Ansaldo 直流传动调试步骤调试步骤一、检查接线
主电源线、电机电枢线是否牢固。用手轻拉，扭动接线端，接线端子不掉下来或转动为好。
控制电源电压是否为 380V。用万用表分别测量三相中的两相线电压，是否为 380V（最高不超过 400V），是否缺相。
控制端子接线不能超过 24V。用万用表测量控制电源是否对地 24V，注意正负极别接反。主电源与控制电源相位是否一致。用万用表交流电压档，测量主电源与控制电源的 U，V，W 相的相序是否一致。
所有接线是否对地短路。三相交流进线之间，直流母线之间，电机电枢、励磁线圈与电机外壳之间是否短路。二、记录电机参数
调试前，要记录以下参数：电机额定电枢电压、额定电枢电流、额定励磁电流、电机转速(基速及最高速)、测速机速度及反馈电压、光电编码器的每转脉冲数和电源电压。三、检查跳线
C 控制板上跳线检查（详见说明书 C3-20 页） C3主要查看 C 板上的跳线设置，是否与当前的应用环境相一致，共 50 个跳线详见说明书仔细核对。重点检查 JP8-9-10-11-12,JP15-16-17,JP25。
内置磁场控制板跳线检查（详见说明书 C3-7 页） C3按励磁电流量程调整电流互感器附近的四个支架上的封线。调整跳线 JP2 选择励磁电流反馈信号量程。调整跳线 JP1 选择励磁电流给定源。选择位置 B 为给定来自 C 板控制信号。四、接通控制电源
接通控制电源前, 应保持控制端子中 XM1-13,14,15,16,17,18,19,20,21 未接通+24V，主电源和励磁电源保持断开。
接通后, 操作器七段 LED 显示器显示为，C 控制板上绿色信号指示灯 DL3 亮，表示控制电源正常，操作器数码管显示，液晶屏显示 PROTECTION Ext_P。
五、操作器使用说明
按键说明▼键或▲键:上下选择菜单或增大减小参数值。
所有参数恢复默认值（详见说明书 B1-6 页参数 CDF）要使所有参数恢复默认值，首先短封JP19，然后将参数CDF设为ON，复位变流器。此时变流器进入 T-5状态，控制板上的七段LED显示变流器处于测试状态，当控制板上的LED熄灭而操作器上的LED闪亮时，再次复位变流器，则装置进入T-4 状态，这时将参数DA1设为出厂编号(名牌数据)，第三次复位变流器，装置即可进行重新设置。新装置可省略此步
七、预置参数
预置参数
DA1 设备编号,见标牌第 2 行
DA2 选择变流器工作方式,Unid-不可逆,Rev-可逆 DA3 变流器容量,对应电流值 DM2 Ifo 励磁电流给定 DM8 设置为 0
CA1 来自速度调节器
CB1 若采用双极性模拟给定(来自端子 XM1-33,34),设置为 Rif 若给定极性为单极性且要求
电机正反转,可设置为 Rif_C3,由端子 XM1-19 是否接通+24V 决定电机的转动方向。 CB3 选择速度反馈形式测速机反馈选择 Tach, 先选择好跳线 JP8-9-10-11-12 电枢电压反馈选择 F(Ud), 先选择好跳线 JP15-16-17 CD1 START 输入=运行 TC1 速调比例,一般设置为 150 左右 TC2 速调积分,一般设置为 80
TC7 点动 1 设定值,由端子 XM1-15 控制 TC8 点动 2 设定值,由端子 XM1-16 控制 DCF 先设为 OFF,待磁场调整完后改回 ON
DJ5 设置参照 C3-10 页参数设置完毕后，按下复位键，确保设定参数写入 EPROM。
八、励磁调整 2
按照电机额定励磁电流剪断左上角封线,小于 6 A,剪断两边 12 A 封线; 大于 6 A, 剪断中间 6 A 封线。
按照电机额定励磁电流封右上角跳线 JP2，将右下角跳线 JP1 封在右面 SPD 以上参照 C3-7 页。端子 XM1-20 接通 24V, 操作器七段 LED 显示器显示由变为 , 从 0 逐渐增大 DM8(负给定值) 的值直到磁场电流达到额定值（用钳表或万用表直接测量励磁回路电流）。
先将参数 CD2 设置为 % 。
进入 INSTRUMENT MODE 菜单, 在其中选择 If 及 Ifo,比较两者的差异, If 也为 100% fo 为 100%, 调整 DJ2 使
DCF 设置为 ON（失磁保护打开）
CC1 设置经济磁场百分值（30%），在变流器不使能时，励磁电流经过一段延时后自动达到经济磁场设定值。 I励磁调整完毕。
九、电枢控制回路调整
参数设置将励磁电流回路，控制电路和主回路合闸送电。各回路正常以后，首先选择电压反馈，采用双闭环调速转动电机，在转动电机之前，确保抱闸打开，最好用手测试是否可转动空载电机。
电压反馈下参数设置如下：
CB1 若采用双极性模拟给定(来自端子 XM1-33,34),设置为 Rif（通过电位器给定）。若给定极性为单极性且要求电机正反转,可设置为 Rif_C3,由端子 XM1-19 是否接通+24V 决定电机的转动方向。
CB3 选择速度反馈形式电枢电压反馈选择 F(Ud), 先选择好跳线 JP15-16-17。 TC1 速调比例,一般设置为 150 左右 TC2 速调积分,一般设置为 80
TC7 点动 1 设定值,由端子 XM1-15 控制
TC8 点动 2 设定值,由端子 XM1-16 控制 DB1 三相交流进线线电压（380V）
DB2 励磁电流,按额定励磁电流设定 DB3 变流器最大电流值（30A） DB4 电枢电压满刻度值
DB5 电机速度值（当前设置电机的基速值）
DB6 电机额定电流相对于变流器最大电流的百分值（100%）
DB7 电机基速相对于电机最高速度的百分值(电压反馈时设置 100%)
DJ1 设置参照 C3-10 页例如:电机转速为 1500 RPM,测速机为 2000 RPM/110V,可计算出电机最高转速对应测速机电压为 V = (1500/2000)*110V = V,跳线封在 JP8 ,DJ1 设置为 DJ1 = 13907/ = %。
DJ5 设置参照 C3-10 页例如:电机电枢电压为 400V,跳线封在 JP16,DJ5 设置为： DJ5 = 56980/400 = % 3
DJ7 根据当前交流进线线电压值/DB1 得出的值设置。 DJ8 设置参照 C3-4 页
例如:电机额定电流为 30A,变流器输出最大电流为 50A，在不改变电流互感器负载电阻的情
况下： DJ8 = 100×50/30 %
首先检验正桥，参数设置好以后，
首先从操作器给定（不用选择给定源，操作器给定优先权最高）：
将示波器探头加在 C 控制板的 TP8（接地点 0V）和 TP3 上，观察电枢电压波形。进入菜单 SETUP REFERENCE/ REF(连续速度给定)
监控电压反馈 Ud 变流器给上使能信号（端子 XM1-13 口得电），数码管显示 O.（零速信号）
按上键▲，逐渐增大速度给定值 No，升至 10%，观察电机是否转动，观察电压波形是否正常（是否有缺波头，波形畸变现象）。
一切正常后，将转速给定升至 50%，测量电枢电压，检查当前电压值是否与操作器监控值相等，若不等微调参数 DJ5，直到监控值和实际值相等。将转速给定升至 100%，检查操作器监控电枢电压值是否为 100% 。否则，微调 DJ5 参数。一切正常后，按下键▼给负给定，检验反桥，步骤同上。
采用光电编码器反馈或测速机反馈，电机可升至最高速。修改下列参数： DB5 电机速度值（设置为电机的最高速度值） DB7 电机基速相对于电机最高速度的百分值 DB8 编码器每转脉冲数 CB3 选择速度反馈形式光电编码器反馈选择 Encod
测速机反馈选择 Tach, 先选择好跳线 JP8-9-10-11-12 打开所有的保护功能
从晶闸管触发角(电角度) alfa给定，选择正角给定ANGLE ，从165度逐渐减小直到晶闸管导通（约 120度左右），监控速度反馈N的符号，若为正，说明当前反馈线路接线正确，若为负，说明反馈线路接反，应倒换接线端子（把A+和B+倒换，A-和B-倒换）。从操作器给定速度，从0逐渐升到最高速100%，观察电枢电压Ud和励磁电流If的变化，观察最高速时励磁电流的大小。然后给负给定，逐渐升到最高速没，观察电机转动情况是否正常。在电机运转过程中，如有异常（如电机转速振荡、有杂音等），立即减小给定到0，或切断使能。
采用测速机反馈，电机可升至最高速。修改下列参数 DB5 电机速度值（设置为电机的最高速度值） DB7 电机基速相对于电机最高速度的百分值
CB3 选择速度反馈形式测速机反馈选择 Tach, 先选择好跳线 JP8-9-10-11-12 打开所有的保护功能 4
从晶闸管触发角(电角度) alfa给定，选择正角给定ANGLE ，从165度逐渐减小直到晶闸管导通（约 120度左右），监控速度反馈N的符号，若为正，说明当前反馈线路接线正确，若为负，说明反馈线路接反，应倒换接线端子。从操作器给定速度，从0逐渐升到最高速100%，观察电枢电压Ud和励磁电流If的变化，观察最高速时励磁电流的大小。然后给负给定，逐渐升到最高速没，观察电机转动情况是否正常，如有异常（如电机转速振荡、有杂音等），立即减小给定到0，或切断使能。
十、自由化功能电流环自优化撤去电机励磁线电机转子锁定闭合控制回路
将参数 DCF 设置为 OFF 端子 XM1-20 接通 24V 电源闭合主回路
操作器进入 SELFTUNING 菜单, 按
完成后,恢复磁场回路,改 DCF = ON, 撤去电机转子锁定。参考说明书 C2-20 页, C2-21 页。速度环自优化
检查所有接线是否正确,撤去电机转子锁定,最好带实际负载。
闭合控制回路端子 XM1-20 接通 24V,检查励磁电流是否为额定电流闭合主回路
进入 SELFTUNING 菜单, 按
参考说明书 C2-21 页, C2-22 页。
电势环自优化
检查所有接线是否正确, 撤去电机转子锁定,电机空载。闭合控制回路。
端子 XM1-20 接通 24V,检查励磁电流是否为额定电流。 5
闭合主回路。
进入 SELFTUNING 菜单, 按
ENABLE, 端子 XM1-13 接通 24V,自优化开始, 显示 PLEASE WAIT,系统自优化结束时,等待取消运行命令, 显示 DISABLE DRIVE, 端子 XM1-13 撤去 24V, 显示 RESET DRIVE,按复位按钮.若在自优化过程中,显示 INV ALID SELFTUN,表示自优化不成功,重新自优化. 自优化完成以后，检查参数 DP1 到 DP6 是否有非零数值，若有说明优化成功，若没有说明优化不成功，重新优化。
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ANSALDO控制系统直流传动装置现场调试
第一步：检查设备：检查设备是否有损坏并着重检查变流器控制板跳
线（重点检查JP8-9-10-12，JP15-16-17，JP25）
第二步：现场查线：检查外部接线是否正确
第三步：检查供电：检查现场供电是否符合设备要求 1．检查供电电压是否稳定 2．检查供电功率是否足够 3．检查主电和控制电相序
第四步：现场设备检查 1．电机铭牌校验。（1）
将电机铭牌的电机参数与原理上的电机参数一一校对，以现场电机的参数为准。
（2）
检查电机是否接好线，并确保电机未连接其他设备。
2．磁场电阻更换。
根据电机铭牌的励磁参数对传动柜内的磁场的电阻进行更换。具体方法如下：
（1）
对于SPAM（外部磁场）：
电阻阻值（K）=150/电机额定励磁
实际需要的电阻应比计算出的电阻阻值稍小一点，以保证磁场能给出足够的励磁电流。（2）
对于SPAE（内部磁场）：只需要按电机额定励磁剪断相应的位置即可。小于6A剪断两边12A封线，大于6A剪断中间6A封线。对于SPDME（暂略）
第五步：参数设置 1．参数设置：
CA5=50%，CBC=ON，CB1=Serial，CB3=F（Ud），TC1=400，TC2=80，TC7=5%，TC8=-5%，
DA1=装置编号，DA2=变流器工作方式（可逆或不可逆），DA3=变流器容量，DB1=线电压，DB2=电机励磁，DB3=电机额定电流（主机可能会有过载），DB4=电机电枢电压，DB5=N,DB6=电机额定电流/DB3, DB8=编码器的脉冲数，DB9=%，DCF=off并查看所有保护参数，应该都为on,DJ5=KKU/电枢电压，DJ7=进入监控菜单监控Uvo，调整DJ7的值，使Uvo=100%,DJ8=DB3/DA3（做大电流时，需要精确调整），DM8=-5%— -10%，
2．励磁调整：
（1）将DCF设为OFF。
（2）从DM8中给定励磁（对于SPAM和SPAE励磁电流给定负
值0到-200%；对于SPDME励磁电流给定正值0到+200%），并用钳表测量实际电流，直到磁场所输出的电流与电机额定电流一致。将CD2设置为%，从操作器上监控If和Ifo。Ifo 为100%，调整参数 DJ2使If也为100%，磁场调整完成。最后将DCF设为ON。
（3）测量励磁电压，电压值应与电机铭牌所标的励磁电压相差不大（最大不超过100V）。（4）设置经济磁场：CC1设为%（经验值）
2．电机调整：
（1）设置CB3为F（Ud）,DB3为电枢电压，DB4为电枢电流，
若电流限幅为CA2=Fixed，TA3为+10%，TA4为-10%，检查所有保护已全部打开。进入监控菜单监控Ud和Ia,给上使能，这时Ud应为0，若不为0，断掉使能，调整DH5使Ud=0 . （2）从连续速度给定转动电机，首先校准电枢电压，确保当
电压给定到100%时，与电机额定电压一致，当电枢电压达到电机额定电压时，这时电机速度为电机基速，监控电压反馈（Ud）和电流反馈（Ia）.并调整电压表（电压表一般接到PWM3输出上，即XM1-40，41上。所以设参数DM3为Ud，调整DM9的值，直到电压表的值与实际电压相符），使电压表显示与实际电枢电压一致。
（3）设置CB3为Encod(码盘反馈)（测速机反馈暂略)，首先
校准码盘方向，从ɑ角缓慢给定速度？？？？，当电机转动后，监控电压反馈与速度反馈应该方向一致（同为正或负），并监视速度反馈是否稳定（速度波动一般只有±%，如果过高就应该检查码盘安装是否正确且牢固）。然后设DB5为电机最高转速,TA3,TA4,分别设为+10%，-10%（CA2=Fixed），从连续速度给定转动电机，监控速度反馈（N）和电流反馈（Ia）,当速度给定（N0）为100%时，电机达到最高转速。
（4）磁场优化。从操作器上进入SELFTUNING菜单按确认（回
车），选择EMF SELFTUNING按确认，进入W AIT。FOR ENABLE，然后给上使能（13口），操作器上显示PLEASE W AIT。这时将看到门板上的励磁电流表和电枢电压表指针会摆动，摆动幅度应该是不超过额定励磁电流和额定电枢电压。当操作器上显示DISABLE DRIVE 时，断掉13口使能，这时操作器上显示RESET DRIVE，按复位按钮，磁场优化完成，检查以下参数，应该都有变化（DP参数不再是默认值）。若操作器上显示INV ALID SELFTUN，则表示自优化不成功，重新自优化。
（5）大电流实验。从电流给定中给，直到达到电机额定电流
就可以了，并校对好电流表。将装置电流限为电机额定电流（DB6为电机额定电流相对于变流器电流的百分比，）对于主机电机，如果客户要求电机过载，则可以将主机电流限在电机额定电流的——倍。（TA3，TA4）
（6）主机电流优化。将电机轴机械固定。速度限制为
%？？？？,参数TC5=+%,TC6=%,人为将电机堵转，撤去电机的励磁线，DCF设为OFF，并确保电机主轴附近没有人，方可继续，以保证安全。然后从操作器上进入SELFTUNING菜单按确认，选择C--- SELETUNING
5
按确认，这时显示W AIT。FOR ENABLE，合上使能，此时显示PLEASE W AIT，当系统自优化结束后，操作器上显示DISABLE DRIVE，这时断掉使能，操作器上显示RESET DRIVE，按复位按钮，自优化结束。若操作器上显示INV ALID SELFTUN，则表示自优化不成功，重新自优化。
第八章直流调速系统 8.1 概述 调速方法通常有机械的、电气的、液压的、气动的几种，仅就机械与电气调速方法而言，也可采用电气与机械配合的方法点，如可简化机械变速机构，提高传动效率，操作简单，易于获得无极调速，便于实现远距离控制和自动控制，因此，在生产机由于直流电动机具有极好的运动性能和控制特性，尽管它不如交流电动机那样结构简单、价格便宜、制造方便、维护容易，但是长位。当然，近年来，随着计算机技术、电力电子技术和控制技术的发展，交流调速系统发展很快，在许多场合正逐渐取代直流调速仍然是自动调速系统的主要形式。在我国许多工业部门，如轧钢、矿山采掘、海洋钻探、金属加工、纺织、造纸以及高层建筑等需泛采用直流调速系统。而且，直流调速系统在理论上和实践上都比较成熟，从控制技术的角度来看，它又是交流调速系统的基础 8.1.1直流电机的调速方法 根据第三章直流电机的基本原理，由感应电势、电磁转矩以及机械特性方程式可知，直流电动机的调速方法有三种： （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，几乎没什么调速作用；还会在调速电阻上消耗大量电能。 改变电阻调速缺点很多，目前很少采用，仅在有些起重机、卷扬机及电车等调速性能要求不高或低速运转时间不长的传动和调压调速配合使用，在额定转速以上作小围的升速。因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主，必要时把调压调速直流电动机电枢绕组中的电流与定子主磁通相互作用，产生电磁力和电磁转矩，电枢因而转动。直流电动机电磁转矩中的常方便地分别调节，这种机理使直流电动机具有良好的转矩控制特性，从而有优良的转速调节性能。调节主磁通一般还是通过调节速，还是调磁调速，都需要可调的直流电源。 8.1.3 调速系统性能指标 任何一台需要转速控制的设备，其生产工艺对控制性能都有一定的要求。例如，精密机床要求加工精度达到几十微米至几的围调速，最高和最低相差近300倍；容量几千kW的初轧机轧辊电动机在不到1秒的时间就得完成从正转到反转的过程；高速造速误差小于0.01%。所有这些要求，都可以转化成运动控制系统的稳态和动态指标，作为设计系统时的依据。 转速控制要求 各种生产机械对调速系统提出了不同的转速控制要求，归纳起来有以下三个方面： （1）调速。在一定的最高转速和最低转速围，分档（有级）地或者平滑（无级）地调节转速。 （2）稳速。以一定的精度在所需转速上稳定地运行，不因各种可能的外来干扰（如负载变化、电网电压波动等）而产生（3）加、减速控制。对频繁起、制动的设备要求尽快地加、减速，缩短起、制动时间，以提高生产率；对不宜经受剧烈速量平稳。 以上三个方面有时都须具备，有时只要求其中一项或两项，其中有些方面之间可能还是相互矛盾的。为了定量地分析问题个调速系统的性能。 稳态指标 运动控制系统稳定运行时的性能指标称为稳态指标，又称静态指标。例如，调速系统稳态运行时调速围和静差率，位置随控制系统的稳态力误差等等。下面我们具体分析调速系统的稳态指标。 （1）调速围D 生产机械要求电动机能达到的最高转速nmax和最低转速nmin之比称为调速围，用字母D表示，即
目录 前言 (1) 一、设计目的 (2) 二、设计要求 (2) 三、直流调速系统整体设计 (2) 四、系统参数选取 (7) 五、各部分设计 (8) 六、双闭环系统设计 (14) 七、系统仿真 (17) 八、设计总结 (18) 参考文献 (19)
前言 由于直流电机具有良好的起动、制动和调速性能，已广泛应用于工业、航天领域等各个方面。随着电力电子技术的发展，脉宽调制（PWM）调速技术已成为直流电机常用的调速方法，具有调速精度高、响应速度快、调速范围宽和功耗低等特点。而以H桥电路作为驱动器的功率驱动电路，可方便地实现直流电机的四象限运行，包括正转、正转制动、反转、反转制动，已广泛应用于现代直流电机伺服系统中。本文从直流电动机的工作原理入手，建立了双闭环直流调速系统的数学模型，并详细分析了系统的原理及其静态和动态性能。然后按照自动控制原理，对双闭环调速系统的设计参数进行分析和计算，利用SIMULINK对系统进行了各种参数给定下的仿真，通过仿真获得了参数整定的依据。在理论分析和仿真研究的基础上，本文设计了一套实验用双闭环直流调速系统，详细介绍了系统主电路、反馈电路、触发电路及控制电路的具体实现。对系统的性能指标进行了实验测试，表明所设计的双闭环调速系统运行稳定可靠，具有较好的静态和动态性能，达到了设计要求。采用MATLAB软件中的控制工具箱对直流电动机双闭环调速系统进行计算机辅助设计，并用SIMULINK进行动态数字仿真,同时查看仿真波形,以此验证设计的调速系统是否可行。
一、设计目的 通过对一个实用控制系统的设计，综合运用科学理论知识，提高工程意识和实践技能，使学生获得控制技术工程的基本训练，培养学生理论联系实际、分析解决实际问题的初步应用能力。 二、设计要求 完成所选题目的分析与设计，进行系统总体方案的设计、论证和选择；系统单元主电路和控制电路的设计、元器件的选择和参数计算 三、直流调速系统整体设计 1、直流电机PWM调速控制原理 直流电动机转速公式为： n=(U-IR)/Kφ 其中U为电枢端电压，I为电枢电流，R为电枢电路总电阻，φ为每极磁通量，K为电动机结构参数。 直流电机转速控制可分为励磁控制法与电枢电压控制法。励磁控制法用得很少，大多数应用场合都使用电枢电压控制法。随着电力电子技术的进步，改变电枢电压可通过多种途径实现，其中脉冲宽度调制(PWM)便是常用的改变电枢电压的一种调速方法。其方法是通过改变电机电枢电压接通时间与通电周期的比值(即占空比)来调整直流电机的电枢电压U，从而控制电机速度。 PWM的核心部件是电压-脉宽变换器，其作用是根据控制指令信号对脉冲宽度进行调制，以便用宽度随指令变化的脉冲信号去控制大功率晶体管的导通时间，实现对电枢绕组两端电压的控制。在本次课程设计采用双闭环直流调速系统进行调速控制。 2、双闭环直流调速系统 A.双闭环调速系统的工作过程和原理：电动机在启动阶段，电动机的实际转速(电压)低于给定值,速度调节器的输入端存在一个偏差信号，经放大后输出的电压保持为限幅值,速度调节器工作在开环状态,速度调节器的输出电压作为电流给定值送入电流调节器, 此时则以最大电流给定值使电流调节器输出移相信号,直流电压迅速上升,电流也随即增大直到等于最大给定值, 电动机以最大电
昆明学院实验报告册 专业：电气工程及其自动化 班级：15 电二 姓名：韩浪 学号：150417410105 课程：交直流调速控制系统 昆明学院自动控制与机械工程学院
实验项目名称：开环直流调速系统的仿真实验 实验时间： 同组人： 实验报告评分： 一、预习报告（实验课前了解实验目的，预习实验原理、实验步骤）： 1、实验目的（简述）： 1． 掌握开环直流调速系统的原理； 2． 掌握利用simulink 编程进行仿真的方法。 2、实验原理（简述）： 直流电动机的转速方程为： a a e U RI n C -= Φ (1) 从转速方程可以看出，调节电枢供电电压U a 即可实现调速，这种调速方法的优点是既能连续平滑调速，又有较大的调速范围，且机械特性也很硬。 开环直流调速系统的电气原理图如图1所示。三相晶闸管桥式整流电路经平波电抗器L 为直流电动机电枢供电，通过改变触发器移相控制信号U c ，可以调节晶闸管的触发角α，从而改变整流电路的输出电压平均值U d ，实现直流电动机的调速。 1-5 V-M 系统的结构示意图AC ~ 图1 开环直流调速系统电气原理图 3、实验步骤： 1．根据开环直流调速系统电气原理图，编制Simulink 实验程序，上机调试。 2．固定负载，改变触发角α，观察整流器输出直流电压平均值的变化情况，以及电动机输出转速的变化情况。 3．固定触发角α，增加负载扰动，观察电动机输出转速的变化情况。 4．分析实验结果，完成书面实验报告，并完成相应的思考题。 二、实验数据（记录相应的表格或图表，注意图形标注的完整性）： 1、 绘制不同触发角（30o 和60o ）对应的三相桥式整流装置输出电压平均值曲线。
课 题：双闭环直流调速系统 班 级：电气工程及其自动化1004 学 号：3100501091 姓 名：贾斌彬 指导老师：康梅、乔薇 日 期：2014年1月9日 电 力 传 动 课 程 设 计
目录 第1章系统方案设计 1.1 任务摘要 (3) 1.2 任务分析 (3) 1.3设计目的、意义 (3) 1.4 方案设计 (4) 第2章晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定 2.1 电枢回路电阻R的测定 (5) 2.2主电路电磁时间常数的测定 (6) 2.3系统机电时间常数TM的测定 (7) 2.4测速电机特性UTG=f(n)的测定 (7) 2.5晶闸管触发及整流装置特性Ug=f（Ug）的测定 (7) 第3章双闭环调速系统调节器的设计 3.1 电流调节器的设计 (7) 3.2 转速调节器的设计 (9) 第4章系统特性测试 4.1系统突加给定 (11) 4.2系统突撤给定 (11) 4.2.2突加负载时 (11) 4.2.3突降负载时 (11) 第5章设计体会
第1章系统方案设计 1.1 设计一个双闭环晶闸管不可逆调速系统 设计要求：电流超调σi≤5% 转速超调σn≤10% 静态特性无静差 给定参数：电机 额定功率185W 额定转速1600r/min 额定励磁电流<0.16A 额定电流1.1A 额定电压220V 额定励磁电压220V 转速反馈系数ɑ=0.004 V·min/r 电流反馈系数β=6V/A 1.2 任务分析 采用转速、电流双闭环晶闸管不可逆直流调速系统为对像来设计直流电动机调速控制电路，为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设计两个调节器，电流调节器和速度调节器，为了实现电流和转速分别起作用，二者之间实行串级连接，即把转速调节器的输出当做电流调节器的输入，在把电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置。该双闭环调速系统的两个调节器ASR
直流调速系统设计 电气工程学院）摘要： 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。具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在电气传动系统中得到了广泛的应用。常用的电机调速系统有转速闭环控制系统和电流闭环控制系统，二者都可以在一定程度上克服开环系统造成的电动机静差率，但是不够理想。实际设计中常采用转速、电流双闭环控制系统，一般使电流环(ACR)作为控制系统的内环，转速环(ASR)作为控制系统的外环，以此来提高系统的动态和静态性能。本文是按照工程设计的方法来设计转速和电流调节器的。使电动机满足所要求的静态和动态性能指标。电流环应以跟随性能为主，即应选用典型Ⅰ型系统，而转速环以抗扰性能为主，即应选用典型Ⅱ型系统为主。关键词：直流双闭环调速系统电流调节器转速调节器1 设计任务及要求1、1设计任务设计V-M双闭环直流可逆调速系统1、1、1技术数据：?直流电动机：额定电枢电压=400V，额定功率1、 9kW，额定电枢电流=6、9A，额定转速=855r/min，电动机电动势系数Ce=0、1925Vmin/r，允许过载倍数λ=1、5；?晶闸管装置放大系数：Ks=40；整流装置平均滞后时间常数=0、00167s，? 电枢回路总电阻：R=
11、67Ω；?电枢回路电感110mH，电力拖动系统机电时间常数Tm=0、075s；?电枢电流反馈系数：β=0、121V/A （≈10V/1、5），电流滤波时间常数=0、002s；?转速反馈系数α=0、01 V、min/r（≈10V/）；转速滤波时间常数=0、01s；1、2设计要求：(1) 根据试凑法设计电流调节器和转速调节器参数进行仿真，电流超调量≤5%；实现转速无静差，空载起动到额定转速时的转速超调量≤5%；(2) 试利用Matlab仿真软件中的Simulink或Simulink中的Power system模块进行仿真，在Matlab仿真软件中构建仿真模型；(3) 用Plot函数绘制理想空载启动到设定转速500r/min下电机启动过程，转速达到设定值后经过20s给定反向信号=-10V时正反转启动过程中转速、电枢电流波形。(4) 对仿真波形及结果进行分析。2 V-M双闭环调速系统的设计改变电枢两端的电压能使电动机改变转向。尽管电枢反接需要较大容量的晶闸管装置，但是它反向过程快，由于晶闸管的单向导电性，需要可逆运行时经常采用两组晶闸管可控整流装置反并联的可逆线路，电动机正转时，由正组晶闸管装置VF供电；反转时，由反组晶闸管装置VR供电。如图1所示两组晶闸管分别由两套触发装置控制，可以做到互不干扰，都能灵活地控制电动机的可逆运行，所以本设计采用两组晶闸管反并联的方式。并且采用三相
一、什么是直流调速器? 直流调速器就是调节直流电动机速度的设备, 由于直流电动机具有低转速大力矩的特点,是交流电动机无法取代的, 因此调节直流电动机速度的设备—直流调速器,具有广阔的应用天地。 二、什么场合下要选择使用直流调速器? 下列场合需要使用直流调速器: 1．需要较宽的调速范围。 2. 需要较快的动态响应过程。 3. 加、减速时需要自动平滑的过渡过程。 4. 需要低速运转时力矩大。 5. 需要较好的挖土机特性，能将过载电流自动限止在设定电流上。 以上五点也是直流调速器的应用特点。 三、直流调速器应用: 直流调速器在数控机床、造纸印刷、纺织印染、光缆线缆设备、包装机械、电工机械、食品加工机械、橡胶机械、生物设备、印制电路板设备、实验设备、焊接切割、轻工机械、物流输送设备、机车车辆、医设备、通讯设备、雷达设备、卫星地面接受系统等行业广泛应用。 四、直流调速器工作原理简单介绍：
直流调速器就是调节直流电动机速度的设备，上端和交流电源连接，下端和直流电动机连接，直流调速器将交流电转化成两路输出直流电源，一路输入给直流电机砺磁（定子），一路输入给直流电机电枢（转子），直流调速器通过控制电枢直流电压来调节直流电动机转速。同时直流电动机给调速器一个反馈电流，调速器根据反馈电流来判断直流电机的转速情况，必要时修正电枢电压输出，以此来再次调节电机的转速。 五、直流电机的调速方案一般有下列3种方式： 1、改变电枢电压； 2、改变激磁绕组电压； 3、改变电枢回路电阻。 最常用的是调压调速系统，即1（改变电枢电压）. 六、一种模块式直流电机调速器，集电源、控制、驱动电路于一体， 采用立体结构布局，控制电路采用微功耗元件，用光电耦合器实现电流、电压的隔离变换，电路的比例常数、积分常数和微分常数用PID 适配器调整。该调速器体积小、重量轻，可单独使用也可直接安装在直流电机上构成一体化直流调速电机，可具有调速器所应有的一切功能。 如何将交流电转换成直流电？ 需要以下步骤： 1整流--即把交流调整成直流，换句话就是使交流的正玄波调整到的X轴上方。但是现在还只是脉冲的。主要元件是二极管。整流方式: 全波整流（桥式整流，
运动控制系统试验报告——单闭环直流调速系统 学号:0504220110 姓名:杨娟 一.实验目的: 通过实验了解单闭环直流调速系统的结构和工作原理，通过系统调试深入领会系统的动静态特性， 并掌握控制系统的调试方法。 二.实验内容及结果: 1) 转速负反馈的单闭环直流调速系统。 转速负反馈单闭环调速系统的静特性为: 其中 为闭环系统的开环放大系数 要求输入信号U n *为阶跃信号，初值为0，终值为30，阶跃起始时刻为0时刻；负载电流为斜坡信号，斜率为1，起始时间为0，初始输出为0。仿真时间不小于20秒。设计转速调节器的参数，使得该闭环直流调速系统为有静差系统，理想空载转速为800r/min ，并计算其在I d =15时的闭环系统静态转速降落。即n ocl=800r/min ，又图中给出了Ks=30，* n U =30V ，a=0.02，Ce=0.127，代入方程得到参数 Kp=0.2419。其结构图及仿真的静特性。如下： 转速负反馈的单闭环直流调速系统的稳态结构图 转速负反馈单速度闭环调速系统的静特性 如图所示，电动机转速随着负载电流的增加线性下降，正好满足静特性方程的特点。当负载电流 Id=15时，代入静特性方程得静态转速降落为Δn cl=165.4r/min 2) 电压负反馈的单闭环直流调速系统 电压负反馈单闭环调速系统的静特性为: 其中K=γKpKs 为闭环系统的开环放大系数。 cl cl e d e * n s p e s p e d *n s p Δn n K C R I K C U K K α/C K K C R I U K K n -=+- +=+-=0)1()1()1(e s p C α K K K =e d a e d pe e n s p C I R K C I R K C U K K n -+-+=)1()1(*
直流电机调速系统 设计报告 学院：信息控制与工程学院班级： 姓名： 学号： 时间：
一设计任务 设计并制作一套直流电机调速系统，主要包括两部分：主电路部 分和以单片机为核心的控制电路部分。设计要求、制作控制电路和主电路，实现如下功能： （1）通过码盘和光耦得到一系列脉冲，利用M 法、T 法或M/T 法对这些脉冲在单片机中进行处理得到电机的转速，在液晶或数码管上进行显示； （2）DC/DC 电路能够正常工作，通过旋钮或键盘设定转速，并 能够通过电力电子电路输出合适的电压，使电机的转速达到设定转速。 图1 系统总体框图 二、 设计思路和设计过程 在此次电路和软件的设计中，电机的转速的获得是通过光耦采集 码盘和光耦
脉冲传输到单片机的INT0管脚上进行中断，然后通过定时器T0产生1s的计时，计算在1s内脉冲的个数为X，由于电机上码盘上刻有23个孔，那么电机的转速为3X。而转速的设定采用的是电位器，采集0-5V的电压，通过单片机上P1.0端口进行A/D转换产生00H-FFH。PWM的产生是由P1.3口产生的，通过单片机的ＰＣＡ中的寄存器设定初始值，产生大约是４０ＫＨＺ的ＰＷＭ波。通过驱动电路来改变电机的转速。 由于本次实习采用的是自主设计，需要同学们自己自行设计电路并编写程序，由于我之前并没有接触过这种设计，因此此次设计有很大的难度。电源部分的设计由于之前都做过很多，这是很简单的，在当天下午我们基本上就完成了这部分。至于单片机最下系统部分的电路和数码管显示的电路是参考老师给的关于ＳＴＣ１２Ｃ５Ａ１６ＡＤ型号单片机的技术资料上参考得到的。驱动电路和主电路的设计是来源于网上的参考资料和从图书馆中借的书中，并与其他同学对照比较和在老师的帮助下完成的。这部分花了比较长的时间完成。 由于课程设计之前我自己看过Ｃ语言编写单片机程序的书，再加上参考老师给的一些资料，所以完成起来不是特别难。 三、电路调试过程中遇到的问题 １、由于在焊接数码管部分电路时，为了方便焊接就把数码管的管脚打乱了接，在程序设计过程中出现了几次修改才让数码 管显示正常。
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
一、直流电动机调速 直流电动机是指将直流电送到直流，把直流电动机的电能转换成机械能。这里首先要介绍如何将市电的交流电转换成需要的直流电。六十年代以前采用的是发电机－－电动机系统（F-D），这种方法只有在由专用的发电机供电时才有可能。 另一种是可控硅－－电动机系统（SCR-D）。 直流电动机的调速还比较方便，可以通过调节电枢供电电压，电枢中串联电阻，激磁回路串联电阻来实现。 可见直流电动机调速有三种方法，而且调节电枢供电电压的方法容易实现平滑、无级、宽范围、低损耗的要求。尽管直流电动机调速就其性能而言，可以相当满意，但因其结构夏杂，惯量大，维护麻烦，不适宜在恶劣环境中运行，不易实现大容量化、高压化、高速化，而且价格昂贵。 二、交流电动机调速 交流电动机刚好相反。电动机结构简单、惯量小、维护方便，可在恶劣环境中运行，容易实现大容量化，高压化、高速化，而且价格低廉。 从节能的角度看，交流电动机的调速装置可以分为高效调速装置和低效调速装置两大类。高效调速装置的特点是：调速时基本保持额定转差，不增加转差损耗，或可以将转差动率回馈至电网。低效调速装置的特点是：调速时改变转差，增加转差损耗。 （一）具体的交流调速装置有： 高效调速方法包括： 改变极对数调速——鼠笼式电机 变频调速——鼠笼式电机 串级调速——绕线式电机 换向器电机调速——同步电机 低效调速方法包括： 定子调压调速——鼠笼式电机 电磁滑差离合器调速——鼠笼式电机 转子串电阻调速——绕线式电机 （二）各种调速装置的特点： （1）改变极对数调速 优点： ①无附加转差损耗，效率高； ②控制电路简单，易维修，价格低； ③与定子调压或电磁转差离合器配合可得到效率较高的平滑调速。转自电气自动化技术网 缺点： 有级调速，不能实现无级平滑的调速。且由于受到电机结构和制造工艺的限制，通常只能实现2～3种极对数的有级调速，调速范围相当有限。 （2）变频调速 优点： ①无附加转差损耗，效率高，调速范围宽； ②对于低负载运行时间较长，或起、停较频繁的场合，可以达到节电和保护电机的目的。 缺点：技术较复杂，价格较高。 （3）换向器电机调速 优点：
前言 1957年，晶闸管（俗称可控硅整流元件，简称可控硅）问世，到了60年代，已生产出成套的晶闸管整流装置，使变流技术产生根本性的变革，开始进入晶闸管时代。到今天，晶闸管－电动机调速系统（简称V-M系统）已经成为直流调速系统的主要形式。直流电动机双闭环调速系统在工程中应用广泛，为了使系统具有良好的动态性能必须对系统进行设计。特别是大型的钢铁行业和材料生产行业，为达到很高的控制精度，速度的稳定性，调速范围等要求，又由于交流调速在当时尚未解决好调速控制问题，调速范围不大，控制精度低，快速性差等性能指标不满足生产工艺的要求，所以当时大量使用的是直流电动机调速系统，尤其是直流双闭环调速系统，它具有调速性能好，范围宽，动态性能好等优点，特别是设计简单方便，虽然随着控制技术以及电力电子技术的的发展，制造工艺技术的提高，大量出现交流调速的传动系统，但直流传动所具有的优点特征，至今仍大量广泛地使用直流调速。在此本人就飞机生产制造行业中的对必不可少的四辊压压延机主传动直流电机的调速，作了以下设计，以满足飞机轮胎制造工艺的生产要求。
目录 1．设计任务与要求 1．1 设计任务 1．2设计要求与技术指标 1．3方案比较论证 1．3．1 总体方案比较 1．3．2 单元方案比较 2．主电路设计 2．1 主电路工作设备设计 2．2 主电路保护设备 3．控制电路设计 3．1 电流调节控制器（ACR）设计 3．2 速度调节控制器（ASR）设计4．实验验证 4．1 实验目的、内容、参数的整定 4．2 实验数据与曲线 4．3 实验结论 5．总结 6．参考文献
1． 设计任务与要求 1.1 设计任务 四辊压延机主传动直流调速系统的设计 压延机生产线主要是生产飞机轮胎的生产线，而四辊压延机又是 飞机轮胎生产厂家的最关键的生产设备。它运行的质量直接影响生产 出来的飞机轮胎的质量的好坏，也同时直接对对飞机安全性有重大的 影响，所以对四辊压延机的控制是至关重要的。 （一） 生产工艺流程以及控制的要求 （1） 生产工艺流程 帘布放布机 储布机 四辊压延主机 （主机1， 2仓库 放 接 前 储 前 干 四 后 2 布 头 三 布 四 燥 辊 四 套 机 疏 辊 架 辊 辊 压 辊 卷 化 电 电 延 电 取 机 动 机 主 机 机 机 机
双闭环控制的直流调速系统简介 1.1V—M系统简介 晶闸管—电动机调速系统（简称V—M系统），其简单原理图如图1。图中VT是晶闸管的可控整流器，它可以是单相、三相或更多相数，半波、全波、半控、全控等类型。 优点：通过调节触发装置GT的控制电压来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压从而实现平滑调速。 缺点： 1．由于晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难。 2．元件对过电压、过电流以及过高的du/dt和di/dt都十分敏感，其中任一指标超过允许值都可能在很短时间内损坏元件。 因此必须有可靠的保护装置和符合要求的散热条件，而且在选择元件时还应有足够的余量。 图1 V—M系统 1.2转速控制的要求和调速指标 任何一台需要控制转速的设备，其生产工艺对调速性能都有一定的要求。归纳起来，对于调速系统的转速控制要求有以下三个方面： 1）调速——在一定的最高转速和最低转速范围内，分档地（有级）或平滑地（无级）调节转速； 2）稳速——以一定的精度在所需转速上稳定运行，在各种干扰下不允许有过大的转速波动，以确保产品质量； 3）加、减速——频繁起、制动的设备要求加、减速尽量快，以提高生产率；不宜经受剧烈速度变化的机械则要求起﹑制动尽量平稳。
1.3 直流调速系统的性能指标 根据各类典型生产机械对调速系统提出的要求，一般可以概括为静态和动态调速指标。静态调速指标要求电力传动自动控制系统能在最高转速和最低转速范围内调节转速，并且要求在不同转速下工作时，速度稳定；动态调速指标要求系统启动、制动快而平稳，并且具有良好的抗扰动能力。抗扰动性是指系统稳定在 某一转速上运行时，应尽量不受负载变化以及电源电压波动等因素的影响[1，6]。 一、静态性能指标 1）．调速范围 生产机械要求电动机在额定负载运行时，提供的最高转速m ax n 与最低转速m in n 之比，称为调速范围，用符号D 表示 m in m ax n n D = （2—2） 2）．静差率 静差率是用来表示负载转矩变化时，转速变化的程度，用系数s 来表示。具体是指电动机稳定工作时，在一条机械特性线上，电动机的负载由理想空载增加到额定值时，对应的转速降落 ed n ?与理想空载转速 n 之比，用百分数表示为 %100%1000 00?-=??= n n n n n s ed ed （2—3） 显然，机械特性硬度越大，机械特性硬度越大，ed n ?越小，静差率就越小，转速 的稳定度就越高。 然而静差率和机械特性硬度又是有区别的。两条相互平行的直线性机械特性的静差率是不同的。对于图2—1中的线1和线2，它们有相同的转速降落1ed n ?=2 ed n ?， 但由于 01 02n n <，因此12s s >。这表明平行机械特性低速时静差率较大，转速的相对 稳定性就越差。在1000r/min 时降落10r/min ，只占1%；在100r/min 时也降落10r/min ，就占10%；如果 n 只有10r/min ，再降落10r/min 时，电动机就停止转动，转速全都 降落完了。 由图2—1可见，对一个调速系统来说，如果能满足最低转速运行的静差率s ，那么，其它转速的静差率也必然都能满足。
目录 (1) 一、课设任务 (2) 1.1设计内容 (2) 1.2具体要求 (2) 1.3程序调试建议 (2) 二、系统方案 (3) 三、硬件设计 (3) 3.1数码管显示和行列式键盘电路 (4) 3.2数模变换电路 (5) 3.3直流电机驱动电路 (6) 3.4片选译码电路 (7) 3.5 RAM电路 (7) 四、软件设计 (8) 五、调试及结果 (19) 六、心得体会 (19) 七、参考文献 (20) 八、附录 (20)
直流电机闭环调速控制系统设计报告 一、课设任务 1．1设计内容： 以实验室实验装置为设计对象，从中选择出合适的部分，构成一个直流电机恒转速控制系统，具有如下功能： 1、可以通过按键设定直流电机转速（转/ 分钟，r/min）； 2、可以实时显示电机转速，同时显示设定值（各用三位显示）； 3、运行过程中改变负载可以维持设定的转速稳定后保持不变。（稳态误差小于等于设定值的5%） 4、开始时只显示设定值，采集值显示为0，按运行键后显示实时采集值与设定值，左边三位是设定值，右边三位是实时值； 5、设置停止运行键，控制直流电机停止运行； 6、其它扩展发挥功能。 1.2具体要求： 1、根据功能要求从实验装置上选择合适电路构成系统，用protel软件画出原理图与控制系统结构图，分析系统工作过程； 2、根据实验装置具体情况确定接线方法，从而确定各端口的口地址（D/A、键盘、
显示等）； 3、采用PID算法作为恒转速控制算法，对PID算法加以分析说明； 4、按照系统工作过程要求编制程序，画出流程图与编写具体程序； 5、调试运行，记录运行结果； 6、书写课程设计报告，符合学院有关课程报告的要求。 1.3程序调试建议： 1、先通过简单程序验证硬件工作正常（D/A输出，带负载能力，显示器正常等等）；不正常时及时与实验室老师联系更换器件。 2、调试测速显示子程序； 3、调试参数设置程序； 4、调试控制算法程序； 5、调试综合程序 二、系统方案 直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域得到了广泛的应用。采用PID调节的转速单环直流调速系统可以在保证稳定的前提下实现转速无静差。 系统进行信号采集进行D/A转换，使单片机送出脉冲来控制触发器，控制电路输出，驱动电动机工作，再由检测电路带回实际转速给单片机，让单片机根据实际转速和给定的转速进行比较，放大及PID运算等操作，从而控制整流电路α角的大小，进而改变电机
直流调速系统的发展状况 宋畅 s2******* 摘要 直流调速系统目前已被广泛应用于自动控制要求较高的产品之中，直流调速系统相应速度快，超调量小，系统稳定性好，并具有很强的抗干扰性。简单介绍直流调速的基本原理详细回顾直流调速的发展过程。 关键词 直流调速系统 发展状况 在现代化的工业生产过程中，几乎无处不使用电力传动装置，生产工艺、产品质量的要求不断提高和产量的增长，使得越来越多的生产机械要求能实现自动调速。对可调速的传动系统，可分为直流调速和交流调速。直流电动机具有优良的调速特性，调速平滑、方便，易于在大范围内平滑调速，过载能力大，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁地无级快速启动与制动和反转，能满足生产过程自动化系统中各种不同的特殊运行要求，至今在金属切削机床、造纸机等需要高性能可控电力拖动的领域仍有广泛的应用，到目前为止是调速系统的主要形式。 1. 直流调速系统简介 最初的直流调速系统是采用恒定的直流电压向流电动机电枢供电，通过改变电枢回路中的电阻实现调速。这种方法简单易行，设备制造方便，价格低廉。但缺点是效率低、机械特性软、不能在较宽围内平滑调速，所以目前极少采用。30年代末，出现了发电机一电动机(也称为旋转变流组)，配合采用磁放大器、电机扩大机、闸流管等控制器件，可获得优良的调速性能。如有较宽的调速范围(十比一至数十比一)、较小的转速变化率和调速平滑等，特别是当电动机减速时，可以通过发电机非常容易地将电动机轴的飞轮惯量反馈给电网，这样，一方面可得到平滑的制动特性；另一方面又可减少能量的损耗，提高效率。但发电机一电动机调速系统的主要缺点是需要增加两台与调速电动机相当的旋转电机和一些辅助励磁设备，因而体积大、费用高、效率低、安装需有地基、运行有噪声、维修困难等【1】。 20世纪70年代，由于采用电力电子变换器的高效交流变频调速开发成功，结构简单、成本低廉，工作可靠、维护方便、效率高的交流笼型电机进入了可调速领域，从而直流调速被交流调速所替代[4]。 2.直流调速系统原理 直流电动机具有良好的起、制动性能，易于在大范围平滑调速，在金属切削机床、轧钢机、矿井卷扬机、海洋钻机、高层电梯等需要高性能电力拖动中得到了广泛应用[3]。 直流电机的转速表达式: U IR n K Φ-= （1） 式中，U 为直流电动机电枢两端的电压，I 通过电枢的电流，R 式电枢回路的电阻，Φ为励磁磁通，K e 是励磁常数。 2、直流调速的发展过程 下文述及的是当今正在使用和不断发展的直流电机的主流调速方法—晶闸管电动机调速系统。 2.1开环晶闸管电动机系统 原理如图1所示。速度指令电位器发出的指令，经过脉冲触发生成电路产生晶闸管整流器的调相信号，改变直流电机电枢端电压，达到调节电机速度的目的。优点是结构简单，缺点是不能同时满足调速范围和静差率的要求，机械特性软，调速范围窄。应用于静差率要求不高的无级调速场合。
目录 1 设计目的及意义 (2) 2 工作原理 (3) 2.1双闭环直流调速系统的组成与原理 (3) 2.2双闭环直流调速系统的静特性分析 (3) 2.3双闭环直流调速系统的稳态结构图 (5) 2.4双闭环直流调速系统的数学模型 (6) 2.5调节器的具体设计 (6) 2.6速度环的设计 (8) 2.7双闭环直流调速系统仿真 (10) 3 方案设计与论证 (11) 4 系统硬件设计 (14) 4.1主电路 (14) 4.2控制电路 (14) 4.3驱动电路 ........................................................................... 4.4反馈和保护电路 (15) 5 系统调试 (15) 6 心得体会 (16) 参考文献 (17)
1设计目的及意义 本设计从直流电动机的工作原理入手，并详细分析了系统的原理及其静态和动态性能。然后按照自动控制原理，对双闭环调速系统的设计参数进行分析和计算，利用Simulink对系统进行了各种参数给定下的仿真，通过仿真获得了参数整定的依据。 转速、电流双闭环直流调速系统是性能很好，应用最广的直流调速系统, 采用转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。转速、电流双闭环直流调速系统的控制规律，性能特点和设计方法是各种交、直流电力拖动自动控制系统的重要基础。应掌握转速、电流双闭环直流调速系统的基本组成及其静特性；从起动和抗扰两个方面分析其性能和转速与电流两个调节器的作用；应用工程设计方法解决双闭环调速系统中两个调节器的设计问题，等等。 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。
本科生课程论文 课程名称运动控制系统 学院机自学院 专业电气工程及其自动化学号 13122565 学生姓名侯成成 指导教师杨影 分数
《运动控制系统仿真》课程设计 ——PWM直流单闭环调速系统的动态建模与仿真一、课程设计的目的及任务 《运动控制系统》是自动化专业的一门主干专业课程，在该课程学习中单独安排了1周的控制系统仿真课程设计。其目的是要求学生针对某个电机控制系统功能模块或整个控制系统进行设计与实现，使学生能进一步加深对课堂教学内容的理解，了解典型的电机控制系统基本控制原理和结构，掌握基本的调试方法，提高综合应用知识的能力、分析解决问题的能力和工程实践能力，并初步培养实事求是的工作作风和撰写科研总结报告的能力。 二、课程设计的基本要求 《运动控制系统》被控对象是交、直流电动机，能量转换是由电力电子器件构成的变换器，微机构成控制器。因此控制系统仿真课程设计学生应掌握以下基本内容： （1）交、直流电动机； （2）电力电子变换器； （3）微机控制器； （4）转速、电流等检测电路； （5）输入输出转换电路、调理电路和功放电路等。 三．课程设计的内容及基本要求 1．设计内容 （1）设计系统各单元电路和主控电路； （2）分析并测定系统各环节的输入输出特性及其参数，调试各单元电路； （3）系统性能分析与程序设计； （4）系统校正，修正系统静、动态性能。 2. 控制对象参数 直流电动机：型号为Z4-132-1，额定电压V，额定电流A，额定转速为2610
r/min ，反电动势系数=0.1459 Vmin/r ，允许过载倍数=1.5；PWM 变换器开关频率：8KHz ，放大系数：=107.5；(538/5=107.5)，直流母线电压为538V 。电枢回路总电阻： ；时间常数：电枢回路电磁时间常数=0.0144s ，电力拖动系统机电时间常数=0.18s ；转速反馈系数()；对应额定转速时的给定电压。 3．设计要求 （1）在matlab/simulink 仿真平台下搭建系统仿真模型。其中PWM 变换器利用给出的PWM 控制器模块和simulink/Powersystem 工具包中的功率封装模块搭建，不能直接利用传递函数建模。比例积分调节器进行积分和输出限幅，输出限幅值为+5和-5。 （2）给出采用比例调节器7p K =、比例积分调节器时7p K =， 空载起动到额定转速的转速波形，并就稳态静差和动态性能进行对比分 析说明原因。 （3）给出采用比例积分调节器时7p K =， 的转速、电流、电枢电压波 形，分析空载起动过程中电流过流原因，请给出解决过流问题的方法。 在4s 突加40%额定负载，给出仿真波形（包括转速、电流、转速调节器输出），并加载过程中波形变化加以分析，比较加载前后稳态转速，说明原因。 四．PWM 直流调速系统简介 1.PWM 调速原理 可逆PWM 变换器主电路有多种形式，最常用的是桥式（亦称H 形）电路，如图1所示，电动机M 两端电压AB U 的极性随全控型电力电子器件的开关状态而改变。 双极式控制可逆PWM 变换器的四个驱动电压的关系是：1423g g g g U U U U ==-=-。在一个开关周期内，当0≤t 目录 (2) ................................................ .2 内容................................................. .2 要求................................................. .2 .. (3) (3) (3) (4) (4) (4) (5) 一、课程设计要求 1.设计参数 直流他励电动机：功率Pe ＝145KW ，额定电压Ue=220V ，额定电流Ie=733A,磁极对数P=2，ne=430r/min,励磁电压220V,电枢绕组电阻Ra=Ω,主电路总电阻R ＝Ω，Ks=，电磁时间常数TL=，机电时间常数Tm=，滤波时间常数Ton=Toi=， 过载倍数λ＝，电流给定最大值 8V U im =*，速度给定最大值 10V U n =* 2.设计内容 1）根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构形式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图。 2） 调速系统主电路元部件的确定及其参数计算。 3）驱动控制电路的选型设计。 4）动态设计计算：根据技术要求，对系统进行动态校正，确定ASR 调节器与ACR 调节器的结构形式及进行参数计算，使调速系统工作稳定，并满足动态性能指标的要求。 5） 绘制V —M 双闭环直流不可逆调速系统电器原理图，并研究参数变化时对直流电动机动态性能的影响。 3.设计要求： 1）该调速系统能进行平滑地速度调节，负载电机不可逆运行，具有较宽地转速调速范围（10D ≥），系统在工作范围内能稳定工作。 2）系统静特性良好，无静差（静差率2S ≤）。 比例积分控制的单闭环直流调速系统仿真 一、实验目的 1．熟练使用MATLAB下的 SIMULINK仿真软件。 2 ．通过改变比例系数以及积分时间常数τ的值来研究和τ对比例积分控制的直流调速 系统的影响。 二、实验内容 1．调节器的工程设计 2．仿真模型建立 3．系统仿真分析 三、实验要求 建立仿真模型，对参数进行调整，从示波器观察仿真曲线，对比分析参数变化对系统稳定 性，快速性等的影响。 四、实验原理 ~ + + + + A UPE M _ _ _ - + _ + + TG _ - 图 4-1 带转速反馈的闭环直流调速系统原理图 调速范围和静差率是一对互相制约的性能指标，如果既要提高调速范围，又要降低静差率， 唯一的方法采用反馈控制技术，构成转速闭环的控制系统。转速闭环控制可以减小转速降落，降 低静差率，扩大调速范围。在直流调速系统中，将转速作为反馈量引进系统，与给 定量进行比较，用比较后的偏差值进行系统控制，可以有效的抑制甚至消除扰动造成的影响。 当 t= 0时突加输入时，由于比例部分的作用，输出量立即响应，突跳到，实现了快速响应；随后按积分规律增长，。在时，输入突降为0，=0，=，使电力电子变换器的稳态输出电压足以克服负载 电流压降，实现稳态转速无静差。 五、实验各环节的参数及和 1/ τ的参数的确定 各环节的参数： 直流电动机：额定电压=220V，额定电流=55A, 额定转速=1000r/min,电动机电动势系数= ? min/r。 假定晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数=44，滞后时间常数=。 电枢回路总电阻R=Ω，电枢回路电磁时间常数=电力拖动系统机电时间常数=。 转速反馈系数= ? min/r。 对应额定转速时的给定电压=10V。 稳态性能指标D=20， s 5% 。 和 1/ τ的参数的确定： PI 调节器的传递函数为 其中，。 （1）确定时间常数 1）整流装置滞后时间常数； 2）转速滤波时间常数； 3）转速环小时间常数； （ 2）计算参数 按跟随和抗扰性都较好的原则，取h=5，则调节器超前时间常数，即积分时间常数： ，则 由此可得开环增益： 于是放大器比例放大系数： 六、仿真模型的建立VM直流调速系统课设
单闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告.doc
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