带电流截至负反馈的转速单闭环直流调速系统

U
*
im
，转速外环呈开环状态，
转速的变化对系统不再产生影响。在这种情况下，电流负反
馈环起恒流调节作用，转速线性上升，从而获得极好的下垂
特性，如图 3-5中的AB段虚线所示。
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第 3章 转速、电流双闭环直流调速系统
此时，电流
I
d
U* im ?
?
I dm
，Idm 为最大电流，是由设
差调节。
第二十页，编辑于星期三：九点 二十二分。
第 3章 转速、电流双闭环直流调速系统
1) 转速调节器饱和
在电动机刚开始起动时，突加阶跃给定信号 U*n，由于
机械惯性，转速 n很小，转速负反馈信号 Un很小，则转速偏
差电压 ΔUn=U*n-Un>0很大，转速调节器 ASR 很快达到饱和
状态， ASR的输出维持在限幅值
图 3-5 双闭环直流调速系统的静特性
第二十三页，编辑于星期三：九点 二十二分。
第3章 转速、电流双闭环直流调速系统
2) 转速调节器不饱和
当转速n达到给定值且略有超调时 (即n>n0)，ΔUn=
U*n-Un<0，则转速调节器 ASR的输入信号极性发生改变，
ASR 退出饱和状态，转速负反馈环节开始起转速调节作用，
用以调节起动电流并使之保持最大值，使得转速线性变化， 迅速上升到给定值； 在电动机稳定运行时，转速调节器退 出饱和状态，开始起主要调节作用，使转速随着转速给定信 号的变化而变化，电流环跟随转速环调节电动机的电枢电流 以平衡负载电流。
第六页，编辑于星期三：九点 二十二分。
第 3章 转速、电流双闭环直流调速系统
器ACR和转速调节器 ASR的输入电压偏差一定为零，因此，

潇湘学院《课程设计报告》题目：带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统建模与仿真专业：电气工程及其自动化班级：姓名：学号：指导教师：陈敏初始条件：1．技术数据输出功率为: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．技术指标稳态指标：无静差（静差率s≤2%, 调速范围 D≥10 ）动态指标：系统稳定要求完成的主要任务:1．技术要求：(1) 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 ≥10），系统在工作范围内能稳定工作(2) 根据指标要求进行动态校正，选择调节器的参数，并确定电流截止负反馈环节的相关参数，(3) 系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续2．设计内容：(1) 根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构型式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图(2) 根据带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统原理图, 分析转速调节器和电流截止负反馈的作用,(3) 通过对调节器参数设计, 得到转速和电流的仿真波形，并由仿真波形通过MATLAB 来进行调节器的参数调节。

(4) 绘制带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统的电气原理总图（要求计算机绘图）(5) 整理设计数据资料，课程设计总结，撰写设计计算说明书目录摘要 (3)1.闭环调速控制系统构成 (5)1.1 主电路 (5)1.2 原理框图 (5)2带电流截止负反馈的转速负反馈的分析 (6)2.1电流截止负反馈的提出 (6)2.2 电流截止负反馈环节 (7)2.3 带电流截止负反馈调速系统结构框图和静特性 (8)3 参数设计 (10)3.1整体分析 (10)3.2稳定性参数计算和判断 (10)3.3 转速调节器校正 (11)3.3.1 PI调节器结构 (11)3.3.2 调节器的选择 (12)3.4 电流截止负反馈参数设计 (16)4. 电流MATLAB仿真 (17)4.1 将设计的参数进行仿真 (17)4.2 调节器参数调整 (18)5.电气总图 (19)6.结束语 (20)参考文献 (20)摘要为了提高直流调速系统的动态、静态性能，通常采用闭环控制系统（主要包括单闭环、双闭环）。

第一章闭环控制的直流调速系统1－1 为什么PWM—电动机系统比晶闸管—电动机系统能够获得更好的动态性能？答：PWM—电动机系统在很多方面有较大的优越性：（1）主电路线路简单，需用的功率器件少。

（2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。

（3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达1：10000左右。

（4）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。

（5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高。

（6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。

1－2 试分析有制动通路的不可逆PWM变换器进行制动时，两个VT是如何工作的。

答：在制动状态中，为负值，就发挥作用了。

这种情况发生在电动运行过程中需要降速的时候。

这时，先减小控制电压，使di2VT1gU的正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而使平均电枢电压降低。

但是，由于机电惯性，转速和反电动势还来不及变化，因而造成，很快使电流反向，截止，在dUdEU>di2VDont≤＜Ｔ时，2gU变正，于是导通，反向电流沿回路3流通，产生能耗制动作用。

在＜Ｔ+时，关断，2VTTt≤ont2VTdi.沿回路4经续流，向电源回馈制动，与此同时，两端压降钳住使它不能导通。

在制动状态中，和轮流导通，而始终是关断的。

1VD1VD1VT2VT1VT1VT在轻载电动状态，这时平均电流较小，以致在关断后经续流时，还没有达到周期Ｔ，电流已经衰减到零，这时两端电压也降为零，便提前导通了，使电流反向，产生局部时间的制动作用。

1VTdi2VD2VD2VT１－３调速范围和静差率的定义是什么？调速范围、静差速降和最小静差率之间有什么关系？为什么说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了”？答：生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围，用字母Ｄ表示，即maxminnDn= 其中，和一般都指电动机额定负载时的最高和最低转速，对于少数负载很轻的机械，可以用实际负载时的最高和最低转速。

3-1 在恒流起动过程中，电枢电流能否达到最大值 Idm为什么答：不能达到最大值，因为在恒流升速阶段，电流闭环调节的扰动是电动机的反电动势，它正是一个线性渐增的斜坡扰动量，所以系统做不到无静差，而是Id 略低于Idm。

3-2 由于机械原因，造成转轴堵死，分析双闭环直流调速系统的工作状态。

答：转轴堵死，则n=0,比较大,导致比较大,也比较大,然后输出电压较大，最终可能导致电机烧坏。

3-3 双闭环直流调速系统中，给定电压 Un*不变，增加转速负反馈系数α，系统稳定后转速反馈电压 Un 和实际转速 n 是增加、减小还是不变答：反馈系数增加使得增大，减小，减小，减小，输出电压减小，转速n减小，然后会有所减小，但是由于α增大了，总体还是增大的。

3-4 双闭环直流调速系统调试时，遇到下列情况会出现什么现象答：（1）转速一直上升，ASR不会饱和，转速调节有静差。

（2）转速上升时，电流不能维持恒值，有静差。

3-5某双闭环调速系统，ASR、均采用 PI 调节器，ACR 调试中怎样才能做到Uim*=6V时，Idm=20A；如欲使 Un*=10V 时，n=1000rpm，应调什么参数答：前者应调节，后者应调节。

3-6 在转速、电流双闭环直流调速系统中，若要改变电动机的转速，应调节什么参数改变转速调节器的放大倍数Kn行不行改变电力电子变换器的放大倍数 Ks 行不行改变转速反馈系数α行不行若要改变电动机的堵转电流，应调节系统中的什么参数答：转速n是由给定电压决定的，若要改变电动机转速，应调节给定电压。

改变Kn和Ks不行。

改变转速反馈系数α行。

若要改变电动机的堵转电流，应调节或者。

3-7 转速电流双闭环直流调速系统稳态运行时，两个调节器的输入偏差电压和输出电压各是多少为什么答：均为零。

因为双闭环调速系统在稳态工作中，当两个调节器都不饱和时，PI调节器工作在线性调节状态，作用是使输入偏差电压在稳态时为零。

各变量之间关系如下：3-8 在双闭环系统中，若速度调节器改为比例调节器，或电流调节器改为比例调节器，对系统的稳态性能影响如何答：稳态运行时有静差，不能实现无静差。

2-1 直流电动机有哪几种调速方法？答：调压调速，弱磁调速，转子回路串电阻调速，变频调速。

2-2 简述直流 PWM 变换器电路的基本结构.答：直流 PWM 变换器基本结构如图，包括 IGBT 和续流二极管。

三相交流电经过整流滤波后送往直流 PWM 变换器，通过改变直流 PWM 变换器中 IGBT 的控制脉冲占空比，来调节直流 PWM 变换器输出电压大小，二极管起续流作用。

2-3 直流 PWM 变换器输出电压的特征是什么？答：脉动直流电压。

2-4 为什么直流 PWM 变换器-电动机系统比 V-M 系统能够获得更好的动态性能？答：直流 PWM 变换器和晶闸管整流装置均可看作是一阶惯性环节。

其中直流 PWM 变换器的时间常数 Ts 等于其 IGBT 控制脉冲周期（1/fc），而晶闸管整流装置的时间常数 Ts 通常取其最大失控时间的一半（1/（2mf）。

因 fc 通常为 kHz 级，而 f 通常为工频（50 或 60Hz）为一周内），m 整流电压的脉波数，通常也不会超过 20，故直流 PWM 变换器时间常数通常比晶闸管整流装置时间常数更小，从而响应更快，动态性能更好。

2-5 在直流脉宽调速系统中，当电动机停止不动时，电枢两端是否还有电压？电路中是否还有电流？为什么？答：电枢两端还有电压，因为在直流脉宽调速系统中，电动机电枢两端电压仅取决于直流 PWM 变换器的输出。

电枢回路中还有电流，因为电枢电压和电枢电阻的存在。

2-6 直流 PWM 变换器主电路中反并联二极管有何作用？如果二极管断路会产生什么后果？答：为电动机提供续流通道。

若二极管断路则会使电动机在电枢电压瞬时值为零时产生过电压。

2-7 直流 PWM 变换器的开关频率是否越高越好？为什么？答：不是。

因为若开关频率非常高，当给直流电动机供电时，有可能导致电枢电流还未上升至负载电流时，就已经开始下降了，从而导致平均电流总小于负载电流，电机无法运转。

2-8 泵升电压是怎样产生的？对系统有何影响？如何抑制？答:泵升电压是当电动机工作于回馈制动状态时，由于二极管整流器的单向导电性，使得电动机由动能转变为的电能不能通过整流装置反馈回交流电网，而只能向滤波电容充电，造成电容两端电压升高。

带电流截止负反馈的转速单闭环可逆调速系统设计心得在设计带有电流截止负反馈的转速单闭环可逆调速系统时，我获得了一些有价值的心得。

这种系统通常用于电机控制，通过闭环反馈来实现对电机转速的精确控制。

首先，设计一个合适的电流截止负反馈环路非常重要。

电流截止是一种常用的控制策略，通过将电流与设定值进行比较，然后根据比较结果调整控制信号来实现对转速的控制。

在设计负反馈环路时，需要注意选择合适的比例和积分增益来实现稳定的控制。

其次，选择合适的转速控制策略也是至关重要的。

常见的转速控制策略包括PID 控制、模糊控制和神经网络控制等。

根据实际需求和系统特点，选择最适合的控制策略能够提高系统的控制性能和稳定性。

此外，设计合适的传感器和测量电路也是设计可逆调速系统的重要一环。

转速传感器的准确性对于精确控制转速至关重要。

在选择传感器时，需要考虑其测量范围、精度和响应速度等因素。

最后，合理设计控制回路，并对系统进行充分的仿真和实验。

通过仿真和实验可以验证设计的合理性和系统的性能。

在仿真和实验中，可以对系统进行各种工况的测试，以确保系统在各种条件下都能稳定工作。

总结起来，设计带有电流截止负反馈的转速单闭环可逆调速系统需要考虑多个因素，包括负反馈环路设计、转速控制策略选择、传感器选择和系统仿真与实验。

通过综合考虑这些因素，可以设计出高性能和稳定的转速控制系统。

实验八带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统一、实验目的(1)了解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方法及电流截止负反馈的整定。

(3)通过实验，加深理解负反馈原理及转速负反馈电流截止负反馈的在调速系统中的作用。

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“速度变换”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。

在电流单闭环中，将反映电流变化的电流互感器输出电压信号作为反馈信号加到“电流调节器”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，控制整流桥的“触发电路”，改变“三相全控整流”的电压输出，从而构成了电流负反馈闭环系统。

电机的最高转速也由电流调节器的输出限幅所决定。

同样，电流调节器若采用P（比例）调节，对阶跃输入有稳态误差，要消除该误差将调节器换成PI(比例积分)调节。

当“给定”恒定时，闭环系统对电枢电流变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的电枢电流能稳定在一定的范围内变化。

带电流截至负反馈的转速单闭环直流调速系统概要概述直流调速系统是现代工业中常见的一种控制系统，其主要作用是通过控制电机的转速来调节其输出的功率。

转速单闭环直流调速系统是其中一种常见的控制系统，它采用了带电流截至负反馈的技术，可以有效地提高系统的稳定性和响应速度。

系统结构转速单闭环直流调速系统主要由三部分组成：电机控制电路、转速测量电路和控制器。

其中电机控制电路用于控制电机的转速，转速测量电路用于测量电机的转速，控制器用于计算误差并发送控制信号到电机控制电路。

具体来说，电机控制电路包括电源、电机以及功率调节器等组件。

电源提供电流给电机，功率调节器则可以控制电流的大小和方向，从而实现对电机转速的控制。

转速测量电路主要用于测量电机的转速，它通常包括一些传感器和信号处理电路。

传感器可以检测电机转子的位置，信号处理电路则将传感器输出的信号转换为脉冲信号，供控制器使用。

控制器是这个系统的核心部件，它负责计算误差并发送控制信号到电机控制电路。

具体来说，控制器可以将目标转速和实际转速之间的差值作为误差，通过算法计算出电机电流的大小和方向，从而实现对电机转速的控制。

技术应用转速单闭环直流调速系统广泛应用于各种需要精确控制电机转速的场合，比如机床、风扇、电动机车、水泵等等。

用转速单闭环直流调速系统可以实现对电机的精确的控制，提高设备的工作效率和稳定性。

此外，带电流截至负反馈的技术也可以应用于其他类型的控制系统中，比如温度控制系统、光照控制系统等等。

它的优点是可以提高系统的稳定性和响应速度，从而提高设备的性能和可靠性。

转速单闭环直流调速系统是一种常见的控制系统，它采用了带电流截至负反馈的技术，可以实现对电机转速的精确控制。

该系统结构简单，应用广泛，可用于机床、风扇、电动机车、水泵等设备的控制。

此外，该技术也可以应用于其他类型的控制系统中，提高设备的性能和可靠性。

带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统设计与仿真 一、设计要求系统稳定并无静差 二、给定参数17,220,3000/min N N N P kw U V n r ===，I N =87.3A ，电枢回路电阻0.087a R =Ω，电感0.0032a L H =,励磁回路电阻181.5Ω,电动机的转动惯量20.76.J Kg m =三、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：m i n/12.6min /)02.01(1002.03000)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： r V r V n R I U C N a N N e min/071.0min/3000087.03.87220⋅=⋅⨯-=-=闭环系统额定速降为：min /97.106min /071.0087.03.87r r C R I n e N op =⨯==∆闭环系统的开环放大系数为：5.16112.697.1061=-≥-∆∆=clop n n K003.0/max max n ==n U α3）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:5.16/e p ≥=s K KC K α电枢回路的总电感为0.0032H电磁时间常数为037.0/l ==R L T 27/1l ==τK4)电流截止负反馈 四加电网扰动（第8s电压220→240）负载扰动给定值扰动五、将PI调节器参数改变1.电网扰动（第8s电压220→240）2.负载扰动3.给定值扰动转速、电流双闭环直流调速系统设计与仿真一、设计要求系统稳定并无静差 二、给定参数17,220,3000/min N N N P kw U V n r ===，I N =87.3A ，电枢回路电阻0.087a R =Ω，电感0.0032a L H =,励磁回路电阻181.5Ω,电动机的转动惯量20.76.J Kg m =三、电流调节器ACR 参数计算允许电流过载倍数λ=2；设调节器输入输出电压im nm **U U ==10V ，电力电子开关频率为f=l kHz ．首先计算电流反馈系数β和转速反馈系数α：06.0 I n im *==ββλU N U n nm *α= α=0.003s T 001.0s = ，电流环小时间常数为s T T T oi 002.0s i =+=∑电流调节器超前时间常数为s T K l i 015.0/1i ===τ 而对电流环开环增益局l K =250/5.0=∑i T ，于是ACR 的比例系数为：94.4/i l i ==s K R K K βτ 四、转速调节器ASR 参数计算 选中频段宽度h=5。

第十七单元 晶闸管直流调速系统第二节单闭环直流调速系统一.转速负反馈宜流调速系统转速负反馈直流调速系统的原理如图17-40所示。

转速负反馈直流调速系统由转速给左、转速调节器ASR 、触发器CF 、晶闸管变流器U 、 测速发电机TG 等组成。

直流测速发电机输出电压与电动机转速成正比。

经分圧器分圧取出与转速n 成正 比的转速反馈电压Ufn 0转速给定电压Ugn 与Ufn 比较，其偏差电压A U=Ugn-Ufn 送转速调节器ASR 输入 端。

ASR 输出电圧作为触发器移相控制电压Uc,从而控制晶闸管变流器输出电压Udo 本闭环调速系统只有一个转速反馈环，故称为单闭环调速系统.1. 转速负反馈调速系统工作原理及其静特性设系统在负载T L 时，电动机以给定转速nl 稳定运行，此时电枢电流为Idl,对应 转速反馈电圧为Ufnl,晶闸管变流器输出电压为Udi 。

当电动机负载T L 增加时，电枢电流Id 也增加，电枢回路压降增加，电动机转速下 降，则Ufn 也相应下降， 而转速给定电压Ugn 不变，A U=Ugn-Ufn 加。

转速调节器ASR 输出电压Uc 增加，使控制角a 减小，晶闸管整流装置输出电压Ud 增加，于是电动机转速便相应自动回升，其调节过程可简述为：T L t — Id t — ld （R 》+Rd ） t I -*Ufn I U t — Uc t -* a | —Ud t -*n t 。

图17-41所示为闭坏系统静特性和开环机械特性的关系。

n亠 =H o + A//图17—41闭环系统静特性和开环机械特性的关系.图中①②③④曲线是不同Ud之下的开环机械特性。

假设当负载电流为Idl时，电动机运行在曲线①机械特性的A点上。

当负载电流增加为Id2时，在开环系统中由于Ugn不变，晶闸管变流器输出电压Ud 也不会变，但由丁•电枢电流Id增加，电枢回路压降增加，电动机转速将由A点沿着曲线①机械特性下降至&点，转速只能相应下降。

运动控制系统思考题课后习题答案完整版 (1)运动控制系统思考题课后习题答案完整版(1)思考题答案1.1直流电动机存有哪几种变频方式？各存有那些特点？答：a改变电枢回路电阻调速法外加电阻radd的阻值越大，机械特性的斜率就越大，相同转矩下电动机的转速越低b减弱磁通调速法减弱磁通只能在额定转速以上的范围内调节转速c调节电枢电压调速法调节电枢电压调速所得的人为机械特性与电动机的固有机械特性平行，转速的稳定性好，能在基速以下实现平滑调速。

1.2为什么直流pwm变换器-电动机系统比相往下压整流器-电动机系统能赢得更好的动态性能？答：apwm变换器简单来讲调节的是脉冲串的宽度，直流成分没有受到破坏，也就是说其最大值=峰值是不变的，变的是平均值；b相控整流，是由交流整流得到的直流，虽然也是平均值在变，但是其最大值、峰值也是随着导通角的大小时刻在变，且导通角越小波形的畸变越严重。

从而影响了电机的输出特性。

请问：直流pwm变换器和晶闸管整流装置均可看做就是一阶惯性环节。

其中直流pwm 变换器的时间常数ts等同于其igbt掌控脉冲周期（1/fc），晶闸管整流装置的时间常数ts通常挑其最小失控时间的一半（1/（2mf）。

因fc通常为khz级，而f通常为工频（50或60hz）为一周内），m整流电压的脉波数，通常也不能少于20直流pwm变换器间常数通常比晶闸管整流装置时间常数更大，从而积极响应更慢，动态性能更好。

1.4简述直流pwm变换器电路的基本结构。

请问：直流pwm变换器基本结构例如图，包含igbt和续流二极管。

三相交流电经过整流滤波后送至直流pwm变换器，通过发生改变直流pwm变换器中igbt的掌控脉冲充电电流，去调节直流pwm变换器输入电压大小，二极管起至续流促进作用。

1.5答：不会1.7静差率s与变频范围d存有什么关系？静差率与机械特性硬度就是一两件事吗？请问：关系见到书上公式。

静差率与机械特性硬度就是相同的概念，硬度就是指机械特性的斜率，通常说道硬度大静差率也小；但同样硬度的机械特性，随着起至理想短程输出功率的减少，其晴差率可以随之减小。

第三章
单闭环直流调速系统
转速负反馈调速系统的调节过程
第三章
结论：
单闭环直流调速系统
①转速负反馈自动调节过程依靠偏差电压 来进行调节；
②这种系统是以存在偏差为前提的，反馈环节只是检测偏差，减小偏差
，而不能消除偏差，因此它是有静差调速系统； ③经转速负反馈调整稳定后的转速将低于原来的转速。
第三章
单闭环直流调速系统
第三章
单闭环直流调速系统
复习导入：
转速负反馈单闭环直流调速系统的结构电路图
第三章
单闭环直流调速系统
转速负反馈单闭环直流调速系统的工作原理： 通过调节给定电位器RP1，改变给定电压Ug，即可调 节直流电动机的转速。当Ug增大，转速n升高。其具 体调节过程如下：
Ug U Ug Ud n
当负载转矩减小时，闭环系统的自动调节过程又是怎样的？
第三章
单闭环直流调速系统
二、转速负反馈单闭环调速系统的工作原理
1．电动机内部自动调节过程
①此调节过程主要通过电动机内部电动势E的变化来 进行调节； ②调节过程是以转速的改变为前提，当负载发生变化
时，通过转速的改变，使其达到新的稳定状态。
第三章
单闭环直流调速系统
2．转速负反馈自动调节过程

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。

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。

但这种作用只应在起动和堵转时存在，在正常的稳速运行时又得取消，让电流随着负载的增减而变化。

目录摘要 (2)1主电路的设计 (2)1.1变压器参数的设计与计算 (2)1.2平波电抗器参数的设计与计算 (3)1.3晶闸管元件参数的计算 (4)1.4保护电路的设计 (4)2反馈调速及控制系统 (5)2.1闭环调速控制系统 (5)2.2带电流截止负反馈闭环控制系统 (5)2.3调节器设定 (9)2.4控制及驱动电路设计 (10)3参数计算 (11)3.1基本参数计算 (11)3.2电流截止负反馈环节参数计算与设计 (13)3.3调节器的参数设计与计算 (14)3.4调节器串联校正设计 (17)4总电气图 (18)5心得体会 (20)参考资料 (20)带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统设计摘要直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，并且直流调速系统在理论和实践上都比较成熟，是研究其它调速系统的基础。

在直流电动机中，带电流截止负反馈直流调速系统应用也最为广泛，其广泛应用于轧钢机、冶金、印刷、金属切割机床等很多领域的自动控制。

本次课设就带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统进行参数的设计。

1主电路的设计1.1变压器参数的设计与计算变压器副边电压采用如下公式进行计算： ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=N sh Td I I CU A nU U U 2min max cos αβVU C I I U A n V U V U Nsh T d 110)105.05.09848.0(9.034.2122205.0105.0109.034.221,220222min max =⨯⨯-⨯⨯+==========则取已知αβ因此变压器的变比近似为：45.311038021===U U K 一次侧和二次侧电流I 1和I 2的计算 I 1=1.05×287×0.861/3.45=75A I 2=0.861×287=247A 变压器容量的计算S 1=m 1U 1I 1=3×380×75=85.5kVA S 2=m 2U 2I 2=3×110×247=81.5kVAS=0.5×(S 1+S 2)=0.5×(85.5+81.5)=83.5kVA因此整流变压器的参数为：变比K=3.45，容量S=83.5kVA1.2平波电抗器参数的设计与计算U d =2.34U 2cos αU d =U N =220V, 取α=0° U 2=V U d 0171.9434.22200cos 34.2==I dmin =(5%-10%)I N ,这里取10% 则 L=0.693mH I U d 2308.375.171.00171.94693.0min 2=⨯⨯=⨯0067.0150010*===N nm n U α1.3晶闸管元件参数的计算晶闸管的额定电压通常选取断态重复峰值电压U DRM和反向重复峰值电压U RRM中较小的标值作为该器件的额定电压。

第三章作业思考题3-1 在恒流起动过程中，电枢电流能否达到最大值 I dm ？为什么？答：不能达到最大值，因为在恒流升速阶段，电流闭环调节的扰动是电动机的反电动势，它正是一个线性渐增的斜坡扰动量，所以系统做不到无静差，而是I d 略低于I dm 。

3-2 由于机械原因，造成转轴堵死，分析双闭环直流调速系统的工作状态。

答：转轴堵死，则n=0，U n =α×n =0，∆U n =U n ∗−U n =U n ∗比较大,导致U i ∗=∆U n ×K ASE 比较大，U C =（U i ∗−U i ）×K ACR 也比较大，然后输出电压U d0=U C ×K S 较大，最终可能导致电机烧坏。

3-3 双闭环直流调速系统中，给定电压 Un*不变，增加转速负反馈系数 α，系统稳定后转速反馈电压 Un 和实际转速 n 是增加、减小还是不变？答：反馈系数增加使得U n =α×n 增大，∆U n =U n ∗−U n 减小，U i ∗=∆U n ×K ASE 减小，U C =(U i ∗−U i )×K ACR 减小，输出电压U d0=U C ×K S 减小，转速n 减小，然后U n =α×n 会有所减小，但是由于α增大了，总体U n 还是增大的。

3-4 双闭环直流调速系统调试时，遇到下列情况会出现什么现象？ （1） 电流反馈极性接反。

（2）转速极性接反。

答：（1）转速一直上升，ASR 不会饱和，转速调节有静差。

（2）转速上升时，电流不能维持恒值，有静差。

3-5 某双闭环调速系统，ASR 、 均采用 PI 调节器，ACR 调试中怎样才能做到 Uim*=6V 时，Idm=20A ；如欲使 Un*=10V 时，n=1000rpm ，应调什么参数？答：前者应调节β=U im ∗Idm=0.3，后者应调节α=U n∗n=0.01。

运动控制系统运动控制系统试卷（练习题库）1、弱磁控制时电动机的电磁转矩属于恒功率性质只能拖动恒功率负载而不能拖动恒转矩负载。

2、采用光电式旋转编码器的数字测速方法中，M法适用于测高速，T法适用于测低速。

3、只有一组桥式晶闸管变流器供电的直流电动机调速系统在位能式负载下能实现制动。

4、直流电动机变压调速和降磁调速都可做到无级调速。

5、静差率和机械特性硬度是一回事。

6、带电流截止负反馈的转速闭环系统不是单闭环系统。

7、双闭环调速系统在起动过程中，速度调节器总是处于饱和状态。

8、逻辑无环流可逆调速系统任何时候都不会出现两组晶闸管同时封锁的情况。

9、可逆脉宽调速系统中电动机的转动方向（正或反）由驱动脉冲的宽窄决定。

10、双闭环可逆系统中，电流调节器的作用之一是对负载扰动起抗扰作用。

11、与开环系统相比，单闭环调速系统的稳态速降减小了。

12、α=β配合工作制的可逆调速系统的制动过程分为本组逆变和它组制动两阶段。

13、转速电流双闭环速度控制系统中转速调节为PID调节器时转速总有超调。

14、电压闭环相当于电流变化率闭环。

15、闭环系统可以改造控制对象。

16、直流电动机弱磁升速的前提条件是恒定电动势反电势不变。

17、直流电动机弱磁升速的前提条件是恒定电枢电压不变。

18、电压闭环会给闭环系统带来谐波干扰，严重时会造成系统振荡。

19、对电网电压波动来说，电压环比电流环更快。

20、静差率和机械特性的硬度有关，当理想空载转速一定时，特性越硬，静差率（）21、下列异步电动机调速方法属于转差功率不变型的调速系统是O22、常用的可控直流电源有O23、调速系统的稳态性能指标包括O24、反馈控制系统的作用是O25、常见的调速系统中，在基速以下按（），在基速以上按（）26、自动控制系统的动态性能指标包括对给定输入信号的跟O和对扰动输入信号的O27、电力牵引的（）。

34、PWM变换器可以通过调节O来调节输出电压。

35、PWM逆变器根据电源类型不同可以分为（）。