转速电流双闭环不可逆直流调速系统的设计

双闭环不可逆直流调速系统实验报告
实验目的：
1. 理解双闭环不可逆直流调速系统的原理和特点。

3. 熟悉实验设备的使用和实验过程。

实验原理：
双闭环不可逆直流调速系统由速度环和电流环两个闭环组成，其基本原理如下：
1. 速度环控制
在速度环内部，输入为期望转速，输出为电压控制器的输出信号。

速度环主要根据实
际转速和期望转速之间的差异，计算出电压控制器的控制量，并根据电压控制器的输出改
变电机的电压，以达到调速的目的。

实验步骤：
1. 准备实验设备：电机、电压变压器、电流反馈电阻、示波器、信号源、功率放大器、控制器等。

2. 按照实验原理中的模型，建立电机的电压-转速模型和电机的电流-转矩模型。

3. 根据模型，编写控制算法。

4. 将实验设备连接好，将模型和算法输入控制器。

5. 设置期望转速和电流控制量，并启动电机。

6. 分析实验结果，评估控制系统的性能。

实验结果：
本次实验中，我们成功建立了双闭环不可逆直流调速系统的模型，并利用控制器实现
了系统的控制。

我们通过改变期望转速和电流控制量，观察了系统的实际转速和转矩变化。

实验结果表明，双闭环控制系统的性能稳定，具有较好的调速性能和响应速度。

结论：。

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。

《自动控制系统》课程设计姓名：学号：指导教师：题目名称： V—M双闭环不可逆直流调速系统设计专业名称：所在学院：时间：一主电路选型和闭环系统的组成1。

1双闭环直流调速系统的组成与原理双闭环直流调速系统的组成和原理如图2。

1所示其中包括了三相全空整流电路、调节器、（ASR、ACR）和电动机等。

该方案主要由给定环节、ASR、ACR、触发器和整流装置环节、速度检测环节以及电流检测环节组成.为了使转速负反馈和电流负反馈分别起作用，系统设置了电流调节器ACR和转速调节器ASR.电流调节器ACR和电流检测反馈回路构成了电流环；转速调节器ASR和转速检测反馈回路构成转速环，称为双闭环调速系统。

因转速换包围电流环,故称电流环为内环,转速环为外环。

在电路中,ASR和ACR串联,即把ASR的输出当做ACR的输入,再由ACR得输出去控制晶闸管整流器的触发器。

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具有输入输出限幅功能的PI调节器，且转速和电流都采用负反馈闭环.该方案的原理框图如图所示。

1.2设计要求1。

直流他励电动机：功率Pe ＝22KW ，额定电压Ue=220V ，额定电流Ie=116A ，磁极对数P=2,Ne=1500r/min ，励磁电压220V,电枢绕组电阻Re=0.112Ω，主电路总电阻R ＝0.32Ω，L ∑＝37.22mH （电枢电感、平波电感和变压器电感之和）,电磁系数Ce=0。

138 Vmin ／r ，K s =22，电磁时间常数T L =0.116s,机电时间常数Tm=0.157s,滤波时间常数T on =Tci=0。

00235s,β=0。

67V/A,α=0.007Vmin/v,过载倍数λ＝1。

5，速度给定最大值 10V U n =*电流给定最大电压值10V ，速度给定最大电压值10V 。

2.稳态无静差，电流超调量σi ％≤5％；空载起动到额定转速时的 转速超调σe ％≤10％。

运动控制系统课程设计设计名称双闭环直流调速系统专业班级自动化10—3学号**********姓名王韶雨指导教师李铁鹰运动控制系统课程设计设计名称双闭环直流调速系统专业班级自动化10—3学号**********姓名张浩宇指导教师李铁鹰目录一、设计任务 (2)1、设计对象参数 (2)2、性能指标 (2)3、课程设计的主要内容和要求 (2)3.1电力拖动不可逆直流调速系统主电路的设计 (2)3.2控制电路的设计 (2)二、电力拖动不可逆直流调速系统主电路的设计 (3)1、整流电路和整流器件的选择 (3)2、整流变压器参数的计算 (3)3、整流器件的保护 (4)4、平波电抗器参数的计算 (4)5、触发电路的选择 (4)三、直流双闭环调速系统原理图设计 (5)1系统的组成 (5)2系统的电路原理图 (6)3直流双闭环调速系统调节器设计 (6)3.1获得系统设计对象 (8)3.2电流调节器的设计 (6)3.3转速调节器的设计 (11)四、系统起动过程分析 (16)一、设计任务1、设计对象参数（1）P nom=30KW （2）U nom=220V （3）I nom=136A（4）n nom=1460r/min （5）R a =0.2Ω（6）R Σ=0.6Ω（7）C e=0.2 v.min/r （8）RΣ=0.18Ω（9）K S=42（10）T oi=0.002 s （11）T0=0.01 s （12）λ=1.5（13）U*nm=8 V (14)U*im=8 V2、性能指标σi≤5% σn≤10% 3、课程设计的主要内容和要求3.1电力拖动不可逆直流调速系统主电路的设计（1）整流电路和整流器件的选择（2）整流变压器参数的计算（3）整流器件的保护（4）平波电抗器参数的计算（5）触发电路的选择3.2控制电路的设计（1）建立双闭环不可逆直流调速系统的动态数学模型（2）电流调节器的设计计算（3）转速调节器的设计计算二、电力拖动不可逆直流调速系统主电路的设计1、整流电路和整流器件的选择目前在各种整流电路中，应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路，其原理图如图1所示，其中阴极连接在一起的三个晶体管（VT1，VT3，VT5）称为共阴极组；阳极连接在一起的三个晶体管（VT4，VT6，VT2）称为共阳极组。

双闭环不可逆直流调速系统设计双闭环不可逆直流调速系统是一种常见的电机调速方案，在工业控制中被广泛应用。

该调速系统包含了两个闭环控制回路，分别是转速内环和电流外环。

转速内环负责控制电机的转速，电流外环负责控制电机的电流，通过合理设计控制器来提高电机的调速性能。

以下是双闭环不可逆直流调速系统的设计步骤：1.系统建模：首先根据电机的物理特性及参数，建立电机的数学模型。

常见的模型有电枢电机模型和电磁转矩模型。

根据实际需求，选择合适的模型进行建模。

2.转速内环设计：转速内环的目标是控制电机的转速，在不受外界负载扰动影响的情况下保持设定转速。

常见的转速内环控制器有PID控制器和模糊控制器。

通过调整控制器的参数，可以实现快速响应、较小的超调量和稳态误差。

3.电流外环设计：电流外环的目标是控制电机的电流，在既定转速下，保持电机的稳定工作。

电流外环通常采用PID控制器，通过调整控制器的参数，可以实现电机电流的精确控制和动态响应。

4.控制器参数整定：为了使控制系统能够良好地工作，需要对控制器的参数进行整定。

通常采用试探法或者现场试验法来确定控制器的参数，通过调整参数，使得系统具有良好的控制性能。

5.稳定性分析：在设计完成后，需要对系统进行稳定性分析，以确保系统的稳定性。

常用的方法有根轨迹法、频率响应法等。

通过稳定性分析，可以发现系统的不稳定因素，并采取相应的措施进行调整。

6.仿真和实验验证：对于设计完成的双闭环不可逆直流调速系统，可以通过仿真和实验验证来评估其性能。

利用现代控制工具和仿真软件，可以进行虚拟实验，通过调整控制器参数，不断优化系统性能。

实验验证则是在实际环境下进行，通过实际数据的采集和分析，评估系统的稳定性和鲁棒性。

在双闭环不可逆直流调速系统设计的过程中，需要综合考虑转速和电流的控制要求，并兼顾系统的稳定性和动态性能。

通过合理的设计和参数整定，可以实现电机的精确控制，并满足不同的实际应用需求。

双闭环晶闸管不可逆直流调速系统设计(matlab simulink 仿真)前言许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求具有良好的稳态、动态性能。

而直流调速系统调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能，在高性能的拖动技术领域中，相当长时期内几乎都采用直流电力拖动系统。

双闭环直流调速系统是直流调速控制系统中发展得最为成熟，应用非常广泛的电力传动系统。

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。

但如果对系统的动态性能要求较高，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的电流或转矩。

在单闭环系统中，只有电流截止至负反馈环节是专门用来控制电流的。

但它只是在超过临界电流值以后，强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。

在实际工作中，我们希望在电机最大电流限制的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过度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的加速度启动，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。

这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。

这是在最大电流转矩的条件下调速系统所能得到的最快的启动过程。

随着社会化大生产的不断发展，电力传动装置在现代化工业生产中的得到广泛应用，对其生产工艺、产品质量的要求不断提高，这就需要越来越多的生产机械能够实现制动调速，因此我们就要对这样的自动调速系统作一些深入的了解和研究。

本次设计的课题是双闭环晶闸管不可逆直流调速系统，包括主电路和控制回路。

主电路由晶闸管构成，控制回路主要由检测电路，驱动电路构成，检测电路又包括转速检测和电流检测等部分。

双闭环晶闸管不可逆直流调速系统是一种用于电机调速的控制系统，主要由两个闭环控制组成：速度闭环和电流闭环。

以下是该系统的一般设备组成和工作原理的概述：
设备组成：
电源：提供系统所需的电能供应。

整流器：将交流电源转换为直流电源。

晶闸管：用于控制电流的开关器件，通过控制晶闸管的导通和截止来调节电机的电流。

逆变器：将直流电源转换为可调的交流电源。

电机：用于将电能转换为机械能的设备。

速度传感器：用于检测电机转速，并将其反馈给控制系统。

电流传感器：用于检测电机电流，并将其反馈给控制系统。

控制器：根据速度和电流反馈信号，控制晶闸管的导通和截止，调节电机的转速和负载电流。

工作原理：
速度闭环控制：控制器通过速度传感器获取电机的转速反馈信号，并与设定的目标转速进行比较。

根据误差信号，控制器输出相应的控制信号，通过调节逆变器的输出电压来控制电机的转速，使实际转速逐渐接近目标转速。

电流闭环控制：控制器通过电流传感器获取电机的电流反馈信号，并与设定的目标电流进行比较。

根据误差信号，控制器输出相应的控制信号，通过控制晶闸管的开通和截止时间来调节电机的负载电流，使实际电流逐渐接近目标电流。

反馈控制：速度和电流的反馈信号被用来调整控制器的输出信号，以实现对电机转速和负载电流的精确控制。

系统保护：系统还可以包括过电流保护、过温保护等功能，以确保系统的安全运行。

双闭环晶闸管不可逆直流调速系统可以实现对直流电机的精确调速和负载电流控制，适用于需要高精度和可靠性的工业应用。

该系统在电机调速和负载控制方面具有较好的性能和稳定性。

课程名称：电机控制指导老师：_ _______成绩：__________________ 实验名称：双闭环晶闸管不可逆直流调速系统实验类型：__同组学生姓名：一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一．实验目的1．深化对双闭环、不可逆晶闸管—直流调速系统原理、组成、部件调试及实验方法的了解和掌握。

2．对比开环、闭环静态机械特性的差异，学习机械特性的描述及量化指标的计算。

3．研究调节器参数对系统动态特性的影响。

二．实验内容和原理1、实验原理：双闭环晶闸管不可逆直流调速系统由电流和转速两个调节器综合调节，由于调速系统的主要参量为转速，故转速环作为主环放在外面，电流环作为副环放在里面，这样可抑制电网电压扰动对转速的影响，实验系统的组成如下图所示。

系统工作时，先给电动机加励磁，改变给定电压Ug的大小既可以方便地改变电机的转速。

ASR.ACR 均设有限幅环节，ASR 的输出作为ACR 的给定，利用ASR 的输出限幅可以达到限制起动电流的目的，ACR 的输出作为移相触发电路GT 的控制电压，利用ACR 的输出限幅可以达到限制αmin的目的。

起动时，当加入给定电压Ug 后，ASR 即饱和输出，使电动机以限定的最大起动电流加速起动，直到电机转速达到给定(即Ug=Ufn)，并在出现超调后，ASR 退出饱和，最后稳定在略低于给定转速的数值上。

图1 实验原理图图2 实验接线图2、实验内容：1）.单元整定①锯齿波移相触发系统脉冲零位调整②PI调节器调零③PI调节器的限幅调零2）.机械特性测试①开环n=1400r/min，n=f(Id)②闭环n=1400r/min，n=f(Id)n= 800r/min，n=f(Id)3）.闭环控制特性n=f(Ug)的测定。

4）.观察、记录系统动态波形。

三.实验仪器设备1.MCL现代运动控制技术实验台主控屏2.直流电动机—测功机—测速发电机3.给定.零速封锁器.速度变换器.速度调节器.电流调节器组件挂箱4.双踪记忆示波器5.数字式万用表四.实验操作步骤1.线路连接㈠主电路（1）SCR 整流桥——用I 组VT1 ～VT6使用内部锯齿波移相触发脉冲必须:①U blf 接地（I 组触发脉冲处，左侧）②给定G 须与FBS 地相连（2）电枢平波电抗器接L=700 ～1000mH（3）注意用强电接线(粗接线柱)（5）直流实验的输入交流电压调至220V（6）额定电流IdN =1A，电流表用表Ⅱ(5A表）（7）负载为测功机，注意负载调节为“转矩”（8）直流电压表量程300V，直流电流表量程5A㈡控制回路（1）给定G（3）零速封锁器DZS（2）速度变换器FBS（5）速度调节器ASR（4）电流反馈与保护（FBC+FA）（6）电流调节器ACR（7）触发器（Uct+Ublf ）㈢接线（1）区分功率线及控制线（接头不同）（2）尽量接短线（先用短线）（3）三相输入套管线注意相序（颜色）对应（4）FBS 并电容，抗振荡（5）连接G与FBS 地线（6）转速闭环线的连接（7）经检查方能做实验2.单元部件调试【1】脉冲零位调整①脉冲零位定义移相电压Uct=0 时α的位置不可逆系统α=90°②做法I Uct 接地（=0）II 带地线第一通道观察锯齿波无地线第二通道观察双脉冲III 两通道断续扫描IV 注意相序U 相：U g1，4V 相：Ug 3，6W 相：Ug 5，2V 调节偏移电压Ub，使呈VI 以后固定Ub 不动（靠Uct移α）【2】测αmin=0°ACR限幅值①去掉Uct接地，接入正给定G②增加Uct，使α=0°③用万用表记下此时Uct 值，作为ACR正限幅【3】PI 调节器调零步骤①输入接地（ASR为 2 端，ACR为3/5端）②短接反馈电容，使成P 调节器（ASR为5、6端短接，ACR 为9、10 端短接）③激活调节器（ASR4端、ACR8端接-15V）④输出接万用表mV档⑤调节RP5 使输出为0（以后不动）【4】PI 调节器调限幅步骤①接入给定（ASR 为2 端ACR为3/5 端）约1V②除反馈电容短接线，使成PI调节器③激活调节器（ASR4端、ACR8端接-15V）④输出接万用表20V档⑤按正给定调负限幅RP2，按负给定调正限幅RP1.输出要求:ASR为+-6V，ACR为-0.7V五、实验数据记录及处理1、开环外特性的测定（1）控制电压U ct由给定器输出U g直接接入，合上测功机的“突加给定”开关。

第一章设计概述一、课程设计的性质和任务：本课程是电气自动化本科专业学生学习完《直流调速系统》或《电力拖动控制系统》课程后进行的一个重要的独立性实践教学环节。

其任务是通过设计双闭环直流调速系统的全过程，培养学生综合应用所学的直流调速知识去分析和解决工程实际问题的能力，帮助学生巩固、深化和拓展知识面，使之得到一次较全面的设计训练，为毕业设计和实际工程设计奠定基础。

转速、电流双闭环不可逆直流调速系统是一种典型的自动控制系统。

这种调速系统只有两个调节器，即速度调节器（ASR）和电流调节器(ACR)，两个调节器作串级连接，其中速度调节器的输出信号作为电流调节器的输入信号，从而形成一环套一环的转速、电流双闭环结构。

这种转速、电流双闭环调速系统，在突加转速给定信号的过程中表现为一个恒电流加速系统，而在稳态和接近稳态的运行中又表现为一个无静差调速系统，因此各项性能指标较系统开环时提高许多。

本此课程设计的目的就是同学们在调试、设计一个典型的调速系统后，能够掌握自控系统调试、设计的方法，步骤及其调试原则，加强同学们的动手能力和对理论知识的理解。

自控系统调试所遵循的原则：先部分，后系统：即首先对系统的各个单元进行调试，然后再对整个系统进行调试。

先开环，后闭环：即首先进行开环调试，然后再对系统闭环进行调试。

先内环，后外环：即首先对内环进行调试（如在本此调试中就应先对电流环进行调试）,然后再对外环进行调试（如本此调试中的速度环调试）。

本次系统调试是在DJDK-1型电力电子技术及电机控制实验装置上进行。

整个调试完成后要求系统达到以下指标：二、DJDK-1 型电力电子技术及电机控制实验装置简介1 装置特点(1)设计装置采用挂件结构，可根据不同设计内容进行自由组合。

(2)装置连接线采用强、弱电分开的手枪式插头，两者不能互插，避免强电接入弱电回路，造成设备损坏。

(3)控制屏供电采用三相隔离变压器隔离，分别设有电压型和电流型漏电保护装置，保护操作者的安全。

电力传动课程设计课题：双闭环直流调速糸统班级:电气工程及其自动化1004学号:3100501091姓名:贾斌彬指导老师：康梅、乔薇日期：2014年1月9日目录第 1 章系统方案设计1.1 任务摘要 (3)1.2 任务分析. (3)1.3 设计目的、意义 (3)1.4 方案设计. (4)第 2 章晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定2.1 电枢回路电阻R 的测定. (5)2.2 主电路电磁时间常数的测定 (6)2.3系统机电时间常数TM的测定 (7)2.4测速电机特性UTG=f(n)的测定 (7)2.5 晶闸管触发及整流装置特性Ug=f (Ug)的测定 (7)第 3 章双闭环调速系统调节器的设计3.1 电流调节器的设计 (7)3.2 转速调节器的设计 (9)第 4 章系统特性测试4.1 系统突加给定 (11)4.2 系统突撤给定...................... 错误! 未定义书签。

4.2.2 突加负载时 (12)4.2.3 突降负载时 (12)第 5 章设计体会第 1 章系统方案设计1.1 设计一个双闭环晶闸管不可逆调速系统设计要求：电流超调（T i < 5%转速超调（T n < 10%静态特性无静差给定参数：电机额定功率185W 额定转速1600r/min 额定励磁电流<0.16A 额定电流1.1A 额定电压220V 额定励磁电压220V转速反馈系数a =0.004 V • min/r电流反馈系数B =6V/A1.2 任务分析采用转速、电流双闭环晶闸管不可逆直流调速系统为对像来设计直流电动机调速控制电路，为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设计两个调节器，电流调节器和速度调节器，为了实现电流和转速分别起作用，二者之间实行串级连接，即把转速调节器的输出当做电流调节器的输入，在把电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置。

该双闭环调速系统的两个调节器ASR 和ACF都采用PI调节器,以便能保证系统获得良好的静态和动态性能转速调节器在双闭环直流调速系统中的作用是减小转速误差，采用PI 调节器可实现无静差；对负载变化起抗扰作用；其输出限幅决定电动机允许的最大电流; 电流调节器在双闭环直流调速系统中的作用是使电流紧紧跟随其给定电压的变化；对电网的波动起及时抗干扰作用；加快动态过程；堵转或过载时起快速自动保护作用。