成绩
运动控制系统
课程设计
题目: 带转速微分负反馈直流双闭环调试系统设计院系名称:
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评语：
电力拖动实现了电能与机械能之间的能量转换，运动控制系统的任务是通过控制电动机电压、电流、频率等输入量，来改变工作机械的转矩、速度、位移等机械量，使各种工作机械按人们期望的要求运行，以满足生产工艺及其他应用的需要。直流电动机具有良好的启动、制动性能，宜于在宽范围内平滑调速，在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。
单闭环系统用PI调节器实现转速稳态无静差，消除负载转矩干扰对转速稳态的影响。但单闭环系统并不能充分按照理想要求控制电流的动态过程。因此常采用双闭环系统，因为电流调节器是内环，因此首先设计电流调节器，对其进行必要的变化和近似处理，电流环设计完后，把电流环等效成转速环的一个环节进行处理，从而设计转速调节器。再根据设计要求设计转速微分负反馈，使系统的转速无超调。同时双闭环直流调速系统的设计进行了分析及其原理进行了一些说明，介绍了其主电路、检测电路的设计，并介绍电流调节器和转速调节器的设计和一些参数选择、计算，使其设计参数要求的指标。
关键词：双闭环系统电流调节器转速环转速微分负反馈
1 概述 (1)
2 设计要求与方案 (1)
2.1 设计要求 (1)
2.2 设计方案 (1)
3 系统电路的设计 (3)
3.1 转速给定电路的设计 (3)
3.2 系统主电路的设计 (4)
3.3 转速检测电路的设计 (5)
3.4 电流检测电路的设计 (6)
3.5 触发电路的设计 (7)
3.6 电流调节器电路的设计 (9)
3.7 转速调节器电路的设计 (10)
3.8 转速微分负反馈电路的设计 (11)
4 系统参数的整定 (12)
4.1 电流调节器参数的整定 (12)
4.1.1 电流调节器的简化与选型 (12)
4.1.2 电流调节器参数的计算 (13)
4.2 转速调节器参数的整定 (14)
4.2.1 转速调节器的简化与选型 (14)
4.2.2 转速调节器参数的计算 (16)
4.2.2 转速微分负反馈的计算 (17)
5 设计心得 (17)
6 参考文献 (18)
1概述
闭环调速比开环调速具有更好的调速性能。而双闭环调速系统又要比单环调速系统具有更好的动态性能和抗扰性能。为了使转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设计两个调节器，分别引入转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流，二者之间实行嵌套连接。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电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。这就形成了转速、电流反馈控制直流调速系统。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，但由于当转速调节器采用PI调节器时，转速必然有超调，该控制系统中要求转速超调为0，所以需引入转速微分负反馈来抑制消除超调。
2设计要求与方案
2.1设计要求
1. 稳态指标无静差，且动态指标的电流超调量σi≤ 5%；采用转速微分负反馈使转速超调量等于0。
2.确定设计方案。
3.按照确定的方案设计单元电路。要求画出单元电路图，元件及元件参数选择要有依据，各单元电路的设计要有详细论述。
2.2设计方案
根据设计要求确定该系统的设计方案。串级控制系统与单回路控制系统相比具有单回路控制系统的全部优点，同时有单回路控制系统没有的优点，如提高了被控对象的等效时间常数；提高了系统的工作频率；对负载的变化具有一定的自适应能力等。而且该系统有两个控制参数即被控制量，一个是电流，一个是转速。由于系统希望最终能获得很好的转速，所以主变量应为转速，即将转速环设置为外环；同时电流环就成为了内环。通过转速调节器和电流调节器控制系统的转速
的变换，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电力电子变换器UPE 。同时转速调节器和电流调节器使用PI 调节器，从而获得更好地静态和动态性能。但由于当转速调节器采用PI 调节器时，转速必然有超调，该控制系统中要求转速超调为0，所以需引入其他控制方式来抑制消除超调，可以采用转速微分负反馈。从而形成带转速微分负反馈直流双闭环调速系统设计。该系统的设计仍然采用直流双闭环调速系统设计，只是在最后单独设计转速微分负反馈。系统组成有电流调节器，转速调节器，电流变换器（检测电流值），整流电路，转速测量等。系统整流装置采用三相桥式整流，同时注意系统的过电保护。直流双闭环调速系统原理图如图 2.2.1。直流双闭环调速系统动态结构图如图2.2.2所示。
ACR UPE
M
TG
ASR
+
-
+
-
TA
+
-
+
-n
n
I
图2.2.1 双闭环直流调速系统原理图
ASR ——转速 ACR ——电流调节器 TG ——测速发电机
TA ——电流互感器 UPE ——电力电子变换器
*
n U ——转速给定电压
n U ——转速反馈电压 *i U ——电流给定电压 i U ——电流反馈电压
ASR
ACR
+
-
+-
+
-+
-
图2.2.2 双闭环调速系统的动态结构图
3 系统电路的设计
3.1 转速给定电路的设计
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。转速给定电路设计图如图3.1所示。
S1
S2
R 1
R 2
R P1
R P2
+15V
-15V
G ND
G ND
U n*
图3.1 转速给定电路图
3.2 系统主电路的设计
主电路采用晶闸管三相全控整流，整流变压器将公共电网的交流电压变换成整流桥可用的电源电压，而整流晶闸管组构成三相全控桥，将交流电变换成直流电，从而作为直流电动机的电源电压。
直接整流得到的电流和电压往往有较大的脉动，若直接作为直流电动机的电源电压，将会引起电机振动及噪声。为此，需要在主电路的直流侧加入平波电抗器和RC 滤波电路，从而减小整流器输出电流脉动以及输出电压脉动。系统主电路图如图3.2所示。
A
-
+
M
Q3Q4
Q1Q2
Q5
L1
TA11TA12TA21TA22TA31TA32
Q?
SC R
图3.2 系统主电路图
主电路中包含了系统的过电保护电路的设计。晶闸管的过电流保护，如图3.2，通过快速熔断器进行保护。晶闸管的过电压保护是通过并联RC 电路。因直流侧的电压也会出现过电压，所以也需要通过RC 电路来保护过电压对电路的影响。
3.3 转速检测电路的设计
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3.3所示。
A -
+TG
A
-
+M
R P3Ud U +
-
+
-
Un
图3.3 转速检测电路图
3.4电流检测电路的设计
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3.4所示。
D 1
D 2D 3
D 4
D 5
D 6
R 1
R 2
R 3
R P4
U i
TA 11
TA 12TA 21
TA 22
TA 31
TA 32
图3.4 电流检测电路图
3.5 触发电路的设计
由于设计中采用三相全控桥式整流电路，所以需要设计移向触发电路。采用K04可控硅移向触发器，K04输出两路相位差180度的移相脉冲，可方便地构成全控桥式触发电路。该电路具有输出负载能力大，移相性能好，正负半周相位值均衡性好，移相范围宽，对同步电压要求小。K04电路内部原理图如图3.5所示。
R 7T1T4T5T6T7T8T9
T10
T11
16
+15V
T2
T3T12T13
T14
T15R 5R w1R 6R 3R 1R 2C 11314
-15V 同步电压信号
C 2
+24V
53491112
U y
U p
1
15
图3.5 K04电路内部原理图
C1接在T5的基极，组成密勒积分器，形成线性增大的锯齿波，锯齿波的斜率由“3”端外接的电阻和积分电容C1的数值所决定。T6是比较放大级，锯齿波、外部的移相电压及偏移电压在T6的基极进行综合比较放大，当输入T6基极的电流大于零时，T6导通，外接的R和C将T6集电极的脉冲进行微分，输入T7基极，在T7集电极得到一定宽度的移相脉冲。在T7集电极上得到的脉冲是正负半周都有的相隔180度的脉冲。经过T8和T12分别截去副半周和正半周的脉冲，得到正向和负向的触发脉冲。T9~ T15是功放极，分别对正、负半周的脉冲作功率放大，使两个输出端都有100mA的输出能力。13、14端提供脉冲列调制和脉冲封锁的控制端。其中脉冲列调制和脉冲封锁是由KC41和KC42两种器件组成，经过它们的作用后，1和15端输出的脉冲触发序列可直接接与整流电路，使整流电路移相触发。
3.6电流调节器电路的设计
电流调节器作为内环的调节器，在转速外环的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压*
U（即外环调节器的输出量）变化。对电网电压的波动
i
起及时的抵抗作用。在转速动态过程中，保证获得电动机的最大电流，从而加快动态过程。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非常重要的。所以电流调节器电路的设计至关重要。
由于反馈信号检测中常含有谐波和其他扰动量，所以需加低通滤波，但由于低通滤波的引入，滤波环节也延迟了反馈信号的作用，为了平衡这个延迟作用，在给定信号通道上加入一个等同时间常数的惯性环节，称作给定滤波环节。所以电流调节器应设计为含有给定滤波和反馈滤波的模拟式PI型电流调节器。设计电路图如图3.3所示。
+
-
+
-
A
图3.3 含有给定滤波和反馈滤波的模拟式PI型电流调节器电路原理图
图中*
i
U为电流给定电压，
d
-Iβ为电流负反馈电压，
e
U为调节器的输出即电力电子变换器的控制电压。
根据运算放大器的电路原理，可推导出
i
i R
R
K=，
i
i
i
C
R
=
τ，
i0
0i4
1
C
R
T=。
3.7转速调节器电路的设计
转速调节器作为外环，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*
n
U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。对负载的变化起抵抗作用。
其输出限幅值决定电动机允许的最大电流。
所以转速调节器电路的设计也至关重要。同电流调节器原理，转速调节器给定滤波和反馈滤波的模拟式PI型转速调节器。设计电路图如图3.7所示。
+
-
+
-
A
图3.7 含有给定滤波和反馈滤波的模拟式PI 型转速调节器电路原理图
根据运算放大器的电路原理，可推导出0
n n R R K =
，n n n C R =τ， on 0on 41
C R T =。
3.8 转速微分负反馈电路的设计
由于转速有超调，所以需要引入转速微分负反馈。转速微分负反馈设计电路图如图3.8
所示
+
-
+
-
A
图3.8含有给定滤波和反馈滤波的模拟式PI 型转速微分负反馈电路原理图
图中dn C 为微分电容，dn R 为滤波电阻
0dn dn R C τ= 0dn dn dn T R C =
dn
dn R C τ=
dn
0dn
dn C T R =
()N T T n z -n 2-1
h 2
h 4m *n n ?++=∑λστ 其中σ为要求允许的超调量。
4 系统参数的整定
4.1 电流调节器参数的整定
4.1.1 电流调节器的简化与选型
为了解决反电动势与电流反馈的作用的相互交叉，简化设计过程，我们将系统的作用过程做一定的简化处理。首先我们可以得到，对电流环来说，反电动势是一个变化缓慢的扰动，因此，在电流的瞬变过程中，可以认为反电动势基本不变，即有0≈?E 。这样，在按动态性能设计电流环时，我们可以暂且把反电动势的作用去掉，得到电流环的近似结构框图，如图4.1.1所示。条件是l
m ci T T 1
3
≥ω。
ACR
+-
图4.1.1 忽略反电动势影响的电流环动态结构图
如果把给定滤波和反馈滤波两个环节都等效地移到环内，同时把给定信号改成
β
)
(*
s U i ，则电流环变等效成单位负反馈。如图4.1.2所示。
ACR
+
-
图4.1.2 等效成单位负反馈的电流环动态结构图
由于s T 和oi T 一般都比l T 小得多，可以当作小惯性群而近似地看作是一个惯性环节，其时间常数为
oi s T T T i +=∑
则电流环结构框图最终简化成图4.1.3所示。简化的近似条件为oi
s ci T T 1
31≤
ω。
ACR
+
-
图4.1.2 小惯性环节近似忽略后的电流环动态结构图
从稳态要求上看，希望电流无静差，以得到理想的堵转特性，从小惯性环节
近似忽略后的电流环动态结构图可以看出，采用I 型系统就够了。从动态要求上看，实际系统不希望电枢电流在突加控制作用时有太大的超调，以保证电流在动态过程中不超过允许值，而对电网电压波动的及时抵抗作用只是次要的因素，为此电流环应以跟随性能为主，即应选用典型I 型系统。
传递函数：
)(s W ACR =
(1)
i i i K s s
ττ+ 4.1.2 电流调节器参数的计算
(1) 整流装置滞后时间常数s T ，三相桥式电路的平均失控时间：s T =0.0017s (2) 电流滤波时间常数oi T ：oi T =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，取为：
i T ∑=s T +oi T =0.0037s
（4）检测对电源电压的抗扰性能：92.180037.007
.0==
∑i l T T ，参看课本表3—2
的典型I 型系统动态抗扰性能，各项指标都是能够接受的。 （5）电流调节器超前时间常数：i τ=l T =0.07s
电流环开环增益：I i K T ∑=0.5，因此13.1350037
.05
.0==
I K ，于是，ACR 的比例
系数为50.236
.03085
.207.01.135≈???==βτS i I i K R K K （6）校验近似条件
电流环截止频率：1-s 13.135==ci I K ω
检验晶闸管整流装置传递函数的近似条件
111
196.1330.0017
ci s s T ω-==>? 满足近似条件 检验忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件
ci l s s
ω<=??=-1m 17.2807.0162.01
3T T 13
满足近似条件
检验电流环小时间常数近似处理条件
11113180.830.00170.002ci s oi s T T s s
ω-=?=>? 满足近似条件 （7）计算调节器的电阻和电容
按所用运算放大器取040R K =Ω，则各电阻和电容值为：
Ω=Ω?==k 100k 4050.20R K R i i 取Ωk 100
F F R C i
i
i μτ7.01010007
.03
=?=
=
取F μ7.0
F F R T C oi oi μ2.010
40002
.04430=??==
取F μ2.0
按照上述参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标为：%5%3.4<=i σ满足设计要求。
4.2 转速调节器参数的整定
4.2.1 转速调节器的简化与选型
用电流环的等效环节代替电流环后，整个转速控制系统的动态结构图如图
4.2.1所示。
ASR
+-
-+
图4.2.1 用等效环节代替电流环后的转速动态结构图
把转速给定滤波和反馈滤波环节移到环内，同时将给定信号改成α/)(*
s U n ，再把时间常数为I K /1和on T 的两个小惯性环节合并起来，近似成一个时间常数为
n
T ∑的惯性环节，其中n
T ∑=
I
K 1
+on T ，等效成单位负反馈系统和小惯性的近似处理后如图4.2.2所示。
ASR
+
-
-+
图4.2.2 等效成单位负反馈系统和小惯性的近似处理后转速动态结构图
为了实现转速无静差，在负载扰动作用点前面必须有一个积分环节，它应该
包含在转速调节器ASR 中，由于在扰动作用点后面已经有了一个积分环节，因此转速环开环传递函数应共有两个积分环节，所以应该设计成典型II 型系统，这样的系统同时也能满足动态抗扰性能好的要求。校正后如图4.2.3所示。
+-
图4.2.3 校正后转速动态结构图
系统的传递函数：n n ASR(s)n K (s+1)
W =
s
ττ 4.2.2 转速调节器参数的计算
（1）时间常数的确定
电流环等效时间常数1/I K 。
s K I
0074.00037.021
=?= 转速滤波时间常数on T 。所用测速发电机波纹情况，取：on T =0.01s 。
转速环小时间常数n T ∑。按小时间常数近似处理，取：s T K T on I
n 0174.01
=+=
∑ （2）计算转速 调节器参数 要求h=5，则ASR 的超前时间常数为 s s h n 087.00174.05T n =?==∑τ
转速环开环增益 2
2222
4.3960174.0252621--∑=??=+=
s s T h h K n
N 于是，可以求得ASR 的比例系数为37.10174
.085.2067.052162.013.036.062)1(=???????=+=∑n RT h T C h K m e n αβ
（3）校验近似条件
转速截止频率为：115.34087.04.3961
--=?===
s s K K n N N
cn τωω
电流环传递函数简化条件：i 1135.11363.73T 0.0037I cn K s ω-∑=?=>满足简化条件
转速环小时间常数近似处理条件：1on 135.11338.73T 0.01
I cn K s ω-=?=>满足近
似条件。 （4）计算调节器电阻和电容
取040R K =Ω,则电阻和电容分别为：
Ω=Ω?==k k R K R n n 554037.10 取Ωk 55
F F F R C n
n
n μτ28.11028.110
55087
.063
=?≈?=
=
- 取F μ3.1
F F F R C on on μ110110
4001.0446
30=?≈??=T =
- 取F μ1
（5）校核转速超调量
当h=5时，根据课本表3—4可得，%6.37n =σ，不能满足设计的要求。
（6）按退饱和的方法重新计算超调量
b C C max
?可由课本中表3—5查得，%2.81max =?b
C C ，理想空载启动时z=0所以有
%10%7162.00174.0195013.085.25.171.2%2.812))((2*max ≤≈?????=T T ?-?=∑m
n N b n n n z C C λσ 4.2.2 转速微分负反馈的计算
由转速微分负反馈电路可得0dn dn R C τ=，0dn dn dn T R C =。所以取odn on T T =时，
只要求出dn τ，则微分电容和微分电阻就可求出。加入微分负反馈的转速调节器的反馈参数dn τ的计算公式如下：4222
0.01740.063816
dn n h T h τ∑+=
=?=+ 取040R K =Ω，根据F F R C μτ6.110
400638
.03
dn
dn =?=
=
取F μ6.1
Ω=Ω?==
k 6106.101
.06
-dn 0dn dn C T R 取Ωk 6。
5 设计心得
本次课程设计是带转速微分负反馈的双闭环直流调速系统设计， 通过本次课程设计，我深刻了解到了自身的不足。理论知识和实践知识是不能等效的，在设计过程中遇到各种各样的难题。有时连最基本的软件VISIO 都无法安装，一度使我想要放弃，最后在同学和老师的帮助下这些问题都解决了。但是更大的问题又来了，电路的设计等等，又使我陷入了巨大的麻烦中。了解到了自身的不足，又从图书馆借了几本书籍，同时在网上反反复复的查阅各种资料，以待问题能够成功解决。虽然问题都解决了，但是对自己还是很失望，感觉自己对知识的掌握还
题目：双闭环直流调速系统的设计与仿真 已知：直流电动机：P N=60KW，U N=220V，I N=305A，n N=1000r/min,λ=2，R a=0.08, R rec=0.1, T m=0.097s, T l=0.012s, T s=0.0017s, 电枢回路总电阻R=0.2Ω。设计要求：稳态无静差，σ ≤5%,带额定负载起动到额定转速的转速超调σn≤10%。(要求完 i 成系统各环节的原理图设计和参数计算)。 系统各环节的原理图设计和参数计算，包括主电路、调节器、电流转速反馈电路和必要的保护等，并进行必要的计算。按课程设计的格式要求撰写课程设计说明书。 设计内容与要求：1、分析双闭环系统的工作原理 2、改变调节器参数，分析对系统动态性能的影响 3、建立仿真模型
1．双闭环直流调速系统的原理及组成 对于正反转运行的调速系统，缩短起,制动过程的时间是提高生产率的重要因素。为此，在起动（或制动）过渡过程中，希望始终保持电流（电磁转矩）为允许的最大值，是调速系统以最大的加（减）速度运行。当到达稳态转速时，最好使电流立即降下来，使电磁转矩与负载转矩相平衡，从而迅速转入稳态运行。实际上，由于主电路电感的作用，电流不可能突变，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，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。 为了使转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别引入转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流，二者之间实行嵌套连接，如图1所示。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电力电子变换器。从闭环结构上看，电流环在里面，称做内环；转速环在外面，称做外环。这就形成了转速电流负反馈直流调速系统。为了获得良好的静动态性能，转速和电流两个调节器一般采用PI调节器。 2．双闭环控制系统起动过程分析 前面已经指出，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，有必要先探讨它的起动过程。双闭环调速系统突加给定电压*nU由静止状态起动时，转速和电流的过渡过程如图4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
《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
学号： 中州大学电机及拖动课程设计题目：转速负反馈的单闭环直流调速系统的设计 姓名： 专业：电气自动化 班级： 指导老师：赵静 2014年6月10号
摘要 该设计是转速负反馈的单闭环直流调速系统，目前调速系统分为交流调速和直流调速系统，由于直流调速系统的调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能，因此在相当长的时间内，高性能的调速系统几乎都采用直流调速系统，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，对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，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，转速负反馈单闭环使用较多。在设计中用MATLAB 软件对电流环和转速环的设计举例进行了仿真，通过比较说明了直流调速系统的特性。 关键字：转速负反馈动态性能
ABSTRAC The design speed negative feedback is single closed-loop dc speed regulating system, the current speed regulation system is divided into ac speed regulation and dc speed control system, due to the wide scope of speed control of dc speed regulating system, small static rate, good stability and has a good dynamic performance, so in a long time, almost all high performance speed control system using dc speed regulating system, in order to improve the dynamic and static performance of dc speed regulating system, usually adopts closed loop control system, the control of motor speed index requirements is not high, the single closed loop system, according to the feedback in different ways can be divided into the speed feedback, current feedback, voltage feedback, etc.In a single closed-loop system, speed closed-loop used more negative feedback https://www.doczj.com/doc/7e16314188.html,ing MATLAB software in your design, for example, the design of current loop and speed loop are simulated, through comparing the characteristics of the dc speed control syste KEYWORDS:SPEED BACK MATLAB D
一、填空题 1．转速负反馈系统中，闭环系统的转速降减为开环系统转速降 1/k+1 倍。 2．速度、电流双闭环调速系统，在起动时速度调节器处于饱和状 态。 3．当系统的机械特性硬度一定时，如要求的静差率S越小，调速范围 D 越 小。 4．在电动机过载甚至堵转时，一方面限制电枢电流，起到快速的保护 作用；另一方面，使转速下降，实现了“挖土机”特性。 5. 自然环流可逆系统就是配合控制的有环流可逆系统。触发脉冲的零位调整在 90度。工作中，任何时刻都应满足配合关系。 6．当电动机在额定转速以下变频调速时，要求 v/f=c ，属于恒转矩调速。7．从载波比N有无变化可将SPWM调制方式分为同步调制、异步调制 与分段同步三种。 8单闭环无静差调速系统调试PI调节器输出的正负限幅值时，使其最大输出正限幅 值略小于umax 。 9．静差率和调速范围是调速系统的两个的稳态性能指标。 10．带有速度、电流双闭环调速系统，在起动时电流调节器处于饱和状 态。 11.V-M系统电流连续段的机械特性软，电流断续段特性硬。只要主 电路电感量足够大，可以近似地只考虑连续段。 13. 采用α=β工作制配合控制可以消除直流平均环流，但不能抑制瞬时脉 动环流。 15．. 在SPWM逆变器中，以__ 正弦波_______作为调制波，以等腰三角形作为载 波来获得控制主电路6个功率器件开关的信号。 16．双闭环直流调速系统中抑制转速超调常采用带 P 环节的PI调节器。 20．正弦波型交-交变频器的最高输出频率为电网供电频率的 1/2 。 21. 转速电流双闭环系统中 ASR 输出限幅值主要依据电枢允许过载电流。
转速、电流双闭环调速系统 班级：铁道自动化091 姓名：陈涛 指导老师：严俊 完成日期：2011-10-31 湖南铁道职业技术学院
目录 摘要 (3) 一、直流调速介绍 (4) 1、调速定义 (4) 2、调速方法 (4) 3、调速指标 (4) 二、双闭环直流调速系统介绍 (5) 1、转速、电流双闭环调速系统概述 (5) 2、转速、电流双闭环调速系统的组成 (6) 3、PI调节器的稳态特征 (7) 4、起动过程分析 (8) 5、动态性能 (11) 6、两个调节器的作用 (11) 三、总结 (12)
摘要 随着近代电力电子技术和计算机的发展以及现代控制理论的应用，自动化电力拖动正向着计算机控制的生产过程自动化的方向迈进，以达到高速、优质、高效率地生产。在大多数综合自动化系统中，自动化的电力拖动系统仍然是不可缺少的组成部分。 本文讲述的是转速、电流双闭环直流调速系统，通过学习使我对转速、电流双闭环直流调速系统的组成、调速器的稳态特性和作用以及系统的动态特性有了一定的了解。该系统是在单闭环系统的基础上加以改进后完成的，通过对电力拖动自动控制系统的学习，我们里了解到转速、电流双闭环直流调速系统相对于单闭环调速系统的一些优势，它是通过转速反馈和电流反馈两个环节分别起作用的。 通过这次的学习，我懂得了很多，具有了通过运用理论上所掌握的知识来独立发现问题、思考问题、解决问题的能力，在这次的论文中，我有一次重新学习了转速、电流双闭环直流调速系统，使我这一系统有了更进一步的了解。
转速、电流双闭环调速系统 一、直流调速介绍 1、调速定义 调速是指在某一具体负载情况下，通过改变电动据或电源参数的方法，使机械特性曲线得以改变，从而使电动机转速发生变化或保持不变。 2、调速方法 1.调节电枢供电电压U。改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电压，从电动机额定转速向下变速，属恒转矩调速方法。对于要求在一定范围内无 级平滑调速的系统来说，这种方法最好。变化遇到的时间常数较小，能快速响应，但是需要大容量可调直流电源。 2.改变电动机主磁通。改变磁通可以实现无级平滑调速，但只能减弱磁通进行调速（简称弱磁调速），从电机额定转速向上调速，属恒功率调速方 法。变化时间遇到的时间常数同变化遇到的相比要大得多，响应速度较慢，但所需电源容量小。 3.改变电枢回路电阻 <。在电动机电枢回路外串电阻进行调速的方法，设备简单，操作方便。但是只能进行有级调速，调速平滑性差，机械特性较软；空载时几乎没什么调速作用；还会在调速电阻上消耗大量电能。 3、调速指标 1．调速范围（包括：恒转矩调速范围/恒功率调速范围），
课程设计任务书 某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据为： 直流电动机：U N=220V，I N=205A，=575r/min , R a=0.1，电枢电路总电阻R=0.2，电枢电路总电感L=7.59mH，电流允许过载倍数，折算到电动机轴的飞轮惯量。 晶闸管整流装置放大倍数，滞后时间常数 电流反馈系数( 转速反馈系数() 滤波时间常数取，。 ；调节器输入电阻R0=40。 设计要求： 稳态指标：无静差； 动态指标：电流超调量；空载起动到额定转速时的转速超调量。
目录 课程设计任务书 (1) 第一章直流双闭环调速系统原理 (3) 1.1系统的组成 (3) 1.2 系统的原理图 (4) 第二章转速、电流双闭环直流调速器的设计 (6) 2.1 电流调节器的设计 (6) 2.2 转速调节器的设计 (13) 第三章系统仿真 (21) 心得体会 (26) 参考文献 (27)
第一章直流双闭环调速系统原理 1.1系统的组成 转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能很好、应用最广的直流调速系统。采用PI调节的单个转速闭环调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。但是对系统的动态性能要求较高的系统，单闭环系统就难以满足需要了。 为了实现在允许条件下的最快启动，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，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。所以，我们希望达到的控制：启动过程只有电流负反馈，没有转速负反馈；达到稳态转速后只有转速负反馈，不让电流负反馈发挥作用。故而采用转速和电流两个调节器来组成系统。 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可以在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套（或称串级）联接，如图1-1所示。把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再把电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速换在外边，称作外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。
案例转速、电流双闭环直流调速系统 一、概述 现以ZCC1系列晶闸管—电动机直流调速装置（简称ZCC1系列）为例，来阐述晶闸管—电动机直流调速系统分析、调试的一般方法与步骤。该装置的基本性能如下： (1)装置的负荷性质按连续工作制考核。 (2)装置在长期额定负荷下，允许150%额定负荷持续二分钟，200%额定负荷持续10秒钟，其重复周期不少于1小时。 (3)装置在交流进线端的电压为（0.9~1.05）380伏时，保证装置输出端处输出额定电压和额定电流。电网电压下降超过10%范围时输出额定电压同电源电压成正比例下降。 (4)装置在采用转速反馈情况下，调速范围为20∶1，在电动机负载从10%~100%额定电流变化时，转速偏差为最高转速的0.5%（最高转速包括电动机弱磁的转速）。转速反馈元件采用ZYS型永磁直流测速发电机。 (5)装置在采用电动势反馈（电压负反馈、电流正反馈）时，调速范围为10∶1，电流负载从10%~100%变化时，转速偏差小于最高转速的5%（最高转速包括电动机弱磁的转速）。 (6)装置在采用电压反馈情况下，调压范围为20∶1，电流负载从10%~100%变化时，电压偏差小于额定电压的0.5%。 (7)装置给定电源精度，在电源电压下降小于10%以及温度变化小于±10℃时，其精度为1%。 二、系统的组成 1、主电路 ZCC1系列装置主电路采用三相桥式全控整流电路，交流进线电源通过三相整流变压器或者交流进线电抗器接至380V交流电源。为了使电机电枢电流连续并减小电流脉动以改善电动机的发热和换向，在直流侧接有滤波电抗器L。 2、控制系统 ZCC1系列晶闸管直流调速装置的控制系统采用速度（转速）电流双闭环控制系统，其原理方框图如图3-1所示
实验一转速负反馈直流调速系统 一、实验目的 (1)了解单闭环直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理。 (2)掌握晶闸管直流调速系统的一般调试过程。 (3)认识闭环反馈控制系统的基本特性。 二、实验所需挂件及附件
三、实验线路及原理 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。 在本装置中，转速单闭环实验是将反映转速变化的电压信号作为反馈信号，经“速度变换”后接到“速度调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较经放大后，得到移相控制电压U Ct，用作控制整流桥的“触发电路”，触发脉冲经功放后加到晶闸管的门极和阴极之间，以改变“三相全控整流”的输出电压，这就构成了速度负反馈闭环系统。电机的转速随给定电压变化，电机最高转速由速度调节器的输出限幅所决定，速度调节器采用P（比例）调节对阶跃输入有稳态误差，要想消除上述误差，则需将调节器换成PI(比例积分)调节。这时当“给定”恒定时，闭环系统对速度变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的转速能稳定在一定的范围内变化。 在电流单闭环中，将反映电流变化的电流互感器输出电压信号作为反馈信号加到“电流调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较，经放大后，得到移相控制电压U Ct，控制整流桥的“触发电路”，改变“三相全控整流”的电压输出，从而构成了电流负反馈闭环系统。电机的最高转速也由电流调节器的输出限幅所决定。同样，电流调节器若采用P（比例）调节，对阶跃输入有稳态误差，要消除该误差将调节器换成PI(比例积分)调节。当“给定”恒定时，闭环系统对电枢电流变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的电枢电流能稳定在一定的范围内变化。
I 电力拖动自动控制系统课程设计 电气工程及其自动化专业 任务书 1.设计题目 转速、电流双闭环直流调速系统的设计 2.设计任务 某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路， 基本数据为： 直流电动机：U n=440V，I n=365A，n N=950r/min，R a=0.04, 电枢电路总电阻R=0.0825, 电枢电路总电感L=3.0mH, 电流允许过载倍数=1.5， 折算到电动机飞轮惯量GD2=20Nm2。 晶闸管整流装置放大倍数K s=40，滞后时间常数T s=0.0017s 电流反馈系数=0.274V/A (10V/1.5IN) 转速反馈系数=0.0158V min/r (10V/nN)
II 滤波时间常数取T oi=0.002s，T on=0.01s ===15V；调节器输入电阻R a=40k 3.设计要求 (1)稳态指标:无静差 (2)动态指标:电流超调量5%；采用转速微分负反馈使转速超调量等于0。 目录 任务书............................................................................................................................... I 目录................................................................................................................................. II 前言. (1) 第一章双闭环直流调速系统的工作原理 (2) 1.1 双闭环直流调速系统的介绍 (2) 1.2 双闭环直流调速系统的组成 (3) 1.3 双闭环直流调速系统的稳态结构图和静特性 (4) 1.4 双闭环直流调速系统的数学模型 (6) 1.4.1 双闭环直流调速系统的动态数学模型 (6) 1.4.2 起动过程分析 (7) 第二章调节器的工程设计 (11) (11)
学号XXXXXXX 《电力拖动自动控制系统》 课程设计 （2008级本科） 题目：单闭环转速负反馈直流调速系统 系（部）院: 物理与机电工程学院 专业: 电气工程及其自动化 作者姓名： X X X 指导教师： X X X 职称： X X 完成日期： 2011 年 XX 月 XX 日
课程设计任务书 学生姓名XXX 学号XXXXXX 专业方向电气工程及其自动化班级XXX 题目名称单闭环转速负反馈直流调速系统 一、设计内容及技术要求： 设计一个单闭环转速负反馈直流调速系统； 1.使用简易的晶闸管整流桥V—M方式； 2.使用同步六脉冲触发器控制晶闸管整流桥； 3.形成的冲击电流较小； 4能在MATLAB/simulink平台上建立模型； 5.能够正确的调整系统各个模块的参数使之兼容； 6.能够有较好的仿真波形； 二、课程设计说明书撰写要求： 1.选用中小容量的电动机及其外围电路完成相应的功能。 2.用MATLAB/simulink实现软启动的功能。 3.给出设计思路、画出各程序适当的流程图。 4.给出所有参数确定的原因。 5.完成设计说明书（包括封面、目录、设计任务书、设计思路、硬件设计图、 程序流程框图、程序清单、所用器件型号、总结体会、参考文献）。 三、设计进度 第一周讨论论文题目 星期一上午查资料 星期一下午查找分析资料，确定各程序模块的功能 星期二至星期五 第二周 星期一至星期二完成硬件设计，算法流程图及建立模型 星期三至星期四完成设计，进行，调试，仿真并分析合理性 星期五答辩 指导教师签字：
目录 一、系统原理 (1) 二、系统仿真......................................... (2) 2.1系统的建模和模型仿真参数设置 (2) 2.1.1 6脉冲同步触发器子系统构建............................. (2) 2.1.2 主系统的建模和参数设置...................... . (4) 三、调试结果................................................ .. (14) 3.1示波器波形................................................ (14) 3.2比较波形................................................ .. (15) 四、总结 (17) 参考文献 (18) 电力拖动自动控制系统课程设计成绩评定表 (19)
一、填空题 1、直流电动机有三种调速方案：（1）调节电枢供电电压U; （2）减弱励磁磁通；（3）改变电枢回路电阻R。 2、当电流大到一定程度时才出现的电流负反馈，叫做_________ 电流截止___________ 负反馈。 3、额定励磁状态下的直流电动机电枢电流与直流电动机的电磁转矩成正比。 4、他励直流电动机的调速方法中，调压调速是从基速（额定转速）往下调，在不同转速下容许的输出_____________ 恒定，所以又称为恒转矩调速。调磁调速是从基 速往上调，励磁电流变小，也称为弱磁调速，在不同转速时容许输出功率基本相同，称为恒功率 __________ 调速。 5、直流调速系统的静态性能指标主要包括静差率和调速范围。 6、在比例积分调节调节过程中，比例部分的作用是迅速响应控制，积分部分的作用是 消除稳态误差。 7、采用积分—速度调节器的闭环调速系统是无静差的。 8、直流调速系统中常用的可控直流电源主要有旋转变流机组、静止式可控整流器和直流斩波器或脉宽调制变换器三种。 9、所谓稳态是指电动机的平均电磁转矩与负载转矩相平衡的状态。 10、在额定负载下，生产工艺要求电动机提供的最高转速和 _______ 之比叫做调速范围。 11、负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降落与理想空载转速之比叫做静差率。 12、一个调速系统的调速范围，是指在最低转速时还能满足所需静差率的转速的可调范围。 13、反馈控制的作用是__________ 、服从给定 _________________________________ 。 14、脉宽调制的方法是把恒定的直流电源电压调制成幅值相同、频率一定、宽度可变脉冲序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节转速。 15、调速系统的要求有调速、稳速、加，减速。 16、直流电动机在调速过程中，若额定转速相同，则转速越低时，静差率越大。 17、在转速、电流双闭环直流调速系统中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电力电子变换器。 18、双闭环调速系统在正常运行时，ACR调节器是不会达到饱和的。 19、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。 20、一般来说，调速系统的的动态指标以抗扰性能为主，而随动系统的动态性能指标则 以跟随性能为主。 21、转速、电流双闭环直流调速系统在起动过程中，转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三种情况。 22、双闭环调速系统的起动过程分为三个阶段，即电流上升阶段、恒流升速介段、转速调节阶段_____ 。 23、双闭环系统由于起动过程中转速调节器饱和，使电动机一直处于最大起动电流。 24、转速、电流双闭环系统在恒流升速阶段转速调节器饱和，电流调节器不饱和。 25、在转速、电流双闭环系统中，出现电网波动时, 扰动 电流调节器其主要作用：出现负载 时，转速调节器其主要作用。 26、在双闭环系统中中引入转速微分负反馈抑制转速超调，显著地降低（填增加或减少）动态速降，提高抗扰性能。 27、V-M系统的可逆线路有两种方法，即电枢反接可逆线路_和_励磁反接可逆线路 _。 28、变流装置有整流和逆变两种状态，直流电动机有电动和制动两种状态。 29、逻辑无环流可逆调速系统的结构特点是在可逆系统增加DLC称为无环流逻辑控制环 节，包括电平检测、逻辑判断________ 、_________ 、联锁保护四部分，它的功能是根据系统运行情况实时地封锁原工作的一组晶闸管脉冲，然后______ 开
直流电动机调速系统课程设计 班级：电气0802 姓名：刘志勇 学号： 08140218
目录 第一章：设计内容 (2) 1.1设计内容： (2) 第二章：设计要求 (2) 2.1设计要求 (2) 2.2设计参数： (2) 第三章：双闭环直流调速系统设计 (3) 3.1转速、电流双闭环直流调速系统的成 (3) 3.2系统电路结构 (4) 3.3调节器的设计 (7) 第四章单闭环直流调速系统设计 (14) 4.1闭环系统调速的组成及其静特性 (14) 4.2 稳态参数计算 (16) 第五章相关原理图设计波形图 (19) 5.1.主电路图 (19) 5.2.控制电路图 (20) 第六章设计总结及参考文献 (23) 6.1设计总结 (23) 6.2 参考资料 (23) 1
第一章：设计内容 1.1设计内容： （1）根据给定参数设计转速电流双闭环直流调速系统 （2）根据给定参数设计转速单闭环直流调速系统，使用模拟电路元件实现转速单闭环直流调速系统 第二章：设计要求 2.1设计要求 2.1.1根据设计要求完成双闭环系统的稳态参数设计计算、判断系统的稳定性、绘制系统的稳态结构图 2.1.2直流调速系统的调节器，选择调节器结构、利用伯德图完成系统动态校正、计算系统的稳定余量γ及GM、计算调节器参数、绘系统动态结构图 2.1.3设计采用模拟调节器及MOSFET功率器件实现的转速单闭环调速系统，绘制控制电路及主电路电路图 2.1.4测试单闭环调速系统的PWM驱动信号波形、电压电流波形、转速反馈波形和直流电动机转速及控制电路各单元的相关波形。 2.2设计参数： =1.8Ω 2.2.1电枢电阻R a 电枢电感L =9.76mH、GD2=16.68N·cm2、Tm=35ms a 2
摘要 此设计利用晶闸管、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。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。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。并通过Simulink进行系统的数学建模和系统仿真，分析双闭环直流调速系统的特性。 关键词：双闭环，晶闸管，转速调节器，电流调节器，Simulink
目录 1设计意义 (3) 2主电路设计 (4) 2.1设计任务 (4) 2.2电路设计及分析 (4) 2.2.1电流调节器 (5) 2.2.2转速调节器 (6) 2.3电路设计及分析 (7) 2.4电流调节器设计 (7) 2.4.1电流环简化 (8) 2.4.2电流调节器设计 (8) 2.4.3电流调节器参数计算 (9) 2.4.4电流调节器的实现 (10) 2.5转速调节器设计 (11) 2.5.1电流环等效传递函数 (11) 2.5.2转速调节器结构选择 (12) 2.5.3转速调节器参数计算 (13) 2.5.4转速调节器的实现 (14) 3系统参数计算和电气图 (15) 3.1电流调节器参数计算 (15) 3.2转速调节器参数计算 (15) 3.3电气原理图 (16) 4系统仿真 (18) 5小结体会 (20) 参考文献 (21)
行为导向教学法随堂公开课 教案 课程：电力拖动控制线路与技能训练 课题：转速负反馈自动调速线路 教研组：电工 授课教师：蔡胜华 授课班级：2 0 0 4 级工业自动化班 授课地点：3—3 教室 授课时间：2 0 0 5年12 月日 温州市机电技师学院
教学要求：1）通过典型转速负反馈自动调速系统的基本原理分析，了解直流电动机自动调速 系统的工作原理。 2）掌握自动调速的方框图，掌握灵活自动调速系统的分析方法。 教学重点：掌握转速负反馈自动调速系统的各元件、各个环节作用。 教学难点：触发脉冲的形成。 教学课时：2课时 教学内容： 转速负反馈自动调速线路 一、系统的组成： 给定电压环节、放大环节、触发脉冲发生器、转速负反馈环节、主电路 1)给定电压环节 变压器TC1变压作用；VC1整流作用；电容器C5滤波；稳压管V3与 R12组成稳压电 TC1
2) 主要放大偏差电压ΔU ，并且ΔU= Ug-Uf （反极性串联）。晶体管三极管V1组成放大器，二极管V5、V6作为放大器输入端正向限幅作用，使所加正向电压不超过两个二极管的管压降，二极管V4作为放大器输入端反向限幅作用，使所加正向电压不超过一个二极管的管压降。电容器C7是延迟元件，使放大器的输入端电压缓慢上升；同时可通过输入端的交流信号。 TC2 变压作用；VC2起整流作用；R15与V7组成简单稳压电路，并有限幅作用，即为VS 提供3) 单结晶体管Vs 组成触发电路；R10上产生触发尖脉冲；V8起隔离作用，左边为稳恒直流 电，右边为梯形波；三极管V2的作用：利用V2的导通深、浅，形成自动冲电电流大小；电容 C9作用：利用C9的充放电作用，在VS 的发射极形成锯齿波。 4)转速负反馈环节 直流测速发电机TG ，输出电压经电容器C6的滤波后，由电阻R6分压得到反馈电压Uf 。 R5 C4 V5 V6 R7C8 R c b2 R11 R9 V8 R8 KM KM V11C4
目录 摘要 (1) 1 系统概述 (2) 2 系统电路设计 (3) 2.1 主电路设计 (3) 2.2 控制电路设计 (4) 2.2.1 触发电路设计 (4) 2.2.2 调节器电路设计 (6) 2.3 系统给定及偏移电源电路设计 (7) 2.4 转速电流的检测 (8) 3 系统工程设计 (8) 3.1 电流调节器设计 (9) 3.2 转速调节器设计 (11) 附录：总体电路图 (13) 总结与体会................................................. 错误！未定义书签。参考文献：................................................. 错误！未定义书签。
摘要 电力拖动自动控制系统是将电能转换成机械能的装置，它主要包括有调速系统、位置随动系统（伺服系统）、张力控制系统、多电机同步控制系统等多种类型。而各种系统又往往都是通过控制转速来实现的，因此转速系统是最基本的电力拖动控制系统。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，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到广泛应用。晶闸管问世后，生产出成套的晶闸管整流装置，组成晶闸管—电动机调速系统（简称V-M系统），它相比于旋转变流机组及离子拖动变流装置不仅在经济性和可靠性上都有很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的优越性。而转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能很好、应用最广的直流调速系统。 本课程设计为V-M双闭环不可控直流调速系统设计，报告首先根据设计要求确定调速方案和主电路的结构型式，然后对电路各元件进行参数计算，包括整流变压器、整流元件、平波电抗器、保护电路以及电流和转速调节器的参数确定。进而对双闭环调速系统有一个全面、深刻的了解。 关键词：直流调速晶闸管双闭环
双闭环直流调速系统设计 内容摘要 电机自动控制系统广泛应用于各行业，尤其是工业。这些行业中绝大部分生产机械都采用电动机作原动机。有效地控制电.直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于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中得到了广泛的应用。有效地控制电机，提高其运行性能，具有很好的现实意义。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以及介绍变频调速技术的发展概况，变频调速技术的发展趋势关键词：双闭环控制系统，转速控制环，系统现状，发展趋势 英文翻译：Electrical automatic control system widely used in various industries, especially in industry. Most of the production machinery used in these industries motor as a prime mover. Effectively control electricity. Dc motor has a good start, braking performance, adaptable to smooth speed regulation in large scale, in many need to speed or fast forward and reverse has been widely used in the area of electric drive. Effectively control motor, improve its operation performance, has the very good practical significance. I ntroduced in this paper, based on the engineering design to the design of dc speed regulating system, the working principle of the double closed loop control system of dc speed regulating and also I ntroduce the development general situation and the development trend Key words: double closed loop control system, speed control loop, th e status quo，the development of trend 一：引言 矿井提升机是煤矿、有色金属矿中的重要运输设备，是“四大运转设备”之一。矿井提升系统具有环节多、控制复杂、运行速度快、惯性质量大、运行特性复杂的特点，且工作状况经常交替转换。 近几年，交流调速飞速发展，逐渐有赶超并代替直流调速的趋势。直流调速理论基础是经典控制理论，而交流调速主要依靠现代控制理论。不过最近研制成功的直流调速器，具有和交流变频器同等性能的高精度、高稳定性、高可靠性、
转速电流双闭环直流调速系统仿真 摘要：本设计主要研究了直流调速转速电流双闭环控制系统以及对MATLAB软件的使用。系统模型由晶闸管-直流电动机组成的主电路和转速电流调节器组成的控制电路两部分组成。主电路采用三相可控晶闸管整流电路整流，用PI调节器控制，通过改变直流电动机的电枢电压从而进行调压调速。控制电路设置两个PI调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者实行嵌套连接，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电力电子变换器UPE，形成转速电流双闭环直流调速系统。在Simulink中建立仿真模型，设置各个模块的参数，仿真算法和仿真时间，运行得出仿真模型的波形图。通过对波形图的分析，说明直流调速转速电流双闭环控制系统具有良好的静态和动态特性。 关键词：双闭环直流调速系统，MATLAB/SIMULINK仿真，ASR，ACR。 课程概述：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。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。其次并基于双闭环的电气原理图的SIMULINK的仿真，分析了直流调速系统的动态抗干扰性能。采用工程设计方法
一、填空题 1、将) 1)(1(212)(++=s T s T K W s obj 校正成典型I 型系统时，应当选用 调节器，调节器的传递函数为 ，参数配合是 。 6、双极式可逆PWM 变换器的占空比为 时，输出电压大于零。 7、某闭环系统的开环放大倍数为15时，额定负载下电机的转速降为8r/min ，若将开环放大倍数提高到30，它的速降是 。在同样静差率下，调速范围可扩大 倍。 8、可逆系统在制动过程中的本桥逆变阶段中，是将 通过本桥回馈电网。 1、在转速负反馈单闭环有静差直流调速系统稳定运行中，突加负载后系统又进入稳定运行，晶闸管整流装置的输出电压U do 的值不变。 9、采用比例调节器的闭环系统是 静差系统。 10、反馈控制系统所能抑制的只是被反馈环包围的一切干扰 11、双闭环流直流调速系统起动大部分时间里ASR 、ACR 两个调节器的状态是ASR 饱和，而ACR 。 12、引入转速微分负反馈，可以抑制转速 。 13、典型转速、电流双闭环系统稳态运行时的调节器的输入偏差电压是 。 14、α=β配合控制系统中的环流是 环流 15、双极式可逆PWM 变换器输出直流平均电压为零时，占空比为 。 16、电压负反馈带电流正反馈的系统通常采用 补偿。 17、闭环回路中 的干扰可得到有效抑制，而 中的干则得不到抑制。 18、某闭环调速系统的开环放大倍数为15时，额定负载下电机的速降为10r/min,如果将开环放大倍数提高到30，则它的速降为多少 在同样静差率下，速范围可扩大多少倍 。 19、闭环回路中 的干扰可得到有效抑制，而 中的干则得不到抑制。 20、将2()12(1)(1) obj s K W T S T S =++（其中T 1>T 2）校正成典型I 型系统时，应当选用 调节 器，调节器的传递函数为 ，参数配合是 。 21、环流可分为两大类，即 和 。 22、闭环调速系统中，用 、 、 三种调节器可实现静态无差。 23、直流环流可用 的配合控制来消除。 24、转速、电流双闭环系统的转速调节器的作用是 ， ，和 。 25、在转速、电流双闭环直流调速系统中，转速给定值U *n 不变，转速反馈系数α增加，系统稳定后，转速反馈电压U n 的值 。 26、将)1(2 )(+=Ts s K W s obj 校正成典型Ⅱ型系统时，应当选用 调节器，调节器的传递函数为 ，参数配合是 。 27、当系统有多个小惯性环节串联时，在一定条件下，可以将它们近似看成是 ，其时间常数等于原系统各时间常数之 。 28、转速、电流双闭环直流调速系统的起动过程分为三个阶段，即（1） ， （2） ，（3） 2、变压变频调速的基本指导思想是保持 恒定。 3、转速、电流双闭环直流调速系统的起动过程分为三个阶段，即（1） ， （2） ，（3） 。 4、无环流逻辑控制器输入信号分别是： 和 。 5、环流可分为两大类，即 和 。