转速电流双闭环可逆直流调速系统仿真与设计方案

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。

nnt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。

专业课程设计报告（级本科）题目：转速电流双闭环可逆直流调速系统的仿真与设计学院：学院专业：班级：姓名：学号：同组同学：设计时间：评定成绩：指导教师：年月大学专业课程设计任务书含给定滤波与反馈滤波的PI 型电流调节器(3)选择电流调节器参数要求%5%≤i σ时，应取5.0=∑i I T K ，因此s K i l I T T 11.1350037.05.0-==∑=于是，013.14005.05.003.01.135=⨯⨯⨯==Ks R K K i Ii βτ。

(4)校验近似条件 要求sci T 31<ω，现ci s s s T ω>=⨯=--111.1960017.03131。

要求l m ci T T 13≥ω，现ci l m s s T T ω<=⨯=--11243.45.011313。

要求oi s ci T T 131≤ω，现ci oi s s s T T ω>=⨯=--118.180002.00017.0131131(5)计算电流调节器电阻和电容 取Ω=k R 400，则Ω=Ω⨯==k k R K R n n 52.4040013.10 取Ω=k R n 40F F R C iii μτ75.0104003.03=⨯==取F μ75.0 F F R T C oi oi μμ2.0101040002.044630=⨯⨯⨯== 取F μ2.0 按照上述参数，电流环可以达到的动态指标为%5%3.4%<=i σ，故满足设计要求。

2.2转速环的设计 (1)确定时间常数电流环等效时间常数为s T i 0074.02=∑。

根据所用发电机纹波情况，取转速滤波时间常数s T on 01.0=。

转速小时间常数近似处理，取s T T T on i n 0174.02=+∑=∑。

(2)选择转速调节器结构按照设计要求，选用PI 调节器，其传递函数为()ss K s W n n nASR ττ1+=含给定滤波与反馈滤波的PI 型转速调节器(3)计算转速调节器参数按跟随和抗扰性能都较好的原则，取5=h ，则s s hT n n 087.00174.05=⨯=∑=τ222224.3960174.0252621--=⨯⨯=∑+=s s T h h K nN 则 ()7.11174.05.0007.01018.0132.005.0621=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=∑+=nme n RT h T C h K αβ(4)检验近似条件115.34087.04.396--=⨯==s s K n N cn τω。

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-322.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）。

转速电流双闭环直流调速系统仿真摘要MATLAB仿真在科学研究中的地位越来越高，如何利用MATLAB 仿真出理想的结果，关键在于如何准确的选择MATLAB的仿真。

本文就简单的转速电流双闭环直流调速系统的MATLAB仿真这个例子，通过对MATLAB的仿真，得到不同的仿真结果。

通过仿真结果的对比，对MATLAB的仿真进行研究。

从而总结出如何在仿真过程中对MATLAB的仿真做到最优选择。

详细介绍了用MATLAB语言对《电机与拖动》中转速电流双闭环直流调速系统实验的仿真方法和模型建立。

其仿真结果与理论分析一致，表明仿真是可信的，可以替代部分实物实验．然后讨论了MATLAB在转速电流双闭环直流调速系统教学中的应用。

首先在分析转速电流双闭环直流调速系统的基础上, 介绍了基于数学模型的仿真, 在仿真中可灵活调节相关参数, 优化参数设计。

其次完成了基于电气原理图仿真, 并分析了调速系统的抗干扰能力。

采用工程设计方法对转速电流双闭环直流调速系统进行设计,选择调节器结构,进行参数的计算和校验；给出系统动态结构图,建立起动、抗负载扰动的MATLAB /SIMULINK 仿真模型。

分析系统起动的转速和电流的仿真波形,并进行调试,使转速电流双闭环直流调速系统趋于合理与完善。

关键词：转速电流双闭环直流调速系统仿真; 限幅；调节器； MATLAB仿真目录1课题背景在现代化的工业生产过程中，许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求有良好的稳态、动态性能。

而直流调速系统调速范围广、静差率小、稳定性好，过载能力大，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无极快速起制动和反转等良好的动态性能，能满足生产过程自动化系统中各种不同的特殊运行要求。

在高性能的拖动技术领域中，相当长时期内基本几乎都采用直流电力拖动系统。

开环直流调速由于自身的缺点几乎不能满足生产过程的要求，在应用广泛的双闭环直流调速系统中，传统的PID控制已经得到比较成熟的应用，但是受电动机负载等非线性因素的影响，传统的控制策略在实际应用中难以保持设计是的性能。

运动控制系统课程设计题目:转速电流双闭环直流调速系统仿真与设计转速电流双闭环直流调速系统仿真与设计1. 设计题目转速电流双闭环直流调速系统仿真与设计2. 设计任务已知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,基本数据如下：1）直流电动机：160V、120A、1000r/min、C e=r,允许过载倍数λ=2）晶闸管装置放大系数：K s=303）电枢回路总电阻：R=Ω4）时间常数：T l=,T m=,转速滤波环节时间常数T on取5）电压调节器和电流调节器的给定电压均为10V试按工程设计方法设计双闭环系统的电流调节器和转速调节器,并用Simulink建立系统模型,给出仿真结果;系统要求：1）稳态指标：无静差2）动态指标：电流超调量σi ≤5%；空载起动到额定转速时超调量σn ≤10%3. 设计要求根据电力拖动自动控制理论,按工程设计方法设计双闭环调速系统的步骤如下：1）设计电流调节器的结构和参数,将电流环校正成典型I型系统；2）在简化电流环的条件下,设计速度调节器的结构和参数,将速度环校正成典型II型系统；3）进行Simulink仿真,验证设计的有效性;4.设计内容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3）按工程设计方法设计双闭环系统的ACR：设计多环控制系统的一般原则是：从内环开始,一环一环地逐步向外扩展;在这里是：先从电流环入手,首先设计好电流调节器,然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节,再设计转速调节器;a.确定时间常数整流滤波时间常数T s,三相桥式电路的平均失控时间T s=；电流滤波时间常数T oi,三相桥式电路每个波头的时间是,为了基本虑平波头,应有1～2Toi=,因此取Toi=2ms=；电流环小时间常数T∑i,按小时间常数近似处理,取T∑i=T s+T oi=;b.选择电流调节器结构由设计要求：σi%≤5%,并保证系统稳态电流无误差,因此可按典型I型系统设计,电流调节器选用PI 型,其传递函数为: W ACR s =isis Ki ττ1+ c.校验近似条件电流环截止频率11.135-==s KI ci ω； 晶闸管装置传递函数近似条件为：13ci sw T ≤=,满足近似条件； 忽略反电动势对电流环影响的条件为：ci w ≥满足近似条件； 小时间常数近似条件处理条件为：ci w ≤=, 满足近似条件;d.计算调节器电阻和电容电流调节器原理如图3－1所示,按所用运算放大器取R 0=40kΩ,各电阻和电容值计算如下：,取30k; ,取;-图3－1含给定滤波与反馈滤波的PI 型电流调节器按照上述参数,电流环可以达到的动态指标为：σi %=%<5%,满足设计4按工程设计方法设计双闭环系统的ASR ：a.确定时间常数电流环等效时间常数为20.0074i T s ∑=；转速滤波时间常数Ton ,根据所用测速发电机波纹情况,取Ton=； 转速环小时间常数n T ∑ 按小时间常数近似处理,取n T ∑=20.0174i T Ton s ∑+=;b ．选择转速调节器结构由于设计要求无静差,转速调节器必须含有积分环节；又根据动态要求,应按典型Ⅱ型系统设计速度环,故ASR 选用PI 调节器,其传递函数为：1()n ASR nn s W s K sττ+= c.计算速度调节器参数按跟随和抗干扰性能较好的原则,取h=5,则ASR 的超前时间常数为：50.01740.087n n hT s τ∑==⨯=,转速环开环增益： 2224.39621-∑=+=s T h h K nN 于是,ASR 的比例系数: =d.校验近似条件由转速截止频率：15.341-===s n KN KNcn τωω; 电流环传递函数简化条件： ,满足简化条件; 转速环小时间常数近似条件为： ,满足近似条件;e.计算调节器电阻和电容转速调节原理图如图3－2所示,取040R k =Ω,则,取550k; ,取;图3－2含给定滤波与反馈滤波的PI 型转速调节器-按照上述参数,电流环可以达到的动态指标为：当h=5时,查表得%,虽然不满足设计要求,而实际上,突加阶跃给定时,ASR 饱和,应按退饱和的情况重新计算超调量,实际%,满足设计要求;5内、外开环对数幅频特性的比较图4－1把电流环和转速环的开环对数幅频特性画在一张图上,其中各转折频率和截止频率依次为：13.2700037.011-==∑s i T ,151.570174.011-==∑s n T , 151.34-=s cn ω,15.11087.011-=s n τ; 以上频率一个比一个小,从计算过程可以看出,这是必然的规律;因此,这样设计的双闭环系统,外环一定比内环慢;一般来说,1150~100-=s ci ω,150~20-=s cn ω;从外环的响应速度受到限制,这是按上述方法设计多环控制系统时的缺点;然而,这样一来,每个环本身都是稳定的,对系统的组成和调试工作非常有利;总之,多环系统的设计思想是：以稳为主,稳中求快;L/dBO1/-s ωiT ∑1ciωnT ∑1cn ωnτ1InI-电流内环 n-转速外环图4－1又闭环系统内环和外环的开环对数幅频特性－20－40－20－406 晶闸管的电压、电流定额计算a.晶闸管额定电压U N晶闸管额定电压必须大于元件在电路中实际承受的最大电压Um ,考虑到电网电压的波动和操作过电压等因素,还要放宽2～3倍的安全系数,即按下式选取U N ＝2～3Um ,式中系数2～3的取值应视运行条件,元件质量和对可靠性的要求程度而定;b.晶闸管额定电流I N为使晶闸管元件不因过热而损坏,需要按电流的有效值来计算其电流额定值;即必须使元件的额定电流有效值大于流过元件实际电流的最大有效值;可按下式计算：I N =~2K fb I MAX ;式中计算系数K fb =Kf/由整流电路型式而定,Kf 为波形系数,Kb 为共阴极或共阳极电路的支路数;当α=0时,三相全控桥电路K fb =,故计算的晶闸管额定电流为I N =~2K fb I MAX =~2 ××220×=～,取200A;7平波电抗器计算由于电动机电枢和变压器存在漏感,因而计算直流回路附加电抗器的电感量时,要从根据等效电路折算后求得的所需电感量中,扣除上述两种电感量;a.电枢电感量L M 按下式计算)(2103mH I Pn U K L NN N D M ⨯=P —电动机磁极对数,K D —计算系数,对一般无补偿电机：K D =8~12; b.整流变压器漏电感折算到次级绕组每相的漏电感L B 按下式计算)(100%2mH I U U K L dK BB •= U 2—变压器次级相电压有效值,I d —晶闸管装置直流侧的额定负载电流,K B —与整流主电路形式有关的系数;c.变流器在最小输出电流I dmin 时仍能维持电流连续时电抗器电感量L 按下式计算min2d I U K L •=, K 是与整流主电路形式有关的系数,三相全控桥K 取则L ＝mH.6）进行Simulink 仿真,验证设计的有效性a. 电流闭环的仿真如下图：为了研究系统的参数对动态性能的影响,分别取K I T ∑i =、、、,此时K I 的值也会随之变化,运行仿真,即可得不同K I 值的阶跃响应曲线：图6-1 KT=的阶跃响应曲线图6-2KT=的阶跃响应曲线图6-3 KT=的阶跃响应曲线图6-4 KT=的阶跃响应曲线由曲线可以看出如果要求动态响应快,可取KT=；如果要求系统超调小,则应把KT 的值取小些,可取KT<;无特殊要求,取折中值KT=,,称为最佳二阶系统;图6-1~图6-4反映了PI 调节器的参数对系统品质的影响趋势,在工程设计中,可以根据工艺的要求,直接修改PI 调节器的参数,找到一个在超调量和动态响应快慢上都较满意的电流环调节器;b. 转速环的仿真设计在增加转速环调节后,转速环开环传递函数如下： )1()1()(n 2n N n ++=∑s T s s K s W τ 校正后的调速系统动态结构框图如下所示：其中me n n N T C R K K βτα=;在matlab中搭建好系统的模型,如下图：转速环的仿真设计为满足系统在不同需求下的跟随性与抗扰行能要求,取h的之分别为：3、5、7、9. 用matlab仿真结果如下：图7-1h=3时的阶跃响应曲线图7-2h=5时的阶跃响应曲线图7-3h=7时的阶跃响应曲线图7-4h=9时的阶跃响应曲线由图可以看出：h值越小,动态降落也越小,恢复时间、调节时间也短,抗扰性能也越好,但是,从h<5以后,由于震荡剧烈h越小,恢复时间反而延长,综合起来看,h=5是最佳选择,也即最佳三阶系统;对电流环与转速环都是根据实际需要调节参数的,对比Ⅰ型、Ⅱ型系统可以发现：Ⅰ型系统可以在跟随性上做到超调小,但抗扰性能差；而Ⅱ型系统超调却相对较大,抗扰性能较好;5.设计心得a.通过该次设计,更加熟悉掌握了电流转速双闭环直流调速系统的结构组成以及它的工作原理,加深了对开环、闭环有静差、无静差调速的理解---闭环结构保证系统的稳定性与抗干扰能力；无静差调速则保证系统有较低的稳态误差;b.由此也初步掌握双闭环调节器的整个设计过程,其基本思想是先内环再外环;在结构框图的处理过程中有多处近似处理,简化了传递函数,从而使问题得到简化,因此称为被称为“工程设计方法”,这意味着在实际的应用中,在可以大大简化分析过程却很小影响分析结果的方法是很有价值的;从开环到闭环、从闭环无静差到有静差、从单环到双环着一些列的变化显示人们人知的渐进性;仿真是自己临时捡起matlab课本重新回顾才完成的,仿真的直观的证明了最佳二阶、三阶系统的参数,并再一次体现了matlab在控制中的重要作用,的确是一个很强大的仿真工具;整个仿真过程也加深了自己对电力拖动控制相关知识理解程度,相当于也许经过证明的才是最可靠的;d.由于水平有限,设计中肯定有许多错误和不足的地方,敬请老师指正;6．参考文献【1】陈伯时,电力拖动自动控制系统;机械工业出版社;【2】李荣生,电气传动控制设计指导;;。

双闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告一、系统结构设计双闭环直流调速系统由两个闭环控制组成，分别是速度子环和电流子环。

速度子环负责监测电机的转速，并根据设定值与实际转速的误差，输出电流指令给电流子环。

电流子环负责监测电机的电流，并根据电流指令与实际电流的误差，输出电压指令给电机驱动器，实现对电机转速的精确控制。

二、参数选择在进行双闭环直流调速系统的设计之前，需选择合适的控制参数。

根据实际的电机参数和转速要求，确定速度环和电流环的比例增益和积分时间常数等参数。

同时，还需根据电机的动态特性和负载特性，选取合适的速度和电流传感器。

三、控制策略速度子环采用PID控制器，通过计算速度误差、积分误差和微分误差，生成电流指令，并传递给电流子环。

电流子环也采用PID控制器，通过计算电流误差、积分误差和微分误差，生成电压指令，并输出给电机驱动器。

四、仿真实验为了验证双闭环直流调速系统的性能，进行了仿真实验。

首先，通过Matlab/Simulink建立双闭环直流调速系统的模型，并设置不同转速和负载条件，对系统进行仿真。

然后，通过调整控制参数，观察系统响应速度、稳定性和抗干扰性等指标的变化。

五、仿真结果分析根据仿真实验的结果可以看出，双闭环直流调速系统能够实现对电机转速的精确控制。

当系统负载发生变化时，速度子环能够快速调整电流指令，使电机转速保持稳定。

同时，电流子环能够根据速度子环的电流指令，快速调整电压指令，以满足实际转速的要求。

此外，通过调整控制参数，可以改善系统的响应速度和稳定性。

六、总结双闭环直流调速系统是一种高精度的电机调速方案，通过双重反馈控制实现对电机转速的精确控制。

本文介绍了该系统的设计与仿真实验，包括系统结构设计、参数选择、控制策略及仿真结果等。

仿真实验结果表明，双闭环直流调速系统具有良好的控制性能，能够满足实际转速的要求。

《运动控制系统》课程设计转速电流双闭环可逆直流调速系统的仿真与设计专业：****年级：****学号：***姓名：***指导老师：***转速电流双闭环可逆直流调速系统的仿真与设计一、设计目的1、应用所学的交、直流调速系统的基本知识与工程设计方法，结合生产实际，确定系统的性能指标与实现方案，进行运动控制系统的初步设计。

2、应用计算机仿真技术，通过在MA TLAB软件上建立运动控制系统的数学模型，对控制系统进行性能仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响。

3、在原理设计与仿真研究的基础上，应用PROTEL进行控制系统的印制板的设计，为毕业设计的综合运用奠定坚实的基础。

二、系统设计参数直流电动机控制系统设计参数：（直流电动机(3) ）输出功率为:5.5Kw电枢额定电压220V 电枢额定电流30A 额定励磁电流1A 额定励磁电压110V 功率因数0.85 电枢电阻0.2欧姆电枢回路电感100mH电机机电时间常数1S电枢允许过载系数 =1.5 额定转速970rpm直流电动机控制系统设计参数环境条件：电网额定电压:380/220V; 电网电压波动:10%; 环境温度:-40~+40摄氏度; 环境湿度:10~90%.控制系统性能指标： 电流超调量小于等于5%; 空载起动到额定转速时的转速超调量小于等于30%;调速范围D ＝20; 静差率小于等于0.03.1、设计内容和数据资料某直流电动机拖动的机械装置系统。

主电动机技术数据为：V U N 220=,A I N 30=，m in 970r n N =，电枢回路总电阻Ω=2.0R ，机电时间常数s T m 1=，电动势转速比r V C e m in 221.0•=，Ks=40，ms T l 5.0=，Ts=0.0017ms ，电流反馈系数A V 85.0=β，转速反馈系数r V m in 5.1•=α，试对该系统进行初步设计。

2、 技术指标要求电动机能够实现可逆运行。

双闭环直流可逆调速系统设计
一、实现双闭环直流可逆调速系统的基本原理
双闭环直流可逆调速系统是一种复杂的控制系统，通过控制电机转速
调整和调节，可以实现直流可逆调速系统的功能。

它的工作原理是：当电
机的转速发生变化时，运用程序控制器调整反馈信号。

在反馈信号中，检
测电机转速，并将其作为参考，经过放大器检测调节，将放大器调节的参
数输入给程序控制器，然后根据给定的转速和调节参数，程序控制器根据
相关的算法，调节步进电机的每一步的转速，实现当电机转速发生变化时，程序控制器控制电机转速。

二、双闭环直流可逆调速系统的组成
1.输入信号源：输入信号源主要有可逆调节信号和程序控制参数信号，两者同时作用，确定电机控制的转速范围和精度要求，从而保证可逆调速
系统的精度。

2.程序控制器：程序控制器是可逆调速系统的核心，它根据输入的控
制信号，控制反馈电路，实时获取电机的转速参数，根据算法，按照程序
控制的调节参数调节步进电机，实现调节目标速度。

转速电流双闭环直流调速系统设计一、引言直流调速系统是控制直流电机转速的一种常用方法。

在实际应用中，为了提高系统性能，通常采用双闭环控制结构，即转速环和电流环。

转速环用于控制电机转速，电流环用于控制电机电流。

本文将对转速、电流双闭环直流调速系统进行详细设计。

二、转速环设计转速环的主要功能是通过控制电机的转矩来实现对转速的精确控制。

转速环设计步骤如下：1.系统建模：根据电机的特性曲线和转矩方程，建立电机数学模型。

通常采用转速-电压模型，即Tm=Kt*Ua-Kv*w。

2.设计转速环控制器：选择适当的控制器类型和参数，比如PID控制器。

根据电机数学模型，可以使用根轨迹法、频域法等进行控制器参数设计。

确定控制器增益Kp、Ki和Kd。

3.闭环仿真：使用仿真软件，进行闭环仿真，验证控制器的性能。

4.实际系统调试：将设计好的转速环控制器实施到实际系统中，进行调试和优化。

根据实际情况对控制器参数进行微调。

三、电流环设计电流环的主要功能是控制电机的电流，以确保电机输出的转矩能够满足转速环的要求。

电流环设计步骤如下：1.系统建模：根据电机的特性曲线和电流方程，建立电机数学模型。

通常采用电流-电压模型，即Ia=(Ua-R*Ia-Ke*w)/L。

2.设计电流环控制器：选择适当的控制器类型和参数，比如PID控制器。

根据电机数学模型，可以使用根轨迹法、频域法等进行控制器参数设计。

确定控制器增益Kp、Ki和Kd。

3.闭环仿真：使用仿真软件，进行闭环仿真，验证控制器的性能。

4.实际系统调试：将设计好的电流环控制器实施到实际系统中，进行调试和优化。

根据实际情况对控制器参数进行微调。

四、双闭环控制系统设计在转速环和电流环都设计好的基础上，将两个闭环控制器连接起来，形成双闭环控制系统。

具体步骤如下：1.控制系统结构设计：将电流环置于转速环的前端，形成串级控制结构。

2.系统建模：将转速环和电流环的数学模型进行串联，建立双闭环控制系统的数学模型。

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 speed adjustment 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。

转速电流双闭环pwm—m可逆直流脉宽调速系统实验报告转速电流双闭环PWM-M可逆直流脉宽调速系统实验报告一、引言直流调速系统是现代工业中常用的电机调速方式之一，在实际应用中具有广泛的使用。

其中，转速电流双闭环PWM-M可逆直流脉宽调速系统是其中一种典型的调速控制方式。

本实验旨在通过搭建转速电流双闭环PWM-M可逆直流脉宽调速系统，研究其调速性能以及运行特点。

二、实验目的1. 理解转速电流双闭环PWM-M可逆直流脉宽调速系统的原理和结构；2. 掌握控制脉宽调制技术在直流电机调速系统中的应用；3. 通过实验验证该调速系统的性能和运行特点。

三、实验原理转速电流双闭环PWM-M可逆直流脉宽调速系统是将转速和电流两个回路分别采用闭环控制的直流调速系统。

其中，转速回路通过传感器对电机转速进行采集，与期望转速进行比较后，经过PID控制器得到转速控制信号，再经过比较器进行与PWM脉宽控制信号进行比较产生控制脉宽；电流回路通过采集直流电机的电流信号，经过PID控制器得到电流控制信号，再与PWM控制脉宽信号进行比较生成最终的输出脉宽。

四、实验步骤1. 搭建转速电流双闭环PWM-M可逆直流脉宽调速系统实验装置；2. 设置期望转速和电流参考值；3. 分别采集电机转速和电流信号；4. 利用PID控制器对转速和电流进行闭环控制；5. 通过比较器生成脉宽控制信号，控制电机转矩；6. 记录实验数据并进行分析。

五、实验结果与分析通过实验，我们可以得到实验数据并进行分析。

其中，我们可以通过比较实际转速与期望转速的差距，来评价转速闭环控制的性能。

同时，通过比较实际电流值与期望电流值之间的差距，来评价电流闭环控制的性能。

根据实验数据，我们可以得到转速与电流控制的准确性、稳定性以及响应速度等指标，评估整个调速系统的性能。

六、结论通过实验，我们成功搭建了转速电流双闭环PWM-M可逆直流脉宽调速系统实验装置，并完成了相关实验。

根据实验结果分析，我们可以评估该调速系统的性能和运行特点。

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。

直流双闭环调速系统设计与仿真一、直流双闭环调速系统的基本原理电流环用于控制电机的电流，通过测量电机的电流反馈信号与给定的电流信号进行比较，得到误差信号，然后经过PID控制器计算控制信号，最后通过逆变器输出给电机控制电流。

二、直流双闭环调速系统的设计1.确定系统参数：包括电机的转矩常数，转矩惯量，电感，电阻等参数。

2.设计速度环控制器：根据转速信号和转速误差信号，设计速度环控制器的传递函数。

可以选择PID控制器，也可以选择其他类型的控制器。

3.设计电流环控制器：根据电流信号和电流误差信号，设计电流环控制器的传递函数。

同样可以选择PID控制器或其他类型的控制器。

4.进行系统仿真：将设计好的速度环和电流环控制器加入电机模型，进行系统仿真。

通过调整控制器参数，观察系统的响应特性，可以优化系统性能。

5.调整控制参数：根据仿真结果，调整控制器的参数，使系统响应更加快速、稳定。

三、直流双闭环调速系统的仿真1.定义系统模型：建立直流电机的状态方程，包括速度环和电流环的动态方程。

2.设定系统初始条件和输入信号：设置电机的初始状态和给定的转速信号以及电流信号。

3.选择控制器类型和参数：根据设计要求，选择控制器类型和参数。

可以选择PID控制器，并根据调试经验选择合适的参数。

4.搭建控制系统模型：将速度环和电流环的控制器模型和电机模型连接在一起，构建闭环控制系统模型。

5.进行系统仿真：利用MATLAB或其他仿真软件进行系统仿真，根据给定的转速信号和电流信号，观察系统的响应特性。

四、直流双闭环调速系统的优化1.参数调整：根据仿真结果，调整控制器的参数，使系统的性能得到优化。

可以通过试探法或自适应调节方法进行参数调整。

2.饱和处理：考虑到电机的饱和特性，可以在控制器中添加饱和处理模块，以提高系统的稳定性和抗干扰能力。

3.鲁棒性设计：考虑到系统参数的不确定性，可以采用鲁棒控制方法，提高系统的鲁棒性能。

4.死区补偿：在电机控制中常常会出现死区现象，可以在控制器中添加死区补偿模块，以减小死区对系统性能的影响。

转速电流双闭环pwm—m可逆直流脉宽调速系统实验报告1、学习电机调速控制中的双闭环控制模式；2、熟悉可逆直流电动机的控制方法；3、掌握基于PWM技术的直流电机调速系统的实现方法；4、加深对电路原理的理解。

实验原理：1、PWM技术PWM即脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation），通过调节脉冲宽度的大小来改变电平的占空比，从而实现对电路的控制。

2、电机调速控制中的双闭环控制模式双闭环控制模式包含了一个速度环和一个电流环。

速度环用于测量实际电机的速度，根据速度误差来调节电机的输出功率。

电流环则用于控制电机的负载，使电机能够稳定输出所需的电流。

3、可逆直流电动机的控制方法可逆直流电动机包括了正转和反转两种运动方向，根据不同的控制信号，通过调节电机旋转方向的极性和电流大小来实现电机的正反转。

实验内容：1、组装实验电路将电路原理图和电路连接示意图提供给学生，并要求学生自行组装电路，并检查电路连接是否正确。

2、验证电路工作情况使用示波器检测电路输出的PWM波形，并观察电机的正反转情况，确保PWM 输出准确可靠，电机能够正确运转。

3、对电路进行调整通过调整电路参数，如电压、频率、占空比等，观察电机运转情况的变化，确保电路调整正确。

4、记录实验数据和分析记录电路参数、电机运转情况等数据，并进行数据分析和对比，以验证实验结果的正确性。

实验结果：通过本次实验，学生熟悉了电机调速控制的基本原理和实现方法，掌握了双闭环控制模式和可逆直流电动机的控制方法，加深了对电路原理的理解。

同时，结合实验数据的分析，学生也深入了解了实验现象的机理和控制特性，对电机调速控制领域有了更加深入的认识。

转速电流双闭环地数字式可逆直流调速系统地仿真与设计一、设计目地应用所学地交、直流调速系统地基本知识与工程设计方法，结合生产实际，确定系统地性能指标与实现方案，进行运动控制系统地初步设计.b5E2RGbCAP应用计算机仿真技术，通过在MATLAB软件上建立运动控制系统地数学模型，对控制系统进行性能仿真研究，掌握系统参数对系统性能地影响.p1EanqFDPw在原理设计与仿真研究地基础上，应用PROTEL进行控制系统地印制板地设计，为毕业设计地综合运用奠定坚实地基础.DXDiTa9E3d二、设计参数1、直流电动机(1)：输出功率为:80W 电枢额定电压220V电枢额定电流 6.12A 额定励磁电流1A额定励磁电压110V 功率因数0.85电枢电阻0.4欧姆电枢回路电感0.954mH电机机电时间常数0.39s 电枢允许过载系数1.5额定转速 3000rpm2、环境条件：电网额定电压:380/220V，电网电压波动:10%环境温度:-40~+40摄氏度，环境湿度:10~90%3、控制系统性能指标：电流超调量小于等于5%空载起动到额定转速时地转速超调量小于等于30%调速范围D＝20，静差率小于等于0.03.三系统方案选择（1）可控电源选择速，在需要高性能可控电力拖动地领域中得到了广泛地应用.从生产机械要求控制地物理量来看，各种系统往往都通过控制转速来实现地.因而直流调速系统是最基本地拖动控制系统.RTCrpUDGiT直流变电压调速是直流调速系统用地主要方法，调节电枢供电电压所需地可控制电源通常有3种：①旋转电流机组费用高、效率低.②静止可控整流器.5PCzVD7HxA③PWM(脉宽调制变换器)或称直流斩波器利用直流斩波器或脉宽调制变换器产生可变平均电压，与V—M系统相比，PWM系统在很多方面有较大地优越性：jLBHrnAILg主电路线路简单，需要地功率器件少，开关频率高；电流容易连精度高，调速范围宽；若与快速响应地电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强；功率开关器件工作在开关状态，道通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率高；直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流高.因此，本设计应选择脉宽调速，即采用直流PWM调速.xHAQX74J0X（2）主控制器选择1、双闭环直流调速系统双闭环（转速环、电流环）直流调速系统是一种当前应用广泛，经济，适用地电力传动系统.它具有动态响应快、抗干扰能力强地优点.我们知道反馈闭环控制系统具有良好地抗扰性能，它对于被反馈环地前向通道上地一切扰动作用都能有效地加以抑制.采用转速负反馈和PI调节器地单闭环调速系统可以在保证系统稳定地条件下实现转速无静差.但如果对系统地动态性能要求较高，例如要求起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足要求.这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程地电流或转矩.LDAYtRyKfE在单闭环系统中，只有电流截止负反馈环节是专门用来控制电流地.但它只是在超过临界电流I值以后，靠强烈地负反馈作用限制电dcr流地冲击，并不能很理想地控制电流地动态波形.带电流截止负反馈地单闭环调速系统起动时地电流和转速波形如图5-a所示.当电流从最大值降低下来以后，电机转矩也随之减小，因而加速过程必然拖长.Zzz6ZB2Ltk在实际工作中,我们希望在电机最大电流（转矩）受限地条件下，充分利用电机地允许过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流（转矩）为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大地加速度起动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行.这样地理想起动过程波形如图5-b所示，这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长地.这是在最大电流（转矩）受限地条件下调速系统所能得到地最快地起动过程.dvzfvkwMI1（a）带电流截止负反馈地单闭环调速系统地启动过程（b）理想快速启动过程图5 调速系统启动过程地电流和转速波形实际上，由于主电路电感地作用，电流不能突跳，为了实现在允许条件下最快启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值I地恒dm流过程，按照反馈控制规律，采用某个物理量地负反馈就可以保持该量基本不变[1]，那么采用电流负反馈就能得到近似地恒流过程.问题是希望在启动过程中只有电流负反馈，而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器地输入端，到达稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不再靠电流负反馈发挥主作用，因此我们采用双闭环调速系统.这样就能做到既存在转速和电流两种负反馈作用又能使它们作用在不同地阶段.rqyn14ZNXI为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级连接，如图2-2所示，即把转速调节器地输出当作电流调节器地输入，再用电流调节器地输出去控制晶闸管整流器地触发装置.从闭环结构上看，电流调节环在里面，叫做内环；转速环在外面，叫做外环.这样就形成了转速、电流双闭环调速系统.EmxvxOtOco该双闭环调速系统地两个调节器ASR和ACR一般都采用PI[1]调节器.因为PI调节器作为校正装置既可以保证系统地稳态精度，使系统在稳态运行时得到无静差调速，又能提高系统地稳定性；作为控制器时又能兼顾快速响应和消除静差两方面地要求.一般地调速系统要求以稳和准为主，采用PI调节器便能保证系统获得良好地静态和动态性能.SixE2yXPq52.桥式可逆PWM变换器地工作原理脉宽调制变换器地作用是：用脉冲宽度调制地方法，把恒定地直流电源电压调制成频率一定、宽度可变地脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压地大小，以调节电机转速.最常用地是桥式（亦称H 形）可逆PWM电路,6ewMyirQFLH形主电路结构这时，电动机M两端电压地极性随开关器件栅极驱动电压极性地变化而改变，其控制方式有双极式、单极式、受限单极式等多种，这里只着重分析最常用地双极式控制地可逆PWM变换器.kavU42VRUs双极式控制方式：（1）正向运行：第1阶段，在0 ≤ t ≤ t on期间，U g1 、U g4为正， VT1、 VT4导通，U g2 、U g3为负，VT2、 VT3截止，电流i d沿回路1流通，电动机M两端电压U AB = +U s；y6v3ALoS89第2阶段，在t on≤t ≤ T期间，U g1 、U g4为负， VT1、 VT4截止， VD2、VD3续流，并钳位使VT2、 VT3保持截止，电流i d 沿回路2流通，电动机M两端电压U AB = –U s ；M2ub6vSTnP（2）反向运行：第1阶段，在0 ≤ t ≤t on期间，U g2 、U g3为负，VT2、 VT3截止， VD1、VD4续流，并钳位使 VT1、 VT4截止，电流–i d沿回路4流通，电动机M两端电压U AB = +U s；0YujCfmUCw第2阶段，在t on≤ t ≤ T 期间，U g2 、U g3 为正， VT2、 VT3导通，U g1 、U g4为负，使VT1、 VT4保持截止，电流–i d沿回路3流通，电动机M两端电压U AB = –U s；eUts8ZQVRd输出波形双极式控制地桥式可逆PWM变换器有下列优点：（1）电流一定连续；（2）可使电机在四象限运行；（3）电机停止时有微振电流，能消除静摩擦死区；（4）低速平稳性好，系统地调速范围可达1:20000左右；（5）低速时，每个开关器件地驱动脉冲仍较宽，有利于保证器件地可靠导通.三、设计过程1、主电路和控制系统确定主电路选用V-M系统，采用三相桥式全控整流电路，并增加抑制电流脉动地措施，为此设置平波电抗器，总电感量地计算公式为sQsAEJkW5TL=0.693U2/I dmin,一般取I dmin为电动机额定电压地5%-10%.触发电路采用三相集成触发器.GMsIasNXkA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，前者通过电流元件地反馈作用稳定电流，后者通过转速检测元件地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地目地.该系统起动时，转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节起动电流保持最大值，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定电压地变化而变化，电流内环跟随转速外环调节电机地电枢电流以平衡负载电流原理图如图所示.TIrRGchYzg1 电流调节器地设计1)确定时间常数整流装置滞后时间常数，PWM 电源滞后时间常数s T s 0017.0=.机电时间常数s T m 39.0=，电磁时间常数s T l 0024.0=.7EqZcWLZNX 电流滤波时间常数s T oi 002.0=电流环小时间常数之和i T ∑.按小时间常数近似处理，取s T T T oi s i 0037.0=+≈∑. 2)选择电流调节器结构根据设计要求电流超调量%5%≤i σ，并保证稳态电流无差，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地，因此可以用PI 型电流调节器，其传递函数为:ss K W s i i ACR ττ)1(+=lzq7IGf02E3） 计算电流调节器参数电压放大系数40=s K .电流调节器超前时间常数:==l i T τ0.0024s电流环开环增益：要求%5%≤i σ时，应取5.0=∑i I T K ，因此s Ki IT 11.1350037.05.05.0-∑===.于是ACR 地比例系数为：003.04009.14.00024.01.135=⨯⨯⨯==Ks R K K i Ii βτ 电流反馈系数)5.1/10(09.1n I V ≈=β4) 校验近似条件电流环截止频率：.s I ci K w 11.135-==晶闸管整流装置传递函数地近似条件:ci s s s T ω>=⨯=--111.1960017.03131满足近似条件. 忽略反电动势变化对电流环动态影响地条件:ci l m s s T T ω<=⨯=--111.980024.039.01313满足近似条件. 电流环小时间常数近似处理条件:ci oi s s s T T ω>=⨯=--118.180002.00017.0131131满足近似条件.5）计算调节器电阻和电容取Ω=k R 200，各电阻和电容值为Ω=Ω⨯==10020000003.00R K R i iF F R C iii μτ40600024.0===F F R T C i oi μ4.020000002.04400=⨯==3 转速调节器地设计 1） 确定时间常数电流环等效时间常数1/,由上已取5.0=∑i I T K ，则zvpgeqJ1hk1/=s T i 0074.02=∑转速滤波时间常数on T ，根据所用测速发电机纹波情况，s T on 01.0=.转速环小时间常数∑n T ，按小时间常数近似处理，取s T T T on i n 0174.02=+=∑∑. 2） 选择转速调节器结构按照设计要求，选用PI 调节器，其传递函数为3） 计算转速调节器参数按跟随和抗扰性能都较好地原则，取h=5，则ASR 地超前时间常数为s s hT n n 087.00174.05=⨯==∑τ 转速开环增益222224.3960174.0252621--∑=⨯⨯=+=s s T h h K nN 电感系数007.030004.012.624=⨯-=⨯-=N a N N e n R I U C于是，ASR 地比例系数为()58.80174.04.0003.01039.0007.009.1621=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=+=∑nme n RT h T C h K αβ4） 检验近似条件 转速环截止频率为115.34087.04.396--=⨯==s s K n N cn τωA 、 电流环传递函数简化条件为cn i I s s T K ω>==--∑117.630037.01.1353131，满足近似条件.B 、 转速环小时间常数近似处理条件为cn on I s s T K ω>==--117.3801.01.1353131，满足近似条件.5)计算调节器电阻和电容 取Ω=k R 200 则：Ω=Ω⨯==k k R K R n n 6.1712058.80，取Ωk 5.171； F F R C nnn μτ51.0105.171087.03=⨯==,取F μ5.0；F F R T C on on μ22000001.0440=⨯==6）校核转速超调量当h=5时，，不能满足设计要求.实际上，由于表中是按线性系统计算地，而突加阶跃给定时，ASR 饱和，不符合线性系统地前提，应该按ASR 退饱和地情况重新计算超调量.NrpoJac3v1查表可得，代入式()mnN N b n T T n n z C C ∑∙∆-⨯∆=λσ2%max 可得%30%3.139.00174.030001007.04.012.65.12%2.81%<=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=n σ能满足设计要求.四、 系统地MATLAB 仿真1、 系统仿真模型版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理.版权为个人所有This article includes some parts, including text, pictures, and design. Copyright is personal ownership.1nowfTG4KI 用户可将本文地内容或服务用于个人学习、研究或欣赏，以及其他非商业性或非盈利性用途，但同时应遵守著作权法及其他相关法律地规定，不得侵犯本网站及相关权利人地合法权利.除此以外，将本文任何内容或服务用于其他用途时，须征得本人及相关权利人地书面许可，并支付报酬.fjnFLDa5ZoUsers may use the contents or services of this article for personal study, research or appreciation, and othernon-commercial or non-profit purposes, but at the same time, they shall abide by the provisions of copyright law and other relevant laws, and shall not infringe upon the legitimate rights of this website and its relevant obligees. In addition, when any content or service of this article is used for other purposes, written permission and remuneration shall be obtained from the person concerned and the relevant obligee.tfnNhnE6e5转载或引用本文内容必须是以新闻性或资料性公共免费信息为使用目地地合理、善意引用，不得对本文内容原意进行曲解、修改，并自负版权等法律责任.HbmVN777sLReproduction or quotation of the content of this article must be reasonable and good-faith citation for the use of news or informative public free information. 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双闭环直流调速系统设计及仿真———————————————————————————————— 作者：———————————————————————————————— 日期：1绪论直流调速是现代电力拖动自动控制系统中开展较早的技术。

在20世纪60年代，随着晶闸管的出现，现代电力电子和控制理论、计算机的结合促进了电力传动控制技术研究和应用的繁荣。

晶闸管-直流电动机调速系统为现代工业提供了高效、高性能的动力。

尽管目前交流调速的迅速开展，交流调速技术越趋成熟，以及交流电动机的经济性和易维护性，使交流调速广泛受到用户的欢送。

但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场，并且建立在反响控制理论根底上的直流调速原理也是交流调速控制的根底[1]。

现在的直流和交流调速装置都是数字化的，使用的芯片和软件各有特点，但根本控制原理有其共性。

对于那些在实际调试过程中存在很大风险或实验费用昂贵的系统，一般不允许对设计好的系统直接进展实验。

然而没有经过实验研究是不能将设计好的系统直接放到生产实际中去的。

因此就必须对其进展模拟实验研究。

当然有些情况下可以构造一套物理装置进展实验，但这种方法十分费时而且费用又高，而且在有的情况下物理模拟几乎是不可能的。

近年来随着计算机的迅速开展，采用计算机对控制系统进展数学仿真的方法已被人们采纳。

但是长期以来，仿真领域的研究重点是仿真模型的建立这一环节上，即在系统模型建立以后要设计一种算法。

以使系统模型等为计算机所承受，然后再编制成计算机程序，并在计算机上运行。

因此产生了各种仿真算法和仿真软件[2]。

由于对模型建立和仿真实验研究较少，因此建模通常需要很长时间，同时仿真结果的分析也必须依赖有关专家，而对决策者缺乏直接的指导，这样就大大阻碍了仿真技术的推广应用。

MATLAB提供动态系统仿真工具Simulink，那么是众多仿真软件中最强大、最优秀、最容易使用的一种。

它有效的解决了以上仿真技术中的问题。