双闭环V-M调速系统中主电路,电流调节器及转速调节器的设计

《运动控制系统》课程设计报告时间 2014.10_学院自动化_专业班级自1103 _姓名曹俊博 __学号 41151093指导教师潘月斗___成绩_______摘要本课程设计从直流电动机原理入手，建立V-M双闭环直流调速系统，设计双闭环直流调速系统的ACR 和ASR结构，其中主回路采用晶闸管三相桥式全控整流电路供电，触发器采用KJ004触发电路，系统无静2021.03.09差；符合电流超调量σi≤5%；空载启动到额定转速超调量σn≤10%。

并详细分析系统各部分原理及其静态和动态性能，且利用Simulink对系统进行各种参数给定下的仿真。

关键词：双闭环；直流调速；无静差；仿真AbstractThis course is designed from DC motor, establish the principles of V-M double closed loop DC speed control system design, the double closed loop dc speed control system and the structure, including ACR ASR the main loop thyristor three-phase bridge type all control the power supply and trigger the rectifier circuit KJ004 trigger circuit, the system without the static poor; Accord with current overshoots sigma I 5% or less; No-load start to the rated speed overshoot sigma n 10% or less. And detailed analysis of the system principle and the static and dynamic performance, and the system of simulink to various parameters set simulation.2021.03.09 欧阳法创编2021.03.09Key Words：double closed loop；DC speed control system；without the static poor；simulation2021.03.09 欧阳法创编2021.03.09目录摘要0Abstract1引言11 实验内容12实验设备13 实验设计原理13.1 V-M系统原理13.2 三相桥式整流电路23.3 保护电路部分23.4 直流电源电路43.5 VT触发电路53.6 ASR控制电路53.7 ACR控制电路73.7 电流检测电路83.7 转速检测电路94 系统工作原理95 调节器参数的计算过程105.1 参数以及设计要求105.2 相关参数计算115.3 电流环设计125.4 转速环设计146 Matlab仿真196.1 启动过程仿真192021.03.09 欧阳法创编2021.03.097心得体会 (19)参考文献21附录221 主电路原理图222 仿真模型图223启动波形图232021.03.09 欧阳法创编2021.03.09引言《运动控制系统》课程设计需综合运用所学知识针对一个较为具体的控制对象或过程进行系统设计、硬件选型。

实训报告课程名称：专业实训专业：班级：学号：姓名：指导教师：成绩：完成日期： 2015 年 1月15 日任务书1 单闭环直流调速系统主电路设计单闭环直流调速系统是指只有一个转速负反馈构成的闭环控制系统。

在电动机轴上装一台测速发电机SF ,引出与转速成正比的电压U f 与给定电压U d 比较后,得偏差电压ΔU ,经放大器FD ,产生触发装置CF 的控制电压U k ,用以控制电动机的转速,如图所示。

直流电机，额定电压20V ，额定电流7A ，励磁电压20V ，最大允许电流40A 。

整流变压器额定参数的计算为了保证负载能正常工作，当主电路的接线形式和负载要求的额定电压确定之后，晶闸管交流侧的电压U 2只能在一个较小的范围内变化，为此必须精确计算整流变压器次级电压U 2。

（1）二次侧相电流和一次侧相电流在精度要求不高的情况下，变压器的二次侧相电压U 2的计算公式： 几种整流线路变压器电压计算系统参数，如表所示。

表 几种整流线路变压器电压计算系统电路模式单相全波单相桥式三相半波三相桥式A C所以变压器二次侧相电压为：21.35200.930U V =⨯÷=变压器的二次侧电流I 2的计算公式： 几种整流线路变压器电流I d /I 2系数，如表。

表 几种整流线路变压器电流Id/I2电路模式 电阻性负载电感性负载单相全控桥 1 三相全控桥查表得，1A =。

变压器的二次侧电流：27d I I A ==变压器的一次侧电流I 1的计算公式：一次侧电流：2112/7302200.95I I U U A =*=⨯÷= （2）变压器容量整流电路为单相桥式，取121m m m ===。

二次容量：22221307210S m U I W ==⨯⨯= 一次容量：111112200.95209S mU I W ==⨯⨯= 平均计算容量：121()209.52S S S W =+= 整流器件晶闸管的参数计算及选择额定电压U TN 、电流I TN 、功率P TN 。

1 设计方案论证电流环调节器方案一，采用PID调节器，PID调节器是最理想的调节器，能够平滑快速调速，但在实际应用过程中存在微分冲击，将对电机产生较大的冲击作用，一般要小心使用。

方案二，采用PI调节器，PI调节器能够做到无静差调节，且电路较PID调节器简单，故采用方案二。

转速环调节器方案一，采用PID调节器，PID调节器是最理想的调节器，能够平滑快速调速，但在实际应用过程中存在微分冲击，将对电机产生较大的冲击作用，一般要小心使用。

方案二，采用PI调节器，PI调节器能够做到无静差调节，且电路较PID调节器简单，故采用方案二。

2双闭环调速控制系统电路设计及其原理综述随着现代工业的开展，在调速领域中，双闭环控制的理念已经得到了越来越广泛的认同与应用。

相对于单闭环系统中不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程的弱点。

双闭环控制那么很好的弥补了他的这一缺陷。

双闭环控制可实现转速和电流两种负反应的分别作用，从而获得良好的静，动态性能。

其良好的动态性能主要表达在其抗负载扰动以及抗电网电压扰动之上。

正由于双闭环调速的众多优点，所以在此有必要对其最优化设计进展深入的探讨和研究。

本次课程设计目的就是旨在对双闭环进展最优化的设计。

整流电路本次课程设计的整流主电路采用的是三相桥式全控整流电路，它可看成是由一组共阴接法和另一组共阳接法的三相半波可控整流电路串联而成。

共阴极组VT1、VT3和VT5在正半周导电，流经变压器的电流为正向电流；共阳极组VT2、VT4和VT6在负半周导电，流经变压器的电流为反向电流。

变压器每相绕组在正负半周都有电流流过，因此，变压器绕组中没有直流磁通势，同时也提高了变压器绕组的利用率。

三相桥式全控整流电路多用于直流电动机或要求实现有源逆变的负载。

为使负载电流连续平滑，有利于直流电动机换向及减小火花，以改善电动机的机械特性，一般要串入电感量足够大的平波电抗器，这就等同于含有反电动势的大电感负载。

三相桥式全控整流电路的工作原理是当a=0°时的工作情况。

南京化工职业技术学院毕业设计（论文）南京化工职业技术学院毕业论文设计题目：双闭环直流调速系统目录摘要 ................................................................................................................................................. I I 前言 (Ⅱ)第1章绪论 (1)1.设计目的及意义 (1)2. 设计说明书 (1)第2章直流调速系统的组成与原理 (1)1. 双闭环调速系统的动态数学模型 (1)2. 直流电机数学模型 (1)3. 整流装置的传递函数 (3)4. 调速系统总计 (3)5. 直流调速系统的组成 (5)第3章双闭环调速系统的组成与原理 (6)第4章晶闸管—电动机主电路的设计 (8)1.1 主电路设计 (8)1.2 主电路参数计算 (8)2. 转速、电流调节器的设计 (9)2.1 电流调节器设计 (9)2.2 转速调节器参数选择 (12)3. 启动过程 (16)4. 电动机堵转过程 (17)5. 双闭环调速系统特点 (17)第5章双闭环直流调速系统仿真 (19)第6章带转速、电流负反馈的双闭环直流调速装置调试步骤 (22)附录 (24)总结 (25)参考文献 (26)摘要本文主要针对《交直流调速系统》这门课程中关于双闭环直流调速系统的特点，结构和动态过程的分析，对该系统进一步了解与学习。

从直流电动机的工作原理入手，建立双闭环直流调速系统的数学模型，并详细分析系统的原理及其静态和动态性能，且利用Simulink对系统进行各种参数给定下的仿真。

关键词：双闭环；直流调速系统；Simulink仿真前言在工业生产中,需要高性能速度控制的电力拖动场合,直流调速系统,特别是双闭环直流调速系统发挥着极为重要的作用。

转速、电流双闭环调速系统是20世纪60年代在国外出现的一种新型调速系统。

课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 电气1007指导教师： 周 颖 工作单位： 自动化学院题 目: V-M 双闭环不可逆直流调速系统设计 初始条件：采用晶闸管三相桥式整流,电机参数：晶闸管整流装置：Rrec=0.032Ω，Ks=45-48。

PN=90KW,Ω====088.0,220,440min,/1800a nom nom nom R A I V U r n ,电流过载倍数为5.1=λ。

系统主电路：R∑=0.12Ω，机电时间常数Tm=0.1s;无静差（静差率s≤2）;动态性能指标：转速超调量δn＜8%，电流超调量σi ≤5%，调速系统的过渡过程时间（调节时间）ts≤1s要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1. 系统原理图设计；2. 对转速和电流两个调节器进行调节；3. 主电路，控制电路，保护电路设计；4. 系统稳态图，动态图绘制；5. 主电路选择计算，校验；时间安排：5 月 20日-21日查阅资料 5月 22 日- 27日方案设计 5月28 日- 29 日馔写程设计报告 5月30日 提交报告，答辩指导教师签名： 2013年 月 日系主任（或责任教师）签名：年月日摘要 (1)1设计任务初始条件及要求 (2)1.1初始条件 (2)1.2要求完成的任务 (2)2 主电路选型和闭环系统的组成 (3)2.1晶闸管结构型式的确定 (3)2.1.1 设计思路 (3)2.1.2 主电路的确定 (3)2．2 闭环调速系统的组成 (4)3 调速系统主电路元部件的确定及其参数计算 (5)3.1 整流变压器容量计算 (5)3.1.1 次级电压U2 (5)3.1.2 次级电流I2和变压器容量 (7)3.2 晶闸管的电流、电压定额计算 (7)3.2.1 晶闸管额定电压UTN (7)3.3 平波电抗器电感量计算 (8)3.4 保护电路的设计计算 (9)3.4.1 过电压保护 (9)3.4.2 过电流保护 (12)4 驱动控制电路的选型设计 (13)5 双闭环系统调节器的动态设计 (14)5．1 电流调节器的设计 (14)5.1.1 时间常数的确定 (14)5.1.2 电流调节器结构的选择 (15)5.1.3 电流调节器的参数计算 (15)5.1.4 近似条件校验 (15)5.1.5 电流调节器的实现 (16)5．2 转速调节器的设计 (16)5.2.1 时间常数的确定 (16)5.2.2 转速调节器结构的选择 (16)5.2.3 转速调节器的参数计算 (17)5.2.4 近似条件校验 (17)5.2.5 转速调节器的实现 (17)5.2.6 校核转速超调量 (17)6仿真 (18)6.1系统仿真框图 (18)6.2仿真模型的建立 (19)6.3仿真模型的运行 (19)6.3.1空载时仿真图形 (21)6.3.2满载时仿真波形 (22)7 总结与体会 (23)摘要电力拖动自动控制系统是把电能转换成机械能的装置，它被广泛地应用于一般生产机械需要动力的场合，也被广泛应用于精密机械等需要高性能电气传动的设备中，用以控制位置、速度、加速度、压力、张力和转矩等。

直流电机的PWM电流速度双闭环调速系统课程设计LT一、设计目标与技术参数直流电机的PWM电流速度双闭环调速系统的设计目标如下：额定电压：U N=220V；额定电流：I N=136A；额定转速：n N：=1460r/min；电枢回路总电阻：R=0.45Ω；电磁时间常数：T l=0.076s；机电时间常数：T m=0.161s；电动势系数：C e=0.132V*min/r；转速过滤时间常数：T on=0.01s；转速反馈系数α=0.01 V*min/r；允许电流过载倍数：λ=1.5；电流反馈系数：β=0.07V/A；电流超调量：σi ≤5%；转速超调量：σi≤10%；运算放大器：R=4KΩ；晶体管PWM功率放大器：工作频率：2KHz；工作方式：H型双极性。

PWM变换器的放大系数：K S=20。

二、设计基本原理（一）调速系统的总体设计在电力拖动控制系统的理论课学习中已经知道，采用PI调节的单个转速闭环直流调速系统可以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，单闭环调速系统就难以满足需要。

这主要是因为在单闭环调速系统中不能随心所欲的控制电流和转矩的动态过程。

如图2-1所示。

图2-1 直流调速系统启动过程的电流和转速波形用双闭环转速电流调节方法，虽然相对成本较高，但保证了系统的可靠性能，保证了对生产工艺的要求的满足，既保证了稳态后速度的稳定，同时也兼顾了启动时启动电流的动态过程。

在启动过程的主要阶段，只有电流负反馈，没有转速负反馈，不让电流负反馈发挥主要作用，既能控制转速，实现转速无静差调节，又能控制电流使系统在充分利用电机过载能力的条件下获得最佳过渡过程，很好的满足了生产需求。

直流双闭环调速系统的结构图如图2-2所示，转速调节器与电流调节器串极联结，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PWM装置。

其中脉宽调制变换器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速，达到设计要求。

转速电流双闭环的数字式可逆直流调速系统的仿真与设计一、设计目的应用所学的交、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。

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。

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、设计参数1、直流电动机(1)：输出功率为:7.5Kw 电枢额定电压220V电枢额定电流 36A 额定励磁电流2A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2S 电枢允许过载系数1.5额定转速 1430rpm2、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0.03.三系统方案选择（1）可控电源选择直流电动机具有良好的起制动性能在广泛范围内可实现平滑调速，在需要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛的应用。

从生产机械要求控制的物理量来看，各种系统往往都通过控制转速来实现的。

因而直流调速系统是最基本的拖动控制系统。

直流变电压调速是直流调速系统用的主要方法，调节电枢供电电压所需的可控制电源通常有3种：① 转电流机组② 适用于调速要求不高、要求可逆运行的系统但其设备多、体积大、费用高、效率低。

②静止可控整流器可通过调节触发装置的控制电压来移动触发脉冲的相位从而实现平滑调速且控制作用快速性能好提高系统动态性能。

③PWM(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的优越性：主电路线路简单，需要的功率器件少，开关频率高；电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小；低速性能好，稳速精度高，调速范围宽；若与快速响应的电动机配合，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。

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。

一、 设计题目：双闭环V-M 调速系统中主电路，电流调节器及转速调节器的设计。

二、 已知条件及控制对象的基本参数：（1）已知电动机参数为：nom p =3kW ，nom U =220V ，nom I =17.5A ，nom n =1500r/min ，电枢绕组电阻a R =1.25Ω，2GD =3.532N m 。

采用三相全控桥式电路，整流装置内阻rec R =1.3Ω。

平波电抗器电阻L R =0.3Ω。

整流回路总电感L=200mH 。

（2）这里暂不考虑稳定性问题，设ASR 和ACR 均采用PI 调节器，ASR 限幅输出im U *=－8V ，ACR 限幅输出ctm U =8V ，最大给定nm U *=10V ，调速范围D=20，静差率s=10%，堵转电流 dbl I =2.1nom I ，临界截止电流 dcr I =2nom I 。

（3）设计指标：电流超调量δi %≤5%，空载起动到额定转速时的转速超调量δn≤10%，空载起动到额定转速的过渡过程时间 t s ≤0.5。

三、 设计要求（1）用工程设计方法和[西门子调节器最佳整定法]* 进行设计，决定ASR 和ACR 结构并选择参数。

（2）对上述两种设计方法进行分析比较。

（3）设计过程中应画出双闭环调速系统的电路原理图及动态结构图 （4）利用matlab/simulink 进行结果仿真。

* 为可选作内容四、 设计方法及步骤：Ⅰ 用工程设计方法设计（1） 系统设计的一般原则：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。

按照设计多环控制系统的先内环后外环的一般原则，从内环开始，逐步向外扩展。

在双闭环系统中，应该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。

图1双闭环直流调速系统的稳态结构图α一转速反馈系数;β一电流反馈系数（2）主电路的主要参数的计算 1）22:(1~1.2)2.34cos 00.9dU U U =⨯⨯=114.9V 其中系数0. 9为电网波动系数，系数1-1. 2为考虑各种因素的安全系数，这里取1. 10（2）电流环设计2）电动势系数:22017.5 1.250.132min/1500N N e N U I R C V r n --⨯===∙3） 转矩系数：301.26/m e C C kg m A π==4）由题意得，平波电抗器电阻L R =0.3Ω5）机电时间常数：223.530.30.1693753750.13230m e m GD R T s C C π⨯=∙=∙=⨯ （3）电流环调节器的参数计算 1) 确定时间常数a.整流装置滞后时间常数s T 。

《电力拖动自动控制系统》-第二章转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法第二章转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法内容提要：转速、电流双闭环控制的直流调速系统是应用最广性能很好的直流调速系统。

本章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。

我们将重点学习：●转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性●双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析●调节器的工程设计方法●按工程设计方法设计双闭环系统的调节器●弱磁控制的直流调速系统2.1 转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性问题的提出：第1章中表明，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。

1. 主要原因是因为在单闭环系统中不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程。

在单闭环直流调速系统中，电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只能在超过临界电流值 Idcr 以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想地控制电流的动态波形。

2．理想的启动过程a) 带电流截止负反馈的单闭环调速系统b) 理想的快速起动过程 2-1直流调速系统起动过程的电流和转速波形性能比较：带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统起动过程如图所示，起动电流达到最大值Idm 后，受电流负反馈的作用降低下来，电机的电磁转矩也随之减小，加速过程延长。

理想起动过程波形如图所示，这时，起动电流呈方形波，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过程。

3. 解决思路为了实现在允许条件下的最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值Idm的恒流过程。

按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。

V-M逻辑⽆环流双闭环可逆直流调速系统设计⽬录第1章设计任务及要求 (3)1.1设计要求 (3)1.2参数 (3)第2章控制系统整体⽅案设计 (4)第3章主回路设计 (6)3.1主回路参数计算及元器件选择 (6)3.1.1变压器参数的计算 (6)3.1.2晶闸管参数的计算 (7)3.1.3平波电抗器的计算 (7)3.2保护电路的设计 (7)3.2.1过电压保护 (7)3.2.2过电流保护 (10)3.3触发回路的设计 (10)3.4隔离电路 (11)3.5励磁回路 (12)第4章控制回路设计 (13)4.1电流环设计（ACR） (13)4.1.1电流环结构框图的化简 (13)4.1.2电流调节器结构的选择 (15)4.1.3电流调节器的参数 (16)4.1.4检验近似条件 (17)4.1.5计算调节器电阻和电容 (17)4.2转速环设计(ASR) (18)4.2.1转速调节器的设计 (18)4.2.2转速调节器结构的选择 (19)4.2.3计算转速调节器参数 (21)4.2.4检验近似条件 (22)4.2.5计算调节器电阻和电容 (22)4.2.6校核转速超调量 (23)4.2.7转速超调的抑制——转速微分负反馈 (24)4.3反馈回路设计 (26)第5章逻辑⽆环流控制器的设计 (28)5.1⽆环流逻辑装置的组成 (28)5.2⽆环流逻辑装置DLC的设计 (29)5.2.1转矩极性鉴别（DPT） (29)5.2.2零电平检测（DPZ） (30)5.2.3逻辑控制（DLC） (31)第6章辅助回路的设计 (32)6.1限幅电路 (32)6.2反相器 (34)6.3给定电路 (35)6.4操作回路 (35)6.5直流稳压电源 (36)第7章总结 (37)第8章参考⽂摘 (38)第1章设计任务及要求1.1设计要求动态性能指标：（1）调速范围D=20，静差率S≤5%，在整个调速范围内要求转速⽆级、平滑可调；σ≤，空载启动到额定转速时转速超调量（2）电流环超调量5%iσ。

直流双闭环调速系统设计1设计任务说明书某晶闸管供电的转速电流双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据为: 直流电动机：V U N 750=,A I N 780=,min375rn N =，04.0=a R ,电枢电路总电阻R=0.1Ω，电枢电路总电感mH L 0.3=，电流允许过载倍数5.1=λ，折算到电动机轴的飞轮惯量224.11094Nm GD =. 晶闸管整流装置放大倍数75=s K ,滞后时间常数s T s 0017.0= 电流反馈系数⎪⎭⎫ ⎝⎛≈=N I V A V5.11201.0β 电压反馈系数⎪⎭⎫ ⎝⎛=N n V r V 12min 032.0α 滤波时间常数.02.0,002.0s T s T on oi ==V U U U cm im nm12===**；调节器输入电阻Ω=K R O 40。

设计要求： 稳态指标：无静差动态指标：电流超调量005≤i σ；空载起动到额定转速时的转速超调量0010≤n σ。

目 录1设计任务与分析 ....................................................................................................................................... 2调速系统总体设计 ................................................................................................................................... 3直流双闭环调速系统电路设计 .............................................................................................................. 3。

(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！)摘要电机自动控制系统广泛应用于机械，钢铁，矿山，冶金，化工，石油，纺织，军工等行业。

这些行业中绝大部分生产机械都采用电动机作原动机。

20世纪90年代前的大约50年的时间里，直流电动机几乎是唯一的一种能实现高性能拖动控制的电动机。

尽管近年来交流电动机及其它电动机有了不小的发展，但至今直流电动机仍然是大多数变速运动控制的首选。

因为它具有良好的线性特性，优异的控制性能，高效率等优点。

直流调速仍然是目前最可靠，精度最高的调速方法。

转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能很好、应用最广的直流调速系统。

根据晶闸管的特性，通过调节控制角α大小来调节电压。

基于设计题目，直流电动机调速控制器选用了转速、电流双闭环调速控制电路。

其中调速系统的主电路采用了三相桥式全控整流电路来供电。

本文首先确定整个设计的方案和框图。

然后确定主电路的结构形式和各元部件的设计，同时对其参数的计算，包括整流变压器、晶闸管、电抗器和保护电路的参数计算。

接着进行驱动电路的设计包括触发电路和脉冲变压器的设计。

其后，设计直流电动机调速控制器电路，设置两个调节器，分别调节转速和电流。

从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称做外环。

这就形成了转速、电流双闭环调速系统。

最后采用MATLAB/SIMULINK对整个调速系统进行了仿真分析。

一、整体结构设计1.1 设计条件及指标（1）技术数据a.直流电机铭牌参数：P N =8.5KW, U N =220V, I N =37A, n N=1000r/min，电动势转速比Ce=0.18V.min/r，允许过载倍数λ=1.5；b.系统主电路总电阻：R=2Ωc.电磁时间常数：T1=0.005sd.机电时间常数：Tm =0.2se.晶闸管整流装置采用三相桥式电路：放大系数Ks=48f.电流反馈滤波时间常数：Toi=0.0025s，转速率波时间常数：Ton=0.014sg.额定转速时的给定电压：Unm =10Vh.转速调节器饱和输出电压：Uim=10V（2）技术指标a.该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机不可逆运行，具有较宽的调速范围（D≥20），系统在工作范围内能稳定工作错误！未找到引用源。

转速电流双闭环直流调速系统仿真摘要：本设计主要研究了直流调速转速电流双闭环控制系统以及对MATLAB 软件的使用。

系统模型由晶闸管- 直流电动机组成的主电路和转速电流调节器组成的控制电路两部分组成。

主电路采用三相可控晶闸管整流电路整流，用PI 调节器控制，通过改变直流电动机的电枢电压从而进行调压调速。

控制电路设置两个PI 调节器，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。

二者实行嵌套连接，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器形成转速电流UPE，双闭环直流调速系统。

在Simulink 中建立仿真模型，设置各个模块的参数，仿真算法和仿真时间，运行得出仿真模型的波形图。

通过对波形图的分析，说明直流调速转速电流双闭环控制系统具有良好的静态和动态特性。

关键词：双闭环直流调速系统，MATLAB/SIMULINK 仿真，ASR，ACR 。

课程概述：直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。

随着交流调速的迅速发展，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迎。

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，并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。

采用转速负反馈和PI 调节器的单闭环调速系统可以在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，如要求快速起制动、突加负载动态速降时，单闭环系统就难以满足。

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中的电流或转矩。

在单闭环系统中，只有电流截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，靠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。

实际工作中，在电机最大电流受限的条件下，充分利用电机的允许过载能力，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。

一、 变流变压器容量的计算和选择在一般情况下，晶闸管装置所要求的交流供电电压与电网电压往往不一致；此外，为了尽量减小电网与晶闸管装置的相互干扰，要求它们相互隔离，故通常要配用整流变压器，这里选项用的变压器的一次侧绕组采用△联接，二次侧绕组采用Y 联接。

S 为整流变压器的总容量，S 为变压器一次侧的容量，1U 为一次侧电压, 1I 为一次侧电流,2S 为变压器二次侧的容量，2U 为二次侧电压，2I 为二次侧的电流，1m 、2m 为相数，以下就是各量的推导和计算过程。

为了保证负载能正常工作，当主电路的接线形式和负载要求的额定电压确定之后，晶闸管交流侧的电压2U 只能在一个较小的范围内变化，为此必须精确计算整流变压器次级电压2U 。

影响2U 值的因素有：(1)2U 值的大小首先要保证满足负载所需求的最大电流值的max d I 。

(2)晶闸管并非是理想的可控开关元件，导通时有一定的管压降，用T V 表示。

(3)变压器漏抗的存在会产生换相压降。

(4)平波电抗器有一定的直流电阻，当电流流经该电阻时就要产生一定的电压降。

(5)电枢电阻的压降。

综合以上因素得到的2U 精确表达式为：⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎥⎦⎤⎢⎣⎡-++=d d k TD d d P D N I IU C B A nU r I Ir r U U max max 2100)(1ε式中maxd dNI I λ=06759.0===∑NN D a U R I r rV I IU C B A nU r I Ir r U U d d k TD d d P D N 76.355100)(1max max 2=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎥⎦⎤⎢⎣⎡-++=ε816.022==dI I I K A I K I K I N I d I 3792.123222===λKVA I u m I u m I u m S S S 25.133)(21)(2122222211121==+=+=变流变压器的计算系数综上：选择变压器二次侧输出电压为：360VSCB10－140KVA ／380V ／360VS 的意思表示此变压器为三相变压器，如果Ｓ换成Ｄ则表示此变压器为单相。