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
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摘要
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经过控制电动机电压、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它
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
目录
1 概述 0
2 设计要求与方案 0
2.1 设计要求 0
2.2 设计方案 0
3 系统电路的设计 (2)
3.1 转速给定电路的设计 (2)
3.2 系统主电路的设计 (3)
3.3 转速检测电路的设计 (4)
3.4 电流检测电路的设计 (5)
3.5 触发电路的设计 (6)
3.6 电流调节器电路的设计 (8)
3.7 转速调节器电路的设计 (9)
3.8 转速微分负反馈电路的设计 (10)
4 系统参数的整定 (11)
4.1 电流调节器参数的整定 (11)
4.1.1 电流调节器的简化与选型 (11)
4.1.2 电流调节器参数的计算 (12)
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 (15)
4.2.2 转速微分负反馈的计算 (16)
5 设计心得 (17)
6 参考文献 (17)
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, 因此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σ
≤ 5%; 采用转速微分负
i
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
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转速。由于系统希望最终能获得很好的转速, 因此主变量应为转速, 即将转速环设置为外环; 同时电流环就成为了内环。经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, 因此需引入其它控制方式来抑制消除超调, 能够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。该系统的设计依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。
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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
自动控制系统习题 一、 简述题 1. 简述转速、电流双闭环调速系统的启动过程。 答：转速、电流双闭环调速系统的启动有三个阶段，即：强迫建流阶段、恒流升速阶段、稳速阶段。强迫建流阶段中，电枢电流由零上升到电机允许的最大电流，速度调节器ASR 饱和，其输出限幅，电流环线性调节；恒流升速阶段中，电机在允许的最大电流下，转速由零上升到给定速度，速度开环控制，电流为恒流系统；稳速阶段中，系统经退饱和超调后，速度调节器线性状态，系统为调速系统，调节电流、速度达到稳态。 2. 简述PWM 变换器中，泵升电压是怎样形成的？如何抑制。 答：PWM 变换器的直流整流电源由整流二极管构成，不能反馈能量，能量只能单向传递。当主回路的能量反馈时，该能量储存在储能电容上，使电容上电压升高，该升高的电压为泵升电压。抑制泵升电压的措施有2：1是提高储能电容的容量，使上升的电压得到抑制；2是在主电路的母线上接电流分流器，当主电路电压过高时，通过分流器将能量释放，使主电路电压下降。 3. 简述自然环流电枢可逆转速、电流双闭环调速系统的正向制动过程分为几个阶段？各阶段的能量传递的 特点。 答：电枢可逆调速系统制动有四个过程，即本组逆变、反接制动（它组建流子阶段）、回馈制动（它组逆变 子阶段）、它组逆变减流子阶段。本组逆变阶段中，主电路中电感电能传递给电网，电动机电动状态；反接制动阶段中，电网的电能以及电动机机械能传递给主回路的电阻和电感转化为热能和磁场能量，电动机反接制动；回馈制动中，电动机的机械能传递给电网，电动机回馈制动；它组逆变减流子阶段中，主电路中电感电能传递给电网。 4. 闭环控制系统的静特性和开环机械特性的主要区别是什么？ 5. 什么叫调速范围、静差率？它们之间有什么关系？怎样提高调速范围？ 答：调速范围：生产机械要求电动机提供的最高转速与最低转速之比。静差率：系统在某一转速下运行时， 负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落与理想空载转速之比。 调速范围与静差率的关系为： (1) nom nom n s D n s = ?-。从D 与s 的关系来看，提高电动机的额定转速（最高转速）、提高静差率s ，以及降低转速降均可以提高调速范围，但是，由于提高D ，牺牲静差率s ，以及提高电动机额定转速（最高转速）受限制，所以一般采用降低系统转速降来提高调速范围。具体降低转速降是通过采用转速负反馈控制。 6. 在转速－电流双闭环系统中，ASR 和ACR 均采用PI 调节器，输出限幅为10V ，主电路最大电流整定为 100A ，当负载电流由30A 增大到50A 时，ASR 输出电压如何变化？ 7. 简述随动系统的定义，并比较随动系统与调速系统的异同点。 答：位置随动系统定义：输出以一定精度复现输入的自动控制系统。 位置随动系统与调速系统均是反馈控制系统，即通过对系统的输出量和给定量进行比较，组成闭环控制，因此两者的控制原理是相同的。 调速系统的给定量是恒值，系统的抗扰性能要求高。随动系统的输入量是变化的，系统要求输出响应 快速性、灵活性、准确性较高，随动性能为主要指标。随动系统可以在调速系统的基础上增加一个位置环位置环是随动系统的主要特征，在结构上它比调速系统复杂一些。 8. 简述随动系统中，为什么常常采用复合控制？ 答：随动系统在系统设计和评价时，主要考虑系统的稳定性、系统的动态性能指标以及稳态误差和 动态误 差。同时，跟随性能对随动系统是很重要的。由于以上性能指标常常是相互制约的，系统在设计时若兼顾以上诸多方面是很困难的。因此，系统设计时，常常首先考虑系统的稳定性和动态性能，设计出较为满意的闭环系统，然后在闭环系统的基础上，增加针对给定和扰动的开环控制（前馈和顺馈），即采用闭环和开环的复合控制。由于采用复合控制中的开环控制不影响系统的稳定性，且顺馈和前馈可以通过
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/7e6959136.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。
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)
单闭环电压负反馈调速系统的动态建模与仿真 学院： 姓名： 学号： 时间：
目录 一、课题要求.............................................................................................................................. - 1 - 1．设计题目........................................................................................................................ - 1 - 2．设计内容........................................................................................................................ - 1 - 3．设计要求........................................................................................................................ - 1 - 4 . 控制对象参数................................................................................................................ - 1 - 二、设计方案.............................................................................................................................. - 2 - 1、概述................................................................................................................................ - 2 - 2、电压负反馈直流调速系统的原理................................................................................ - 2 - 三、参数计算.............................................................................................................................. - 3 - 四、单闭环电压负反馈调速系统的仿真模型.......................................................................... - 4 - 1. 单闭环电压负反馈调速系统的仿真模型的建立......................................................... - 4 - 2.开环带扰动无电压负反馈调速系统的仿真结果........................................................... - 5 - 3. 单闭环不带扰动电压负反馈调速系统的仿真结果..................................................... - 5 - 4. 单闭环带扰动电压负反馈调速系统的仿真结果......................................................... - 6 - 五、实训心得：.......................................................................................................................... - 8 -
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
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
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
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 。
直流调速系统仿真 姓名：朱龙胜 班级：电气1102 学号：11291065 日期： 2014年6月15日 指导老师：郭希铮 北京交通大学
直流调速系统仿真 ——计算机仿真技术大作业 一、系统建模 永磁直流电机参数如下：电枢电阻0.6Ω，电枢电感5mH，电动势系数0.2V/rpm，转动惯量0.003kg?m2。仿真中其余电机参数设置为0。 电机负载情况如下： 0~1.5s 电机空载，负载转矩为0 1.5s~3s 电机负载，负载转矩为10N?m 将直流电机类型设置为永磁直流电动机 Figure 1将直流电机类型设置为永磁直流电动机
Figure 2电枢电阻0.6Ω，电枢电感5mH，电动势系数0.2V/rpm，转动惯量0.003kg?m2。仿真中其余电机参数设置为0
Figure 3 设置电机在1.5s 带负载，负载转矩为10N ?m 二、 电机开环特性 (一) 、模型建立 电机电枢联接300V 直流电源。画出转速n 的波形，根据仿真结果求出空载和负载时的转速n 以及静差率s 。 静差率s =n nnnnnn ?n nnnnnn n nnnnnn ×100% 建立仿真模型如下图 A- dc TL DC Machine Step Speed Continuo wergui speed To Workspac To Workspace
(二) 、仿真结果 Figure 5 (a)开环仿真转速n 波形图;(b)开环仿真静差率s 波形图 (三) 、计算分析： 空载时转速n n =1500rpm ，静差率为0，负载时转速n 2=1350rpm 负载载时静差率：s 2= n n ?n 2n n ×100%=10% 三、 转速闭环控制 (一) 、模型建立 为了改善电机调速性能，对该直流电机加入转速闭环控制。将电机电枢连接至受控电压源。转速控制器使用比例-积分控制器，转速指令为1000rpm 。 调节控制器的比例和积分环节参数以实现较好的动、静态性能。 画出转速n 的波形，测量超调量、动态响应时间。 由R n =0.6Ω, L n =0.005H,J =0.003kg ?m 2,C e =0.2V/rpm ,得 电枢电阻R a =0.6Ω，电枢电路时间常数T l =0.00833，电机机械时间常数T m =0.045，电势系数Ce =0.2。 可以建立如下模型 time/s S p e e d /r p m Speed time/s S l i p Slip (a) (b)
课程设计（论文）任务书 指导教师签字：系（教研室）主任签字：
1总体方案设计 带电流截止负反馈的转速负反馈的设计方案 本文主要分别从介绍电流截止负反馈和转速负反馈的调节器的设计出发，将各自的特点结合再通过数字式绘图进行原理结构的设计，其总的数字式实现结构有以下部分: 1、变压器部分 此部分是将电网电压引入，再将其设计为三种方式的输出，分别是为电流互感器部分提供电压的变压器1，为稳压模块提供电压的变压器3,和为控制信号产生部分提供电压的变压器2. 2、主电路部分 此部分理所当然是整个设计的核心部分，其当中有控制对象——电机，还有我们主要需要设计出的控制晶闸管的开断信号，当然其中的转速反馈电压也是从此部分输出。 3、电流互感器部分 此部分为电流截止负反馈部分提供反馈电流信号的核心部分，反馈电流信号将从这里引出通过晶闸管从而进入主控电路。 4、ASR和电流截止部分 真个调速系统的主控部分，这个调速系统的调速性质就由这个部分决定，其中包括了电流截止负反馈电路和转速负反馈电路。 5、稳压模块 为控制信号模块和一些其他需要供电的集成模块器件供电。 6控制信号产生部分 此部分主要是产生控制前面主电路部分的晶闸管开通与关断的，以有效地控制电机的转动。 7、控制信号的放大驱动部分 辅助控制信号产生部分，使其产生更精确，更稳定的控制信号，以使电机更好的运行。 2带电流截止负反馈的转速负反馈的分析与设计 2.1电流截止负反馈的分析与设计 问题的提出：
（1）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，对过载能力低的电力电子器件来说，更是不能允许的。 （2）闭环调速系统突加给定起动的冲击电流---采用转速负反馈的闭环调速系统突然加上给定电压时，由于惯性，转速不可能立即建立起来，反馈电压仍为零，相当于偏差电压，差不多是其稳态工作值的1+K 倍。这时，由于放大器和变换器的惯性都很小，电枢电压一下子就达到它的最高值，对电动机来说，相当于全压起动，当然是不允许的。 （3）堵转电流---有些生产机械的电动机可能会遇到堵转的情况。例如，由于故障，机械轴被卡住，或挖土机运行时碰到坚硬的石块等等。由于闭环系统的静特性很硬，若无限流环节，硬干下去，电流将远远超过允许值。如果只依靠过流继电器或熔断器保护，一过载就跳闸，也会给正常工作带来不便。 为了解决反馈闭环调速系统的起动和堵转时电流过大的问题，系统中必须有自动限制电枢电流的环节。根据反馈控制原理，要维持哪一个物理量基本不变，就应该引入那个物理量的负反馈。那么，引入电流负反馈，应该能够保持电流基本不变，使它不超过允许值。 通过对电流负反馈和转速负反馈的分析。考虑到，限流作用只需在起动和堵转时起作用，正常运行时应让电流自由地随着负载增减，采用电流截止负反馈的方法，则当电流大到一定程度时才接入电流负反馈以限制电流，而电流正常时仅有转速负反馈起作用控制转速。电流截止负反馈环节如下图： . （a）利用独立直流电源作比较电压（b）利用稳压管产生比较电压
自动控制系统 一、判断下面结论或言论是否正确，如果正确在该结论或言论的后面的括号内标上(√)；反之标上(╳)。 1、抑制定理告诉我们：对于反馈环内的元件参数发生变化时，闭环系统有抑制能力。对于反馈环外的元件参数发生变化时，闭环系统无抑制能力( ) 2、如果两个控制系统的控制方程组完全相同，那么这两个控制系统的运行轨迹和转步信号就完全相同。( ) 3、在一个至少有6个偶数结点的联通域内，如果结点总数有9个，那么机器人就能不重复的走遍该联通域内的每一条支路。( ) 4、纯电压负反馈调速系统是一个自然稳定性系统。( ) 5、在Simulink仿真模型中，无论何种组合都应该有输出显示模块。( ) 6、在Simulink仿真模型中，改变示波器的采样时间可以控制实际用时的快慢。( ) 7、使用封装技术可以将子系统“包装”成有自己的图标和参数设置对话窗口的一个单独的模块。( ) 8、无静差调速系统的稳态精度还受给定电源和测速发电机精度的影响。( ) 9、如果PWM变换器的电压输出波形只有一种极性，那么该PWM直流调速系统一定是由不可逆PWM变换器构成。( ) 10、可逆调速系统一定用于生产工艺要求电动机可逆运行的场合。 ( ) 11、对新购调速器需要先进行参数自动优化然后才能进行调速器的软件组态。 ( ) 12、自动控制系统中环的个数会受到状态变量的多少、生产工艺要求的限制。( ) 13、在PWM直流调速控制系统中，大功率开关的频率越高，控制系统的失控时间也就越短。( ) 14、反并联可逆转速、电流双闭环调速系统能解决最优时间起、制动的问题。 ( ) 15、带电压内环的三环调速系统性能与带电流微分负反馈的三环调速系统性能作用基本相同。( ) 16、在双闭环不可逆调速系统中，如果实现无转速超调只能采用增加转速微分负反馈的方案来解决。( ) 17、在不可逆调速系统中不会发生本桥逆变现象。( ) 18、如何准确、迅速的显示与控制系统的状态变量是HMI研究的主要问题。( )
转速﹑电流双闭环控制直流调速系统 的设计与仿真
专业：电气工程及其自动化 班级：电气1205 成员：国志超、董凯、刘小飞 日期：2015年5月10日 一、预备知识 1.转速﹑电流双闭环控制直流调速系统介绍 直流调速系统，传统上采用速度和电流的双闭环调速。这是从单闭环自动调速系统发展起来的。采用PI控制器的单闭环系统，虽然实现了转速的无静差调速，但因其结构中含有电流截止负反馈环节，限制了起制动的最大电流。加上电机反电势随着转速的上升而增加，使电流达到最大值之后迅速降下来。这样，电动机的转速也减小下来，使起动过程变慢，起动时间增长。为了提高生产率和加工质量，要求尽量缩短过渡过程时间。我们希望使电流在起动时始终保持在最大允许值上，电动机输出最大转矩，从而可使转速直线上升过渡过程时间大大缩短。另一方面，在一个调节器的情况下，输入端综合几个信号，各参数互相影响，调整也比较困难。为获得近似理想的起动过程，并克服几个信号在一处的综合的缺点，经研究与实践，出现了转速、电流双闭环调速系统。 2.理想启动过程 对于经常正﹑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。这样的理想起动过程波形示于下图。这时，起动电流呈方形波，转速按线性增长。这是在最大电流（转矩）受限制时调速系统所能获得的最快的起动过程。 t 理想起动过程波形 3. 转速﹑电流双闭环直流调速系统的组成
142.斩波器调速系统 143.生产机械对调速装置的要求 144.调速范围 145.静差率 146有转速负反馈闭环直流调速系统的组成147.转速反馈 148.转速微分负反馈 149.转速反馈系数 150.电流反馈系数 151.直流电动机静态模型 152.无静差系统 153.有静差系统 154.静特性 155.静特性方程 156.静特性曲线 157.转速降落 158.最大转速 159.额定转速 160.理想空载转速 161.开环放大倍数 162.闭环放大倍数 163.数字调节器 164.可控直流电源静态放大倍数和静态模型164.直流电动机调速原理 166.G-M调速系统 167.有转速反馈直流调速系统静特性 168.有转速反馈直流调速系统静态结构图 169.开环调速系统与闭环调速系统的不同 170.转速负反馈闭环系统静态参试计算 171.晶闸管装置供电转速负反馈单闭环系统的调试
172.电流截止负反馈 173.电流截止负反馈环节 174.电流截止负反馈系统的静态结构图175.带电流截止负反馈闭环系统的静特性176.电流截止环节参数的计算 177.电压负反馈 178.电压负反馈环节 179.电压负反馈闭环系统的静态结构图180.电压负反馈系统的静特性 181.电压负反馈系统静参数计算 182.电流补偿控制 183.电流补偿控制的作用 184.电流补偿控制与转速反馈控制的不同185.前向通道 186.前向通道放大倍数 187.检测反馈元件 188.滤波元件 189.反馈通道 190.反馈通道放大倍数 191.开环前馈补偿 192.给定信号 193.给定元件 194.转速给定信号 195.电流给定信号 196.数字斜波给定 197.扰动信号 198.负载扰动 199.电源电压扰动 200.不可预见扰动 201.跟随性能