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实验一转速单闭环不可逆直流调速系统实验一实验目的1、了解转速单闭环直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理2、掌握晶闸管直流调速系统的一般调试过程3、认识闭环反馈系统的基本特性二、实验所需挂件及附件三、实验线路及原理为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环控制系统(包括单闭环系统和多闭环系统)。
对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速指标较高的则采用多闭环系统。
按反馈的方式不同可分为转速反馈，电流反馈，电压反馈等。
在单闭环系统中，转速单闭环使用较多。
在本装置中，转速单闭环实验是将反映转速变化的电压信号作为反馈信号，经“转速变换”后接到“速度调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较经放大后，得到移相控制电压U ct，用作控制整流桥的“触发电路”，触发脉冲经功放后加到晶闸管的门极和阴极之间，以改变“三相全控整流”的输出电压，这就构成了速度负反馈闭环系统。
电机的转速随给定电压变化，电机最高转速由速度调节器的输出限幅所决定，速度调节器采用P（比例）调节对阶跃输入有稳态误差，要想消除上述误差，则需将调节器换成PI(比例积分)调节。
这时当“给定”恒定时，闭环系统对速度变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的转速能稳定在一定的范围内变化。
图1-1 转速单闭环系统原理图四、实验内容(1)DJK04上的基本单元的调试。
（可以不调，出厂前厂家已基本调好，参考补充内容）(2)U ct不变时直流电动机开环特性的测定。
(4)转速单闭环直流调速系统。
五、预习要求(1)复习有关晶闸管直流调速系统、闭环反馈控制系统的内容。
(2)掌握调节器的基本工作原理。
(3)根据实验原理图，能画出实验系统的详细接线图，并理解各控制单元在调速系统中的作用。
(4)实验时，如何能使电动机的负载从空载(接近空载)连续地调至额定负载?六、实验步骤(1)U ct不变时的直流电机开环外特性的测定①按图1-1的接线图接线，DJK02-1上的移相控制电压U ct由DJK04上的“给定”输出U g直接接入（不接调节器1），直流发电机接负载电阻R，L d用DJK02上200mH，将给定的输出调到零。
单闭环直流调速系统PID控制器参数设计仿真一、引言PID控制器是一种经典的控制方法，广泛应用于各种调节系统中。
在单闭环直流调速系统中，PID控制器可以根据给定的转速和实际测量的转速之间的误差，通过计算控制输出来实现对转速的控制。
本文将通过仿真的方式，进行PID控制器参数设计。
二、系统建模G(s)=k/(T*s+1)其中k为增益，T为时间常数。
三、PID控制器参数设计在设计PID控制器参数之前，需要首先选择合适的性能指标，常用的性能指标有超调量、调整时间和稳态误差。
本文选择超调量和调整时间作为性能指标，通过这两个指标可以综合评估系统的动态响应。
1.超调量的计算超调量是指实际过程响应曲线峰值与稳态值之间的差值的百分比。
超调量可以通过以下公式来计算：PO=(M-1)*100%其中PO为超调量，M为峰值与稳态值之间的差值与稳态值的比值。
2.调整时间的计算调整时间是指实际过程从初始值达到稳态值所需的时间。
调整时间可以通过以下方法来计算：标定点到极值点的时间为t1，稳定范围（0.9M,1.1M）的时间为t2，调整时间可定义为t1+t23.参数选择根据超调量和调整时间的要求，可以选择合适的PID控制器参数。
一般情况下，P参数用于控制系统的超调量，I参数用于控制系统的调整时间，D参数用于控制系统的稳定性。
四、仿真结果分析通过Matlab/Simulink进行仿真，得到了PID控制器的参数设计结果。
根据系统传递函数G(s) = k / (T * s + 1)，设置k = 1，T = 11.超调量为5%，调整时间为2s的情况下，选取合适的PID控制器参数为：P=1.2I=1.4D=0.12.超调量为10%，调整时间为1.5s的情况下，选取合适的PID控制器参数为：P=1.2I=1.6D=0.153.超调量为15%，调整时间为2.5s的情况下P=1.4I=1.8D=0.2根据上述参数进行仿真，通过绘制转速曲线，可以观察到系统的动态响应。
单片机控制的单闭环直流调速系统方案一、引言二、系统框图单闭环直流调速系统的框图如下所示：```+---------++---------+Reference Signal -------> ，， --------->PI Controller ，， DSensor Signal ------> ，， <-------- ， Motor ，Motor，+---------++---------+```三、系统原理单闭环直流调速系统的原理是通过测量电机转速并与期望转速进行比较，通过控制电机的电压来实现转速的调节。
具体步骤如下：1.设置期望转速作为参考信号，并通过PI控制器处理。
2.从电机中获取实际转速信号，并进行采样与处理。
3.将期望转速信号和实际转速信号比较，并通过PI控制器生成控制电压信号。
4.控制电压信号经过放大器和功率电路后，输出给电机，从而改变电机的转速。
5.通过调节PI控制器的参数，使得实际转速逐渐接近期望转速，以实现闭环控制。
四、硬件设计硬件设计主要包括传感器、单片机、PI控制器、功率电路和电机模块。
1.传感器：通常使用霍尔传感器或光电传感器测量电机的转速，并将转速信号传输给单片机进行处理。
2.单片机：负责处理采集到的转速信号，并通过PI控制器生成相应的控制电压信号，控制电机的转速。
3.PI控制器：根据参考信号和实际信号的差异来调节电机的转速。
通常使用PID控制器或PI控制器进行电机转速控制。
4.功率电路：负责将单片机输出的控制电压信号放大，并对电机施加相应的驱动电压，从而改变电机的转速。
5.电机模块：包括直流电机本体和电机驱动器，用于转换电能为机械能，并通过传动装置实现负载的转动。
五、软件设计软件设计主要包括单片机程序的编写、PID控制算法的实现以及参数的调节。
1.单片机程序：通过编写单片机程序，实现对转速信号的采集、处理和输出控制信号等功能。
应根据具体的单片机型号选择相应的开发平台和编程语言。
单闭环直流调速系统实验报告单闭环直流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一种电机调速方式。
本实验旨在通过搭建单闭环直流调速系统，探究其调速性能以及对电机转速的控制效果。
二、实验原理单闭环直流调速系统由电机、编码器、电流传感器、控制器和功率电路等组成。
电机通过功率电路接受控制器的指令，实现转速调节。
编码器用于测量电机转速，电流传感器用于测量电机电流。
三、实验步骤1. 搭建实验电路：将电机、编码器、电流传感器、控制器和功率电路按照实验原理连接起来。
2. 调试电机：通过控制器设置电机的运行参数，如额定转速、最大转矩等。
3. 运行实验：根据实验要求，设置不同的转速指令，观察电机的响应情况。
4. 记录实验数据：记录电机的转速、电流等数据，并绘制相应的曲线图。
5. 分析实验结果：根据实验数据，分析电机的调速性能和控制效果。
四、实验结果分析1. 转速响应特性：通过设置不同的转速指令，观察电机的转速响应情况。
实验结果显示，电机的转速随着指令的变化而变化，且响应速度较快。
2. 稳态误差分析：通过观察实验数据，计算电机在不同转速下的稳态误差。
实验结果显示，电机的稳态误差较小，说明了系统的控制效果较好。
3. 转速控制精度：通过观察实验数据，计算电机在不同转速下的控制精度。
实验结果显示，电机的转速控制精度较高，且随着转速的增加而提高。
五、实验总结本实验通过搭建单闭环直流调速系统，探究了其调速性能和对电机转速的控制效果。
实验结果表明，该系统具有较好的转速响应特性、稳态误差较小和较高的转速控制精度。
然而，实验中也发现了一些问题，如系统的抗干扰能力较弱等。
因此，在实际应用中，还需要进一步优化和改进。
六、展望基于本实验的结果和问题，未来可以进一步研究和改进单闭环直流调速系统。
例如，可以提高系统的抗干扰能力，提升转速控制的稳定性和精度。
同时，还可以探索其他调速方式，如双闭环调速系统等，以满足不同的工业应用需求。
专业课程实践训练报告本次实践训练的要求是“带电流截止负反馈的转速闭环直流调速系统的设计与仿真”。
(一)设计参数1)电动机：额定数据为10kv，220v,52A，1460r/min，电枢电阻RS=0.5Ω,飞轮力矩GD2=10N.m2。
2)晶闸管装置：三相桥式可控整流电路，整流变压器Y/Y联结，二次线电压E2t=230v,触发整流环节的放大系数Ks=40。
3)V-M系统主电路总电阻R=1Ω。
4)测速发电机：永磁式，ZYS231/110型；额定数据为23.1w，110v，0.18A，1800r/min。
5)系统静动态指标：稳态无静差，调速指标D=10，s≤56)电流截止负反馈环节：要求加入合适的电流截止负反馈环节，使电动机的最大电流限制（1.5-2）I N。
(二)设计要求1)闭环系统稳定。
2)在给定和扰动信号作用下，系统稳态无静差。
(三)设计任务1) 根据题目要求，分析论证确定系统的组成，画出系统组成的原理框图；2) 对转速单闭环直流调速系统进行稳态分析及参数设计计算；3) 绘制原系统的动态结构图;4) 动态稳定性判断，校正，选择转速调节器并进行设计；5) 绘制校正后系统的动态结构图；6) 应用MATLAB软件对转速单闭环直流调速系统进行仿真，验证所设计的调节器是否符合设计要求；7) 加入电流截止负反馈环节；8) 应用MATLAB软件对带电流截至负反馈的转速单闭环直流调速系统进行仿真，完善系统。
(四) 原理1) 闭环调速系统组成原理与电动机同轴安装一个测速发电机，从而产生与转速成正比的负反馈电压U n，与给定电压U n*相比较后，得到转速偏差电压，经过放大器A,产生电力电子变换器UPE所需的控制电压U c，用以控制电动机的转速。
PI 调节器作用是使系统无静差电流截止负反馈的作用是在电动机发生超载或堵转的时候电流截止负反馈和给定信号相比较抵消。
使电动机处于停止运行状态，以保护电机。
(五)闭环直流调速系统稳态参数的计算 1）额定负载时的稳态速降应为: 7.68r/minmin /68.7min /)05.01(1005.01460)1(r r s D s n n N cl =-⨯⨯≤-=∆ 2）闭环系统应有的开环放大系数：计算电动机的电动势系数：0.1329V.min/rr V r V n R I U C N a N N e min/1329.0min/14605.052220⋅=⋅⨯-=-=闭环系统额定速降为：391.27r/minmin /27.391min /1329.0152r r C R I n e N op =⨯==∆ 闭环系统的开环放大系数为：49.99.49168.727.3911=-≥-∆∆=clop n n K 3）计算转速负反馈环节的反馈系数和参数测速发电机的电动势：0.0611V.min/rr V min/0611.01800r/min110VC etg ⋅==转速反馈电压：16.05 V （α=α2C etg α2取0.18）转速反馈系数为：0.010998 V.min/r4) 计算运算放大器的放大系数和参数 运算放大器放大系数K p 为: 12.27运算放大器型号：R 0=40K Ω，R 1=490.8 K Ω 5)判断系统的稳定性计算：电枢回路的总电感为17.70mHmin2693.0d I U L = V V U U l 8.1323230322===系统中各环节的时间常数： 电磁时间常数T l:0.018S机电时间常数T m :0.158Ss C C R GD T me m 158.01329.0301329.03751103752=⨯⨯⨯⨯==π晶闸管装置的滞后时间常数T s :0.00167S63.10300167.0017698.000167.0)00167.0017698.0(158.0)(22=⨯+⨯⨯=++s l s s l m T T T T T T K计算出开环放大系数应满足的稳定条件为K ≤103.48，又因为 K=40.6，所以系统稳定。
大学本科毕业设计单闭环直流调速系统的设计与仿真学生姓名院系名称专业名称电气工程及其自动化班级级学号指导教师完成时间年月日单闭环直流调速系统的设计与仿真内容摘要：在对调速性能有较高要求的领域，如果直流电动机开环系统稳态性能不满足要求，可利用速度负反馈提高稳态精度，而采用比例调节器的负反馈调速系统仍是有静差的，为了消除系统的静差，可利用积分调节器代替比例调节器。
通过对单闭环调速系统的组成部分可控电源、由运算放大器组成的调节器、晶闸管触发整流装置、电机模型和测速电机等模块的理论分析，比较原始系统和校正后系统的差别，得出直流电机调速系统的最优模型。
然后用此理论去设计一个实际的调速系统，并用MATLAB仿真进行正确性的验证。
关键词：稳态性能稳定性开环闭环负反馈静差The design and simulation ofSingle loop dc speed control systemAbstract :In the higher demand for performance of speed, if the open loop dc system's steady performance does not meet the requirements, can use speed inverse feedback to improve steadystate precision, but although the speed inverse feedback system adopts proportion regulator,it still have off, in order to eliminate static, can use integral regulator to replace proportion regulator.Based on the theoretical analysis of the single closed loop system which is made up of controllable power, the regulator which is made up of operational amplifier, a rectifier triggered by thyristor , motor model and tachogenerators module, compare the difference of the open loop system and the closed loop system,the original system and the this paper compares the theory of open loop system and the closed-loop system, the difference of primitive system and calibrated system, conclude the optimal model of the dc motor speed control system. Then use this theory to design a practical control system, and verify the validity with MATLAB simulation.Key words: steady-statebehaviour stability open loop Close-loop feedback offset目录1绪论 (1)1.1直流调速系统概述 (1)1.2 MATLAB简介 (1)2 单闭环控制的直流调速系统简介 (2)2.1 V—M系统简介 (2)2.2转速控制闭环调速系统的调速指标 (2)2.3闭环调速系统的组成及静特性 (3)2.4反馈控制规律 (4)2.5主要部件 (5)2.5.1 比例放大器 (5)2.5.2 比例积分放大器 (5)2.5.3额定励磁下直流电动机 (7)2.6稳定条件 (8)2.7稳态抗扰误差分析 (8)3 单闭环直流调速系统的设计及仿真 (10)3.1参数设计及计算 (10)3.1.1参数给出 (10)3.1.2 参数计算 (10)3.2有静差调速系统 (11)3.2.1有静差调速系统的仿真模型 (11)3.2.2主要元件的参数设置 (12)3.2.3仿真结果及分析 (12)3.2.4 动态稳定的判断，校正和仿真 (13)3.3无静差调速系统 (15)3.3.1 PI串联校正的设计 (15)3.3.2无静差调速系统的仿真模型 (17)3.3.3主要元件的参数设置 (18)3.3.4仿真结果及分析 (18)3.4有静差调速系统和无静差调速系统的动态分析设计 (19)3.4.1有静差调速系统的仿真模型 (19)3.4.2参数设置 (19)3.4.3仿真结果及分析 (19)参考文献 (23)致谢 (24)1绪论1.1直流调速系统概述从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动自动控制系统有调速系统、位置随动系统、张力控制系统等多种类型，而各种系统往往都是通过控制转速来实现的，因此调速系统是最基本的拖动控制系统。
《单闭环直流调速系统课程设计》摘要：本课程设计旨在深入研究单闭环直流调速系统的原理、设计方法和实现技术。
通过对系统的理论分析和实际设计，掌握直流调速系统的基本特性和性能指标的优化方法。
课程设计包括系统的方案选择、参数计算、硬件电路设计、软件编程以及系统调试与性能测试等环节。
通过本次课程设计，培养学生的工程实践能力、创新思维和解决实际问题的能力，为今后从事相关领域的工作打下坚实的基础。
一、概述直流调速系统在工业生产、交通运输、电力电子等领域具有广泛的应用。
它能够实现对直流电动机转速的精确控制，满足不同工况下对转速稳定性和调速精度的要求。
单闭环直流调速系统是一种常见的调速系统结构，具有简单可靠、性能稳定等优点。
本课程设计将围绕单闭环直流调速系统展开，深入探讨其设计与实现的相关技术。
二、单闭环直流调速系统的工作原理单闭环直流调速系统主要由直流电动机、转速反馈环节、放大器、触发器和晶闸管整流装置等组成。
其工作原理如下：转速反馈环节将直流电动机的实际转速转换为电信号反馈到放大器输入端，与给定转速信号进行比较，得到偏差信号。
放大器对偏差信号进行放大处理后，输出触发脉冲信号控制晶闸管整流装置的导通和关断，从而改变直流电动机的电枢电压，实现对电动机转速的调节。
通过转速反馈环节的作用，系统能够使电动机的实际转速跟随给定转速变化，保持系统的稳定性和良好的调速性能。
三、系统方案的选择在进行单闭环直流调速系统课程设计时，首先需要进行系统方案的选择。
根据设计要求和实际应用场景，可以选择不同的调速方案。
常见的方案有转速负反馈单闭环调速系统、电流负反馈单闭环调速系统等。
转速负反馈单闭环调速系统具有结构简单、稳定性好、调速范围广等优点，适用于大多数调速控制场合；电流负反馈单闭环调速系统则能够提高系统的动态性能，适用于对动态响应要求较高的系统。
在本课程设计中，选择转速负反馈单闭环调速系统作为设计方案。
四、系统参数的计算系统参数的计算是单闭环直流调速系统设计的重要环节。
带电流截⽌负反馈环节的单闭环直流调速系统设计带电流截⽌负反馈环节的单闭环直流调速系统设计1设计⽬的（1）了解带电流截⽌负反馈的转速单闭环直流调速系统的⼯作原理，熟悉组成环节及每个环节的作⽤。
（2）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。
（3）应⽤计算机仿真技术，通过在MATLAB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。
2设计参数采⽤晶闸管三相桥式全控整流电路供电，基本数据如下：直流电动机UN=220V， IN=65A，nN =1000r/min，电枢电阻Ra=0.15Ω，电枢电感La=0.0002H，励磁电压Uf=220V，励磁电流If=1.5A，电枢绕组和励磁绕组互感Laf=0.82H，供电电源电压U2=130V；晶闸管装置Ts=0.00167s，放⼤系数Ks=40；电枢回路总电阻R=0.5Ω；电枢回路总电感L=15mH；电动机轴上的总飞轮惯量GD2=12.5N·m2；转速调节器最⼤给定值*nmU=10V；3 设计任务(1)分析电流截⽌负反馈环节的⼯作原理，画出系统稳态结构图；(2)在MATLAB中建⽴带电流截⽌负反馈环节的单闭环直流调速系统；(3调节控制器参数，确定最佳调节参数。
将Simulink仿真模型，以及启动过程中的电流、转速波形图附在设计说明书中。
⽐较带电流截⽌负反馈环节和不带电流截⽌负反馈环节启动过程的差异。
4设计要求1.稳态指标：转速⽆静差；2.动态指标：启动电流的最⼤值150 A。
空载启动到额定转速的转速超调量σn≤15%。
4 设计基本内容4.1问题的提出在转速反馈控制直流调速系统中存在⼀个问题，在启动、制动过程和堵转状态时，电枢电流会过⼤。
为了解决反馈闭环调速系统的起动和堵转时电流过⼤的问题，系统中必须有⾃动限制电枢电流的环节。
引⼊电流负反馈，可以使它不超过允许值。
单闭环直流调速系统设计一、系统组成与数学建模二、设计方法用试凑法凑试法——设计时往往须用多种手段，反复试凑三、PI调节器设计相应的对数频率特性绘于图1-41中。
图1-41实际设计时，一般先根据系统要求的动态性能或稳定裕度，确定校正后的预期对数频率特性，与原始系统特性相减，即得校正环节特性。
具体的设计方法是很灵活的，有时须反复试凑，才能得到满意的结果。
对于本例题的闭环调速系统，可以采用比较简便方法，由于原始系统不稳定，表现为放大系数K 过大，截止频率过高，应该设法把它们压下来为了方便起见，可令，Kpiτ = T1使校正装置的比例微分项（Kpiτ s + 1）与原始系统中时间常数最大的惯性环节111+sT对消。
其次，为了使校正后的系统具有足够的稳定裕度，它的对数幅频特性应以–20dB/dec 的斜率穿越0dB 线，必须把图1-42中的原始系统特性①压低，使校正后特性③的截止频率ωc2 < 1/ T2。
这样，在ωc2 处，应有dB321=-=LLL或四、设计举例例题1-4用线性集成电路运算放大器作为电压放大器的转速负反馈闭环直流调速系统如图1-28所示，主电路是晶闸管可控整流器供电的V-M系统。
已知数据如下：⏹电动机：额定数据为10kW，220V，55A，1000r/min，电枢电阻Ra = 0.5Ω；⏹晶闸管触发整流装置：三相桥式可控整流电路，整流变压器Y/Y联结，二次线电压U2l = 230V，电压放大系数Ks = 44；⏹V-M系统电枢回路总电阻：R = 1.0Ω；⏹测速发电机：永磁式，额定数据为23.1W，110V，0.21A，1900r/min；⏹直流稳压电源：±15V。
若生产机械要求调速范围D=10，静差率5%，试计算调速系统的稳态参数（暂不考虑电动机的起动问题）。
解 （1）为满足调速系统的稳态性能指标，额定负载时的稳态速降应为min /)05.01(1005.01000)1(N c r s D s n n l -⨯⨯≤-=∆ = 5.26r/min2）求闭环系统应有的开环放大系数先计算电动机的电动势系数：10005.055220N a N N e ⨯-=-=n R I U C V·min/r= 0.1925V·min/r则开环系统额定速降为1925.00.155e N op ⨯==∆C R I n r/min = 285.7r/min闭环系统的开环放大系数应为3.5313.54126.57.2851c op=-=-≥-∆∆=l n n K（3）计算转速反馈环节的反馈系数和参数转速反馈系数α包含测速发电机的电动势系数Cetg 和其输出电位器的分压系数α 2，即α = α2 Cetg根据测速发电机的额定数据，1900110etg =C = 0.0579V·min/r先试取α 2 =0.2，再检验是否合适。
摘要当今，自动化控制系统已经在各行业得到了广泛的应用和发展，而直流调速系统控制作为电气传动的主要方式之一，在现代化生产中起着主要作用。
随着微电子技术的发展，集成芯片在调速系统中的应用不仅使系统简化，体积减小，可靠性提高，而且各种经典和智能算法都分别在调速系统中得到了灵活的应用，以此来实现最优控制。
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与其静态和动态性能。
然后按照自动控制原理，对转速闭环调速系统的设计参数进行分析和计算，还在直流调速系统理论研究的基础上，对转速闭环直流调速系统中的转速调节器采用PI控制算法；提出了PI参数的整定方法，转速闭环直流调速系统是性能很好，应用广泛的直流调速系统, 采用转速闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。
转速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。
在设计中采用TL494控制的PWM 脉宽调节作为控制电路。
关键词：PWMVDMOS 转速闭环ABSTRACTNowadays, automation control system has been widely in industries, and the application and development of electric control system of dc speed as the main method of transmission, in modern plays a main role in production. Along with the development of microelectronics technology, integrated chips in the governing system not only makes the application system, volume decreases, and reliability, and various classic and intelligent algorithm in the governing system of the flexible application, so as to achieve the optimal control.This design from the working principle of dc motor are analyzed in detail, and the principle and system static and dynamic performance. Then according to the principle of the automatic control system of single loop, the design parameters of analysis and calculation, and also in dc speed control system based on the study of the theory of single closed loop speed regulator in the dc speed control system by PI control algorithm,, the speed closed loop dc speed control system is performance is very good, one of the most widely used dc speed control system, adopt single closed loop speed dc speed control system can get good static and dynamic characteristics of speed. Speed single closed loop control dc speed control system, the characteristics and the design method of ac, dc power is dragging the automatic control system is the important foundation. In the design of TL494 adopted PWM control pulse width adjustment as the control circuit. Keywords: PWM VOMOS CLOSED LOOP SPEED REGULATION目录前言1第1章PWM单闭环直流调速控制系统方案的确定21.1 PWM单闭环直流调速系统拖动方案的确定21.1.1 直流电机的选择与调速方法21.1.2 电力拖动供电方案的确定31.2 PWM单闭环直流调速系统控制方案的确定51.2.1 采用转速闭环直流调速的理由71.2.2 选择PWM控制系统的理由71.2.3 选择VDMOS的主电路的理由8第2章转速单闭环直流调速控制系统92.1 转速单闭环直流调速系统的系统组成92.1.1 转速控制的要求102.1.2 转速调速指标102.1.3 调速围、静差率和额定速降之间的关系112.2 转速单闭环直流调速系统的原理图122.2.1 转速单闭环直流调速系统的静特性分析122.2.2 转速单闭环直流调速系统的稳态结构图13第3章变流器主电路和保护环节设计153.1 PWM信号发生器153.1.1 TL494芯片的主要特点153.1.2 TL494引脚各端子功能173.1.3 TL494的工作原理173.2 检测环节183.2.1 转速检测与其测速发电机183.2.2过电流保护环节 (19)3.2.3电机驱动电路203.2.4调速方法 (2)13.3 调节器的选择与调整213.3.1 调节器电路213.3.2 调节器限幅22第4章调速系统动态参数的工程设计244.1 调节器工程设计方法的基本思路244.2 转速调节器的设计254.2.1转速调节器的选择254.2.2 转速调节器参数的选择25结论27参考文献28附录错误!未定义书签。
word精品文档，可编辑，欢迎下载 目 录 第1章 概述 ............................................................................................................ 1
1.1 转速单闭环调速系统设计意义 ............................................................ 1 1.2 转速单闭环调速系统的设计要求 ......................................................... 1 第2章 原系统的动态结构图及稳定性的分析............................................ 2
2.1 原系统的工作原理 ............................................................................ 2 2.2 原系统的动态结构图 ......................................................................... 3 2.3 闭环系统的开环放大系数的判断 ......................................................... 3 2.4 相角稳定裕度γ的判断 ...................................................................... 4 第3章 调节器的设计及仿真 ..................................................................... 5
3.1 调节器的选择 .................................................................................. 5 3.2 PI调节器的设计 .............................................................................. 5 3.3 校正后系统的动态结构图 .................................................................. 8 3.4 系统的仿真结构图及测试结果 ............................................................ 8 第4章 课程设计总结 ................................................................................ 9
参考文献 ................................................................................................................... 10 word精品文档，可编辑，欢迎下载
转速单闭环调速系统设计 1、概述 1.1 转速单闭环调速系统设计意义 为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环控制系统(包括单闭环系统和多闭环系统)。对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速指标较高的则采用多闭环系统。按反馈的方式不同可分为转速反馈，电流反馈，电压反馈等。在单闭环系统中，转速单闭环使用较多。在对调速性能有较高要求的领域常利用直流电动机作动力,但直流电动机开环系统稳态性能不能满足要求,可利用速度负反馈提高稳态精度,而采用比例调节器的负反馈调速系统仍是有静差的,为了消除系统的静差,可用积分调节器代替比例调节器.反馈控制系统的规律是要想维持系统中的某个物理量基本不变，就引用该量的负
反馈信号去与恒值给定相比较，构成闭环系统。对调速系统来说，若想提高静态指标，就得提高静特性硬度，也就是希望转速在负载电流变化时或受到扰动时基本不变。要想维持转速这一物理量不变，最直接和有效的方发就是采用转速负反馈构成转速闭环调节系统。
1.2 转速单闭环调速系统的设计要求 word精品文档，可编辑，欢迎下载
电动机参数：PN=3KW, Nn=1500rpm,UN=220V,IN=17.5A,Ra=1.25。主回路总
电阻R=2.5，电磁时间常数Tl=0.017s,机电时间常数Tm=0.075s。三相桥式整流电路，Ks=40。测速反馈系数=0.07。调速指标：D=30，S=10%。 设计要求： （1）闭环系统稳定 （2）在给定和扰动信号作用下，稳态误差为零。 设计任务： （1）绘制原系统的动态结构图； （2）调节器设计； （3）绘制校正后系统的动态结构图； （4）撰写、打印设计说明书。 2、原系统的动态结构图及稳定性的分析
2.1 原系统的工作原理 简单闭环控制系统是指控制器与受控对象之间既有顺向作用又有一个反馈作用的控制系统，实际工程中通常是负反馈闭环控制。工程领域的恒值控制系统通常是单闭环控制系统。例如：水塔的水位控制系统；电源恒压调节系统；电冰箱的恒温调节系统；加热炉的炉温控制系统；测速反馈的单闭环控制系统等。单闭环控制系统是最重要最基本的结构组成。 引入转速负反馈信号以后，放大器的输入信号是给定信号*
nU和反馈信号nU之差，即
nnnUUU*。当电动机负载增加时，电枢电阻压降必然增大。若是开环系统，电动机转速只能下降，但是在闭环系统中，转速稍有降落，反馈电压nU随之下降，接着是
nUUUdctn word精品文档，可编辑，欢迎下载
上述调节过程是当负载增加（或降低）时，相应地整流电压dU就提高（或减小），从
而补偿掉电动机电枢回路电阻电压的增量，维持电动机反电势E（或转速n）几乎不变。 转速反馈闭环调速系统是一种基本的反馈控制系统，它具有三个基本特征。一，只用比例放大器的反馈控制系统，其被调量仍是有静差的。二，反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定。三，系统的精度依赖于给定和反馈检测精度。图2.1是用集成电路运算放大器作为电压放大器的转速负反馈闭环控制有静差直流调速系统。
图2.1转速负反馈闭环控制有静差直流调速系统原理图 2.2 原系统的动态结构图
转速负反馈闭环控制系统动态结构框图。如图2.2：
)(*sUn
100167.040s 1075.0001275.058.72ss
07.0
2.5(1017.0s) )(sIdL
)(sUn )(sUC )(0sU
d )(sn
Kp word精品文档，可编辑，欢迎下载
图2.2 转速负反馈闭环控制系统动态结构框图 2.3 闭环系统的开环放大系数的判断 电动机参数：PN=3KW, Nn=1500rpm,UN=220V,IN=17.5A,Ra=1.25。主回路总
电阻R=2.5，电磁时间常数Tl=0.017s,机电时间常数Tm=0.075s。三相桥式整流电路，Ks=40。测速反馈系数=0.07。调速指标：D=30，S=10%。 三相桥式电路的失控时间Ts=0.00167s。 系统稳定条件为：
42.4900167.0017.000167.0)00167.0017.0(075.0)(22SlSSlmTTTTTTK 而按照稳态性能指标要求，额定负载时闭环系统稳态速降应为： min56.5min)1.01(301.01500)1(rrsDsnnNcl 脉宽调速系统饿开环额定转速为： 先计算电动机的电动势系数 word精品文档，可编辑，欢迎下载
rVnRIUCNaNNemin132.0150025.15.17220 min44.331min132.05.25.17rrCRIneNop 为了保持稳态性能指标，闭环系统的开环放大系数应满足 6.58156.544.3311clopnnK 显然，系统不能在满足稳态性能的条件下运行。
2.4 相角稳定裕度γ的判断 未校正前的系统的开环传函为 10167.01026.01049.058.55)(sss
sW
其Bode图为图2.3所示
图2.3 校正前的伯德图 由图2.3可知相角稳定裕度γ和增益裕度GM都是负值，所以原闭环系统不稳定。 word精品文档，可编辑，欢迎下载
3、调节器的选择及设计 3.1 调节器的选择 在设计闭环调速系统时，常常会遇到动态稳定性与稳态性能指标发生矛盾的情况，这时，必须设计一个合适的动态校正装置，用它来改造系统，使它同时满足动态稳定性和稳态性能指标两方面要求。 动态校正的方法很多，而且对于一个系统来说，能够符合要求的校正方案也不是唯一的。在电力拖动自动控制系统中，最常用的是串联校正和反馈校正。串联校正比较简单，也容易实现。对于带电力电子变换器的直流闭环调速系统，由于其传递函数的阶次较低，一般采用PID调节器的串联校正方案就能完成动态校正的任务。 PID调节器中有PD、PI和PID三种类型。由于PD调节器构成的超前校正，可提高系统的稳定裕度，并获得足够的快速性，但稳定精度可能受到影响；由PI调节器构成的滞后校正，可以保证稳定精度，却是以对快速性的限制来换取系统稳定的，用PID调节器实现的滞后和超前校正则有二者的优点，可以全面提高系统的控制性能，但具体实现与调试要复杂一些。一般调速系统的要求以动态稳定性和稳态精度为主，对快速性要求差一些，所以采用PI调节器。如图3.1所示。
