目录
摘要 (2)
一、概述 (2)
二、设计任务与要求 (3)
2.1 设计任务 (3)
2.2 设计要求 (3)
三、理论设计 (4)
3.1 方案论证 (4)
3.2 系统设计 (4)
3.2.1 电流调节器设计 (4)
3.2.1.1 电流环结构框图的化简 (5)
3.2.1.2 确定时间常数 (6)
3.2.1.3 选择电流调节器的结构 (6)
3.2.1.4 校验近似条件 (6)
3.2.1.5 计算调节器电阻和电容 (6)
3.2.2 速度调节器设计 (7)
3.2.2.1 确定时间常数 (8)
3.2.2.2 选择转速调节器结构 (9)
3.2.2.3 检验近似条件 (9)
3.2.2.4 计算调节器电阻和电容 (9)
3.2.2.5 校核转速超调量 (9)
3.2.3 转速微分负反馈设计 (10)
四、系统建模及仿真实验 (11)
4.1 MATLAB 仿真软件介绍 (11)
4.2 仿真建模及实验 (11)
4.2.1 单闭环仿真实验 (12)
4.2.2 双闭环仿真实验 (14)
4.2.3 带转速微分负反馈的双闭环仿真实验 (16)
4.2.4 仿真波形分析 (17)
五、实际系统设计及原理 (19)
5.1 系统组成及工作原理 (19)
5.2 设备及仪器 (19)
5.3 实验过程 (20)
5.3.1 实验内容 (20)
5.3.2 实验步骤 (20)
六、总结与体会 (21)
参考文献 (22)
.
摘要
从七十年代开始，由于晶闸管直流调速系统的高效、无噪音和快速响应等优点而得到广泛应用。双闭环直流调速系统就是一个典型的系统，该系统一般含晶闸管可控整流主电路、移相控制电路、转速电流双闭环调速控制电路、以及缺相和过流保护电路等．给定信号为0～10V直流信号，可对主电路输出电压进行平滑调节。采用双PI调节器，可获得良好的动静态效果。电流环校正成典型I型系统。为使系统在阶跃扰动时无稳态误差，并具有较好的抗扰性能，速度环设计成典型Ⅱ型系统。根据转速、电流双闭环调速系统的设计方法，用Simulink 做了带转速微分负反馈的双闭环直流调速系统进行仿真综合调试，分析系统的动态性能，并进行校正，得出正确的仿真波形图。另外本文还介绍了实物制作的一些情况。
关键词：直流调速双闭环转速调节器电流调节器转速微分负反馈
一、概述
我们都知道，对于调速系统来说，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。基本的双环就是转速环和电流环，相应的要运用转速调节器和电流调节器对转速和电流进行调节。
为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在V-M调速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。二者之间实行嵌套联接。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，形成转速、电流双闭环调速系统。
采用PI调节的单个转速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。略有不足之处就是转速必然超调，而且抗扰性能的提高也受到限制。解决这个问题的一个简单的有效的方案就是在转速调节器上增设转速微分负反馈，加入这个环节可以抑制甚至消灭超调，同时可以大大降低动态速降。
二、设计任务及要求
2.1设计任务
设计一个带转速微分负反馈的直流调速系统，要求利用晶闸管供电，整流装置采用三相桥式电路。
直流电动机：
● 额定功率3KW ，额定电压220V ，额定电流17.5A ， ● 额定转速 1950r/m ，e C =0.13Vmin/r ， ● 允许过载倍数λ=2.1 ● 晶闸管装置放大系数：s K =30
● 电枢回路总电阻：Ra=1.25Ω Rrec=1.3Ω RL=0.3Ω L=200mH ● 时间常数：机电时间常数m T =0.162s ， 电磁时间常数l T =0.07s ● 电流反馈系数：β=0.36V/A （10V/Inom-10V/1.5Inom ） ● 转速反馈系数：α=0.0067v min/r （10V/nnom-10V/1.5nnom ） ● 转速反馈滤波时间常数：on T =0.01s ，oi T =0.002s
● 总飞轮力矩：GD 2
=3.53N.m ● h=5
● di/dt=10Inom/s
2.2设计要求
⑴ 调速范围D=10，静差率S ≤ 5％；稳态无静差，电流超调量 σi ≤ 5%,电流脉动系数S i ≤ 10％；启动到额定转速时的转速退饱和超调量 σn ≤ 10％，空载起动到额定转速时的过渡过程时间t s ≤ 0.5s 。
⑵ 系统具有过流、过压、过载和缺相保护。 ⑶ 触发脉冲有故障封锁能力。 ⑷ 对拖动系统设置给定积分器。
三、理论设计
3.1方案论证
按照设计多环控制系统先内环后外环的一般原则，从内环开始，逐步向外扩展设计原则（本课题设计先设计电流内环，后设计转速外环,再设计转速微分负反馈环）。
在双闭环系统中应该首先设计电流调节器，然后把整个电流环看作转速调节系统中的一个内环节，再设计转速调节器。然后在此基础上加入转速微分负反馈,这样的系统能够实现良好的静态和稳态性能，结构简单，工作可靠，设计和调试方便，达到本课程设计的要求。
现代的电力拖动自动控制系统，除电机外，都是由惯性很小的电力电子器件、集成电路等组成的。经过合理的简化处理，整个系统一般都可以近似为低阶系统，而用运算放大器或数字式微处理器可以精确地实现比例、积分、微分等控制规律，于是就有可能将多种多样的
图 3.4
四、系统建模及仿真实验
4.1 MATLAB 仿真软件介绍
MATLAB是MATLAB 是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。
MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完相同的事情简捷得多，并且mathwork 也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++ ，JAVA的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。
开放性使MATLAB广受用户欢迎.除内部函数外,所有MATLAB主包文件和各种工具包都是可读可修改的文件,用户通过对源程序的修改或加入自己编写程序构造新的专用工具包.
4.2仿真建模及实验
4.2.1双闭环仿真实验
为了实现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，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈，如图4.4所示。
ASR-转速调节器 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
图4.4 转速、电流双闭环直流调速系统结构
图4.6 双闭环调速系统仿真模型波形如图4.7和图4.8所示：
图4.7双闭环转速仿真波形
图4.8 双闭环调速系统电流波形
经过双闭环调速系统上升时间最大波形与双闭环调速系统上升时间最小波形对比可知：限幅值越大上升时间r t越小，限幅值越小上升时间r t越大；同时r t值越大，超调越小；r t值越小，超调越大。
在符合设计要求的情况下，经过多次的参数调整，得到一组较好的调节参数，如表4.2
其输入量，PI调节器它的输出量在动态过程中决定于输入量的积分，到达稳态时，输入为零，输出的稳态值与输入无关，是由它后面的环节的需要来决定的。
4.2.2带转速微分负反馈的双闭环仿真实验
图4-10为带转速微分负反馈的双闭环仿真实验的MATLAB仿真模型图，与双闭环直流调速系统比较，带转速微分负反馈的双闭环直流调速系统在转速外环上增加了一个微分负反馈环节，以消除转速超调，增强抗干扰能力。
图4.10 带转速微分负反馈的双闭环调速系统的MATLAB仿真模型如下图为上图所示仿真模型的运行结果，很直观的，我们可以看出，增加转速微分负反馈环之后，转速没有了超调。。
图4.11带转速微分负反馈的双闭环转速仿真波形
(b)
图4.12带转速微分负反馈的双闭环电流仿真波形
4.2.2.1系统抗扰性能分析
主要模拟电网电压波动、负载变化、电动机励磁变化、测速电机励磁变化等。电网电压波动、负载变化、电动机励磁变化这些扰动均在反馈环内，故系统能克服扰动.
1、改变Ks=33，仿真结果如下图所示
图4.13
从图中可以看出，波形每什么变化，证明系统能克服电网电压波动
2、改变Ce=0.15，仿真结果如下图所示
图4.14
从图中可以看出，波形每什么变化，证明系统能克服电动机励磁扰动。
3、负载扰动的模拟。
在网上搜到挖土机的负载特性，下图为其挖掘臂遇到坚硬石壁时的负载特性。
图4.15
在Signal Buider里面模拟如如下
图 4.16
负载电流有一段时间大于额定电流17.5A.系统响应波形如下
图4.17
从图中可以看出，转速降落在10%以内，符合要求。
4、测速电机励磁扰动模拟
测速电机励磁扰动会造成电压反馈系数 的变化，由于扰动在反馈环上，不在反馈包含的前向通道上，故系统不能克服其干扰。
励磁扰动模拟仿真如下图所示：
图4.18
4.2.3仿真波形分析
从图4.12的波形中，我们分析可知其起动过程可分三个阶段来分析：
第Ⅰ阶段：电流上升阶段。
突加给定电压Un*后，通过两个调节器的控制，使Ua，Ud，Ud0都上升。由于机电惯性的作用，转速的增长不会很快。在这一阶段中,ASR由不饱和很快达到饱和,而ACR不饱和,确保电流环的调节作用.
第Ⅱ阶段：是恒流升速阶段。
从电流升到最大值开始，到转速升到给定值 n*为止，这是起动过程中的重要阶段。在这个阶段，ASR一直是饱和的，转速环相当于开环状态，系统表现为在恒值电流给定Uim*作用下的电流调节系统，基本上保持恒定。因而拖动系统的加速度恒定，转速呈线性增长。
第Ⅲ阶段：转速调节阶段。
在这阶段开始，转速已达到给定值，转速调节器的给定与反馈电压平衡，输入偏差为零。转速超调后，ASR输入端出现负的偏差电压，使他退出饱和状态，其输出电压的给定电压Ui*立即下降，主电流Id也因而下降。但在一段时间内，转速仍继续上升。达到最大值后，转速达到峰值。此后，电机才开始在负载下减速，电流Id也出现一段小于Id0的过程，直到稳定。在这最后的阶段，ASR和ACR都不饱和，同时起调节作用。
根据仿真波形，我们可以对转速调节器和电流调节器在双闭环直流调速系统中的作用归纳为：
1). 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 很快地跟随给定电压变化，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机允许的最大电流。 2). 电流调节器的作用
（1）作为内环的调节器，在外环转速的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出量）变化。 （2）对电网电压的波动起及时抗扰的作用。
（3）在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程
（4）当电机过载甚至堵转时，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。
五、实际系统设计及实验
5.1 系统组成及工作原理
双闭环调速系统的特征是系统的电流和转速分别由两个调节器控制，由于调速系统调节的主要参量是转速，故转速环作为主环放在外面，而电流环作为副环放在里面，可以及时抑制电网电压扰动对转速的影响。实际系统的组成如图5.1所示
图5.1 实物连接图
主电路采用三相桥式全控整流电路供电。系统工作时，首先给电动机加上额定励磁，改变转速给定电压*
n U 可方便地调节电动机的转速。速度调节器ASR 、电流调节器ACR 均设有限幅电路，ASR 的输出*
i U 作为ACR 的给定，利用ASR 的输出限幅*
im U 起限制启动电流的作
用；ACR 的输出c U 作为触发器GT 的移相控制电压，利用ACR 的输出限幅Ucm 起限制电力电子变换器的最大输出电压的作用。
当突加给定电压*
n U 时，ASR 立即达到饱和输出*
im U *，使电动机以限定的最大电流dm
I 加速启动，直到电动机转速达到给定转速并出现超调，使ASR 退出饱和，最后稳定运行在给定转速上。
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
摘要 电机自动控制系统广泛应用于机械，钢铁，矿山，冶金，化工，石油，纺织，军工等行业。这些行业中绝大部分生产机械都采用电动机作原动机。有效地控制电机，提高其运行性能，对国民经济具有十分重要的现实意义。 20世纪90年代前的大约50年的时间里，直流电动机几乎是唯一的一种能实现高性能拖动控制的电动机，直流电动机的定子磁场和转子磁场相互独立并且正交，为控制提供了便捷的方式，使得电动机具有优良的起动，制动和调速性能。尽管近年来直流电动机不断受到交流电动机及其它电动机的挑战，但至今直流电动机仍然是大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制首选。因为它具有良好的线性特性，优异的控制性能，高效率等优点。直流调速仍然是目前最可靠，精度最高的调速方法。 本次设计的主要任务就是应用自动控制理论和工程设计的方法对直流调速系统进行设计和控制，设计出能够达到性能指标要求的电力拖动系统的调节器，通过在DJDK-1型电力电子技术及电机控制试验装置上的调试,并应用MATLAB软件对设计的系统进行仿真和校正以达到满足控制指标的目的。
在转速闭环直流调速系统中，只有电流截止负反馈环节对电枢电流加以保护，缺少对电枢电流的精确控制，也就无法充分发挥直流伺服电动机的过载能力，因而也就达不到调速系统的快速起动和制动的效果。通过在转速闭环直流调速系统的基础上增加电流闭环，即按照快速起动和制动的要求，实现对电枢电流的精确控制，实质上是在起动或制动过程的主要阶段，实现一种以电动机最大电磁力矩输出能力进行启动或制动的过程。 一、设计要求 设一个转速、电流双闭环直流调速系统，采用双极式H桥PWM方式驱动，已知电动机参数为：
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/8015748.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
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），
实验二 转速、电流双闭环直流调速系统 一、实验目的 1．了解转速、电流双闭环直流调速系统的组成。 2．掌握双闭环直流调速系统的调试步骤，方法及参数的整定。 3．测定双闭环直流调速系统的静态和动态性能及其指标。 4．了解调节器参数对系统动态性能的影响。 二、实验系统组成及工作原理 双闭环调速系统的特征是系统的电流和转速分别由两个调节器控制，由于调速系统调节的主要参量是转速，故转速环作为主环放在外面，而电流环作为副环放在里面，可以及时抑制电网电压扰动对转速的影响。实际系统的组成如实验图2-1所示。 实验图2-1 转速、电流双闭环直流调速系统 主电路采用三相桥式全控整流电路供电。系统工作时，首先给电动机加上额定励磁，改 变转速给定电压* n U 可方便地调节电动机的转速。速度调节器ASR 、电流调节器ACR 均设有 限幅电路，ASR 的输出*i U 作为ACR 的给定，利用ASR 的输出限幅*im U 起限制起动电流的作 用；ACR 的输出c U 作为触发器TG 的移相控制电压，利用ACR 的输出限幅cm U 起限制αmin 的作用。 当突加给定电压*n U 时，ASR 立即达到饱和输出* im U ，使电动机以限定的最大电流I dm 加速起动，直到电动机转速达到给定转速(即* n n U U )并出现超调，使ASR 退出饱和，最后稳 定运行在给定转速（或略低于给定转速）上。 三、实验设备及仪器 1.主控制屏NMCL-32 2.直流电动机-负载直流发电机-测速发电机组 3. NMCL －18挂箱、NMCL-333挂箱及电阻箱 4.双踪示波器 5.万用表 四、实验内容
1.调整触发单元并确定其起始移相控制角，检查和调整ASR 、ACR ，整定其输出正负限幅值。 2.测定电流反馈系数β和转速反馈系数α，整定过电流保护动作值。 3.研究电流环和转速环的动态特性，将系统调整到可能的最佳状态，画出)(t f I d =和)(t f n =的波形，并估算系统的动态性能指标（包括跟随性能和抗扰性能） 。 4.测定高低速时系统完整的静特性)(d I f n =（包括下垂段特性），并计算在一定调速范围内系统能满足的静态精度。 五、实验步骤及方法 1.多环调速系统调试的基本原则 (1)先部件,后系统。即先将各环节的特性调好，然后才能组成系统。 (2)先开环,后闭环。即先使系统能正常开环运行，然后在确定电流和转速均为负反馈后组成闭环系统。 (3)先内环,后外环。即闭环调试时，先调电流内环，然后再调转速外环。 2.单元部件参数整定和调试 (1)主控制屏开关按实验内容需要设置 (2)触发器整定 将面板上的U blf 端接地，调整锯齿波触发器的方法同实验1。 (3)调节器调零 断开主回路电源开关SW ，给定电压U g 接到零速封锁器DZS 输入端，并将DZS 的输出接到ASR 和ACR 的封锁端。控制系统按开环接线,ASR 、ACR 的反馈回路电容短接，形成低放大系数的比例调节器。 a)ASR 调零 将调节器ASR 的给定及反馈输入端接地，调节ASR 的调零电位器，使ASR 的输出为零。 b)ACR 调零 将调节器ACR 的给定及反馈输入端接地，调节ACR 的调零电位器，使ACR 的输出为零。 (4)调节器输出限幅值整定 a)ASR 输出限幅值整定 ASR 按比例积分调节器接线，将U g 接到ASR 的输入端，当输入U g 为正而且增加时，调节 ASR 负限幅电位器，使ASR 输出为限幅值* im U ，其值一般取为8~6--V 。 b)ACR 输出限幅值整定 整定ACR 限幅值需要考虑负载的情况，留有一定整流电压的余量。ACR 按比例积分调节器接线，将g U 接到ACR 的输入端，用ACR 的输出c U 去控制触发移相，当输入g U 为负且增加时，通过示波器观察到触发移相角α移至οο30~15min =α时的电压即为ACR 限幅值U cm ，可通过ACR 正限幅电位器锁定。 3.电流环调试(电动机不加励磁) (1)电流反馈极性的测定及过电流保护环节整定。 整定时ASR 、ACR 均不接入系统，系统处于开环状态。直接用给定电压g U 作为c U 接到移相触发器GT 以调节控制角α，此时应将电动机主回路中串联的变阻器M R 放在最大值处，
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。
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
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)
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
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、
电力拖动自控系统课程设 计报告 题目转速电流双闭环直流调速系统设 计 学院：电子与电气工程学院 年级专业：2012级电气工程及其自动化（电力传动方向）姓名： 学号： 指导教师： 成绩：
电力拖动自动控制系统综合课程设计 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：kW 5.7P N =，V 400U N =，A 8.21I N = ,min /r 3000N =n ， W 716.0R a =，电枢回路总电阻Ω=75.1R ，电枢电路总电感mH 60L =,电流允许 过载倍数5.1=λ，折算到电动机轴的飞轮惯量22m N 64.2GD ?=。励磁电流为1.77A 。 晶闸管整流装置放大倍数40K s =，滞后时间常数s 0017.0T s = 电流反馈系数)I 5.1/V 15(A /V 4587.0βN ≈= 电压反馈系数)/V 15(r m in/V 005.0αN n ≈?= 滤波时间常数s 002.0T oi =，s 01.0T on = V 15U U U cm *im *nm ===;调节器输入电阻Ω=K 40R o 。
设计要求：稳态指标：无静差； 动态指标：电流超调量00i 5≤σ；采用转速微分负反馈使转速超调量等于0。 目 录 1 概述 (1) 1.1问题的提出 ............................................................................................................ 1 1.2解决的问题 ............................................................................................................ 1 1.3实现目标要求设计 . (1) 2 主电路计算 (2) 2.1整流变压器的计算 .............................................................................................. 2 2.2晶闸管及其元件保护选择 (2) 3 直流双闭环调速系统设计 (8) 3.1转速和电流双闭环调速系统的组成 .............................................................. 8 3.2系统静态结构图及性能分析 ............................................................................ 9 3.3系统动态结构图及性能分析 .. (10)
直流双闭环调速系统设计 1设计任务说明书 某晶闸管供电的转速电流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：V U N 750=,A I N 780=,min 375r n N =,04.0=a R ，电枢电路 总电阻Ｒ=０.1Ω,电枢电路总电感mH L 0.3=,电流允许过载倍数5.1=λ,折算到电动机轴的飞轮惯量2 2 4.11094Nm GD =。 晶闸管整流装置放大倍数75=s K ，滞后时间常数s T s 0017.0= 电流反馈系数?? ? ??≈=N I V A V 5.11201.0β 电压反馈系数?? ? ??=N n V r V 12min 032.0α 滤波时间常数.02.0,002.0s T s T on oi == V U U U cm im nm 12===* *；调节器输入电阻Ω=K R O 40。 设计要求： 稳态指标：无静差 动态指标:电流超调量005≤i σ;空载起动到额定转速时的转速超调量 0010≤n σ。
目录 1设计任务与分析? 2调速系统总体设计...................................................................................................................................... 3直流双闭环调速系统电路设计? 3.1晶闸管-电动机主电路的设计........................................................ 3.1．１主电路设计? 3.1.2主电路参数计算................................................................. 3.2转速、电流调节器的设计? 3.２．１电流调节器.................................................................. 3.2．1.1电流调节器设计? ３．2.1.２电流调节器参数选择........................................................ 3.2．2转速调节器.................................................................... 3．2.2.1转速调节器设计.............................................................. 3.2.2.２转速调节器参数选择.......................................................... 4计算机仿真.................................................................................................................................................. 4.1空载起动? ４.２突加负载........................................................................................................................................ 4．3突减负载 5设计小结与体会? ６参考文献.....................................................................................................................................................