带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统设计

目录第一章绪论 (2)第二章主电路结构选择 (3)2.1变压器参数计算 (4)第三章双闭环直流调速系统设计 (5)3.1电流调节器的设计 (7)3.2转速调节器的设计 (10)第四章触发电路的选择与原理图 (14)第五章直流调速系统MATLAB仿真 (16)第六章总结 (18)第七章参考文献 (18)第一章绪论转速负反馈控制直流调速系统（简称单闭环调速系统）PI调节器的单闭环转速系统可以实现转速调节无静差，消除负载转矩扰动对稳态转速的影响，并用电流截止负反馈限制电枢电流的冲击，避免出现过电流现象。

但转速单闭环系统并不能充分按照理想要求控制电流（或电磁转矩）的动态过程。

对于经常正、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。

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，使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。

这类理想启动过程示意下图1所示。

图1 单闭环调速系统理想启动过程启动电流呈矩形波，转速按线性增长。

这是在最大电流（转矩）受限制时调速系统所能获得的最快的起动（制动）过程。

下面我们引入了一种双闭环系统来对控制系统进行优化。

第二章 主电路结构选择目前具有多种整流电路，但从有效降低脉动电流保证电流连续和电动机额定参数的情况出发本设计选用三相桥式全控整流电路，其原理如图2-1所示，习惯将其中阴极连接在一起到3个晶闸管（531,,VT VT VT ）称为共阴极；阳极连接在一起的3个晶闸管（642,,VT VT VT ）称为共阳极，另外通常习惯晶闸管从1至6的顺序导通，为此将晶闸管按图示的顺序编号，即共阴极组中与a,b,c 三相电源相接的3个晶体管分别是531,,VT VT VT ,共阳极组中与a,b,c 三相电源相接的3个晶闸管分别是642,,VT VT VT 。

图2-1 三相桥式全控整流电路原理图其工作特点为：1）每个时刻均需2个晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，其中1个晶闸管是共阴极组的，1个是共阳极组的，且不能为同一相的晶闸管。

1绪论电动机是用来拖动某种生产机械的动力设备，所以需要根据工艺要求调节其转速，而用于完成这项功能的自动控制系统就被陈为调速系统。

L1前调速系统分为交流调速和直流调速系统，由于直流调速系统的调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能，因此在相当长的时间内，高性能的调速系统儿乎都采用直流调速系统，但近年来，随着电子工业与技术的发展，高性能的交流调速系统也日趋广泛。

单闭环直流电机调速系统在现代生活中的应用越来越广泛，其良好的调速性能及低廉的价格越来越被大众接受。

1.1直流电机的调速方法和可控直流电源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，尽管直流调速系统中的直流电动机不如交流电动机］那样结构简单、制造和维护方便、价格便宜。

但是长期以来，直流调速系统一直占据垄断地位。

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系统。

但是就LI前来看，在纺织印染、造纸印刷、数控机床、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、焊接切割、轻工机械、物流输送设备、机车车辆、通讯设备、雷达设备，仍然广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，它乂是交流调速系统的基础。

因此，本书先着重讨论直流调速系统。

1.2课程设计目的课程设讣是在校学生素质教育的重要环节，是理论与实践相结合的桥梁和纽带。

运动控制系统课程设汁，要求学主更多的完成软硕结合的动手实践方案，解决LI前学生课程设计过程中普遍存在的缺乏动手能力的现象.《运动控制系统课程设计》是继《电子技术》、《电力电子技术》和《运动控制系统》课程之后开出的实践环节课程，其U的和任务是训练学生综合运用已学课程电子技术基础、电力电子技术、运动控制系统的基本知识，独立进行运动控制系统应用技术和开发 工作,掌握运动控制系统设讣、调试和应用电路设计、分析及调试检测。

交直流调速系统课程设计说明书转速、电流双闭环控制直流调速系统设计院部：电气与信息工程学院学生姓名：**指导教师：李建军老师专业：自动化班级：自本1001完成时间：2013年12月摘要转速、电流双闭环控制直流调速系统的性能很好，具有调速范围广、精度高、双闭环调速系统中设置了两个调节器，即转速调节器（ASR）和电流调节器（ACR），分别调节转速和电流。

本文对直流双闭环调速系统的设计进行了分析，对直流双闭环调速系统的原理进行了一些说明，介绍了其主电路、检测电路的设计，详细介绍了电流调节器和转速调节器的设计以及一些参数的选择和计算，使其满足工程设计参数标准。

关键词：直流双闭环调速系统电流调节器转速调节器ABSTRACTSpeed and current double closed-loop control dc speed control system performance is very good, has a wide speed range, high accuracy, good dynamic performance and the advantages of easy to control, so has been widely used in the electric drive system. Dc double closed loop speed regulation system set up two regulator, speed regulator (ASR) and current regulator (ACR), adjusting the rotational speed and current respectively. In this paper, the design of dc double closed loop speed regulation system is analyzed, the principle of dc double closed loop speed regulation system with some instructions, introduces the design of main circuit, detection circuit, the design of the current regulator and speed regulator is introduced and some parameters selection and calculation, to make it satisfy the standard of engineering design parameters.Keywords: current regulator dc double closed loop speed regulation system of speed regulator绪论采用转速负反馈和PI调节的单闭环调速系统可以实现转速的无静差，如果附带电流截止负反馈作限流保护可以限制电流的冲击，但并不能控制电流的动态波形。

课程设计任务书系部：电气工程与自动化系专业：电气自动化技术班级：Z110451-54 课程名称：运动控制系统设计题目1：转速、电流双闭环系统的MATLAB仿真设计内容与要求：1.利用直流调速双闭环控制系统的工作原理设计出一个转速电流双闭环直流晶闸管调速系统。

2.掌握直流双闭环系统的原理，了解直流电动机的基本参数，熟练掌握电流环的仿真与转速环的仿真设计题目2：转速、磁链闭环控制的矢量控制系统原理分析及MATLAB仿真设计内容与要求：1.矢量控制系统的原理及模型的建立，搭建带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制调速系统的simulink模型，并用MATLAB最终得到仿真结果2.掌握矢量控制系统的原理，了解带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制调速系统，熟练操作MATLAB仿真。

设计题目3：带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统设计内容与要求：1．介绍带电流截止负反馈闭环控制系统，计算仿真需要的参数2．介绍matlab软件，建立转速单闭环系统仿真模型进行仿真3．建立带点流截止负反馈环节进行仿真4．比较结果进行原理分析设计题目4：直流PWM-M可逆调速系统的设计与仿真设计内容与要求：1．设计直流PWM调速系统，设计转速调节器、设计电流调节器，建立MATLAB 仿真2．介绍PWM调速系统，分析系统工作原理，进行可逆系统工程仿真设计题目5：不可逆转速、电流双闭环直流调速系统的设计设计内容与要求：1．不可逆转速电流双闭环直流调速系统电路的设计,系统器件的选择和确定。

2．系统调节器参数的设计。

3．按课程设计的格式要求撰写课程设计说明书。

设计题目6：直流双闭环调速系统设计设计内容与要求：1．对PWM的双闭环直流调速系统进行研究并设计出应用于直流电动机的双闭环直流调速系统2．熟练掌握PWM控制系统的原理，熟练操作设计中变换器、调节器等设计题目7：转速开环恒压频比控制的交流异步电动机调速系统设计内容与要求：1．转速开环恒压频比控制的交流异步电动机调速系统的分析2．基频以下的调速分析3．基频以上的调速分析4．元器件的参数设置设计题目8：直流调速系统的设计设计内容与要求：1．直流调速系统主电路设计2．转速调节器ASR及电流调节器ACR的设计3．用simulink对电流环进行仿真4．用simulink对转速环进行仿真5．转速和电流稳态无差，电流超调量小于5%、转速超调量小于10%设计题目9：逻辑控制无环流直流可逆调速系统设计内容与要求：1．采用直流电动机作为被控对象2．采用逻辑控制无环流直流可逆调速系统消除晶闸管之间的环流，电机采用可逆接线线路3．对系统进行仿真，给出仿真结果设计题目10：可逆逻辑无环流直流调速系统设计内容与要求：1．设计和分析可逆逻辑无环流直流调速系统2．系统能进行平滑的速度调节，稳定工作3．系统中设有保护装置，且有制动措施、4．系统中的无环流逻辑装置能在电动机转矩极性需要反向时实现两组电流桥的切换设计题目11：转差频率控制的异步电机矢量控制系统的MATLAB仿真设计内容与要求：1．进行转差频率控制的异步电动机矢量控制系统原理分析建立仿真模型2．观测定子电流、转子电流、三相线电压、电磁转矩、转矩和转速设计题目12：双闭环直流调速系统设计与仿真设计内容与要求：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．建立仿真模型设计题目13：转速、电流反馈控制系统设计与仿真设计内容与要求：1．转速、电流反馈的动态数学模型和动态过程分析2．控制系统的动态性能指标分析3．调节器的工程设计4．MATLAB 仿真设计题目14：转速电流双闭环直流调速系统的设计设计内容与要求：1．介绍直流双闭环调速系统的性能及系统原理图。

引言目前，转速﹑电流双闭环控制直流调速系统是性能很好﹑应用最广泛的直流调速系统。

我们知道采用转速负反馈和PI调节器的单闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。

但是，如果对系统的动态性能要求较高，例如：要求快速起制动，突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足需要。

故需要引入转速﹑电流双闭环控制直流调速系统，本文着重阐明其控制规律﹑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。

首先介绍转速﹑电流双闭环调速系统的组成及其静特性，接着说明该系统的动态数学模型，并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。

在实际应用中，电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，一是要具有较高的机电能量转换效率；二是应能根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度。

电动机的调速性能如何对提高产品质量、提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。

因此，调速技术一直是研究的热点。

长期以来，直流电动机由于调速性能优越而掩盖了结构复杂等缺点广泛的应用于工程过程中。

直流电动机在额定转速以下运行时，保持励磁电流恒定，可用改变电枢电压的方法实现恒定转矩调速；在额定转速以上运行时，保持电枢电压恒定，可用改变励磁的方法实现恒功率调速。

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。

在现代化的工业生产中，几乎无处不使用电力拖动装置。

轧钢机、电铲、提升机、运输机等各类生产机械都要采用电动机来传动。

随着对生产工艺，产品质量的要求不断提高和产量的增长，越来越多的生产机械能实现自动调速。

从20世纪60年代以来，现代工业电力拖动系统达到了全新的发展阶段。

这种发展是以采用电力电子技术为基础的，在世界各国的工业部门中，直流电力拖动系统至今仍广泛的应用着。

直流拖动的突出优点在于：容易控制，能在很宽的范围内平滑而精确的调速，以及快速响应等。

在一定时期以内，直流拖动仍将具有强大的生命力。

浙江信息工程学校教案纸（1）施教日期2014 年12 月31 日星期三第19 周第1-2 教时步骤用时教师活动学生活动备注组织教学复习回顾新课导入新课讲授1分钟7分钟2分钟10分钟师生致礼、点名、检查学生学习准备情况、使学生集中注意力上课。

（组织教学贯彻于上课的始终）复习提出问题：1．直流电动机的调速方法有哪些？2．转速负反馈控制系统的工作原理。

（学生回答问题，教师补充说明）补充直流电动机调速控制第三节单闭环有静差直流调速系统一、转速负反馈晶闸管直流调速控制系统1.系统组成由图可见，该系统的控制对象是直流电动机M，被控量是电动机的转速n，晶闸管触发及整流电路为功率放大和执行环节，由运算放大器构成的比例调节器为电压放大和电压(综合)比较环节，电位器RP1为给定元件，测速发电机TG与电位器RP2为转速检测元件。

2.工作原理系统的自动调节过程：学生回答问题学生听课要求做好课堂笔记新课讲授25分钟电网波动负载波动速度负反馈的特点：1）该系统依据输入量之差来改变整流输出电压，以维持转速近似不变，故称该系统为有静差调速系统。

2）系统的开环放大倍数K越大，调节的静差精度就越高。

3）提高放大倍数K是减小转速降，扩大调速范围的有效措施。

受系统稳定性限制，不可能无限增大。

二、闭环速度控制系统的电流控制1.问题的提出：闭环速度控制是利用转速误差来限制电动机端电压，以达到稳定速度的目的。

因此只能限速不能限流，但在生产过程中电动机需要经常启动、制动。

另外，有些生产机械的电动机可能会遇到堵转情况（如挖土机等）。

这些情况都会造成过流。

由于闭环系统的机械特性很硬，若没有限流环节的保护，电枢电流将远远超过允许值。

为此，对电动机的冲击电流必须加以限制。

2.引入电流负反馈限制冲击电流学生听课要求做好课堂笔记新课讲授课堂小结25分钟6分钟弊端：由于负反馈的作用在限制大的启动电流的同时，引起大的转速降，机械特性变软，不能满足一般调速系统的要求。

单闭环直流调速系统的仿真研究【基于MATLAB软件的仿真】《论文》1引言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来实现速度的调节。

电气调速有许多优点，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，在生产机械中广泛采用电气方法调速。

1.1直流调速系统的概述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，但是长期以来，直流调速系统一直占据垄断地位。

就目前来看，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式。

在我国许多工业部门，如海洋钻探、纺织、轧钢、矿山、采掘、金属加工、造纸以及高层建筑等需要高性能可控电力拖动的场合，仍然广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。

随着GTO晶闸管、GTR、P-MOSFET、IGBT和MCT等全控型功率器件的问世，这些有自断能力的器件逐步取代了原来普通晶闸管系统所必须的换向电路，简化了电路的结构，提高了效率和工作频率，降低了噪声，缩小了电力电子装置的体积和重量。

谐波成分大、功率因素差的相控变流器逐步被斩波器或脉冲宽度调制器所代替，明显的扩大了电动机控制的调速范围，提高了调速精度，改善了快速性、效率和功率因素。

PWM电源终将取代晶闸管相控式可控功率电源，成为电源的主流。

随着信息、控制与系统学科以及电力电子的发展，电力拖动系统获得了迅猛发展，从旋转交流机组到水银整流器静止交流装置、晶闸管整流装置，再到众多集成电力模块。

目前完全数字化的控制装置已成功应用于生产，以微机作为控制系统的核心部件，并具有控制、检测、监视、故障诊断及故障处理等多功能电气传动系统正处在形成和不断完善之中。

1.2本章小结本章介绍了直流调速系统的研究前景及其优点。