规律运算，进行控制决策、实时输出控制量，通过计算机输出通道对直流电动机控制电路发出控制信号，使电动机的速度按要求发生变化，完成对电动机的控制任务。
比较简单的电机微机控制，只要用微机控制继电器或电子开关元件使电路开通或关断就可以了。在各种机床设备及生产流水线中，现在已普遍采用带微机的可编程控制器，按一定的规律控制各类电机的动作。
对于复杂的电机控制,则要用微机控制电机的电压、电流、转矩、转速、转角等等,使电机按给定的指令准确工作。通过微机控制，可使电机的性能有很大的提高。传统的直流电机和交流电机各有优缺点，直流电机调速性能好，但带有机械换向器，有机械磨损及换向火花等问题；交流电机，不论是异步电机还是同步电机，结构都比直流电机简单，工作也比直流电机可靠，但在频率恒定的电网上运行时，它们的速度不能方便而经济地调节。目前，广泛应用于数控机床等自动化设备的数控位置伺服系统.为了提高性能,在先进的数控交流伺服系统中,已采用高速数字化处理芯片(DIGITAL SIGNAL PROCESSOR,简称DSP),
其指令执行速度达到每秒数百兆以上,且具有适合于矩阵运算的指令.
1.4 电机微机控制系统的特点
目前，很多电机微机控制系统都是由数字部件和模拟部件组成的混合系统，而全数字控制系统是当前的发展方向。在微机控制系统中，通常是既有模拟信号，也有数字信号；既有连续信号，也有离散信号。由于计算机的CPU只能识别和处理数字信号，而且只能一次次离散地处理，所以计算机处理外界信息时总要有一个采样过程，电机微机控制系统必然是一种采样控制系统。
电机采用微机控制，还具有以下特点：
（1）硬件比较简单，用少量芯片就可完成很多功能，且易于通用化。
（2）可以分时操作；一台微机可以起多个控制器的作用，为多个控制回路服务；也可控制多个电机，完成较多功能。
（3）计算机具有记忆和判断功能，系统的控制方式由软件决定，若要改变控制规律，一般不必改变系统的硬件，只需按新的控制规律编出新的程序即可；且可在运
行中随时根据不同的电机工作状态，选择最有利的系统参数、系统结构及控制
策略等；使系统具有很强的灵活性和适应性。
（4）计算机的运算速度快，精度高。它有丰富的逻辑判断功能和大容量的存储单元，因此有可能实现复杂的控制规律，如采样参数辨识、优化控制等现代控制理论
所提供的控制算法，以达到较高的控制质量。
（5）数字量的运算不会出现模拟电路中所遇到的零点漂移问题，被控量可以很大，也可以很小，都较易保证足够的控制精度。
（6）信息处理能力强，可以完成各种数据的处理，及时给操作人员提供有用的信息和指示。
正因为有上述优点，电机微机控制的理论及应用发展得非常迅速，新产品不断涌现和普及。
1.5本课题在实际应用方面的意义和价值
电机调速系统采用微机实现数字化控制,是电气传动发展的主要方向之一.从80年代中后期起，世界各大电气公司都在竞相开发数字式调速传动装置，当前直流调速已发展到一个很高的技术水平：功率元件采用可控硅；控制板采用表面安装技术；控制方式采用电源换相、相位控制。特别是采用了微机及其他先进技术，使数字式直流调速装置具有很高的精度、优良的控制性能和强大的抗干扰能力，在国内外得到广泛的应用。全数字化直流调速装置作为最新控制水平的传动方式更显示了强大优势。全数字化直流调速系统不断推出，为工程应用提供了优越的条件。
采用微机控制后,整个调速系统实现全数字化,结构简单,可靠性高,操作维护方便,电机稳态运行时转速精度可达到较高水平.直流电机具有优良的调速特性,调速平滑,方便,调速范围广;过载能力大,能承受频繁的冲击负载,可实现频繁的无级快速起动,制动和反转;能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求.由于微机具有较佳的性能价格比,所以微机在工业过程及设备控制中得到日益广泛的应用.近年来,尽管交流调速系统发展很快,但是直流电机良好的启动、制动性能,在轧钢机、矿井卷扬机、挖掘机、海洋钻机、金属切削机床、造纸机、高层电梯等需要广泛范围内平滑调速的高性能可控电力拖动领域中得到了广泛的应用.
现阶段，我国还没有自主的全数字化控制直流调速装置商用，国外先进的控制器价格昂贵，研究及更好的使用国外先进的控制器，具有重要的实际意义和重大的经济价值。
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2 微机控制双闭环可逆直流PWM调速系统原理设计
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整，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动系统中得到了广泛的应用。自从全控型电力电子器件问世以后，就出现了采用脉冲宽度调制的高频开关控制方式，形成了脉宽调制变换器--直流电动机调速系统，简称直流PWM调速系统。
直流PWM调速系统采用门极可关断晶闸管GTO、全控电力晶体管GTR、MOSFET、IGBT 等电力电子器件组成的直流脉冲宽度（PWM）型的调速系统近年来已经发展成熟，用途越来越广泛，与晶闸管可控整流调速系统（V-M系统）相比，在很多方面具有较大的优越性：（1）主电路线路简单，需用的功率元件少；（2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗和发热都较小；（3）低速性能好，稳速精度高，因而调速范围宽；（4）系统频带宽，快速响应性能好，动态抗扰能力强；（5）主电路元件工作在开关状态，导通损耗小，装置效率较高；（6）直流电源采用不可控三相整流时，电网功率因数高。
2.1 系统框图
整个系统上采用了转速、电流双闭环控制结构，如图2-1所示。在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级连接，即以转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出作为PWM的控制电压。从闭环反馈结构上看，电流调节环在里面，是内环，按典型Ⅰ型系统设计；转速调节环在外面，成为外环，按典型Ⅱ型系统设计。为了获得良好的动、静态品质，调节器均采用PI调节器并对系统进行了校正。检测部分中，采用了霍尔片式电流检测装置对电流环进行检测，转速还则是采用了测速电机进行检测，达到了比较理想的检测效果。主电路部分采用了以GTR为可控开关元件、H 桥电路为功率放大电路所构成的电路结构。控制PWM脉冲波形，通过调节这两路波形的宽度来控制H电路中对电机速度的控制。
图2-1系统结构
直流调速系统的结构如上图所示，其中UPE是电力电子器件组成的变换器，其输入接
三相(或单相)交流电源，输出为可控的直流电压铸。对于中、小容量系统，多采用由IGBT 或P一MOSFET组成的PWM变换器;对于较大容量的系统，可采用其他电力电子开关器件，如GTO、IGCT等;对于特大容量的系统，则常用晶闸管装置。根据自动控制原理，反馈控制的闭环系统是按被调量的偏差进行控制的系统，只要被调量出现偏差，它就会自动产生纠正偏差的作用。
2.2转速、电流双闭环调速系统及其静特性
2.2.1 问题的提出
由前面的分析可知，采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。如果对系统的动态性能要求较高，例如要求快速起、制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统难以满足要求。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩。
在单闭环调速系统中，只有电流截至负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只是在超过临界电流Idcr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。带电流截至负反馈的单闭环调速系统启动时的电流和转速波形如图2-2所示。当电流从最大值降下来以后，电机转矩也随之减小，因而加速过程必然拖长。
对于像龙门刨床、可逆轧钢机那样的经常正反转运行的调速系统，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，在电机最大电流（转矩）受限的条件下，希望充分利用电机允许过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流（转矩）为允许的最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动，到达稳态转速后，又让电流立即降低下来，使转矩马上与负载平衡，从而转入稳态运行。这样的理想起动过程波形见图2-3，这时，起动电流呈方形波，而转速是呈线性增长的。这是在最大电流（转矩）受限的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程。
图2-2带电流截至负反馈得单闭环调速系统启动过程
基于H型主电路的直流PWM-M可逆调速系统设计
图2-3理想快速启动过程
实际上，由于主电路电感的作用，电流不能突变，图2-3所示的理想波形只能得到近似的逼近，不能完全实现。为了实现在允许条件下最快起动，关键要获得一段使电流保持为最大值Idm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就应该得到近似的恒流过程。问题是希望在起动过程中只有电流负反馈，而不能让它和转矩负反馈同时加到一个调节器的输入端，到达稳定转速后，又希望只要转速负反馈，不再靠电流负反馈发挥主要的作用。怎样才能做到这种既存在转速和电流两种负反馈作用，又使它们只能分别在不同的阶段起作用呢？双闭环调速系统可以解决这个问题。
2.2.2转速、电流双闭环调速系统的组成
为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调节器，分别是转速和电流，二者之间实行串级联接，如图2-4所示。这就是说，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制PWM调制器。从闭环结构上看，电流调节环在里面，叫做内环；转速调节器在外面，叫做外环。这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。为了获得良好的静、动态性能，双闭环调速系统的两个调节器都采用PI调节器
2.2.3稳态结构图和静特性
为了分析双闭环调速系统的静特性，绘出了它的稳态结构图，如图2-4所示。分析静特性的关键是掌握这样的PI调节器的稳态特征。一般存在两种状况：饱和：输出达到限幅值；不饱和：输出未达到限幅值。当调节器饱和时，输出为恒值，输入量的变化不再影响输出，除非有反向的输入信号使调节器退出饱和；换句话说，饱和的调节器暂时隔断了输入和输出间的关系，相当于使调节环开环。当调节器不饱和时，PI作用使输入偏差电压?U 在稳态时总是为零。
图2-4双闭环调速系统稳态结构图
实际上，在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的。因此，对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况。
（一）速调节器不饱和
这时，两个调节器都不饱和，稳态时，它们的输入偏差电压都是零。因此
*n n U U n α== 和 *i i d U U I β==
由第一关系式可得： 0i n U n n α== （2—1）
从而得到图2-4静特性的0n A -段。
与此同时，由于ASR 不饱和，*i U 〈*im U ，从上述第二个关系式可知：
d I 〈dm I 。这就是说，0n A -段静特性从d I =0 （理想空载状态）一直延续到
d dm I I =。而dm I 一般都是大于额定电流dnom I 的，这就是静特性的运行段。
（二）转速调节器饱和
这时，ASR 输出达到限幅值*im U ，转速外环呈开环状态，转速的变化对系统
不再产生影响。双闭环系统变成一个电流无静差的单闭环系统。稳态时 *im
d dm U I I β== （2—2）
式中，最大电流dm I 是设计者选定的，取决于电机的容许过载能力和拖动系统允许的
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最大加度（2－2）所描述的静特性是图2-5中的A-B 段。这样的下垂特性只适合于n<0n 的
情况。因为如果 0n n ≥，则*n n U U ≥，ASR 将退出饱和状态
图2-5双闭环调速系统的静特性
双闭环调速系统的静特性在负载电流小于时dm I 表现为转速无静差，这时，转负反馈
起主要调节作用。当负载电流达dm I 后，转速调节器饱和，电流调节器起主要调节作用，
系统表现为电流无静差，得到过电流的自动保护。这就是采用了两个PI 调节器分别形成内、外两个闭环的效果。这样的静特性显然比带电流至负反馈的单闭环系统静特性好。然而实际上运算放大器的开环放大系数并不是无穷大，静特性的两段实际上都略有很小的静差。
2.2.4各变量的稳态工作点和稳态参数计算
由图2-5可以看出，双闭环调速系统在稳态工作中，当两个调节器都不饱和时，各变量之间有下列关系
*0n
n U U n n αα=== （2—3） *i i d dl U U I I ββ=== （2—4） *do e d e n dl ct s s S
U C n I R C U I R U k K K ++=== （2—5） 上述关系表明，在稳态工作点上，转速n 是由给定电压*n U 决定的，ASR 的输出量*i U 是
由负载电流dl I 决定的，而控制电压ct U 的大小则同时取决于n 和dl I ，或者说，同时取决于
*n U 和dl I 。这些关系反映了PI 调节器不同于P 调节器的特点。比例环节的输出量总是正比
于其输入量，而PI 调节器则不然，其输出量的稳态值与输入无关，而是由它后面环节的需要决定的。后面需要PI 调节器提供多么大的输出值，它就能提供多少，直到饱和为止。鉴于这一点，双闭环调速系统的稳态参数计算与单闭环有静差系统完全不同，而是和无静差系统的稳态计算相似，即根据各调节器的给定与反馈值计算有关的反馈系数： 转速反馈系数：*max
nm U n α= （2—6） 电流反馈系数：*im dm
U I β= （2—7） 两个给定电压的最大值*im U 和*nm U 是受运算放大器的允许输入电压限制的。
2.3双闭环脉宽调速系统的动态性能
2.3.1动态数学模型
考虑到双闭环控制的结构可绘出双闭环调速系统的动态结构图，如图2-6所示。图中()ASR S W 和()ASC S W 分别表示转速和电流调节器的传递函数。为了引出电流反馈，电机的动态结构图中必须把电流d I 显露出来。
图2-6双闭环脉宽调速系统的动态结构图
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2.3.2起动过程分析
设置双闭环控制的一个重要目的就是要获得接近于理想的起动过程，因此在分析双闭
环调速系统的动态性能时，有必要首先探讨它的起动过程。双闭环调速系突加给定电压*n
U 由静止状态起动时，转速和电流的过渡过程如图2-7所示。由于在起动过程中转速调节器ASR 经历了不饱和、饱和、退饱和三个阶段，整个过渡过程也就分成三段，在图中分别以Ι、II 、II
图2-7双闭环脉宽调速系统起动时转速和电流波形
第I 阶段0—1t 是电流上升的阶段。突加给定电压*n U 后，通过两个调节器的控制作用，
使ct U 、0d U 、d I 上升，当d dl I I ≥后，电动机开始转动。由于电惯性的作用，转速的增长不
会很快，因而转速调节器ASR 的输入偏差电压*n n
n U U U ?=-数值较大，其输出很快达到限幅值*im U ，强迫电流d I 迅速上升。当d dm I I ≈时，*i im U U ≈，电流调节器的作用使d I 不在迅
速增长，标志着这一阶段的结束。在这一阶段中，ASR 由不饱和很快达到饱和，而ACR 一般应该不饱和以保证电流环的调节作用。
第II 阶段12t t -是恒流升速阶段。从电流升到dm I 开始，到转速升到给定值*n （即静特性上的0n ）为止，属于恒流升速阶段，是起动过程的主要阶段。在这个阶段中，ASR 一直
是饱和的，转速环相当于是开环。系统表现为在恒值电流给定*im U 作用下的电流调节系统，
基本上保持电流d I 恒定（电流可能超也可能不超调，取决于电流调节环的结构和参数），
因而拖动系统的加速度恒定，转速呈线性增长（图2-7）。与此同时，电动机的反电动势E 也按线性增长。对电流调节系统来说，这个反电动势是一个线性渐增的扰动量，为了克服这个扰动，ct U 和0d U 也必须基本上按线性增长，才能保持d I 恒定。由于电流调节器ACR 是
PI 调节器，要使它的输出量按线性增长，其输入偏差电压必*n n
n U U U ?=-须维持一定的恒值，也就是说，d I 应略低于dm I 。此外还应指出，为了保证电流环的这种调节作用，在起
动过程中电流调节器是不饱和的。
第III 阶段2t 以后是转速调节阶段。在这阶段开始时，转速已经达到给定值，转速调
节器的给定与反馈电压相平衡，输入偏差为零，但其输出却由于积分作用还维持在限幅值*im U ，所以电机仍在最大电流下加速，必然会使转速超调。转速超调以后，ASR 输入端出现
负的偏差电压，使它退出饱和状态，其输出电压即ACR 的给定电压*i U 立即从限幅值降下来，
主电流也因d I 而下降。但是，由于d I 仍大于负载电流dl I ，在一段时间内，转速任继续上升。
到d dl I I =时，转矩e l T T =,则/0n t d d =，转速n 到达峰值（t=3t 时）。此后。电动机才开始
在负载的阻力下减速，与此相应，电流d I 也出现一段小于dl I 的过程，直到稳定。在这最后
的转速调节阶段内，ASR 与ACR 都不饱和，同时起调节作用。由于转速调节在外环，ASR 处于主导地位，而ACR 的作用则是力图使d I 尽快地跟随ASR 的输出量*i U ，或者说，电流内
环是一个电流随动子系统.
2.3.3 动态性能和两个调节器的作用
（一）动态跟随性能
如上所述，双闭环调速系统在起动和升速过程中，能够在电流受电机过载能力约束的条件下，表现出很快的动态跟随性能。在减速过程中，由于主电路电流的不可逆性，跟随性能变差。对于电流内环来说，在设计调节器时应该强调有良好的跟随性能。
（二）动态抗扰性能
1．抗负载扰动
由图2-8动态结构图中可以看出，负载扰动作用在电流环之后，只能靠转速调节器来产生抗扰作用。因此，在突加（减）负载时，必然会引起动态速降（升）。为了减少动态速降（升），必须在设计ASR 时，要求系统具有较好的抗扰性能指标。对于ACR 的设计来说，只要电流环具有良好的跟随性能就可以了。
2.电网电压扰动和负载扰动
在系统动态结构图中作用的位置不同，系统对它的动态抗扰效果也不一样。例如图2-8
基于H 型主电路的直流PWM-M 可逆调速系统设计
a 的单闭环调速系统，电网电压扰动d U 和负载电流扰动dl I 都作用在被负反馈包围的前向
通道上，仅静特性而言，系统对它们的抗扰效果是一样的。但是从动态性能上看，由于扰动作用的位置不同，还存在着及时调节上的差别。负载扰动dl I 作用在被调量n 的前面。它
的变化经积分后就可被转速检测出来，从而在调节器ASR 上得到反映。电网电压扰动的作用点离被调量更远，它的波形先要受到电磁惯性的阻挠后影响到电枢电流，再经过机电惯性的滞后才能反映到转速上来，等到转速反馈产生调节作用，已经嫌晚。在双闭环调速系统中，由于增设了电流内环（图2-8 b ），这个问题便大有好转。由于电网电压扰动被包围在电流环之内，当电压波动时，可以通过电流反馈得到及时的调节，不必等到影响到转速后，才在系统中起作用。因此，在双闭环调速系统中，由电网电压波动引起的动态速降会比单闭环系统中小得多。
图2-8脉宽调速系统的动态抗扰性能
a)单闭环脉宽调速系统b)双闭环脉宽调速系统
（三）两个调节器的作用1.转速调节器的作用
（1）使转速n跟随给定电压
*
m
U变化，稳态无静差。
（2）对负载变化起抗扰作用。
（3）其输出限幅值决定允许的最大电流。
2.电流调节器的作用
（1）对电网电压波动起及时抗扰作用。（2）起动时保证获得允许的最大电流。
（3）在转速调节过程中，使电流跟随其给定电压
*
i
U变化。
（4）当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，从而起到快速的安全饱和作用。如果故障消失，系统能够自动恢复正常。
2.4电流调节器和转速调节器的设计
我们现在采用一般系统调节器的工程设计方法具体设计双闭环调速系统的两个调节器。由工程设计法可知，设计多环控制系统的一般原则是：从内环开始，一环一环逐步向外扩展。在这里，先从电流环入手，首先设计好电流调节器，然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器。
2.4.1电流调节器的设计
图2-9电流环的动态简化结构图
由双闭环系统动态结构图可看出外环通过反电动势E对内环产生影响，但是由于实际系统中处于外环的系统机电时间常数
t
M比内环的时间常数大得多，机构经ACR对内环效
正后其输出量()
a
I t的动态过程变化很快，而反电动势E的变化过程E（t）相对来说是缓慢的。反电动势对电流环来说只是一个变化缓慢的扰动作用，在电流调节器的调节过程中可以近似地认为E基本不变。因此在设计电流环时可以简化计算略去反电动势E对内环地
基于H 型主电路的直流PWM-M 可逆调速系统设计
影响，将电流闭环的动态结构简化为单位负反馈形式并将脉宽调制器和PWM 变换器的滞后时间T 与电流反馈滤波时间oi T 两个小的时间常数所对应的两个小惯性合并为一个小惯性
时间环节，即oi i T T T =+∑
，于是得到如图2-9的电流简化动态结构图。 电流环即可设计成典型I 型系统也可设计成典型II 型系统，一方面取决于对电流环的动态要求，并且典型I 系统的跟随性能优于抗扰性，而典型II 型系统的抗扰性优于跟随性。电流环的一项重要作用就是保持电枢电流动态过程中不超过允许值，因而在突加控制作用时不希望有超调，或者超调量越小越好。从这个观点出发，应该把电流环效正成典型I 系统。另一方面电流环还有对电网电压波动及时调节的作用，为了提高其抗扰性能，有希望把电流环效正成典型II 系统。在一般情况下，当控制对象的两个时间常数之比/10l i T T ≤∑
时，典型I 系统的抗扰恢复时间还是可以接受的，因此，效正成典型I 型系统，显然采用PI 调节器，其传递函数为：
()1i ACR i i s W S K s
ττ+= （2—8） 电流调节器的参数包括i K 和i τ，为了让调节器零点对消掉控制对象的大时间常数极
点，取i τ=l T 。按二阶最佳系统效正，在一般情况下，希望超调量σ%≤5%时，查表得阻尼
比ζ=0.7070，I i K T ∑
=0.5，因此 2l i S T R K K T i
β=∑ （2－9）
2.4.2 转速调节器的设计
由自动控制基本理论推导可得，电流环不论是典型I 型花或是典型II 型化在一定的近似条件下都可以等效为一个惯性环节，写成通式为：
1
()1cli i W s aT s β≈+∑ （2—10）
若典型I 型化且ζ=0.707，I i K T ∑
=0.5，则a=2。若典型II 型化h=5,m=0.1.则a=5/6。 由上式画出转速闭环的动态结构图，将它简化为单位负反馈形式并将两个小惯性合并为一个小惯性，即将转速给定及转速反馈的滤波时间常数on T 与电流环等效时间常数i aT ∑合并为转速环小惯性时间常数N T ∑
.由于要求转速对负载扰动无静差，则在ASR 中必须含有积分环节，取ASR 为PI 调节器，因此转速环必然按典型II 型系统设计。若只考虑给定
《运动控制》课程设计题目：转速，电流双闭环可逆直流宽频调速系统设计 系部：自动化系 专业：自动化 班级：自动化1班 学号：11423006 11423025 11423015 姓名：杨力强.丁珊珊.赵楠 指导老师：刘艳 日期：2018年5月26日-2018年6月13日
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MA TLAB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、系统设计参数 直流电动机控制系统设计参数：< 直流电动机(3> ） 输出功率为:5.5Kw 电枢额定电压220V 电枢额定电流 30A 额定励磁电流1A 额定励磁电压110V 功率因数0.85 电枢电阻0.2欧姆 电枢回路电感100mH 电机机电时间常数1S 电枢允许过载系数=1.5 额定转速 970rpm 直流电动机控制系统设计参数 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。环境湿度:10~90%. 控制系统性能指标： 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%。 调速范围D＝20。 静差率小于等于0.03.
1、设计内容和数据资料 某直流电动机拖动的机械装置系统。 主电动机技术数据为： ,，，电枢回路总电阻，机电时间常数 ，电动势转速比，Ks=40，，Ts=0.0017ms，电流反馈系数，转速反馈系数，试对该系统进行初步设计。2、技术指标要求 电动机能够实现可逆运行。要求静态无静差。动态过渡过程时间，电流超调量，空载起动到额定转速时的转速超调量。 三、主电路方案和控制系统确定 主电路选用直流脉宽调速系统，控制系统选用转速、电流双闭环控制方案。主电路采用25JPF40电力二极管不可控整流，逆变器采用带续流二极管的功率开关管IGBT构成H型双极式控制可逆PWM变换器。其中属于脉宽调速系统特有的部分主要是UPM、逻辑延时环节DLD、全控型绝缘栅双极性晶体管驱动器GD和PWM变换器。系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器，构成了电流环和转速环，前者通过电流元件的反馈作用稳定电流，后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消除转速偏差， 从而使系统达到调节电流和转速的目的。该系统起动时，转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节起动电流保持最大值，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流内环跟随转速外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流原理图
湖南科技大学 信息与电气工程学院 《课程设计报告》 题目：转速电流双闭环的数字式可逆直流调速系统的仿真与设计 专业：电气工程及其自动化 班级： 姓名： 学号： 指导教师：
任务书 题 目 转速电流双闭环的数字式可逆直流调速系统的仿真与设计 时 间安排 2013年下学期17,18周 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。 要 求：电动机能够实现可逆运行。要求静态无静差。动态过渡过程时间s T s 1.0≤，电流超调量%5%≤i σ，空载起动到额定转速时的转速超调量%30%≤n σ。 总体方案实现：主电路选用直流脉宽调速系统，控制系统选用转速、电流双闭环控制方案。主电路采用25JPF40电力二极管不可控整流，逆变器采用带续流二极管的功率开关管IGBT 构成H 型双极式控制可逆PWM 变换器。其中属于脉宽调速系统特有的部分主要是UPM 、逻辑延时环节DLD 、全控型绝缘栅双极性晶体管驱动器GD 和PWM 变换器。系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器，构成了电流环和转速环，前者通过电流元件的反馈作用稳定电流，后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消除转速偏差。 从而使系统达到调节电流和转速的目的。该系统起动时，转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节起动电流保持最大值，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流内环跟随转速外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流。 指导教师评语： 评分等级：（ ） 指导教师签名：
摘要 本次课程设计直流电机可逆调速系统利用的是双闭环调速系统，因其具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在电气传动系统中得到了广泛的应用。直流双闭环调速系统中设置了两个调节器, 即转速调节器(ASR)和电流调节器(ACR), 分别调节转速和电流。本文对直流双闭环调速系统的设计进行了分析，对直流双闭环调速系统的原理进行了一些说明，介绍了其主电路、检测电路的设计，介绍了电流调节器和转速调节器的设计以及系统中一些参数的计算。 关键词：双闭环，可逆调速，参数计算，调速器。
目录 1. 设计概述 (1) 1.1 设计意义及要求 (1) 1.2 方案分析 (1) 1.2.1 可逆调速方案 (1) 1.2.2 控制方案的选择 (2) 2.系统组成及原理 (4) 3.1设计主电路图 (7) 3.2系统主电路设计 (8) 3.3 保护电路设计 (8) 3.3.1 过电压保护设计 (8) 3.3.2 过电流保护设计 (9) 3.4 转速、电流调节器的设计 (9) 3.4.1电流调节器 (10) 3.4.2 转速调节器 (10) 3.5 检测电路设计 (11) 3.5.1 电流检测电路 (11) 3.5.2 转速检测电路 (11) 3.6 触发电路设计 (12) 4. 主要参数计算 (14) 4.1 变压器参数计算 (14) 4.2 电抗器参数计算 (14) 4.3 晶闸管参数 (14) 5设计心得 (15) 6参考文献 (16)
直流电动机可逆调速系统设计 1.设计概述 1.1设计意义及要求 直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内实现平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直流拖动控制系统又是交流拖动控制系统的基础，所以应该首先掌握直流拖动控制系统。本次设计最终的要求是能够是电机工作在电动和制动状态，并且能够对电机进行调速，通过一定的设计，对整个电路的各个器件参数进行一定的计算，由此得到各个器件的性质特性。 1.2 方案分析 1.2.1 可逆调速方案 使电机能够四象限运行的方法有很多，可以改变直流电机电枢两端电压的方向，可以改变直流电机励磁电流的方向等等，即电枢电压反接法和电枢励磁反接法。 电枢励磁反接方法需要的晶闸管功率小，适用于被控电机容量很小的情况，励磁电路中需要串接很大的电感，调速时，电机响应速度较慢，且需要设计很复杂的电路，故在设计中不采用这种方式。 电枢电压反接法可以应用在电机容量很的情况下，且控制电路相对简单，电枢反接反向过程很快，在实际应用中常常采用，本设计中采用该方法。 电枢电压反接电路可以采用两组晶闸管反并联的方式，两组晶闸管分别由不同的驱动电路驱动，可以做到互不干扰。 图1-1 两组晶闸管反并联示意图
燕山大学 课程研究项目报告 项目名称： H桥可逆直流调速系统设计与实验学院（系）：电气工程学院 年级专业： 学号： 学生姓名： 指导教师： 日期： 2014年6月3日
目录 第一章摘要 (1) 第二章前言 (2) 第三章报告研究正文 (3) 3.1 调速控制系统设计 (3) 3.2 电源及操作系统设计 (7) 3.3 双闭环调节器电路设计 (11) 3.4 参数计算与计算机仿真 (12) 3.5 实物制作 (17) 3.6 性能测试 (19) 第四章结论 (20) 参考文献 (21)
本文介绍了基于工程设计对直流调速系统的设计，根据直流调速双闭环控制系统的工作原理，利用MOSFET、二极管等器件设计了一个转速、电流双闭环直流晶闸管调速系统，并利用MATLAB对其进行仿真。该系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器，构成了电流环和转速环，前者通过电流元件的反馈作用稳定电流，后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消除转速偏差，从而使系统达到调节电流和转速的目的。 关键词：双闭环控制系统 MATLAB 电流调节器转速调节器
目前，转速﹑电流双闭环控制直流调速系统是性能很好﹑应用最广泛的直流调速系统。我们知道采用转速负反馈和PI调节器的单闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。但是，如果对系统的动态性能要求较高，例如：要求快速起制动，突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足需要。故需要引入转速﹑电流双闭环控制直流调速系统，本文着重阐明其控制规律﹑性能特点和设计方法，是各种交﹑直流电力拖动自动控制系统的重要基础。首先介绍转速﹑电流双闭环调速系统的组成及其静特性，接着说明该系统的动态数学模型，并从起动和抗扰两个方面分析其性能和转速与电流两个调节器的作用。在实际应用中，电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，一是要具有较高的机电能量转换效率；二是应能根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度。电动机的调速性能如何对提高产品质量、提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。因此，调速技术一直是研究的热点。长期以来，直流电动机由于调速性能优越而掩盖了结构复杂等缺点广泛的应用于工程过程中。直流电动机在额定转速以下运行时，保持励磁电流恒定，可用改变电枢电压的方法实现恒定转矩调速；在额定转速以上运行时，保持电枢电压恒定，可用改变励磁的方法实现恒功率调速。采用转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。在现代化的工业生产中，几乎无处不使用电力拖动装置。轧钢机、电铲、提升机、运输机等各类生产机械都要采用电动机来传动。随着对生产工艺，产品质量的要求不断提高和产量的增长，越来越多的生产机械能实现自动调速。从20世纪60年代以来，现代工业电力拖动系统达到了全新的发展阶段。这种发展是以采用电力电子技术为基础的，在世界各国的工业部门中，直流电力拖动至今仍广泛的应用着。直流拖动的突出优点在于：容易控制，能在很宽的范围内平滑而精确的调速，以及快速响应等。在一定时期以内，直流拖动仍将具有强大的生命力。
基础课程设计（论文） 直流PWM-M可逆调速系统的设计与仿真 专业：电气工程及其自动化 指导教师：刘雨楠 小组成员：陈慧婷（20114073166） 石文强（20114073113） 刘志鹏（20114073134） 张华国（20114073151） 信息技术学院电气工程系 2014年10月20日
摘要 当今，自动化控制系统已经在各行各业得到了广泛的应用和发展，而直流调速控制作为电气传动的主流在现代化生产中起着主要作用。本文主要研究直流调速系统，它主要由三部分组成，包括控制部分、功率部分、直流电动机。长期以来，直流电动机因其具有调节转速比较灵活、方法简单、易于大范围内平滑调速、控制性能好等特点，一直在传动领域占有统治地位。微机技术的快速发展，在控制领域得到广泛应用。本文对基于微机控制的双闭环可逆直流PWM调速系统进行了较深入的研究，从直流调速系统原理出发，逐步建立了双闭环直流PWM调速系统的数学模型，用微机硬件和软件发展的最新成果，探讨一个将微机和电力拖动控制相结合的新的控制方法，研究工作在对控制对象全面回顾的基础上，重点对控制部分展开研究，它包括对实现控制所需要的硬件和软件的探讨，控制策略和控制算法的探讨等内容。在硬件方面充分利用微机外设接口丰富，运算速度快的特点，采取软件和硬件相结合的措施，实现对转速、电流双闭环调速系统的控制。论文分析了系统工作原理和提高调速性能的方法，研究了IGBT模块应用中驱动、吸收、保护控制等关键技术.在微机控制方面，讨论了数字触发、数字测速、数字PWM调制器、双极式H型PWM变换电路、转速与电流控制器的原理,并给出了软、硬件实现方案。 关键词：直流可逆调速数字触发PWM 数字控制器
目录 １α= β配合控制的直流可逆调速系统的工作原理 2 α ＝β配合控制的有环流直流可逆调速 系统的仿真模型及参数 3 仿真结果及分析 4 心得体会 5 参考文献
摘要: 针对面向系统传递函数结构图仿真方法的不足,提出了一种基于MＡTＬAB的Ｓｉmulink和 Pｏwer Syｓteｍ工具箱、面向系统电气原理结构图的仿真新方法,实现了转速与电流双闭环α= β 配合控制的直流可逆调速系统的建模与仿真。分别介绍了同步脉冲触发器、移相器控制器和PI调节器的建模，给出了直流可逆调速系统的仿真模型和仿真结果,仿真结果表明了仿真算法可信度较高。 关键词: α= β 配合控制;直流电机；ＭATLAB仿真;移项控制器 Absｔｒaｃt: Aｎoveｌmethod oｆｃonｓｔructioｎ& simｕｌaｔiｏn was put forｗard foｒthe modｅｌoｆα ＝βmoderaｔing cｏntrｏｌDC SR sysｔem ｂasｅｄｏn Ｍaｔｌab Ｓimuｌｉｎk &Power SyｓteｍBlocksｅｔ，ｂeca ｕse ｉt was shｏrtagｅfor fａｃｉng system ｔranｓｆｅｒfuｎｃtion constructiｏn dｒawinｇｔo siｍulaｔe.Thｅmｏdel of sｙｎchronizｅｄ6－pulsｅgenerａtor, ｓhiftｅr and ＰI cｏntｒoｌler weｒe ｉntroduced, ａｎdｔhe simulａtioｎreｓｕlts＆mｏdels ｆor theα= βmｏｄeratｉng conｔ ｒｏl DC SＲｓystem wｅｒe ｐrovideｄ. Ｓiｍｕlaｔion ｒesults show that ｓimulａtion metｈoｄis correｃt ｗiｔｈｈｉgｈｃredｉｂiliｔy. Ｋey woｒｄs:α =β moderating contｒol; DC moｔｏr; MAＴＬＡB sｉmulatiｏn；ｓhiｆter 引言 晶闸管反并联的电枢可逆线路是可逆调速系统的典型线路之一。这种线路有能实现可逆运行、回馈制动等优点，同时正转制动和反转启动完全衔接起来，没有间断或死区，这是有环流调速系统的优点，特别是用于要求快速正反转的中小容量的系统。为保证系统安全，必须增加环流电抗器以消除其中的环流[1－2］。本文采用MATLAＢ的Simulｉｎｋ和PowerS ｙstem工具箱，介绍如何实现α＝β配合控制的直流可逆调速系统的建模与仿真。 α= β配合控制的直流可逆调速系统的建模 控制系统传统的计算机仿真是用传递函数方法来完成的，各环节的传递函数是将实际模型经过一定的简化而得到的，很多重要细节会被忽略［3]。PoｗeｒSystｅm 工具箱提供了利用物理模型仿真的可能，其仿真建模方法与构建实际电路相似,仿真结果非常接近于实际。 1 α ＝β 配合控制的直流可逆调速系统的工作原理 α=β配合控制的有环流直流可逆调速系统的电气原理图如图1所示。图中,主电路由两组三相桥式晶闸管全控型整流器反并联组成,并共用同一路三相电惊。由于采用α= 卢配合控制方式，在两组整流器之间没有直流环流，但还存在脉动环流,为了限制脉动环流的大小,在主电路中串入了四个均衡电抗器Lc1-Ｌc4，用于限制脉动环流。平波电抗器L d 用于减小电动机电枢电流的脉动,减小电枢电流的断续区，改善电动机的机械特性。系统的控制部分采用F 转速和电流的双闭环控制。由于可逆调速电流的反馈信号不仅要反映电枢电流的大小还需要反映电枢电流的方向,因此电流反馈一般用直流电流互感器或霍尔电流检测器，在电枢端取电流信号。为了确保两组整流器的工作状态相反,电流调节器的输出分两路,一路经正组桥触发器GTF 控制正组桥 整流器,另一路经倒相器ＡR 、反组桥触发器GTR 控制反组桥整流器。
CDIO课程项目研究报告 项目名称：H桥可逆直流调速系统设计与实验 姓名； 指导老师： 日期：
摘要 本设计的题目是基于SG3525的双闭环直流电机调速系统的设计。SG3525是电流控制型PWM控制器，所谓电流控制型脉宽调制器是按照接反馈电流来调节脉宽的。在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。由于结构上有电压环和电流环系统，因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高，是目前比较理想的新型控制器。如果对系统的动态性能要求较高，则单闭环系统就难以满足需要。而转速、电流双闭环直流调节系统采用PI调节器可以获得无静差；构成的滞后校正，可以保证稳态精度；虽快速性的限制来换取系统稳定的，但是电路较简单。所以双闭环直流调速是性能很好、应用最广的直流调速系统。本设计选用了转速、电流双闭环调速控制电路，本课题内容重点包括调速控制器的原理，并且根据原理对转速调节器和电流调节器进行了详细地设计。概括了整个电路的动静态性能，最后将整个控制器的电路图设计完成,并且进行仿真。 关键词：双闭环直流可逆调速系统、H桥驱动电路、SG3525信号产生电路、PI调节器、MATLAB仿真
前言 随着交流调速的迅速发展，交流调速技术越趋成熟，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。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。但如果对系统的动态性能要求较高，如要求快速起制动、突加负载动态速降时，单闭环系统就难以满足。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程中的电流或转矩。在单闭环系统中，只有电流截至负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只是在超过临界电流值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。实际工作中，在电机最大电流受限的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流转矩为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度启动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，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，电流不能突跳，为了实现在允许条件下最快启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程，按照反馈控制规律，电流负反馈就能得到近似的恒流过程。问题是希望在启动过程中只有电流负反馈，而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器的输入端，到达稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不要电流负反馈发挥主作用，因此需采用双闭环直流调速系统。这样就能做到既存在转速和电流两种负反馈作用又能使它们作用在不同的阶段。 项目预期成果： 设计一个双闭环可逆直流无静差调速系统，其稳态性能指标实现要求如下：电流超调量S≤5%调速范围 D=20；其动态性能指标：转速超调量δn=10%；调整时间时间ts=2s；电流超调量δi≤5% 。
燕山大学 CDIO课程项目研究报告 项目名称： H桥可逆直流调速系统设计与实验 学院（系）：电气工程学院 年级专业： 学号： 学生： 指导教师： 日期： 2014年6月3日
目录 前言 (1) 摘要 (2) 第一章调速系统总体方案设计 (3) 1.1 转速、电流双闭环调速系统的组成 (3) 1.2.稳态结构图和静特 (4) 1.2.1各变量的稳态工作点和稳态参数计算 (6) 1.3双闭环脉宽调速系统的动态性能 (7) 1.3.1动态数学模型 (7) 1.3.2起动过程分析 (7) 1.3.3 动态性能和两个调节器的作用 (8) 第二章 H桥可逆直流调速电源及保护系统设计 (11) 第三章调节器的选型及参数设计 (13) 3.1电流环的设计 (13) 3.2速度环的设计 (15) 第四章Matlab/Simulink仿真 (17) 第五章实物制作 (20) 第六章性能测试 (22) 6.1 SG3525性能测试 (22) 6.2 开环系统调试 (23) 总结 (26) 参考文献 (26)
前言 随着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。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。但如果对系统的动态性能要求较高，如要求快速起制动、突加负载动态速降时，单闭环系统就难以满足。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程中的电流或转矩。在单闭环系统中，只有电流截至负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只是在超过临界电流值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。实际工作中，在电机最大电流受限的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流转矩为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度启动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，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，电流不能突跳，为了实现在允许条件下最快启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程，按照反馈控制规律，电流负反馈就能得到近似的恒流过程。问题是希望在启动过程中只有电流负反馈，而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器的输入端，到达稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不要电流负反馈发挥主作用，因此需采用双闭环直流调速系统。这样就能做到既存在转速和电流两种负反馈作用又能使它们作用在不同的阶段。 项目预期成果： 设计一个双闭环可逆直流调速系统，实现电流超调量小于等于5%；转速超调量小于等于5%；过渡过程时间小于等于0.1s的无静差调速系统。 项目分工：参数计算： 仿真： 电路设计： 电路焊接： PPT答辩： 摘要
； 课程设计任务书 学生姓名：苌城专业班级：自动化0706 指导教师：饶浩彬工作单位：自动化学院 题目: 逻辑无环流直流可逆调速系统设计 初始条件： 1．技术数据： 晶闸管整流装置：R rec=Ω，K s=40。 / 负载电机额定数据：P N=，U N=230V，I N=37A，n N=1450r/min，R a=Ω，I fn=1.14A， GD2= 系统主电路：T m=，T l= 2．技术指标 稳态指标：无静差（静差率s≤2, 调速范围D≥10） 动态指标：电流超调量：≤5%，起动到额定转速时的超调量：≤8%，（按退饱和方式计算） 要求完成的主要任务: ？ 1．技术要求： (1) 该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机可逆运行，具有较宽的调速范围（D≥10），系统在工作范围内能稳定工作 (2) 系统静特性良好，无静差（静差率s≤2） (3) 动态性能指标：转速超调量δn＜8%，电流超调量δi＜5%，动态速降Δn≤10%，调速系统的过渡过程时间（调节时间）t s≤1s (4) 系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续 (5) 调速系统中设置有过电压、过电流等保护，并且有制动措施
2．设计内容： ! (1) 根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构型式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图 (2) 调速系统主电路元部件的确定及其参数计算（包括有变压器、电力电子器件、平波电抗器与保护电路等） (3) 动态设计计算：根据技术要求，对系统进行动态校正，确定ASR调节器与ACR调节器的结构型式及进行参数计算，使调速系统工作稳定，并满足动态性能指标的要求 (4) 绘制逻辑无环流直流可逆调速系统的电气原理总图（要求计算机绘图） (5) 整理设计数据资料，课程设计总结，撰写设计计算说明书 时间安排： 课程设计时间为一周半，共分为三个阶段： （1）： （2）复习有关知识，查阅有关资料，确定设计方案。约占总时间的20% （3）根据技术指标及技术要求，完成设计计算。约占总时间的40% （4）完成设计和文档整理。约占总时间的40% 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日 】
直流PWM-M可逆调速系统的设计与仿真 摘要 当今，自动化控制系统已经在各行各业得到了广泛的应用和发展，而直流调速控制作为电气传动的主流在现代化生产中起着主要作用。本文主要研究直流调速系统，它主要由三部分组成，包括控制部分、功率部分、直流电动机。长期以来，直流电动机因其具有调节转速比较灵活、方法简单、易于大范围内平滑调速、控制性能好等特点，一直在传动领域占有统治地位。 微机技术的快速发展，在控制领域得到广泛应用。本文对基于微机控制的双闭环可逆直流PWM 调速系统进行了较深入的研究，从直流调速系统原理出发，逐步建立了双闭环直流PWM调速系统的数学模型，用微机硬件和软件发展的最新成果，探讨一个将微机和电力拖动控制相结合的新的控制方法，研究工作在对控制对象全面回顾的基础上，重点对控制部分展开研究，它包括对实现控制所需要的硬件和软件的探讨，控制策略和控制算法的探讨等内容。在硬件方面充分利用微机外设接口丰富，运算速度快的特点，采取软件和硬件相结合的措施，实现对转速、电流双闭环调速系统的控制。 论文分析了系统工作原理和提高调速性能的方法，研究了IGBT模块应用中驱动、吸收、保护控制等关键技术.在微机控制方面，讨论了数字触发、数字测速、数字PWM调制器、双极式H型PWM变换电路、转速与电流控制器的原理,并给出了软、硬件实现方案。 关键词：PWM调速、直流电动机、双闭环调速
目录 前言 (1) 第1章直流PWM-M调速系统 (2) 第2章UPE环节的电路波形分析 (4) 第3章电流调节器的设计 (6) 3.1 电流环结构框图的化简 (6) 3.2 电流调节器参数计算 (7) 3.3 参数校验 (8) 3.3.1 检查对电源电压的抗扰性能： (8) 3.3.2 晶闸管整流装置传递函数的近似条件 (9) 3.3.3 忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件 (9) 3.3.4 电流环小时间常数近似处理条件 (9) 3.4 计算调节器电阻和电容 (9) 第4章转速调节器的设计 (11) 4.1 电流环的等效闭环传递函数 (11) 4.2 转速环结构的化简和转速调节器结构的选择 (11) 4.3 转速调节器的参数的计算 (14) 4.4 参数校验 (14) 4.4.1 电流环传递函数化简条件 (15) 4.4.2 转速环小时间常数近似处理条件 (15) 4.5 计算调节器电阻和电容 (15) 4.6 调速范围静差率的计算 (16) 第5章系统仿真 (17) 5.1 仿真软件Simulink介绍 (17) 5.2 Simulink仿真步骤 (17) 5.3 双闭环仿真模型 (17) 5.4 双闭环系统仿真波形图 (18) 结论 (19) 参考文献 (20)
课程设计任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位： 题目: V-M双闭环直流可逆调速系统建模与仿真1 初始条件： 1．技术数据及技术指标： 直流电动机：P N=60KW , U N=220V , I N=308A , n N=1000r/min , 最大允许电流I dbl=1.5I N, 三相全控整流装置：K s=35 , 电枢回路总电阻R=0.18Ω， 电动势系数：C e=0.196V.min/r 系统主电路：T m=0.17s，T l=0.012s 滤波时间常数：T oi=0.0025s , T on=0.015s, 其他参数：U nm*=8V , U im*=8V , U cm=8V σi≤5% , σn≤10% 要求完成的主要任务: 1．技术要求： (1) 该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机可逆运行，具有较宽的调速范围（D≥10），系统在工作范围内能稳定工作 (2) 系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续 2．设计内容： (1) 根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构型式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图 (2) 根据双闭环直流调速系统原理图, 分析转速调节器和电流调节器的作用, (3) 通过对调节器参数设计, 得到转速和电流的仿真波形，并由仿真波形通过MATLAB来进行调节器的参数调节。 (4) 绘制V-M双闭环直流可逆调速系统的电气原理总图（要求计算机绘图） (5) 整理设计数据资料，课程设计总结，撰写设计计算说明书
时间安排： 课程设计时间为一周半，共分为三个阶段： （1）复习有关知识，查阅有关资料，确定设计方案。约占总时间的20% （2）根据技术指标及技术要求，完成设计计算。约占总时间的40% （3）完成设计和文档整理。约占总时间的40% 指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日
一、摘要： 直流电机由于具有速度控制容易，启、制动性能良好，且在宽范围内平滑调速等特点而在冶金、机械制造、轻工业等工业部门中得到广泛应用。直流时机转速的控制方法可以分为两类，即励磁控制法与电枢电压控制法。本文主要研究直流调速系统，它主要由三部分组成，包括控制部分、功率部分、直流电动机。长期以来，直流电动机因其具有调节转速比较灵活、方法简单等特点，一直在传动领域占有统治地位。 本文对双闭环可逆直流PWM调速系统进行了较深入的研究，从直流调整系统原理出发，逐步建立了闭环直流PWM调整系统的模型。 二、双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计 1.设计分析 双闭环调整系统的传动系统结构图： 直流PWM控制系统是直流脉宽调制式调速控制系统的简称，与晶闸管直流调速系统的区别在于用直流PWM变换器取代了晶闸管变流装置，作为系统的功率驱动器，系统构成原理图如下所示： 直流PWM传动系统结构图 其中属于脉宽调制调速系统主要由调制波发生器GM、脉宽调制器UPM、逻辑延时环节DLD 和电力晶体管基极的驱动器GD和脉宽调制（PWM）变换器组成。最关键的部件为脉宽调制器。模拟式脉宽调制器本质为电压-脉冲变换装置，它是由一个运算放大器和几个输入信号构成电压比较器。去处放大器工作在开环状态，在电流调节器的输出控制信号Uс的控制下，产生一个等幅、宽度受Uс控制的方波脉冲序列，为PWM变频器提供所需的脉冲信号。脉宽调制器按所加输入端调制信号不同，可分为锯齿波脉宽、三角波脉宽调制器。目前就用较多脉宽调制信号由数字方法来产生，如专用集成PWM控制电路及单片微机所构成的脉宽调制器。
双闭环调速系统的结构图 直流双闭环调速系统的结构图如图1所示，转速调节器与电流调节器串极联结，转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制PWM 装置。其中脉宽调制变换器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速，达到设计要求。 双闭环调速系统的结构图 调速系统起动过程的电流和转速波形 如图2所示，这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。这是在最大电流（转矩）受限的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程。 (a)带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动过程 (b)理想快速起动过程 图2 调速系统起动过程的电流和转速波形 H 桥式可逆PWM 变换器的工作原理： PWM 控制的示意图如图3所示:可控开关S 以一定的时间间隔重复地接通和断开，当S 接通时，供电电源Us 通过开关S 施加到电动机两端，电源向电机提供能量，电动机储能：当开关S 断开时，中断了供电电源Us 向电动机电流继续流通。 I dL n t I d O I dm I dL n t I d O I dm I dcr n n (a) (b)
一、设计要求： 1、调速范围D=20，静差率S ≤5%。再整个调速范围内要求转速无极、平滑可调； 2、动态性能指标：电流环超调量 δ≤5%： 空载启动到额定转速时转速超量δ≤10% 直流电动机的参数： 直流电动机 型号（KW ） Z2—32 额定容量（KW ） 2.2 额定电压（V ） 220 额定电流（A ） 12.5 最大电流（A ） 18.75 额定转速（rpm ） 1500 额定励磁（A ） 0.61 GD 2 (kg m 2 ) 0.105 电动机电枢电阻RA （） 1.3 电动机电枢电感la （Mh ） 10 名称 数值 整流侧内阻Rn （Ω） 0.037 整流变压器漏感Lt （mH ） 0.24 电抗器直流电阻Rh （Ω） 0.024 电抗器电感Lh （mh ） 3.2 2.1控制系统的整体设计 直流双闭环调速系统的结构图如图1所示，转速调节器与电流调节器串极联结，转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制PWM 装置。其中脉宽调制变换器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速，达到设计要求。总体方案简化图如图1所示。 ASR ACR U *n + - U U i U * i + - U c TA V M + U d I d UPE L - M
2.2桥式可逆PWM变换器的工作原理 脉宽调制器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定宽度可变的脉冲电压序列，从而平均输出电压的大小，以调节电机转速。桥式可逆PWM 变换器电路如图2所示。这是电动机M两端电压的极性随开关器件驱动电压的极性变化而变化。 图2 桥式可逆PWM变换器电路
摘要：根据整流装置的不同，直流可逆调速系统可分为V-M可逆调速系统和PWM 可逆调速系统。讨论了晶闸管直流调速系统可逆运行方案，介绍了有环流控制的可逆V-M系统和无环流控制的可逆V-M系统。除了由晶闸管组成的相控直流电源外，直流电机还可以采用全控器件（IGBT，MOSFET，GTR等）组成的PWM变换器提供直流电源，其特点是开关频率明显高于可控硅，因而由PWM组成的直流调速系统有较高的动态性能和较宽的调速范围。PWM变换器把恒定的直流电源变为大小和极性均可调直流电源，从而可以方便的实现直流电机的平滑调速，以及正反转运行。由全控器件构成的PWM变换器，由于开关特性，因此其电枢的电压和电流都是脉动的，其转速和转矩必然也是脉动的。 关键词：可逆直流调速，PWM变换器，环流。
目录 1.晶闸管直流调速系统可逆运行 (3) 1.1可逆直流调速系统分类 (4) 1.2晶闸管-电动机系统的回馈制动 (6) 2.有环流的可逆调速系统 (8)
2.1可逆系统中的环流 (8) 2.2直流平均环流与配合控制 (9) 2.3瞬时脉动环流及其抑制 (10) 2.4直流可调速系统的制动过程分析 (11) 2.5可控环流可逆调速系统 (13) 3.无环流可逆调速系统 (13) 3.1逻辑控制无环流调速系统 (14) 4.可逆直流脉宽调速系统（PWM可逆系统） (15) 4.1可逆PWM变换器的工作原理 (15) 5.总结 (17) 1.晶闸管直流调速系统可逆运行 有许多生产机械要求电动机既能正转，又能反转，而且常常还需要快速地起
动和制动，这就需要电力拖动系统具有四象限运行的特性，也就是说，需要可逆的调速系统。改变电枢电压的极性，或者改变励磁磁通的方向，都能够改变直流电机的旋转方向，这本来是很简单的事。然而当电机采用电力电子装置供电时，由于电力电子器件的单向导电性，问题就变得复杂起来了，需要专用的可逆电力电子装置和自动控制系统。中、小功率的可逆直流调速系统多采用由电力电子功率开关器件组成的桥式可逆PWM 变换器。功率较大的直流调速系统多采用V-M 电源，由于晶闸管的不可控关断特性，其可逆调速系统相对较为复杂。 1.1 可逆直流调速系统分类 在没有外力作用下，要改变直流电机的旋转方向，根据直流电机转矩表达式Te =CMΦIa可知，改变励磁磁通Φ或改变电枢电流Ia均可改变电机转矩方向，从而达到改变转向的目的。与此相应得直流电机可逆调速实现方式有：1、改变电枢电流，通过改变电枢电流的方向，也可改变电磁转矩的方向。2、改变励磁电流，通过改变励磁电流方向，从而改变电磁转矩的方向。 图1-１两组晶闸管装置反并联可逆线路 改变电枢电流可逆线路：电枢反接的可逆线路形式是多种多样的，不同的生产机械可以根据各自的要求去选择。图1.1 是一种最简单的桥式晶闸管可逆线路，该线路中，需要一组晶闸管整流装置，还需要四个晶闸管组成的桥式电路，
V-M双闭环直流可逆调速系统建模与仿真 1设计任务与分析 有许多生产机械要求电动机既能正转，又能反转，而且常常还需要快速地起动和制动，这就需要电力拖动系统具有四象限运行的特性，也就是说，需要可逆的调速系统。 本设计是V-M双闭环直流可逆调速系统建模与仿真，主要包括可逆部分和双闭环直流调速部分。可逆部分可以由两组晶闸管可控整流装置反并联实现，通过控制电路和触发电路来实现整流与逆变的转换。而设计要求调速系统能进行平滑的速度调节，具有较宽的调速范围（D≥10），系统在工作范围内能稳定工作，系统静特性良好，动态性能指标要求转 速超调量δ n ＜10%，电流超调量δ i ＜5%，动态速降Δn≤10%，调速系统的过渡过程时间（调 节时间）t s ≤1s ，系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续，这些可以按双闭环直流调速部分的知识设计电流调节器和转速调节器来实现。 转速、电流双闭环直流调速系统是性能很好，应用最广的直流调速系统，采用转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。转速、电流双闭环直流调速系统的控制规律、性能特点和设计方法是各种交、直流电力拖动自动控制系统的重要基础，所以掌握直流双闭环调速系统对于电力拖动控制系统的学习有很重要的作用。 针对本设计的仿真，应用软件MATLAB的Simulink软件包，Simulink是实现动态系统建模，仿真的一个集成环境。它使MATLAB的功能得到进一步扩展。它提供的丰富功能块，可以迅速的创建动态系统模型；实现了可是换建模，用户可以通过简单的鼠标操作建立直观模型进行仿真；实现了多工作环境间文件互用和数据交换。使用MATLAB中的Simulink 任务，根据各个环节的函数模型，建立数学仿真模型，进行系统仿真。 本课程设计就要求结合给定的初始条件来完成直流双闭环调速系统的设计，其中包括绘制该调速系统的原理图，对调节器进行工程设计，选择调节器的参数等。要实现直流双闭环调速系统的设计需先对控制系统的组成及工作原理有一定深入的理解，弄清楚调速系统每个组成部分的作用，弄清楚转速环和电流环的工作原理，合理选择调节器的参数以便进行合理的工程设计并进行仿真。
PWM可逆直流调速系统matlab 仿真实习
《运动控制系统仿真》课程设计 ——PWM直流调速系统的动态建模与仿真 学院：电气与控制工程学院 班级：自动化1104班 姓名：钟传琦 学号：1106050430 日期： 2014年6月27日
一、课程设计的目的及任务 《运动控制系统》是自动化专业的一门主干专业课程，在该课程学习结束后单独安排了1周的控制系统仿真课程设计。其目的是要求学生针对某个电机控制系统功能模块或整个控制系统进行设计与实现，使学生能进一步加深对课堂教学内容的理解，了解典型的电机控制系统基本控制原理和结构，掌握基本的调试方法，提高综合应用知识的能力、分析解决问题的能力和工程实践能力，并初步培养实事求是的工作作风和撰写科研总结报告的能力。 二、课程设计的基本要求 《运动控制系统》被控对象是交、直流电动机，能量转换是由电力电子器件构成的变换器，微机构成控制器。因此控制系统仿真课程设计学生应掌握以下基本内容： （1）交、直流电动机； （2）电力电子变换器； （3）微机控制器； （4）转速、电流等检测电路； （5）输入输出转换电路、调理电路和功放电路等。 三．课程设计的内容及基本要求 1．设计题目 1) 开环直流调速系统的动态建模与仿真 2) 单闭环有静差转速负反馈调速系统的动态建模与仿真 3) 单闭环无静差转速负反馈调速系统的动态建模与仿真 4) 带电流截止转速负反馈的单闭环调速系统的动态建模与仿真 5) 单闭环电压负反馈调速系统的动态建模与仿真 6) 双闭环直流调速系统的动态建模与仿真 α=有环流可逆直流调速系统的动态建模与仿真 7) β 8) 逻辑无环流可逆直流调速系统的动态建模与仿真 9)三相异步电动机数学模型的建立 10) PWM直流调速系统的动态建模与仿真 本文所选题目为：10) PWM直流调速系统的动态建模与仿真。 - 0 -
运动控制系统课程设计课题：单闭环可逆直流调速系统 系别：电气与信息工程学院 专业：自动化 姓名： 学号： 成绩： 河南城建学院 2015年12月31日
目录 一、设计目的 (2) 二、设计任务及要求 (2) 三、总体方案设计 (2) 四、硬件电路设计 (3) 4.1.1 直流调速系统稳态性能分析 (3) 4.1.2静态性能指标 (4) 4.1.3 基于稳态性能指标闭环直流调速系统设计 (5) 4.1.4 直流调速系统动态性能分析 (6) 4.1.5基于动态性能指标及系统动态稳定性反馈控制闭环直流调速系统设计 (9) 4.2、控制系统动、静态数学模型的建立 (10) 4.2.1 双极性控制的桥式可逆PWM变换器的工作原理 (10) 4.2.2桥式可逆PWM变换器 (10) 五、计算机仿真 (13) 六、设计总结 (14) 参考文献 (16)
一、设计目的 在电力拖动系统中，调节电压的直流调速系统是应用最为广泛的一种调速方 法，除了利用晶闸管获得可控的直流电源外，还可以利用其他可控的电力电子器 件，采用脉冲调制的方法，直接将恒定的直流电压调制为极性可变、大小可调的 直流电压，用以实现直流电机电枢电压的平滑调节，构成脉宽直流调速系统。 本设计采用了PWM 脉宽调制的方法，完成了带转速负反馈的单闭环直流调 速系统的设计及实验。本设计重点介绍了单闭环可逆直流调速系统的总体结构、 设计原理及参数优化设计方法，提供了通过matlab 仿真进行实验效果预分析和 校正处理，得到较为理想结果后进行实际操作和调试的实验思路。 二、设计任务及要求 本次运动控制课程设计要求自拟控制系统性能指标的要求（调速范围、静差 率、超调量、动态速降、调节时间等）设计系统原理图，完成元器件的选择，选 择调节器并计算调节器参数，并进行仿真或实验验证系统合理性。 为了进行定量的计算，选一组电机参数：功率kw P N 18=，额度电压 v U N 220=，额定电流A I N 94=,额定转速min /1000r n N =， 电枢电阻Ω=15.0a R ，主电路总电阻Ω=45.0R ，40=s k 。最大给定电压V U nm 15*=，整定电流反馈电压 V U im 10=.要求系统调速范围20=D ,静差率%10≤,N dbt I I 5.1=,N dcr I I 1.1=。 三、总体方案设计 为了提高直流系统的动静态性能指标，通常采用单闭环控制系统。对调速系 统的要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速系统指标要求高的采用多闭环 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，转速单闭环运用较多。在本设计中，转速单闭环实验是将反应转速变化的