转速电流双闭环H形双极式PWM直流调速系统的设计 - 副本

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：二、 电流环、转速环设计仿真过程双闭环直流调速系统的设计及其他多环控制系统的设计原则一样：先设计内环（即电流环），在将内环看成外环的一个环节，进而设计外环（即转速环）。

1. 稳态参数计算电流反馈系数：*im 10= 1.25/24nom U V A I βλ==⨯转速反馈系数：*nm 10=0.02min/500nom U V r I αλ==2. 电流环设计 1) 确定时间常数s 110.110T ms f kHz ===由电流滤波时间常数0.0002oi T s =，按电流环小时间常数环节的近似处理方法，取i 0.00010.00020.0003s oi T T T s =+=+=∑2) 选择电流调节器结构电流环可按典型Ⅰ型系统进行设计。

转速电流双闭环控制直流调速系统的课程设计流程介绍如下：
1.确定系统参数和控制策略：根据具体需求和电机特性，确定系
统参数和控制策略，如电机额定电压、额定电流、最大转速、控制器采样周期、PID控制器参数等。

2.搭建硬件平台：根据系统参数和控制策略，搭建硬件平台。

硬
件平台包括电机、电源、传感器、控制器等。

3.编写程序：根据系统参数和控制策略，编写程序。

程序主要分
为两部分，一部分是转速闭环控制程序，另一部分是电流闭环控制程序。

程序需要实时读取电机转速和电流传感器的反馈信号，并根据PID控制器的输出值调节电机电压和电流。

4.调试和测试：在搭建好硬件平台和编写好程序后，进行调试和
测试。

测试可以分为两个部分，一部分是转速闭环控制测试，另一部分是电流闭环控制测试。

测试的主要目的是验证程序的正确性和系统的控制性能。

5.总结和分析：在测试完成后，对测试结果进行总结和分析。

分
析结果可以用于进一步改进控制策略和优化系统性能。

总之，转速电流双闭环控制直流调速系统的课程设计需要深入了解电机控制原理和PID控制器的设计方法，需要具备一定的电路设计和编程能力。

课程设计任务书某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据为：直流电动机：U N=220V，I N=205A，=575r/min , R a=0.1 ，电枢电路总电阻R=0.2 ，电枢电路总电感L=7.59mH，电流允许过载倍数，折算到电动机轴的飞轮惯量。

晶闸管整流装置放大倍数，滞后时间常数电流反馈系数(转速反馈系数( )滤波时间常数取，。

；调节器输入电阻R0=40 。

设计要求：稳态指标：无静差；动态指标：电流超调量；空载起动到额定转速时的转速超调量。

目录课程设计任务书 (1)第一章直流双闭环调速系统原理 (3)1.1 系统的组成 (3)1.2 系统的原理图 (4)第二章转速、电流双闭环直流调速器的设计 (6)2.1 电流调节器的设计 (6)2.2 转速调节器的设计 (13)第三章系统仿真 (21)心得体会 (26)参考文献 (27)第一章直流双闭环调速系统原理1.1 系统的组成转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能很好、应用最广的直流调速系统。

采用PI 调节的单个转速闭环调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。

但是对系统的动态性能要求较高的系统，单闭环系统就难以满足需要了。

为了实现在允许条件下的最快启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程。

按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。

所以，我们希望达到的控制：启动过程只有电流负反馈，没有转速负反馈；达到稳态转速后只有转速负反馈，不让电流负反馈发挥作用。

故而采用转速和电流两个调节器来组成系统。

为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可以在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。

二者之间实行嵌套（或称串级）联接，如图1-1 所示。

把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再把电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。

电流、转速双闭环调速系统设计
任务要求：现有一转矩为20Nm（小型电扇）的负载，并且该电扇的扇叶可以瞬间伸展，即可以瞬间改变负载的转矩，以达到增大旋转面积，加大风力的目的。

已知扇叶打开后的转矩为30Nm。

现要求设计一个调速系统，可以达到如下要求：
1.电扇从静止开始，给定电压后，加速到规定速度并恒速旋转（恒转矩负载启动）。

2.恒速旋转时，要求系统保持速度不变（具有较好的抗干扰能力）。

3.恒速旋转时，要求扇叶展业后能自动调速到恒定速度（突加给定）。

4.要求电流超调量σi《5%。

5.要求空载启动到额定转速时的转速超调量σn《10%。

6.要求调速范围为D=10，静差率s《2%。

设计分析：对于任务要求，可以选择电流、转速双闭环调速系统来达到目的。

4、5、6可以调节电流调节器与转速调节器达到要求，相比于开环系统和转速闭环系统，电流、转速双闭环系统的抗干扰能力更好，因此选择电流、转速双闭环系统来设计该系统。

给定数据：
直流电动机：Pn=2kw，Un=200v，In=12A，nN=600r/min，Ce= ，GD²= ，允许过载倍数λ=2；
晶闸管装置：采用三相桥式整流电路，晶闸管触发整流装置放大倍数K=80，平均延迟时间Ts=0.0017s;
电枢回路总电感：L=10mH，电枢回路总电阻：R=1.0欧母，速度调节器和电流调节器饱和输出电压Ucm=±10V。

双闭环调速系统的动态结构图：
参数计算：
双闭环直流调速系统仿真模型:
请打开matlabwork.mdl观察仿真结果。

分析与计算：。

设计题目及分析设计题目：转速电流双闭环控制的H 型双极式PWM 直流调速系统直流电动机：UN=48V ，IN=3.7A ，nN=200r/min 允许过载倍数λ=2；电枢回路电磁时常L T =0.015s ，机电时常m T =0.2s ；PWM 环节的放大倍数：S K =4.8,；电枢回路总电阻：R=1Ω；电枢电阻Ra=0.5Ω。

电流反馈系统β=1.33V/A ，转速反馈系数α=0.05V ·min/r ，电动势转速比Ce=0.18V ·min/r 。

转速电流调节器输入输出限幅电压**nm im U U ==10V.采用MA TLAB 对双闭环系统进行仿真，绘制直流调速系统仿真框图，仿真得出启动转速，起动电流，直流电压Ud ，ASR,ACR 输出电压的波形。

并对结果进行分析。

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，所以在电气传动中获得了广泛应用。

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、双闭环直流调速系统的工作原理1、双闭环直流调速系统的介绍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, 电动机以最大电流恒流加速启动。

双闭环直流电机调速系统设计摘 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。

根据晶闸管的特性，通过调节控制角α大小来调节电压。

基于设计题目，直流电动机调速控制器选用了转速、电流双闭环调速控制电路。

在设计中调速系统的主电路采用了三相全控桥整流电路来供电。

本文首先确定整个设计的方案和框图。

然后确定主电路的结构形式和各元部件的设计，同时对其参数的计算，包括整流变压器、晶闸管、电抗器和保护电路的参数计算。

接着驱动电路的设计包括触发电路和脉冲变压器的设计。

最后，即本文的重点设计直流电动机调速控制器电路，本文采用转速、电流双闭环直流调速系统为对象来设计直流电动机调速控制器。

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，二者之间实行嵌套联接。

从闭环结构上看，电流环在里面，称作环；转速环在外边，称做外环。

这就形成了转速、电流双闭环调速系统。

先确定其结构形式和设计各元部件，并对其参数的计算，包括给定电压、转速调节器、电流调节器、检测电路、触发电路和稳压电路的参数计算,最后画出了调速控制电路电气原理图。

关键词： 双闭环； 转速调节器；电流调节器第一章 绪论第一节 设计题目及技术指标 1.1 设计题目为某生产机械设计一个调速围宽、起制动性能好的直流调速系统，且拟定该系统为晶闸管-电动机系统。

已知系统中直流电动机主要数据如下： 额定功率kW P N 60=；额定电压VU N 220=；额定电流AI N 305=；额定转速min/1000r n N = ；电枢电阻Ω=05.0a R ；转动惯量 2280m N GD •=电枢回路总电阻Ω=5.0R电网供电电压为三相380V ；电网电压波动为+5% -- -10%；速度检测采用测速电机；控制系统电源电压为V 15±1.2 技术指标（1） 要求连续调速，可逆运行，回馈制动，过载倍数5.1=λ （2） 要求调速比15≥D ,电流脉动%10≤i S ，静差率%1≤S（3） 要求以转速、电流双闭环形式作为系统控制方案 （4） 要求系统为逻辑无环流可逆调速系统 （5） 主回路采用电枢可逆，磁场单独供电 第二节 系统总方案设计2.1 逻辑无环流工作原理逻辑无环流可逆直流调速系统原理框图如图1所示。

：转速电流双闭环直流调速系统课程设计学生：xxx&学号：xxxxxxxx专业：电气工程及其自动化学院：信息工程与科学学院目录目录 (1){摘要 ........................................................ 错误!未定义书签。

第〇章任务书............................................. 错误!未定义书签。

（一）设计参数........................................... 错误!未定义书签。

（二）设计要求........................................... 错误!未定义书签。

第一章主电路设计......................................... 错误!未定义书签。

（一）系统组成....................................... 错误!未定义书签。

（二）主电路原理..................................... 错误!未定义书签。

（三）主电路元器件参数计算及器件选型................. 错误!未定义书签。

[整流元器件参数计算与选型............................. 错误!未定义书签。

其它元器件参数计算与选取............................. 错误!未定义书签。

第二章调节器设计......................................... 错误!未定义书签。

（一）电流调节器设计................................. 错误!未定义书签。

（二）转速调节器设计................................. 错误!未定义书签。

第三章触发器设计......................................... 错误!未定义书签。

转速电流双闭环H形双极式PWM直流调速系统的设计题目：习题2—17设计姓名：许云东学号：20110103020任课教师：段志梅1.设计要求 (3)2.设计分析 (4)（1）双闭环调速系统结构图 (4)（2）.双闭环直流调速控制系统原理图 (5)（3）.双闭环调速系统的动态结构框图 (5)3.转速环参数的设计： (5)（1）确定时间常数: (5)（2）选择转速调节器结构 (6)（3）计算转速调节器参数： (6)（4）校验近似条件： (6)（5）计算调节器电阻和电容： (7)（6）验证空载起动到额定转速时的超调量： (7)4.电流环参数的设计： (8)（1）确定时间常数 (8)（2）选择电流调节器的结构 (8)（3）计算电流调节器参数 (8)（4）校验近似条件 (9)（5）计算调节器的电阻电容： (9)5.直流双闭环系统的完整硬件实现原理图如下： (10)6.原理图上实现所要求的直流调速系统的原理如下： (10)7.原理图上每个元件选定的依据及其分析： (11)（1）转速调节器 (11)（2）电流调节器 (11)（3）SG3524芯片 (11)（4）H型双极式可逆PWM桥式电路 (12)（5），三相整流变压器、晶闸管整流调速装置 (12)（6）转速检测电路 (12)总结 (12)参考文献 (13)摘要：伺服系统对数控技术、自动化、电气工程及其自动化、机电一体化等专业是一门很重要的专业技术课。

伺服系统的作用是联系数控装置与被控设备的中间环节，起着传递指令信息和反馈设备运行状态信息的桥梁作用。

在当代工业上PWM控制调速系统已经被广泛地应用，其优点还是日益突现，而带有双闭环的调速系统更是受到广泛欢迎。

在本次设计中，为了使调速达到高精度、高准度的要求，我使用了电流调节器和转速调节器，以此来组成双闭环，电流环为内环，转速环为外环。

这样的设计能够达到任务要求的静态指标和动态指标。

特别是把此两环校正为典型Ⅰ型和典型Ⅱ型后的性能指标更是达到了要求。

控制系统课程设计设计题目：H型双极式PWM直流调速系统设计学生姓名：学号：专业班级：学部：信息科学与技术部指导教师：2008 年11 月28 日河北理工大学本科生课程设计成绩总评表学部：信息科学与技术部班级：05自动化1班注：设计总成绩=说明书评定成绩（60%）＋答辩成绩（40%）设计任务书(一)性能指标要求：稳态指标：系统无静差动态指标：%5≤i σ；空载起动到额定转速时%10≤n σ。

(二)给定电机及系统参数：P N = 220W , U N = 48V , I N =3.7A ,2=λ，n N = 200r/min ，R a = 6.5Ω 电枢回路总电阻R =8Ω 电枢回路总电感L = 120mH 电机飞轮惯量GD 2 = 1.29Nm 2(三)设计步骤及说明书要求： 1 画出系统结构图，并简要说明工作原理。

2 根据给定电机参数，设计整流变压器，并计算变压器容量及副边电压值;选 择整流二极管及开关管的参数，并确定过流、过压保护元件参数。

3分析PWM 变换器，脉宽调制器（UPW ）及逻辑延时（DLD ）工作原理。

4 设计ACR 、ASR 并满足给定性能指标要求。

5 完成说明书，对构成系统的各环节分析时，应先画出本环节原理图，对照分析。

6打印说明书（A4），打印电气原理图（A4）。

目录一 引言...............................................1 二 系统构成和原理...................................1 三 PWM 主电路设计....................................3 四 电流调节器和转速调节器的设计.. (4)4.1 电流调节器ACR 的设计.................................4 4.2转速调节器ASR 设计....................................4 4.2.1电流环等效闭环传递函数............................7 4.2.2转速调节器结构的选择..............................8 4.2.3时间常数的确定....................................8 4.2.4转速调节器参数的选择 (8)4.2.5校验近似条件 (8)4.2.6校核转速超调量 (8)4.2.7转速调节器的实现 (9)五基于SG3525 为核心构成的控制电路 (9)5.1 SG3525芯片的内部结构及工作原理 (9)5.2逻辑延时环节 (10)六驱动电路设计 (11)七电流反馈和转速反馈电路设计 (12)7.1电流反馈电路设计 (12)7.2转速反馈电路设计 (13)八结束语 (13)九参考文献 (15)十总电路图 (16)1引言直流电动机由于有着广泛的起制动性能，宜于在广泛范围内平滑调速，且直流拖动系统在理论上和实践上都比较成熟，因而目前应用广泛。

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：二、电流环、转速环设计仿真过程双闭环直流调速系统的设计及其他多环控制系统的设计原则一样:先设计内环（即电流环），在将内环看成外环的一个环节，进而设计外环（即转速环）。

1. 稳态参数计算电流反馈系数：*im 10= 1.25/24nom U V A I βλ==⨯转速反馈系数:*nm 10=0.02min/500nom U V r I αλ==2. 电流环设计1) 确定时间常数s 110.110T ms f kHz ===由电流滤波时间常数0.0002oi T s =，按电流环小时间常数环节的近似处理方法,取i 0.00010.00020.0003s oi T T T s =+=+=∑2) 选择电流调节器结构电流环可按典型Ⅰ型系统进行设计。

电流调节器选用PI 调节器，其传递函数为1(s)i ACR ii s G K sττ+= 3) 选择调节器参数超前时间常数: i 0.008l T s τ== 由于i 5%σ≤，故l 0.5i K T =∑故1l 0.50.51666.66670.0003i K s T -==≈∑电流调节器比例系数为：i 0.00881666.717.781.25 4.8i lS R K K K τβ⨯==⨯≈⨯ 4) 检验近似条件电流环的截止频率：11666.6667ci l w K s -==i.近似条件一:113333.3333330.0001ci s w T =≈>⨯（满足近似条件) ii.近似条件二：3ci w =（满足近似条件） iii.近似条件三：13ci =（满足近似条件）3. 转速环设计1) 确定时间常数电流环等效时间常数：20.0006i T s =∑小时间常数近似处理：0.00060.0010.0016on i T T s +=+=∑2) 选择转速调节器结构由于转速稳态无静差要求，转速调节器中必须包含积分环节，又根据动态要求,应按典型Ⅱ型系统校正转速环，因此转速调节器应选择PI 调节器，其传递函数为：1()n ASR nn s G s K sττ+= 3) 选择调节器参数按跟随型和抗扰性能均比较好的原则，取h=5，则转速调节器的超前时间常数为：50.00160.008n nhTs τ==⨯=∑转速环开环增益:22222151468752250.0016N n h K s h T -++==≈⨯⨯∑于是,转速调节器比例系数为：(1)6 1.250.040.558.592250.0280.0016e m n n h C T K h RT βα+⨯⨯⨯==≈⨯⨯⨯⨯∑4) 校验近似条件转速环开环截止频率：11468750.008375Ncn N n K K s ωτω-===⨯≈i. 近似条件一：15cn iT ω>∑11666.67550.0003cn i T ω=≈>⨯∑（满足近似条件） ii. 近似条件二：1132cn oni T T ω>∑1111430.333230.00060.001cn on i T T ω==>⨯∑(满足近似条件）三、 MATLAB 仿真1. 电流环仿真 1) 频域分析在matlab/simulink 中建立电流环动态结构图及校正成典型Ⅰ型系统的电流环开环动态结构图（如图1—1、1-2、所示），建模结果如下：2) 图1-1 经过小参数环节合并近似后的电流开环动态结构图3)图1-2 未经过小参数环节合并近似处理的电流开环动态结构图命令窗口分别输入以下命令分别得到Bode图%MATLAB PRGRAM L584。

摘要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，因此本设计运用《电力拖动控制系统》的理论知识，利用晶闸管、二极管等器件设计出可行的转速、电流双闭环直流调速系统，该系统中设定了电流检测环节、电流调节器以及电流检测环节、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。

同时通过本次课程设计能够加强我们对一些常用单元电路的设计、常用集成芯片的使用以及对电阻、电容等元件的选择等的工程训练。

达到综合提高我们的工程设计与动手能力的目的。

各个仿真结果都基本上符合设计要求。

关键词：直流电机、双闭环调速系统、MATLAB仿真目录1 课程设计的目的与要求 (4)1.1本次课程设计（论文）应达到的目的 ................................... 4 1.2 本次课程设计（论文）任务的主要内容和要求 ................... 4 1.3 设计任务： .. (5)2转速、电流双闭环直流调速器的设计 (6)2.1电流调节器的设计 (6)2.1.1 电流环结构框图的化简 ........................................................................................... 6 2.2.2 电流调节器参数的计算 ........................................................................................... 7 2.1.3 . (8)2.2 转速调节器的设计 (9)2.2.1 电流环的等效闭环传递函数 ................................................................................... 9 2.2.2 转速调节器的参数计算 ......................................................................................... 10 2.2.3 转速调节器的实现 ................................................................................................. 11 3主电路的计算 (12)3.1整流变压器的计算 (12)3.1.1 整流变压器二次侧电压计算 ................................................................................. 12 3.1.2一次、二次侧电流计算 (12)3.1.3变压器容量的计算 (12)3.2 晶闸管元件的选择 (13)3.2.1额定电压U TN 的选择 (13)3.3晶闸管保护环节的计算 (13)3.3.1 交流侧过电压保护措施 ......................................................................................... 13 3.3.2 晶闸管及整流二极管两端的过电压保护 ............................................................. 14 3.3.3 过电流保护 ............................................................................................................. 14 3.3.4电压和电流上升率的限制 .. (15)3.4 平波电抗器的计算 (15)3.4.1 电动机电枢电感D L ............................................................................................... 15 3.4.2 变压器电感 ........................................................................................................ 15 3.4.3 平波电抗器的选择 . (15)T L3.5触发电路的选择 (16)3.5.1给定电源和给定环节的设计 (16)3.5.2转速检测环节和电流检测环节的设计与计算、调速系统的静态参数设计..164 MATLAB仿真 (17)4．1 系统的建模与参数设置 (17)1、单闭环物理模型的构建 (17)4.2系统动态仿真结果的输出及结果分析 (18)4.2.1 开环数学模型 (18)4.2.2 单闭环数学模型及其仿真结果 (19)4.2.3 双闭环数学模型及其仿真结果 (23)4.3系统仿真结果总体分析 (25)4.3.1.电机转速曲线 (25)4.3.2.电机电流曲线 (26)5心得及总结 (27)6 参考文献 (28)1 课程设计的目的与要求1.1本次课程设计（论文）应达到的目的电力拖动自动控制系统课程设计是自动化专业的一门专业课程，它是一次综合性的理论与实际相结合的训练，也是本专业的一次基本技能训练，其主要目的是：1、理论联系实际，掌握根据实际工艺要求，设计直流拖动自动控制系统的基本方法，2、对典型的直流拖动自动控制系统进行综合性的实验，掌握各部件和整个系统的调试步骤与方法，以及操作实际系统的方法，加强基本技能训练。

转速、电流双闭环直流调速系统主电路设计0 前言采用比例积分调节器的转速负反馈单闭环调速系统，既保证了系统的稳定性，又能实现转速无静差，引入电流截止负反馈环节后，能够限制启动和堵转时的冲击电流。

但是系统的动态性能还不能令人满意。

这是因为电流截止负反馈只能限制最大电流，系统起动时，随着转速的上升，反馈电压的增加及电机反电动势的增长，会使电枢电流达到最大值后迅速降低下来，电动机转矩亦迅速减小，使起动加速过程变长。

对于经常处于起动、制动、反转运行的产机械，为了提高生产效率和加工质量，要求尽量缩短过渡过程时间。

一个比较理想的办法是，在整个起动过程中，充分利用电动机的过载能力，将电枢电流保持在最大允许值上，电动机输出最大转矩，转速直线迅速上升，使过渡过程时间大大缩短，得到理想起动过程。

根据反馈控制规律可知，采用某一物理量的负反馈构成闭环控制，可以近似地保持该量恒定不变。

显然，采用电流负反馈便能得到近似的恒流过程。

为了避免在一个调节器的输入端综合几个信号造成各个参数间的互相影响，经过研究与实践，出现了转速、电流双闭环调速系统。

1 转速、电流双闭环直流调速系统的系统组成为实现转速和电流两种负反馈分别作用，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。

二者之间实行嵌套（或称串级）联接，如图1-1 所示。

把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再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、电流双闭环调速系统。

1.1 电流调节器的选择和作用1.1.1 电流调节器结构的选择转速的变化往往比电流变化慢得多，对电流环来说，反电动势是一个变化较慢的扰动，在电流的瞬变过程中，可以认为反电动势基本不变，即△E≈0。

把给定滤波和反馈滤波两个环节都等效地移到环内，同时把给定信号改成ui (s)/β，则电流环便等效成单位负反馈系统。

《电力拖动与运动控制系统》课程设计------转速电流双闭环直流调速系统的设计学院：年级:班级：姓名：座号：学号：指导老师：目录一设计任务 (3)二设计要求 (3)三．设计的基本思路： (3)四．设计过程 (4)1确定转速、电流反馈系数 (4)2.电流环的设计 (5)3.转速环的设计 (6)五．硬件电路图设计 (9)1 系统主电路图绘制 (9)2 系统触发电路图 (9)3 电流环电路 (12)4.转速环电路： (13)4.控制电路总体电路图 (14)六．心得体会： (15)七参考资料 (15)一 设计任务设计一转速、电流双闭环直流调速系统，采用他励直流电动机、晶闸管三相全控桥式整流电路，其数据如下：直流电动机：PN=60KW ，UN=220V ，IN=305A ，Nn=1000r/min ； 晶闸管整流触发装置的放大系数 Ks=30 电磁时间常数：T1=0.012S; 机电时间常数：Tm=0.12s;反馈滤波时间常数：Toi=0.0025s,Ton=0.014s; 额定转速时的给定电压：Unm=10V; 调节器饱和输出电压：10V ； 系统调速范围：D=20；系统的静、动态性能指标：无静差，电流超调量5%i δ≤，启动到额定转速时的超调量10%δ≤二 设计要求1．确定转速、电流反馈系数； 2．设计电流调节器；3．用minr M 准则设计转速环，确定转速调节器的结构和参数；4．计算最低速启动时的转速超调量；5．绘制系统线路图（主电路、触发电路、控制电路）。

三．设计的基本思路：转速，电流双闭环调速系统属于多环控制系统。

对电流双闭环调速系统而言，先从内环（即电流环）出发，根据电流控制要求，确定把电流环校正为那种典型系统。

按照调节对象选择调节器及其参数。

设计完电流环环节之后，把它等效成一个小惯性环节，作为转速环的一个组成部分。

然后用同样的方法进行转速环的设计，每个环的设计都是把该环校正为一个典型系统，以获得预期的性能指标。

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。

关键词：双闭环控制系统；晶闸管；电流调节器；转速调节器；目录1.引言 (1)2.设计内容 (1)2.1设计思路： (1)2.2双闭环调速系统的组成： (2)2.3双闭环调速系统优点 (3)3. 方案实施 (4)3.1转速给定电路设计 (4)3.2转速检测电路设计 (4)3.3电流检测电路设计 (5)4 主电路保护电路设计 (6)4．1过电压保护设计 (6)4．2过电流保护设计 (7)5驱动电路的设计 (8)6 控制电路设计 (10)7电流环与转速环的设计 (11)7．1 电流调节器的设计 (11)7．2 转速调节器的设计 (13)8结论体会 (14)9参考文献： (14)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。

【原创】转速电流双闭环控制PWM可逆直流调速系统设计_毕业论文设计运动控制系统课程设计说明书题目：PWM可逆直流调速系统设计专业班级：电气工程及其自动化02班2013年6月21日至7月2日转速电流双闭环控制PWM可逆直流调速系统的设计Current double closed loopspeed control PWMreversible dc speed controlsystem design学生姓名: 丁俊成指导教师: 文小玲王振课程设计量化评分标准答辩记录摘要直流调速系统是自动调速系统的主要形式，它具有良好的起、制动性能，可以在较宽的调速范围内实现平滑调速，较快的零动态响应过程，并且低速运转时力矩大这些极好的运行性能和控制特性，长期以来，直流调速系统一直占据着重要地位。

从市场的角度来看，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。

所以在直流调速系统电气传动中获得了广泛应用。

本文从直流电动机的工作原理入手，建立了PWM双闭环可逆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。

在理论分析和仿真研究的基础上，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、锯齿波产生电路、基准电源、转速调节电路、电流调节器电路、PWM波生成电路、桥式可逆直流脉宽系列电路及转速检测电路的具体实现。

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MATLAB 中的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。

关键词：双闭环可逆直流调速系统；H桥驱动电路；PWM控制；模拟调节器；MATLABAbstractDC speed control system is the main form of the automatic speed regulation syst em,it be in a wider range of speed regulation of smooth realized in speed,fast dynami c response process,and low speed running torque these excellent performance and con trol characteristic,but for a long time,DC speed control system occupies an important position. From a market perspective,DC speed control system in theory and practice a re more mature, from the point of view of the control technology,it is the foundation o f ac speed adjustment system. So in dc speed control system in electric transmission won the widely used. This article from the working principle of dc machines,a PWM double closed loop reversible dc speed control system,and the mathematical model of detailed analysis of system principle and the static and dynamic performance. In the t heory analysis and simulation research,and on the basis of design a set of experiments with double closed loop dc speed control system,detailed introduces system main circ uit,sawtooth wave produces circuit,benchmark power supply, rotate speedadjustment circuit,current regulator circuit,PWM waves generated circuit,bridge type reversible d c speed pulse width series circuit and the realization of a detection circuit. Then accor ding to automatic control theory,double closed loop speed regulation system,the desig n parameters of analysis and calculation,the use of MATLAB of Simulink of the syste m parameters to the set of the simulation,through the simulation won the parameters s etting the basis.Keywords: Double closed-loop irreversible dc speed regulating system; H bridge driver circuit; PWM control；Simulation regulator; MATLAB；目录1 绪论 (1)1.1 选题背景与意义 (1)1.2 课题研究意义 (2)1.3 设计任务和要求 (3)2系统组成及基本原理 (5)2.1直流调速系统的调速原理 (5)2.2 双闭环调速的过程和工作原理 (6)2.3 双闭环直流调速系统的组成 (7)2.4 主电路图 (7)2.5 H桥可逆PWM变换器 (9)2.6 保护电路 (11)3设计内容 (12)3.1设计目的 (12)3.2系统过流过压产生的主要原因 (12)3.3方案的论证 (12)3.4过电流保护电路及工作原理 (13)3.5电路结构元器件的选择 (13)3.6参数的计算及电阻的选取 (17)3.7元器件清单 (18)3.8电路特点 (18)4总结 (19)5参考文献 (20)1绪论直流调速系统具有良好的起、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了广泛的应用。

PWM直流双闭环调速系统设计引言PWM（Pulse Width Modulation）直流双闭环调速系统是一种常用于电动机调速的控制系统。

在许多应用中，需要对电动机的速度进行精确控制，以满足不同的工作需求。

PWM直流双闭环调速系统通过不断调整电动机输入电压的占空比，使电动机保持稳定的转速，具有快速响应、良好的稳定性和较大的负载适应能力等优点。

本文将介绍PWM直流双闭环调速系统的设计原理、硬件电路和控制算法，并提供代码示例和性能分析。

设计原理闭环控制系统PWM直流双闭环调速系统由两个闭环控制回路组成：速度闭环和电流闭环。

速度闭环通过反馈电动机的实际转速来调整电动机输入电压，以使其达到期望转速。

电流闭环通过反馈电动机的实际电流来调整PWM信号的占空比，以使电动机输出的扭矩与负载要求相匹配。

速度闭环控制速度闭环控制由速度传感器、比例积分控制器和电动机驱动器组成。

速度传感器通常采用编码器或霍尔传感器来测量电动机转速，并将其转换为电压信号。

比例积分控制器根据速度误差和积分误差来计算控制器输出，并将其输入给电动机驱动器。

电流闭环控制电流闭环控制由电流传感器、比例积分控制器和PWM模块组成。

电流传感器用于测量电动机的电流，并将其转换为电压信号。

比例积分控制器计算电流误差和积分误差，并生成控制器输出，将其输入给PWM模块。

硬件电路设计PWM直流双闭环调速系统的硬件电路设计包括电源模块、电流传感器、速度传感器、比例积分控制器、PWM模块和电动机驱动器等。

电源模块电源模块用于提供系统所需的直流电压。

它可以采用稳压稳流电路来稳定输出电压和电流。

电流传感器电流传感器用于测量电动机的电流。

常用的电流传感器包括霍尔传感器和电阻传感器。

它将电动机的电流转换为电压信号，并输入给比例积分控制器。

速度传感器速度传感器用于测量电动机的转速。

常用的速度传感器有编码器、霍尔传感器和光电传感器等。

比例积分控制器比例积分控制器是PWM直流双闭环调速系统的核心控制模块。