⒑双闭环系统设计实例
摘要：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。
1.引言
调速系统是当今电力拖动自动控制系统中应用最广泛的一中系统。目前对调速性能要求较高的各类生产机械大多采用直流传动，简称为直流调速。早在20世纪40年代采用的是发电机－电动机系统，又称放大机控制的发电机－电动机组系统。这种系统在40年代广泛应用，但是它的缺点是占地大，效率低，运行费用昂贵，维护不方便等，特别是至少要包含两台与被调速电机容量相同的电机。为了克服这些缺点，50年代开始使用水银整流器作为可控变流装置。这种系统缺点也很明显，主要是污染环境，危害人体健康。50年代末晶闸管出现，晶闸管变流技术日益成熟，使直流调速系统更加完善。晶闸管－电动机调速系统已经成为当今主要的直流调速系统，广泛应用于世界各国。
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、高智能化特点。同时直流电机的低速特性，大大优于交流鼠笼式异步电机，为直流调速系统展现了无限前景。单闭环直流调速系统对于运行性能要求很高的机床还存在着很多不足，快速性还不够好。而基于电流和转速的双闭环直流调速系统静动态特性都很理想。
2.设计内容
2.1设计思路：
带转速负反馈的单闭环系统，由于它能够随着负载的变化而相应的改变电枢电压，以补
偿电枢回路电阻压降的变化，所以相对开环系统它能够有效的减少稳态速降。
当反馈控制闭环调速系统使用带比例放大器时，它依靠被调量的偏差进行控制的，因此是有静差率的调速系统，而比例积分控制器可使系统在无静差的情况下保持恒速，实现无静差调速。
对电机启动的冲击电流以及电机堵转时的堵转电流，可以用附带电流截止负反馈作限流保护，但这并不能控制电流的动态波形。按反馈的控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该基本量基本不变，采用电流负反馈就应该能够得到近似的恒流过程。
另外，在单闭环调速系统中，用一个调节器综合多种信号，各参数间相互影响，难于进行调节器的参数调速。例如，在带电流截止负反馈的转速负反馈的单闭环系统中，同一调节器担负着正常负载时的速度调节和过载时的电流调节，调节器的动态参数无法保证两种调节过程均具有良好的动态品质。
按照电机理想运行特性，应该在启动过程中只有电流负反馈，达到稳态转速后，又希望只有转速反馈，双闭环调速系统的静特性就在于当负载电流小于最大电流时，转速负反馈起主要作用，当电流达到最大值时，电流负反馈起主要作用，得到电流的自动保护。
2.2双闭环调速系统的组成：
a. 系统电路原理图
图2-1为转速、电流双闭环调速系统的原理图。图中两个调节器ASR和ACR分别为转速调节器和电流调节器，二者串级连接，即把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晶闸管整流器的触发装置。电流环在内，称之为内环；转速环在外，称之为外环。
两个调节器输出都带有限幅，ASR的输出限幅什U im决定了电流调节器ACR的给定电压最大值U im，对就电机的最大电流；电流调节器ACR输出限幅电压U cm限制了整流器输出最大电压值，限最小触发角α。
图2－1 双闭环调速系统电路原理图
b.系统动态结构图
图2-2为双闭环调速系统的动态结构框图，由于电流检测信号中常含有交流分量，须加低通滤波，其滤波时间常数T oi按需要选定。滤波环节可以抑制反馈信号中的交流分量，但同时也给反馈信号带来了延滞。为了平衡这一延滞作用，在给定信号通道中加入一个相同时间常数的惯性环节，称作给定滤波环节。其作用是：让给定信号和反馈信号经过同样的延滞，使二者在时间上得到恰当的配合，从而带来设计上的方便。
由测速发电机得到的转速反馈电压含有电机的换向纹波，因此也需要滤波，滤波时间常数用T on表示。根据和电流环一样的道理，在转速给定通道中也配上时间常数为T on的给定滤波环节。
T oi—电流反馈滤波时间常数T on—转速反馈滤波时间常数
图2－2双闭环调速系统的动态结构图
2.3双闭环调速系统优点
一般来说，我们总希望在最大电流受限制的情况下，尽量发挥直流电动机的过载能力，
使电力拖动控制系统以尽可能大的加速度起动，达到稳态转速后，电流应快速下降，保证输出转矩与负载转矩平衡，进入稳定运行状态[1]。这种理想的起动过程如图2.3所示。为实现在约束条件快速起动，关键是要有一个使电流保持在最大值的恒流过程。根据反馈控制规律，要控制某个量，只要引入这个量的负反馈。因此采用电流负反馈控制过程，起动过程中，电动机转速快速上升，而要保持电流恒定，只需电流负反馈；稳定运行过程中，要求转矩保持平衡，需使转速保持恒定，应以转速负反馈为主。采用转速、电流双闭环控制系统。即为双闭环调速系统优点。
t
图2.3理想启动过程
3. 方案实施
3.1转速给定电路设计
转速给定电路主要由滑动变阻器构成，调节滑动变阻器即可获得相应大小的给定信号。转速给定电路可以产生幅值可调和极性可变的阶跃给定电压或可平滑调节的给定电压。其电路原理图如图3.1所示。
图3.1 转速给定电路原理图
3.2转速检测电路设计
转速检测电路的主要作用是将转速信号变换为与转速称正比的电压信号，滤除交流分量，为系统提供满足要求的转速反馈信号。转速检测电路主要由测速发电机组成，将测速发电机与直流电动机同轴连接，测速发电机输出端即可获得与转速成正比的电压信号，经过滤波整流之后即可作为转速反馈信号反馈回系统。其原理图如图3.2所示。
图3.2 转速检测电路原理图
3.3电流检测电路设计
电流检测电路的主要作用是获得与主电路电流成正比的电流信号，经过滤波整流后，用
于控制系统中。该电路主要由电流互感器构成，将电流互感器接于主电路中，在输出端即可
获得与主电路电流成正比的电流信号，起到电气隔离的作用。其电路原理图如图3.3所示。
图3.3 电流检测电路原理图
4 主电路保护电路设计
电力半导体元件虽有许多突出的优点，但承受过电流和过电压的性能都比一般电气设备
脆弱的多，短时间的过电流和过电压都会使元件损坏，从而导致变流装置的故障。因此除了
在选择元件的容量外，还必须有完善的保护装置。
4．1过电压保护设计
晶闸管对过电压很敏感，当正向电压超过其断态重复峰值值电压一定值时，就会误导通，
引发电路故障；当外加的反向电压超过其反向重复峰值电压DRM U 一定值时，晶闸管将会立
即损坏。因此，必须研究过电压的产生原因及抑制过电压的方法。过电压产生的原因主要是
供给的电压功率或系统的储能发生了激烈的变化，使得系统来不及转换，或者系统中原来积
聚的电磁能量不能及时消散而造成的。本设计采用如右图4.3阻容吸收回路来抑制过电压。
通过经验公式
3(24)10T C I -=~?
1030R =~Ω
212
R m P CU = 图4.1 阻容吸收回路
得：
33(24)10(24)50100.10.2T C I F μ--=~?=~??=~ 2623110.210140 1.961022
R m E CU J --==???=? 由于一个周期晶闸管充放电各一次，因此
3322 1.9610 3.9210R E J --=??=? 3
3.92100.1960.02
E P W T -?=== 功率选择留5～6倍裕量 (5~6)(5~6)0.1961~1.2P P W W ==?=
因此，电阻R 选择 阻值为Ω20,功率选择1W 的电阻。
电容C 选择 容量为F μ20.0的电容。
4．2过电流保护设计
过电流保护措施有下面几种，可以根据需要选择其中一种或数种。
（1）在交流进线中串接电抗器或采用漏抗较大的变压器，这些措施可以限制短路短路
电流。
（2）在交流侧设置电流检测装置，利用过电压信号去控制触发器，使脉冲快速后移或
对脉冲进行封锁。
（3）交流侧经电流互感器接入过电流继电器或直流侧接入过电流继电器，可以在发生
过电流时动作，断开主电路。
（4）对于大容量和中等容量的设备以及经常逆变的情况，可以用直流快速开关进行过
载或短路保护。直流开关的应根据下列条件选择：
① 快速开关的额定电流2l d I 额定整流电流N I 。
② 快速开关的额定电压Kld U ≥额定整流电压N U 。
③ 快速开关的分断能力2fd d I 直流侧外部短路时稳态短路电流平均电流平均值20d I 。快
速开关的动作电流2g d I 按电动机最大过载电流整定 2g d N I KI =
式中，K 为电动机最大过载倍数，一般不大于2.7；N I 为直流电动机的额定电流。
（5） 快速熔断器
它可以安装在交流侧或直流侧，在直流侧与元件直接串联。在选择时应注意以下问题：
① 快熔的额定电压应大于线路正常工作电压的有效值。
② 熔断器的额定电流应大于溶体的额定电流。
③ 溶体的额定电流KN I 可按下式计算 1.57Ta KN T I I I ≤≤
1．三相交流电路的一次侧过电流保护
在本设计中，选用快速熔断器与电流互感器配合进行三相交流电路的一次侧过电流保
护，保护原理图4.2如下：
图4.2 一次侧过电流保护电路
（1）熔断器额定电压选择：其额定电压应大于或等于线路的工作电压。
本课题设计中变压器的一次侧的线电压为380V ，熔断器额定电压可选择400V 。
（2）熔断器额定电流选择：其额定电流应大于或等于电路的工作电流。
本课题设计中变压器的一次侧的电流1I
221114043.716.1380
U I I A U ?=== 熔断器额定电流 11.6 1.616.125.76FU I I A ≤=?=
因此，如右图在三相交流电路变压器的一次侧的每一相上串上一个熔断器，按本课题的设计
要求熔断器的额定电压可选400V ，额定电流选25A 。
2．晶闸管过电流保护
晶闸管不仅有过电压保护，还需要过电流保护。由于半导体
器件体积小、热容量小，特别像晶闸管这类高电压、大电流
的功率器件，结温必须受到严格的控制，否则将遭至彻底损
坏。当晶闸管中流过的大于额定值的电流时，热量来不及散
发，使得结温迅速升高，最终将导致结层被烧坏。晶闸管过
电流保护方法中最常用的是快速熔断器。快速熔断器由银质熔丝埋于石英砂内，熔断时间极
短，可以用来保护晶闸管。压可选择350V 。
5驱动电路的设计
晶闸管触发电路的作用是产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管在学要的时刻由阻
断转为导通。晶闸管触发电路往往包括触发时刻进行控制相位控制电路、触发脉冲的放大和
输出环节。触发脉冲的放大和输出环节中，晶闸管触发电路应满足下列要求：
（1）触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通，三相全控桥式电路应采用宽于60°或采
用相隔60°的双窄脉冲。
（2）触发脉冲应有足够的幅度，对户外寒冷场合，脉冲电流的幅度应增大为器件最大触
发电流3～5倍，脉冲前沿的陡度也需增加，一般需达1～2A ∕us 。
（3）所提供的触发脉冲应不超过晶闸管门极的电压、电流和功率定额，且在门极的伏安
特性的可靠触发区域之内。
（4）应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。
在本设计中最主要的是第1、2条。理想的触发脉冲电流波形如图5.1。
图5.1 理想的晶闸管触发脉冲电流波形
12~t t -----脉冲前沿上升时间（1s μ≤）
13~t t ----强脉冲宽度 M I ---强脉冲幅值（3~5GT GT I I ）
14~t t ---脉冲宽度 I --脉冲平顶幅值（1.5~2GT GT I I ）
常用的晶闸管触发电路如图5.2。它由V 1、V 2构成的脉冲放大环节和脉冲变压器TM 及
附属电路构成的脉冲输出环节两部分组成。当V 1、V 2导通时，通过脉冲变压器向晶闸管的门
极和阴极之间输出出发脉冲。VD 1和R 3是为了V 1、V 2由导通变为直截时脉冲变压器TM 释放其
图6.1 双环调速系统原理图
为了获得良好的静动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用PI 调节器。图4.7中标出了两个调节器的输入输出的实际极性，他们是按照电力电子变换器的控制电压Uc为正电压的情况标出的，并考虑到运算放大器的倒相作用。图3.7为双闭环调速系统的稳态结构图。图3.8为双闭环调速系统的稳态结构图。ACR和ASR的输入、输出信号的极性，主要视触发电路对控制电压的要求而定。若触发器要求ACR的输出Uct为正极性，由于调节器一般为反向输入，则要求ACR的输入Ui*为负极性，所以，要求ASR输入的给定电压Un*为正极性。本文基于这种思想进行ASR和ACR设计。
图6.2 双闭环调速系统稳态结构图
图6.3 双闭环调速系统动态结构图
7电流环与转速环的设计
在设计双闭环调速系统时，一般是先内环后外环，调节器的结构和参数取决于稳态精度和动态校正的要求，双闭环调速系统动态校正的设计与调试都是按先内环后外环的顺序进行，在动态过程中可以认为外环对内环几乎无影响，而内环则是外环的一个组成环节[3]。由于典型Ⅰ型系统的跟随性能由于典型Ⅱ型系统，而典型Ⅱ型系统的抗扰性能优于典型Ⅰ型系统，因此一般来说，从快速启动系统的要求出发，可按典型Ⅰ型系统设计电流环；由于要求转速无静差，转速环应按典型Ⅱ型系统设计。工程设计法是建立在频率特性理论基础上的，只需将典型Ⅰ系统和典型Ⅱ系统的开环频率特性作为调速系统仅有的两种预期特性。
7．1 电流调节器的设计
1. 确定时间常数
（1）整流装置滞后时间常数Ts。则，三相桥式电路的平均失控时间Ts=0.0017s。
（2）电流滤波时间常数Toi 。三相桥式电路的每个波头的时间是3.3ms ，为了基本滤平
波头，应有（1~2）Toi=3.3ms ，因此取Toi=2ms=0.002s 。
（3）电流环小时间常数之和i T ∑。按小时间常数近似处理，取=Ts+Toi=0.0037s i T ∑。
2. 选择电流调节器的结构
根据设计要求5%i σ≤，并保证稳态电流无静差，可按典型I 型系统设计电流调节器。
电流环控制对象是双惯性型的，因此可用PI 型调节器，其传递函数为
()(1)i i ACR s i K s W s
ττ+= 式中 i K ------电流调节器的比例系数；
i τ-------电流调节器的超前时间常数。
检查对电源电压的抗扰性能：T l /i T ∑=0.033/0.0037=8.92,参照表知典型I 型系统动态抗扰
性能，各项指标都是可以接受的，因此基本确定电流调节器按典型I 型系统设计。
3. 计算电流调节器的参数
电流调节器超前时间常数：i τ=T l =0.033s 。
电流开环增益：要求5%i σ≤时，取0.5I i K T ∑=，
因此 10.50.5135.10.0037I i K s T s
-∑=== 因此，ACR 的比例系数K i =（K I i τR ）/（K 是 β）=（135.1*0.033* 3.7）/(27*0.77)=0.793
故而，我们取R 0=40K ，则R i = K i R 0 =0.793*40=31.72K
C i = i τ/ R i =0.033/31720=1uf
C oi =4Toi/R 0=4*0.002/4k=0.2uf
7．2 转速调节器的设计
1. 确定时间常数
（1）电流环等效时间常数1/K I 。由前述已知，0.5I i K T ∑=，则 1220.00370.0074i I
T s s K ∑==?= （2）转速滤波时间常数on T ，根据所用测速发电机纹波情况，取=0.01s on T .
（3）转速环小时间常数n T ∑。按小时间常数近似处理，取 10.00740.010.0174n on I
T T s s s K ∑=+=+= 2. 选择转速调节器结构
按照设计要求，选用PI 调节器，其传递函数式为 (1)()n n ASR n K s W s s ττ+=
3. 计算转速调节器参数
按跟随和抗扰性能都较好的原则，先取h=5，则ASR 的超前时间常数为
=h =50.0174s=0.087s n n T τ∑?
则转速环开环增益 K 22222216396.42250.0174
N n h s s h T --∑+===?? 可得ASR 的比例系数为
K n =(h+1)βC e T m /(2h αR n T ∑)= 34.92
式中 电动势常数C e =(U n -I n R n )/N n =(220-6.5*3.7)/1500=0.131。
转速反馈系数α=0.007Vmin/r 。
我们取R 0为40K ，则
R N=K N R O=34.92*40K=1396.8KΩ
/R n=0.087/1396.8k=0.06uf
C n=
i
C on=4Ton/R0=4*0.01/40K=1uf
8结论体会
双闭环调速系统起动过程的电流和转速波形是接近理想快速起动过程波形的。按照ASR在起动过程中的饱和情况，可将起动过程分为三个阶段，即电流上升阶段、恒流升速阶段和转速调节阶段。从起动时间上看，Ⅱ阶段恒流升速是主要的阶段，因此双闭环系统基本上实现了电流受限制下的快速起动，利用了饱和非线性控制方法，达到“准时间最优控制”。带PI调节器的双闭环调速系统还有一个特点，就是转速必超调。在双闭环调速系统中，ASR 的作用是对转速的抗扰调节并使之在稳态时无静差，其输出限幅决定允许的最大电流。ACR 的作用是电流跟随，过流自动保护和及时抑制电压波动。通过这次实验是我详细的明白了双闭环直流调速系统的原理,也是我知道了一些他在工业中的一些应用,以前没明白的一些细节在这次设计中也得到了深刻的理解。理合实际互相结合是我对电力拖动自动控制系统这门课有了进一步的认识。在设计之初，我不知道该如何来完成这次的的课程设计，但经过努力终于还是完成了，要感谢我的指导老师在设计课程是给了我很大的帮助，同时还要感谢给我帮助的同学！
9参考文献：
1、莫正康，机械工业出版社，《电力电子技术》（第三版）；
2、石玉，栗书贤，王文郁，机械工业出版社，《电力电子技术题例与电路设计指导》（2009）；
3、钱平，赵金荣主编，高等教育出版社，《电气自动化控制类大学生职业技能培训教材》（PLC 应用技术及电气传动应用技术卷）（2005-6-1）；
4、黄绍平，李永坚，工矿自动化，《基于MA TLAB的直流电动机斩波调速系统仿真研究》，2005年2月第1期；
5、高玉奎，中国电力出版社，《电力电子技术问答》；（第１版）
6、户宴如，耿苏燕，高等教育出版社，《模拟电子技术》（第２版）
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
双闭环直流调速系统设计及仿真 一转速、电流双闭环控制系统 一般来说，我们总希望在最大电流受限制的情况下，尽量发挥直流电动机的过载能力，使电力拖动控制系统以尽可能大的加速度起动，达到稳态转速后，电流应快速下降，保证输出转矩与负载转矩平衡，进入稳定运行状态[1]。这种理想的起动过程如图1所示。 n n t 图1 转速调节系统理想起动过程 为实现在约束条件快速起动，关键是要有一个使电流保持在最大值的恒流过程。根据反馈控制规律，要控制某个量，就要引入这个量的负反馈。因此很自然地想到要采用电流负反馈控制过程。这里实际提到了两个控制阶段。起动过程中，电动机转速快速上升，而要保持电流恒定，只需电流负反馈；稳定运行过程中，要求转矩保持平衡，需使转速保持恒定，应以转速负反馈为主。如何才能做到使电流、转速两种负反馈在不同的控制阶段发挥作用呢？答案是采用转速、电流双闭环控制系统。如图2所示。 图2 双闭环直流调速控制系统原理图 参考双闭环的结构图和一些电力电子的知识，采用机理分析法可以得到双闭环系统的动态结构图。如图3所示。
图3 双闭环直流调速系统动态结构图 在转速环、电流环的反馈通道和输入端增加了转速滤波、电流滤波和给定滤波环节。因为电流检测信号中常含有交流成分，须加低通滤波，其滤波时间常数按需要而定。滤波环节可以抑制检测信号中的交流分量，但同时也个反馈检测信号带来延迟。所以在给定信号通道中加入一个给定滤波环节，使给定信号与反馈信号同步，并可使设计简化。由测速发电机得到的转速反馈电压含有电机的换向纹波，因此也需要滤波，其时间常数用表示[2]。 二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、退饱和三个阶段，整个过渡过程也就分为三个阶段，在图中表以Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。 第Ⅰ阶段：0～t1是电流上升阶段。突加给定电压后，通过两个调节器的控制作用，使、、都上升，当后，电动机开始转动。由于机电惯性的作用，转速的增长不会太快，因而ASR的输入偏差电压数值较大并使其输出达到饱和值，强迫电流迅速上升。当时，，电流调节器ACR的作用使不再迅速增加，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，
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(综合实验)报告 ( 2011-- 2012 年度第二学期) 名称：过程计算机控制系统 题目：DDC单回路PID闭环控制系统的设计及实时仿真院系：控制与计算机工程学院 班级： 学号： 学生： 指导教师：朱耀春 设计周数：一周 成绩：
日期：2012 年 6 月20 日
一、 课程设计的目的与要求 1.设计目的 在计算机控制系统课程学习的基础上，加强学生的实际动手能力，通过对DDC 直接数字闭环控制的仿真加深对课程容的理解。 2.设计要求 本次课程设计通过多人合作完成DDC 直接数字闭环控制的仿真设计，学会A/D 、D/A 转换模块的使用。通过手动编写PID 运算式掌握数字PID 控制器的设计与整定的方法，并做出模拟计算机对象飞升特性曲线，熟练掌握DDC 单回路控制程序编制及调试方法。 二、 设计正文 1.设计思想 本课程设计利用Turboc2.1开发环境，通过手动编写C 语言程序完成PID 控制器的设计，A/D 、D/A 转换，绘出PID 阶跃响应曲线与被控对象动态特性曲线。整个设计程序模块包含了PID 配置模块，PLCD-780定时采样、定时输出模块，PID 手/自动切换模块（按键控制）及绘图显示模块。 设计中，通过设定合理的PID 参数，控制PLCD-780完成模拟计算机所搭接二阶惯性环节数据的采集，并通过绘图程序获得对象阶跃响应曲线。 2. 设计步骤 （1）前期准备工作 (1.1)配备微型计算机一台，系统软件Windows 98或DOS (不使用无直接I/O 能力的NT 或XP 系统), 装Turbo C 2.0/3.0集成开发环境软件； (1.2)配备模拟计算机一台(XMN-1型), 通用数据采集控制板一块（PLCD-780型）； (1.3)复习Turboc2.0并参照说明书学习PLCD-780的使用 （2） PID 的设计 (2.1)PID 的离散化 理想微分PID 算法的传递函数形式为：??? ? ??++=s T s T K s G d i p 11)( 采用向后差分法对上式进行离散，得出其差分方程形式为： u[k]=u[k-1]+q0*e[2]+q1*e[1]+q2*e[0]; 其中各项系数为： q0=kp*(1+T/Ti+Td/T); q1=-kp*(1+2*Td/T);
考试科目：机械系统设计考试时间：110分钟试卷总分100分考试班级：机械05级 一、选择填空（本大题共10小题，每小题1分，总计10分） 1．机械工程学科由（）和机械制造两部分组成。 A.机械原理 B.机械零件 C.机械学 D.机械加工 2．人们对机械系统进行功能原理设计时常采用的一种“抽象化”方法是（）。 A.黑箱法 B.白箱法 C.类比法 D.头脑风暴法 3．机械系统结构总体设计的任务是（）。 A.进行原理设计的构思 B.进行功能原理设计 C.将原理设计结构化 D.确定总体参数 4．在传动系统中，基本组的级比指数（）。 A.小于1 B.等于1 C.大于1 D.任意数 5．双联滑移齿轮占用的最小轴向尺寸应不小于（）。 A.3倍齿宽 B.4倍齿宽 C.5倍齿宽 D.6倍齿宽 6．执行系统是由执行末端件和与之相连的（）组成。 A.运动机构 B.导向机构 C.定位机构 D.执行机构 7．预紧可以有效提高滚动轴承的（）。 A.承载能力 B.工作转速 C.精度 D.刚度 8．我们可以用镶条来调整（）的间隙。 A.三角形导轨 B.燕尾形导轨 C.车床主轴 D.铣床主轴 9．支承系统是机械系统中具有支承和（）作用的子系统。 A.连接 B.导向 C.定位 D.夹紧 10.隔板的布置方向应与载荷的方向（）。 A.平行 B.垂直 C.倾斜 D.任意 二、名词解释（本大题共5小题，每小题2分，总计10分） 1．机械系统2．功能原理设计3．级比4．执行系统5．自身刚度 三、简答题（本大题共6小题，每小题4分，总计24分） 1．机械系统设计有哪些基本原则？ 2．什么是功能元？有那些种基本功能元？ 3．扩大传动系统变速范围有哪些方法？ 4．导轨有何功用？滑动导轨按其运动性质可分为哪几种类型？ 5．什么是支承件的接触刚度？提高接触刚度有哪些有效措施？ 6．常用的典型控制系统有哪几种类型？ 四、填空题（本大题含2小题共8个空，每空2分，总计16分） 1．某台数控机床，主轴最高转速为4000r/min，最低转速为30r/min，计算转速为145r/min。拟选用交流调频主轴电动机，其最高转速和额定转速分别为4500r/min和1500r/min，则主轴的恒功率调速范围R np为（），电动机的恒功率调速范围r p为（）r/min，如果有级变速机构的公比φu=R p，则有级变速机构的级数Z为（）级。 2．某卧式滑动导轨，支承导轨长720mm，动导轨长360mm，计算开式导轨的判别依据
目录页 第一章绪论 (2) 1-1课题背景，实验目的与实验设备 (2) 1-2国内外研究情况 (3) 第二章双闭环调速系统设计理论 (3) 2-1典型Ⅰ型和典型Ⅱ型系统 (3) 2-2系统的静，动态性能指标 (4) 2-3非典型系统的典型化 (6) 2-4转速调节器和电流调节器的设计 (7) 第三章模型参数测定和模型建立 (9) 3-1系统模型参数测定实验步骤和原理 (9) 3-2模型测定实验的计算分析 (11) 3-3系统模型仿真和误差分析 (18) 第四章工程设计方法设计和整定转速，电流反馈调速系统 (22) 4-1 设计整定的思路 (22) 4-2 电流调节器的整定和电流内环的校正，简化 (23) 4-3转速调节器的整定和转速环的校正，简化 (25) 4-4系统的实际运行整定 (27) 4-5 关于ASR和ACR调节器的进一步探讨…………………………………… 33 第五章设计分析和心得总结 (34)
5-1实验中出现的问题 (34) 5-2实验心得体会 (35) 第六章实验原始数据 (38) 6-1建模测定数据 (38) 6-2 系统调试实验数据 (39) 第一章绪论 1-1课题背景，实验目的与实验设备 转速，电流反馈控制的调速系统是一种动静态特性优良的直流调速系统，它的控制规律是建立在经典控制规律的基础上的，用传递函数建立动态数学模型，并从传递函数模型和开环频域特性去总结其控制规律，用跟随和抗扰两个方面的指标去衡量它的动静态性能。转速，电流反馈控制的调速系统是一种串级系统，所以其整定系统参数的方法也借鉴了一般串级系统的差别，但又有不同于一般串级系统的。 本次实验的主要目的是针对一套调速系统（包括电源，电机，励磁回路等）建立模型并整定出带滤波的电流调节器和转速调节器参数，投入运行。实验正值暑期实践及国际交流周，我们将用两周的时间来完成参数测定实验，系统建模，调节器整定和系统投入运行。 本次实验的实验设备包括：
《闭环控制系统》教案分析 一.开环和闭环控制系统的定义分析 二.开环和闭环控制系统的区别及判断方法 三.闭环控制系统的方框结构及与实际系统的对应关系 四.闭环控制系统的各部分结构的基本概念的归纳总结 五.开闭环,自动和手动控制系统的总结 问题研讨1: .人开电灯的控制方式 问提研讨:人打开电灯开关后,不看电灯是否亮不亮,这是一种什么控制? 人打开电灯开关后,要看电灯是否亮不亮,如不亮,要多次开关电灯,甚至检修开关,直到开亮为止,这是一种什么控制? 2.人开汽车 人手握方向盘开汽车是什么控制方式? 人两手离开方向盘去发手机短信,有拐弯时,或有情况时手再扶方向盘,这种开汽车方式是什么控制方式? 问提研讨2: 自动控制系统是否一定是闭环控制? 举例说明之 按照控制的总定义,是否有人参加的控制 系统一定是闭环控制系统?
开环控制系统一定没有检测,反馈回路吗? 水箱水位自动控制系统中,被控对像是水箱吗? 现在有些教材中出现“输出量”的概念,它是什么?它等于被控量吗? 一.开环和闭环控制系统的定义分析 例1. 飞镖（图4-7）是同学们都很熟悉的运动。我们在投掷飞镖时，首先会在脑子里确定一个希望射中的目标，然后再根据场地的情况及自己的经验，控制手臂的投掷动作，将飞镖掷出。显然，在飞镖掷出后，飞镖的飞行就不可控制了，能否命中目标，取决于飞镖在投掷时的初始状态，即投掷者的投掷水平。 实际上，如果我们希望某一事物按照自己的意愿发展，就要对其进行干预，这种根据自己的目的，通过一定的手段使事物沿着某一确定的方向发展，就形成了控制。 二.开环和闭环控制系统的区别及判断方法 开、闭环控制的定义 能将控制的结果反馈回来与希望值进行比较，并根据它们的误差及时调整控制的系统，称为闭环控制系统。而不是将控制的结果反馈回来影响控制作用的系统，称为开环控制系统。系统中将控制的结果反馈回来的部分，称为反馈环节。闭环控制系统都有反馈环节，所以有时又称闭环控制系统为
系统是指具有特定功能的，相互间具有有机联系的诸多要素组成的一个整体 机械系统：由若干机械要素组成，彼此间有机联系完成特定功能。 1系统的特性：1 目的性2 整体性3相关性4环境适应性。 2系统的组成：1动力系统2传动系统3执行系统4控制系统5支承系统. 3系统的6个原理：1整体性原理2结构性3开发性4动态性5层次性6目的性 4机械系统的基本要求：1功能要求2性能要求3可靠性要求4工作效率5适应性6经济性7寿命要求5系统的一般设计过程：市场需求-产品策划-产品设计-产品制造-产品销售-产品运行-产品报废与回收 6机械系统设计的前沿设计：模块化设计，协同设计，绿色设计，虚拟设计，动态设计 7设计类型：开发设计，适应性设计，变异设计 8总体设计的原则：1需求原则2信息原则3系统原则4简单原则 9总体设计的内容：1原理方案设计2确定参数3总体结构设计4分析与评价 10工业技术系统处理对象：能量物料信息 11待设计系统的功能：变换传递保存 功能元：是指能够直接从技术效应和逻辑关系中找到可以满足功能要求的最小单位，是产品功能的基本单位，是产品功能分析的基本单元（物理功能元，数学功能元,逻辑功能元） 12总体布置的基本要求：1功能要求2性能要求3结构要求4工艺要求5使用要求 13主要技术参数的确定：1尺寸参数2 运动参数3 动力参数 14创新技法：类比创新法，组合创新法，头脑风暴法，TRIZ法 15方案评价的方法：加权评价法价值工程评价法模糊评价法（单因素，多因素） 传动系统的功能：1实现从动力源到执行件的升降速功能2实现执行件的变速功能3实现执行件运动形式和运动规律的变化功能4实现对不同执行件的运动分配功能5实现从动力源到执行件的动力转化16传动系统的类型：分级变速传动系统无级变速传动系统定比传动系统 17传动系统的组成：变速装置启停和换向装置制动装置安全保护装置 18扩大传动系统的变速范围1 增加传动组2采用分支传动3采用背轮机构4采用混合公比 19系统结构设计的原则：1从内到外2从主到此3从局部到整体4从粗略到详细 20执行系统的功能：1传递和输出所需要的运动2传递和输出所需要的动力3实现运动形式和运动规律的变换4完成预定的辅助功能 21执行系统的组成：1执行末端件：执行系统中直接完成工作任务的零部件完成一定动作 2执行机构：驱动执行构件，传递变换运动和动力以满足执行构件要求 22箱体轴线布置：1 平面布置2三角布置3轴线互相重合布置 23支撑件的静刚度：1自身刚度2局部刚度3接触刚度 24支撑件的截面形状：1 圆形截面扭转惯性炬较大矩形截面弯曲惯性矩较大2空心截面可以增大惯性矩3封闭结构的惯性矩比未封闭的大 25支承件的结构：1隔板2加强筋3窗孔4连接结构 26设计支撑件时在满足使用要求的前提下应尽量便于铸造焊接加工和装配 27提高支承件动态性能的措施：1提高支撑件的静刚度2增加支撑件的阻尼 28转速图的拟定原则：1前多后少2 前密后疏3 “升2降4”原则4 前慢后快 超速现象：当一条传动路线工作时，在另一条不工作的传动路线上传动件出现高速空转的现象。危害：加剧齿轮和离合器磨损及噪声，增大空载损失 29载荷的确定方法：1 类比法2实测法3计算法
双闭环控制系统设计 课程设计报告 电力拖动自动控制系统课程设计 题目：双闭环控制系统设计学生姓名：董长青专业：电气自动化技术专业班级： Z070303 学号： Z07030330 指导教师：姬宣德 日期：2010年03月10日 随着现代工业的发展，在调速领域中，双闭环控制的理念已经得 到了越来越广泛的认同与应用。相对于单闭环系统中不能随心所欲地 控制电流和转矩的动态过程的弱点。双闭环控制则很好的弥补了他的 这一缺陷。 双闭环控制可实现转速和电流两种负反馈的分别作用，从而获得 良好的静，动态性能。其良好的动态性能主要体现在其抗负载扰动以 及抗电网电压扰动之上。正由于双闭环调速的众多优点，所以在此有 必要对其最优化设计进行深入的探讨和研究。本次课程设计目的就是 旨在对双闭环进行最优化的设计。 Summary With the development of modern industry, in the speed area, the concept of dual-loop control has been increasingly widespread recognition and application. Relative to the single closed-loop system can not arbitrarily control the dynamic
process of current and torque weakness. Double closed-loop control is very good to make up for this shortcoming of his. Double-loop speed and current control can achieve the difference of two negative feedback effect, thus get a good static and dynamic performance. The good dynamic performance mainly reflected in its anti-disturbance and anti-grid load over voltage disturbance. Precisely because of the many advantages of Double Closed Loop, so here it is necessary to optimize the design of its depth discussion and study. This course is designed to designed to optimize the double loop design. 一．课程设计设计说明书4 1.1系统性能指标 1.2整流电路4 1.3触发电路的选择和同步5 1.4双闭环控制电路的工作原理6 二. 设计计算书7 2.1整流装置的计算7 2.1.1变压器副方电压7 2.1.2变压器和晶闸管的容量8 2.1.3平波电抗器的电感量8 2.1.4晶闸管保护电路9 2.2 控制电路的计算10
2019-2020 学年第 1 学期机械系统设计课程考试试题（C）卷 类别继续教育学院 适用专业 （答案写在答题纸上，写在试题纸上无效） 一、填空题（每题5分，共25分） 1.机械系统设计的基本思想即：在机械系统设计时不应追求最优，而 应追求的最优。 2.系统的含义：系统由相互联系的构成；系统与环境发生关系，不是 孤立的。其特性为：具有、、、目的性和优化原则等。 3.物料流由、、和组成。 4.机械系统总体设计的主要内容有：、、、和。 5.专家系统是一个能在某特定领域内，以去解决该领域中困难问题 的。 二、试画出图示主传动系统的转速图（20分） 题二图题三图
三、如图所示，某物料流定向机构，试说明其方案的原理（20分）。 四、某厂在开发一种新产品时，总体设计时选定了A1和A2两个候选方案。为了确定选择哪个方案，组织了一个由10位专家组成的评价小组用模糊综合评价法对两个方案进行评价。专家组选用三个评价指标：产品性能（P1）、可靠性（P2）及使用方便性（P3），同时将每个评价指标划分为4个等级：0.9，0.7，0.5，0.3。投票结果如表1、2所示。试根据这些条件进行方案评价。（三个评价指标的加权系数分别为：0.6、0.3、0.1）（20分） 表１方案A1得票 表2 方案A2得票 五、如图所示为三面切书自动机的工艺示意图，它由送料机构、压书机构、两侧切刀机构、横切刀机构、工件（书本）、工作台等组成，其工艺路线为：将书本用送料机构1送至切书工位，然后用压书机构2将书本压紧，接着用两侧切刀3切去两侧余边，最后用横切刀4切去前面余边。试分析各执行机构的运动组成，并画出该自动机的运动循环图（示
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、
如图所示是JN6201集成电路鸡蛋孵化温度控制器电路图，根据该原理图完成1~3题。 1.该电路图作为控制系统的控制（处理）部分是IC JN6201，当JN6201集成输出9脚长时间处于高电平，三极管V2处于截止状态，继电器释放，电热丝通电加热。 2.安装好调试时，先将温度传感器Rt1放入37℃水中，调整电位器Rp1，使继电器触点J-2吸合，再将温度传感器Rt2放入39℃水中，调整Rp2，使继电器触点J-2释放。 3.调试时发现，不管电位器Rp1和Rp2怎么调，继电器J 始终吸合，检查电路元器件安装和接线都正确，用万用表测三极管V2集电极电位，在不同的调试状态分别为2.8V 和0V ，可知电路发生故障的原因是（ B ） A.二极管V6内部断路 B.三极管V3内部击穿（短路） C.电阻R4与三极管V3基极虚焊 D.继电器线圈内部短路 如图所示是运算放大器鸡蛋孵化温度控制器电路图，根据该原理完成4~6题。 4.该电路作为控制系统的输出部分是继电器J 、电热丝等，当电路中集成运放2脚的电位低于3脚的电位，三极管V3处于饱和状态，继电器J 吸合，电热丝通电加热。 上限 V2饱和导通时候Uce 电压降0.2V ，所以留下来给集电极2.8V ，截止时候0V
5.安装好后调试时，将温度传感器Rt 放入39℃水中，调R4，使电压U2=U3，集成运放输出端6脚的电压为0V ，电路实现39℃单点温度控制。 6.调试时发现，将温度传感器Rt 放入高于39℃水中，继电器吸合；将温度传感器Rt 放入低于39℃水中，继电器释放，出现该故障现象的原因可能是（ A ） A.集成运放2脚与3脚接反 B.二极管V4接反 C.电阻R2断路 D.三极管V3损坏 如图所示是晶体管组成的水箱闭环电子控制系统电路，根据该原理图完成7~9题。 7.该电路作为控制系统被控对象的是水箱内的水，水箱的水位从a 点降到b 点的过程中，三极管V1处于饱和状态，三极管V2处于截止状态，继电器触点J-1处于吸合状态。 8.安装调试时，将三个水位探头按图中的高低放入空玻璃杯中，如果电路正常，电路通电后，继电器J 吸合；向玻璃杯中加水，到达a 点时，继电器J 释放；接着将玻璃杯中的水排出，水位降到b 点以上时，继电器J 释放；水位降到b 点以下时，继电器J 吸合。 9.调试时发现，玻璃杯中的水位在b 点以下时，继电器J 就吸合；水位加到b 点，继电器J 就释放。出现该故障现象的原因是（ D ） A.继电器J 没用 B.三极管V1损坏 C.二极管V3接反 D.电路没接J-1触点，b 点直接接到了电阻R1 如图所示是555集成电路组成的水箱水位闭环电子控制系统电路图， (第4~6题) (第7~9题) R4 10k ?R5 4.7k R3 4.7k
2013天津商业大学机械系统设计期末考试复习题 一：填空题 1.机械系统由若干装置、部件和零件组成的系统。 （1）、从实现系统功能角度看只要包括下列一些子系统：动力系统、传动系统、执行系统、操纵系统和控制系统。 （2）、从“流”的观点出发，将机械系统分为物料流系统、能量流系统、信息流系统 2.设计任务的类型：开发性设计、适应性设计、变型设计 3.设计任务的来源：指令性设计任务、来自市场的设计任务、考虑前瞻的预研设计任务。 4.自动机械的工作循环时间由哪几部分组成？ 工作循环时间Tp=基本工艺时间Tk+空行程时间Td+等待停留时间To 5.常用的几种步进运动机构：棘轮机构、槽轮机构、蜗形凸轮机构、不完全齿轮机构 6.棘爪安装角：棘齿面正压力方向线与齿端和轴心的连线之间的夹角β为棘爪安装角。 7.棘爪进入啮合应满足：棘轮齿对棘爪的反作用产生的力矩能使棘爪进入啮合。棘爪在 两个力F和N的作用下,产生两个力矩Mn和Mf,当Mn>Mf时，棘爪进入啮合。由N*Lsinβ>F*Lcosβ,又存在：F*Lcosβ= N*f*Lcosβ,可得到tgβ≥f=tgγ因此得：β≥γ,即安装脚大于摩擦角。考虑齿面的倾斜角δ=0~10°，安装角 βˊ=10~22°。 8.槽轮机构的结构形式：平面外槽轮、平面内槽轮、空间球面槽轮。 以外槽轮为例，主要由曹轮（主动轮）、拨销盘（转臂、拨销、锁紧弧——从动轮）组成9.槽轮啮合时速度和加速度的变化特征：W=λ(cosφ-λ/1-2λcosφ+λ2)W0。（W为槽 轮的角速度，W0为槽轮的角加速度。） 10.几种托盘升降机构的形式和特点： 1）、滑道式托盘升降机构； （1）、机构形式；圆柱凸轮机构；升程时凸轮升角；下降时凸轮升角 （2）、特点；结构简单；易挤坏瓶子 2）、压缩空气式；（1）、机构形式；上升时； 下降时； （2）、特点；a.不会挤坏瓶子，压缩空气伸缩性；b.下降速度慢 3）、综合式；上升用压缩空气，下降用凸轮机构，综合两者有点。 11.外联传动链和内联传动链的构成； （1）、外链传动链——机械的主轴或分配轴与动力源（电机、液压、气压等）的链接。 主要有分级变速和无级变速两种结构形式； （2）、内链传动链——运动和功率的传递，确保执行机构的协调动作；要求严格的速比，如车床（主轴与丝杠），滚齿机（滚刀与工件）。 12.机械系统的工作载荷按作用形式分为几种：（1）拉伸压缩载荷，弹簧类；（2）弯 曲载荷，悬臂梁结构；（3）扭转载荷，传递扭矩的轴类件；
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ 目录 1 绪论 (1) 1.1课题研究背景 (1) 1.2研究双闭环直流调速系统的目的和意义 (1) 2 直流电机双闭环调速系统 (3) 2.1直流电动机的起动与调速 (3) 2.2直流调速系统的性能指标 (3) 2.2.1静态性能指标 (3) 2.2.2动态的性能指标 (4) 2.3双闭环直流调速系统的组成 (6) 3 双闭环直流调速系统的设计 (8) 3.1电流调节器的设计 (8) 3.2转速调节器的设计 (10) 3.3闭环动态结构框图设计 (12) 3.4设计实例 (12) 3.4.1设计电流调节器 (13) 3.4.2设计转速调节器 (15) 4.Matlab仿真 (17) 4.1仿真结果分析 (19) 5 结论 (20) 参考文献 (21)
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1 绪论 1.1课题研究背景 直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。就目前而言，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式，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。 以上等等需要高性能调速的场合得到广泛的应用。然而传统双闭环直流电动机调速系统多数采用结构比较简单、性能相对稳定的常规PID控制技术，在实际的拖动控制系统中，由于电机本身及拖动负载的参数(如转动惯量)并不像模型那样保持不变，而是在某些具体场合会随工况发生改变；与此同时，电机作为被控对象是非线性的，很多拖动负载含有间隙或弹性等非线性的因素。因此被控制对象的参数发生改变或非线性特性，使得线性的常参数的PID控制器往往顾此失彼，不能使得系统在各种工况下都保持与设计时一致的性能指标，常常使控制系统的鲁棒性较差，尤其对模型参数变化范围大且具的非线性环节较强的系统，常规PID调节器就很难满足精度高、响应快的控制指标，往往不能有效克服模型参数变化范围大及非线性因素的影响。 1.2研究双闭环直流调速系统的目的和意义 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。采用该系统可获得优良的静、动态调速特性。此系统的控制规律，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。 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。 通过对转速、电流双闭环直流调速系统的了解，使我们能够更好的掌握调速系统的基本理论及相关内容，在对其各种性能加深了解的同时，能够发现其缺陷之处，通过对该系统不足之处的完善，可提高该系统的性能，使其能够适用于各种工作场合，提高其使用效率。并以此为基础，再对交流调速系统进行研究，最终掌握各种交、直流调速系统的原理，使之能够应用于国民经济各个
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.....................................................................................................................................................
《微机电系统》课程教学大纲 课程代码：010132024 课程英文名称：Micro-Electro-Mechanical Systems（MEMS） 课程总学时：16 讲课：16 实验：0 上机：0 适用专业：机械电子工程 大纲编写（修订）时间：2017.7 一、大纲使用说明 （一）课程的地位及教学目标 微机电系统是制造工程领域的最重要发展方向之一，也是高新技术发展的前沿技术。是20世纪末、21世纪初兴起的工程科学前沿，是当前一个十分活跃的研究领域。它被广泛应用于机械制造工程领域、信息工程领域、医学工程领域、武器装备领域和日常生活中高新技术产品制造领域等，因此，对从事制造工程领域的工程技术人员来说，学习和掌握该知识有着重要的意义。 本课程的教学目标是，通过该课程的教学使学生了解制造工程领域技术的新发展，掌握一定的制造工程领域的最新知识，培养学生的微小机械的设计和制造能力，提高学生的创新思维意识。通过该课程的教学使学生掌握或了解微机电系统的相关基础知识，为后续工作中的技术水平的提高和发展奠定一定的基础。同时，将微机电系统领域的新理论、新方法、新技术等传授给学生。并使学生理解并掌握微机电系统领域理论体系及相关产品在实际中的应用情况。 （二）知识、能力及技能方面的基本要求 1．掌握微机电系统的概念、技术范畴；了解微机电系统在国民经济中的地位和作用。 2. 掌握微机电系统的设计方法与理念。 3. 掌握典型微机电系统的制造技术方法的原理及关键问题，针对具体加工对象选择相应的方法。 4. 能适当选择微机电系统的测量技术方法，了解相应的原理。 5. 了解微机电系统的发展动态，以及在高新技术领域与国防领域的应用。 （三）实施说明 1. 结合MEMS技术的发展和生产实际，更新教学内容，特别要注重微机电技术发展中新技术的应用。 2. 开展实际工程案例教学，充分利用多媒体等现代化教学手段。 3. 课堂教学要与教师科研实际相结合，培养学生的创新能力和解决工程实际问题的能力。（四）对先修课的要求 先修课程为：机械制造技术基础理论、机械原理与设计理论、测试技术基础、机械控制工程基础等。 （五）对习题课、实践环节的要求 课外作业：以每个章节内容为单元，实行具有设计性的大作业制。 （六）课程考核方式 1.考核方式：期末考核采用大作业、期末报告或论文形式考核。 2.考核目标：采用课堂的教学模式，加强学生实践能力和自学能力的培养，通过阶段性考核使学生掌握各个环节与阶段的知识，通过最终结业考核使学生系统地掌握或理解课程系统化知识体系。 3.成绩构成：出勤+平时大作业+期末考核，综合评定。 （七）参考书目 《微机电系统设计与制造》，刘晓明编，国防工业出版社，2006年