转速电流双闭环直流调速系统实训设计说明

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*nU 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）。

实验二 转速、电流双闭环直流调速系统一．实验系统原理图：直流电机主回路二．实验内容及步骤： 1． 脉冲触发单元零位整定：（同实验一）。

2．电流环调试：1） 电流调节器ACR 的限幅整定：（不加强电）g u cu PI调电流调节器ACR 的RP1，使触发角︒︒=30~15α2）电流反馈系数β整定及反馈极性判定：开环，g c u u +→ 不加励磁，Rm 最大，负载开路。

合上强电后，增加g u ，使1.1Id A =，调整FBC 的RP1，使电流反馈*5i im U U V ==。

此时，UiIdβ=。

判定0Ui >。

3）电流闭环运行（接入Rm ）：g u -cu PIiu +不加励磁，合上强电。

增大g u -，使 1.0Id A =，调Rm ，Id 应不变。

3． 转速环调试：1） 转速调节器ASR 的输出限幅整定：（不加强电）g u*i u PI-ASR 接成PI 调节器，不通强电。

正给定u g +接ASR 的输入端, 用万用表测量ASR 的输出：调ASR 的电位器RP2（对应负输出），使*5i u V =-。

2） 转速反馈系数α整定及极性判定：u g + -> u c ，开环运行，加强电，加励磁，Rm 最大。

调正给定u g ，开环运行至min /1500r n =。

调转速反馈单元FBS 中的电位器RP,使转速反馈电压5n u V =-(用万用表测量)。

由于ASR 、ACR 是反相器，故双闭环时转速反馈电压端极性应取负。

4. 系统双闭环调试：按原理图双闭环接线，检查无误后，合强电，测机械静特性。

（方法步骤同实验一）。

5. 突加给定，观察转速和电流的波形：在4.基础上，空载1400/min n r =，将给定打至零，再突加给定，用慢扫描示波器观察转速和电流的波形。

目录1设计方案分析 (2)2 直流双闭环调速系统电路设计 (3)2.1 晶闸管—电动机（V-M系统）主电路的设计 (3)2.2稳态结构图与参数 (3)2.3动态结构图 (4)2.4 转速、电流调节器的设计 (5)2.4.1 电流调节器的设计 (5)2.4.2 转速调节器的设计 (7)3 MTALAB仿真 (9)3.1仿真模型设计 (9)3.2仿真结果分析 (9)3.2.1稳定运行时的仿真结果 (9)3.2.2稳定运行时负载变化和磁场减半的仿真 (11)4 小结体会 (13)参考文献 (14)附录（一）双闭环直流调速系统仿真模型 (15)双闭环调速系统设计及变负载扰动磁场突然减半MATLAB仿真1设计方案分析转速、直流反馈控制的直流调速系统是静、动态性能最优良，应用最广的直流调速系统。

直流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, 即分别引入转速负反馈和电流负反馈。

其中转速调节器是调速系统的主导调节器，它的作用主要有一下三点。

（1）它使转速n很快地跟随给定电压变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差。

（2）对负载变化起抗扰动作用。

（3）其输出限幅值决定电动机允许的最大电流。

电流调节器作为内环的调节器，在转速外环的调节过程中，它的作用主要有以下四点。

（1）电流紧紧跟随其给定电压变化。

（2）对电网电压的波动起及时抗扰的作用。

（3）在转速动态过程中，保证获得点动机允许的最大电流，从而加快动态过程。

（4）当电动机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。

下图转速、电流反馈控制直流调速调速系统的原理图。

图1 转速电流反馈控制直流调速系统原理图为使转速和电流两种负反馈分别起作用，引入的转速负反馈和电流负反馈的调节环节之间实行嵌套连接，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，在用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE 。

转速、电流双闭环调速系统的工程设计直流电动机在启动阶段，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，直流电动机以最大电流恒流加速启动。

电动机的最大电流(堵转电流)可以通过调整速度调节器输出限制的幅值来改变。

在电动机转速上升到给定转速后, 速度调节器输入端的偏差信号减小到近于零，速度调节器和电流调节器退出饱和状态，闭环调节开始起作用。

对于负载引起的转速波动，速度调节器输入端产生的偏差信号将随时通过速度调节器、电流调节器来修正触发器的移相电压，使整流桥输出的直流电压相应变化，从而校正和补偿电动机的转速偏差。

另外电流调节器的小时间常数, 还能够对因电网波动引起的电动机电枢电流的变化进行快速调节，可以在电动机转速还未来得及发生改变时，迅速调整电流恢复到原来值，从而使直流电动机更好地在稳定转速下运行。

转速调节器是调速系统的主导调节器，它使直流电动机转速很快地跟随给定电压变化，而在电机稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差。

转速调节器对负载变化起抗扰作用，其输出限幅值决定电机允许的最大电流值。

电流调节器作为内环的调节器，在外环转速的调节过程中，使电流紧紧跟随其给定电压变化，及时抗扰。

在直流电动机转子转速动态过程中，电流调节器可以保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。

当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。

设计内容设计要求双闭环总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。

对已知系统的固有特性做恰当的变换和近似处理，以简化调节器结构。

根据具体情况选定预期特性，即典型Ⅰ系统或典型Ⅱ系统，并按照零极点相消的原则，确定串联调节器的类型。

实验一 实验二 实验三 实验四 实验五实验五实验五 双闭环直流调速系统实验双闭环直流调速系统实验一．实验目的一．实验目的⒈ 熟悉双闭环直流调速系统的组成、工作原理、调试方法。

⒉ 了解双闭环直流调速系统的静态和动态特性。

二．实验设备二．实验设备⒈ MCL –⒈ MCL – 31 31 31 低压控制电路及仪表。

低压控制电路及仪表。

低压控制电路及仪表。

⒉ MCL –⒉ MCL – 32 32 32 电源控制屏。

电源控制屏。

电源控制屏。

⒊ MCL –⒊ MCL – 33 33 33 触发电路及晶闸管主回路。

触发电路及晶闸管主回路。

触发电路及晶闸管主回路。

⒋ MEL –⒋ MEL – 0303 03 三相可调电阻器。

三相可调电阻器。

三相可调电阻器。

⒌ MEL –⒌ MEL – 11 11 11 电容箱。

电容箱。

电容箱。

⒍ 直流电动机–发电机–测速机组。

⒍ 直流电动机–发电机–测速机组。

⒎ 万用表。

⒎ 万用表。

⒏ 双踪示波器。

⒏ 双踪示波器。

三．三． 实验原理实验原理在双闭环直流调速系统中设置了两个调节器，转速调节器的输出当作电流调节器的输入，电流调节器的输出控制晶闸管整流器的 触发装置。

触发装置。

电流调节器在里面称作内环，转速调节器在外面称作外环，这样就形成转速、电流双闭环调速系统。

双闭环直流调速系统原理图如下图所示。

速系统原理图如下图所示。

为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器都采用采用 PI PI PI 调节器。

转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速跟随其给定电压变调节器。

转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速跟随其给定电压变化，稳态时实现转速无静差，对负载变化起抗扰作用，其输出限幅值决定电机允许的最大电流。

最大电流。

电流调节器电流调节器 使 电流紧紧跟随其电流紧紧跟随其 给定电压变化，对电网电压的波动起及时抗扰作用，在 转速动态过程中能够获得电动机允许的最大电流，从而加快动态过程， 当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。

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。

一、调速系统总体设计双闭环直流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, 即分别引入转速负反馈和电流负反馈。

两者之间实行嵌套连接，且都带有输出限幅电路。

转速调节器ASR 的输出限幅电压*im U 决定了电流给定电压的最大值；电流调节器ACR 的输出限幅电压cm U 限制了电力电子变换器的最大输出电压dm U 。

由于调速系统的主要被控量是转速, 故把转速负反馈组成的环作为外环, 以保证电动机的转速准确跟随给定电压, 把由电流负反馈组成的环作为内环, 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 ，这就形成了转速、电流双闭环调速系统。

图1-1 双闭环调速系统框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。

这样构成的双闭环直流调速系统。

二、电流、转速调节器的设计转速、电流双闭环调速系统的动态结构图如图2-1所示：图2-1 双闭环直流调速系统动态结构图由于电流检测信号中常含有交流分量，为了不使它影响到调节器的输入，需T 加低通滤波。

这样的滤波传递函数可用一阶惯性环节来表示，其滤波时间常数oi 按需要选定，以滤平电流检测信号为准。

然而，在抑制交流分量的同时，滤波环节也延迟了反馈信号的作用，为了平衡这个延迟作用，在给定信号通道上加入一个等时间常数的惯性环节，称作给定滤波环节。

由测速发电机得到的转速反馈电T表示，根据和电流环一压含有换向纹波，因此也需要滤波，滤波时间常数用onT的给定滤波环节。

样的道理，在转速给定通道上也加入时间常数为on系统设计的一般原则是：先内环后外环。

在这里，首先设计电流调节器，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。

2.1电流调节器的设计1.电流环结构框图的化简在按动态性能设计电流环时，可以暂不考虑反电动势变化的动态影响，即 E≈0。

这时，电流环如图2-2所示。

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。

实验一直流电动机转速电流双闭环调速一、实验目的1．认识及学会直流电动机转速电流双闭环V-M调速系统的初步使用及调节器参数的整定方法；2．测试直流电动机的开环机械特性、闭环系统的静特性及动态性能。

二、参考实验内容1.转速转矩测量仪、直流斩波稳压电源、可控整流电源、光电编码器、数字闭环调节器等设备的认识及基本使用方法。

2.直流电动机V-M调速系统的起动、升速、加载、卸载、降速、停车实验。

3.直流电动机V-M调速系统开环机械特性曲线的测试。

4.转速、电流双闭环直流电动机V-M调速系统静特性的测试。

5.观察并记录转速、电流双闭环直流电动机V-M调速系统动态性能。

三、实验线路图UVWN四、转速转矩测量仪操作说明●合上电源开关，仪器进入自校程序；●按合RUN键，仪器即显示转矩（Nm）、转速（r/min）、功率（kW）;●转速转矩测量仪已经调好，请勿再按动其它键，否则要重新整定参数。

五、直流斩波稳压电源简要操作说明斩波电源有两路输出电压可调的直流输出：①0～250VDC，2A，用于供给直流电动机的励磁；②0～100VDC，4A，用于供给同步电机的励磁。

设备上电前先把两个电位器旋到输出最小位置（逆时针方向旋转），上电后再根据需要调节电位器。

仪器上可分别读到输出的电压、电流值。

六、数字闭环调节器使用说明“数字闭环调节器”是由80C196单片机构成的数字调节器。

当控制面板的切换开关拨在“转速”控制时，调节器构成一速度环：检测“光电编码器”送来的速度信号（测速脉冲），与速度给定值比较后，经速度调节器调节运算后以电流指令输出。

“转矩”控制则是转矩比较及转矩PI调节控制，此次实验不用。

按“运行”按钮，“运行”指示灯亮，PI调节器的输出将使可控整流装置工作。

按“停止”按钮，则停。

超速时，超速保护动作，停；按“复位”恢复。

为便于用示波器观察及记录，面板具有经D/A转换输出的3路模拟信号：①给定信号，200r/min/V；②实际转速，200r/min/V；③PI调节器的输出，2A/V。

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。

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。

摘要此设计利用晶闸管、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。

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的变化而变化，电流内环跟随转速外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流。

并通过Simulink进行系统的数学建模和系统仿真，分析双闭环直流调速系统的特性。

关键词：双闭环，晶闸管，转速调节器，电流调节器，Simulink目录1设计意义 (3)2主电路设计 (4)2.1设计任务 (4)2.2电路设计及分析 (4)2.2.1电流调节器 (5)2.2.2转速调节器 (6)2.3电路设计及分析 (7)2.4电流调节器设计 (7)2.4.1电流环简化 (8)2.4.2电流调节器设计 (8)2.4.3电流调节器参数计算 (9)2.4.4电流调节器的实现 (10)2.5转速调节器设计 (11)2.5.1电流环等效传递函数 (11)2.5.2转速调节器结构选择 (12)2.5.3转速调节器参数计算 (13)2.5.4转速调节器的实现 (14)3系统参数计算和电气图 (15)3.1电流调节器参数计算 (15)3.2转速调节器参数计算 (15)3.3电气原理图 (16)4系统仿真 (18)5小结体会 (20)参考文献 (21)1设计意义双闭环（电流环、转速环）调速系统是一种当前应用广泛，经济，适用的电力传动系统。

它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。

我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。

采用转速负反馈和PI调节器的单闭环的调速系统可以再保证系统稳定的条件下实现转速无静差。

*
i U 1
1
+s T oi ACR
1
+s T K s s 1
1+s T R l s
T R m 1
+s T oi b
)
(s I dL
)
(s E )
(s U c )
(s U d
d )
(s I d
E
秒。

（4）仿真时间设为0.05秒。

）仿真结果见下图。

（5）仿真结果见下图。

由上图可知：
由上图可知：
（a）此时转速调节器饱和，电流输出达到最大值，约为195A，（额定值为136A），此时相当于转速的加速度最大，速度上升最快。

当于转速的加速度最大，速度上升最快。

，满足要求。

（b）电流超调量约为5%，满足要求。

3、双闭环的仿真分析
（1）转速电流双闭环系统数学模型如下
双闭环调速系统的动态结构框图
（2）仿真模型的建立（3）参数设置：
由上图可知：
由上图可知：
（a）起动时，电流迅速达到最大值，约为200A，此时电机的转速以最大加速度快速上升。

（b）大约在0.35秒处，转速达到给定值，电流下降，经过一定震荡后，转速达到额定值1460r/min，此时因为空载运行，电流降低为0。

（c）1秒时，突加负载，转速和电流发生波动，达到稳态后，转速有基本回到原来状态（基，电流与实际负载电流相等。

本无静差），电流与实际负载电流相等。

三、实验心得。

转速、电流双闭环直流调速系统实训一、实训目的(1) 了解闭环不可逆直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理。

(2) 掌握转速、电流双闭环不可逆直流调速系统的调试步骤、方法及参数的整定。

(3) 提高对系统分析及故障分析处理的能力。

二、实训所需挂箱及附件序号型号备注1 MEC01 电源控制屏该控制屏包含“三相电源输出”等模块2 PAC10 晶闸管及电抗器组件3 PAC13 三相TCA785触发电路组件该挂箱包含“触发电路”、“正、反桥功放”等模块4 PAC31调速控制组件I 该挂件包含“调节器Ⅰ、Ⅱ”、“电压隔离器”、“电流反馈与过流保护”等几个模块5 PAC09A 交直流电源、变压器及二极管组件该挂箱包含“±15V”、“±12V”、“ 0～±15V”直流电源等几个模块6 MEC42 可调电阻器7 DD03-11电机导轨﹑光码盘测速系统8 DJ23校正直流测功机9 DJ15 直流并励电动机10 慢扫描示波器自备11 万用表自备三、实训线路及原理许多生产机械，由于加工和运行的要求，使电动机经常处于起动、制动、反转的过渡过程中，因此起动和制动过程的时间在很大程度上决定了生产机械的生产效率。

为缩短这一部分时间，仅采用PI调节器的转速负反馈单闭环调速系统，其性能还不很令人满意。

转速、电流双闭环直流调速系统是由转速和电流两个调节器进行综合调节，可获得良好的静、动态性能（两个调节器均采用PI调节器），由于调整系统的主要参量为转速，故将转速环作为主环放在外面，电流环作为副环放在里面，这样可以抑制电网电压扰动对转速的影响。

实训系统的原理框图组成如图6-2所示。

启动时，加入给定电压U g，“调节器Ⅰ”和“调节器Ⅱ”即以饱和限幅值输出，使电动机以限定的最大启动电流加速启动，直到电机转速达到给定转速(即U g =U fn)，并在出现超调后，“调节器Ⅰ”和“调节器Ⅱ”退出饱和，最后稳定在略低于给定转速值下运行。

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。

1.3.1整流元器件参数计算与选型.................................................. 错误!未定义书签。