单闭环不可逆直流调速系统原理图

《运动控制系统》实验报告姓名： 专业班级： 学号： 同组人：实验一 不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究一、实验目的1、了解转速单闭环直流调速系统的组成。

2、加深理解转速负反馈在系统中的作用。

3、研究直流调速系统中速度调节器ASR 的工作原理及其对系统静特性的影响。

4、测定晶闸管--电动机调速系统的机械特性和转速单闭环调速系统的静特性。

二、实验系统组成及工作原理采用闭环调速系统，可以提高系统的动静态性能指标。

转速单闭环直流调速系统是常用的一种形式。

图1-1所示是不可逆转速单闭环直流调速系统的实验原理图。

图中电动机的电枢回路由晶闸管组成的三相桥式全控整流电路V 供电，通过与电动机同轴刚性联接的测速发电机TG 检测电动机的转速，并经转速反馈环节FBS 分压后取出合适的转速反馈信号U n ，此电压与转速给定信号U n *经速度调节器ASR 综合调节，ASR 的输出作为移相触发器GT 的控制电压U ct ，由此组成转速单闭环直流调速系统。

在本系统中ASR 采用比例—积分调节器，属于无静差调速系统。

图中DZS 为零速封锁器，当转速给定电压U n *和转速反馈电压U n 均为零时，DZS 的输出信号使转速调节器ASR 锁零，以防止调节器零漂而使电动机产生爬行。

RP 给定图1-1 不可逆转速单闭环直流调速系统三、实验注意事项1. 直流电动机M03参数为：P N=185W，U N=220V，I N=1.1A，n=1500r/min。

2. 直流电动机工作前，必须先加上直流激励。

3. 系统开环以及单闭环起动时，必须空载，且不允许突加给定信号U g起动电机，每次起动时必须慢慢增加给定，以免产生过大的冲击电流，更不允许通过突合主回路电源开关SW起动电机。

4. 测定系统开环机械特性和闭环静特性时，须注意电枢电流不能超过电机额定值1A。

5. 单闭环连接时，一定要注意给定和反馈电压极性。

四、实验内容1、晶闸管--电动机系统开环机械特性及控制特性的测定（1）连接晶闸管—电动机系统为开环控制，不必使用转速调节器ASR，可将给定电压U g（开环时给定电压称为U g，闭环后给定电压称为U n*）直接接到触发单元GT的输入端（U ct），电动机和测功机分别加额定励磁。

单闭环不可逆直流调速系统设计目录1 中文摘要 -2 -2 英文摘要 - 2 -3 电力拖动简介 - 3 -4 设置参数 - 3 -5 方案确定 - 3 -5.1 方案的采用 - 3 -5.1.1 调节电枢电压调速 - 3 -5.1.2 主电路的采用 - 3 -5.1.3 控制电路方案的采用 - 4 -6 主电路设计 - 4 -7 控制电路设计 - 5 -7.1 稳态性能分析（流程图） - 6 -7.2稳定性分析 - 6 - 7.3 闭环系统应有的开环放大系数 - 7 -7.4系统动态过程 - 8 -7.5校正环节 - 9 -8 结束语 - 9 -9 参考文献 - 9 -1. 摘要内容摘要：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。

关键词：稳态性能稳定性开环闭环负反馈静差2.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.Key words: steady-statebehaviour stability open loop Close-loop feedback offset3. 电力拖动简介电力拖动是利用电动机拖动生产机械的工作机构使之运转的一种方法。

信息工程学院 11级应用电子技术（4）班吴晓强 3111002716实验三单闭环不可逆直流调速系统实验一、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过程。

(3) 认识闭环反馈控制系统的基本特性。

，用作ct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，控制整流桥的“触发电路”，Ct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。

图3-1 转速单闭环系统原理图图3-2 电流单闭环系统原理图四、实验内容(1) DJK04上的基本单元的调试。

不变时直流电动机开环特性的测定。

(2) Uct(3) U不变时直流电动机开环特性的测定。

d(4) 转速单闭环直流调速系统。

(5) 电流单闭环直流调速系统。

五、实验方法(1) DJK02和DJK02-1上的“触发电路”调试①打开DJK01总电源开关，操作“电源控制屏”上的“三相电网电压指示”开关，观察输入的三相电网电压是否平衡。

②将DJK01“电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧。

单闭环不可逆直流调速系统设计————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：单闭环不可逆直流调速系统设计1.方案分析与认证1.1转速控制调速指标与要求直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内实现平滑调速,在许多需要调速的电力拖动领域中得到了广泛的应用.从控制的角度来看，直流拖动控制系统又是交流拖动控制系统的基础，所以应该首先掌握直流拖动控制系统。

为了进行定量的分析，可以针对前两项要求定义两个调速指标，叫做“调速范围”和“静差率”。

这两个指标合成调速系统的稳态性能指标。

一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调范围。

在直流电动机变压调速系统中,一般以电动机的额定转速作为最高转速,若额定负载下的转速降落为，则按照上面分析的结果,该系统的静差率应该是最低速时的静差率，即，于是，最低转速为,而调速范围为,将上式的式代入,得,表示变压调速系统的调速范围、静差率和额定速降之间所满足的关系。

晶闸管-电动机系统是开环系统，调节控制电压就可以改变电动机的转速，如果负载的生产工艺对运行时的静差率要求不高,这样的开环调速系统都能实现一定范围内的无级调速，但是，许多需要调速的生产机械常常对静差率有一定的要求，例如龙门刨床,由于毛坯表面粗糙不平,加工时负载大校场有波动，但是,为了保证共建的加工精度和加工后的表面光洁度，加工过程中的速度却必须稳定，也就是说，静差率不能太大，一般要求，调速范围D=20～30，静差率s≤5％。

又如热连轧机，各机架轧辊分别由单独的电动机拖动，钢材在几个机架内连续轧制，要求各机架出口线速度保持严格的比例关系，使被轧金属的每秒流量相等,才不致造成钢材拱起或拉断，根据工艺要求，须使调速范围D=3～10时，保证静差率s≤0。

2%～0。

5%。

在这些情况下，开环调速系统往往不能满足要求。

目录一、摘要 (2)二、总体方案设计 (3)1、控制原理2、控制结构图三、参数计算 (5)1、静态参数设计计算2、动态参数设计计算四、稳定性分析 (8)1、基于经典自控理论得分析2、利用MATLAB辅助分析A、利用根轨迹分析B、在频域内分析奈氏曲线：bode图利用单输入单输出仿真工具箱分析用Simulink仿真五、系统校正 (14)1、系统校正的工具2、调节器的选择3、校正环节的设计4、限流装置的选择六、系统验证 (15)1、分析系统的各项指标2、单位阶跃响应3、Simulink仿真系统验证系统运行情况七、心得体会 (20)八、参考文献 (20)一、摘要运动控制课是后续于自动控制原理课的课程，是更加接近本专业实现应用的一门课程。

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，在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。

由于直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。

所以加深直流电机控制原理理解有很重要的意义。

本设计首先进行总体系统设计，然后确定各个参数，当明确了系统传函之后，再进行稳定性分析，在稳定的基础上，进行整定以达到设计要求。

另外，设计过程中还要以matlab为工具，以求简明直观而方便快捷的设计过程。

二、总体方案设计1、控制原理根据设计要求，所设计的系统应为单闭环直流调速系统，选定转速为反馈量，采用变电压调节方式，实现对直流电机的无极平滑调速。

所以，设计如下的原理图：图1、单闭环直流调速系统原理图转速用与电动机同轴相连的测速电机产生的正比于转速的电压信号反馈到输入端，再与给定值比较，经放大环节产生控制电压，再通过电力电子变换器来调节电机回路电流，达到控制电机转速的目的。

这里，电压放大环节采用集成电路运算放大器实现，主电路用晶闸管可控整流器调节对电机的电源供给。

所以，更具体的原理图如下：图2、单闭环直流调速系统具体原理图2、控制结构图有了原理图之后，把各环节的静态参数用自控原理中的结构图表示，就得到了系统的稳态结构框图。

等级: 湖南工程学院课程设计课程名称专业综合课程设计课题名称电压单闭环不可逆直流调速系统专业自动化班级1101班学号201101020114姓名张辉指导教师李祥来、赵葵银、沈细群等2014年9月1日湖南工程学院课程设计任务书课程名称专业综合课程设计课题电压单闭环不可逆直流调速系统专业班级自动化1101班学生姓名张辉学号201101020114指导老师李祥来、赵葵银、沈细群等审批黄峰任务书下达日期2014年9月1日任务完成日期2014年9月 16日设计内容与设计要求设计内容：1. 电路功能：1）用晶闸管缺角整流实现直流调压，控制直流电动机的转速。

2）电路由主电路与控制电路组成，主电路主要环节：整流电路及保护电路。

控制电路主要环节：触发电路、电压电流检测单元、驱动电路、检测与故障保护电路。

3）主电路电力电子开关器件采用晶闸管、IGBT或MOSFET。

4）系统具有完善的保护2. 系统总体方案确定3. 主电路设计与分析1）确定主电路方案2）主电路元器件的计算及选型3）主电路保护环节设计4. 控制电路设计与分析1）检测电路设计2）功能单元电路设计3）触发电路设计4）控制电路参数确定设计要求：1．设计思路清晰，给出整体设计框图；2．单元电路设计，给出具体设计思路和电路；3．分析所有单元电路与总电路的工作原理，并进行试验调试。

并给出必要的波形分析。

4．绘制总电路图，5．写出设计报告；主要设计条件1.设计参数1）输入输出电压：（AC）220（1+15%）、2）最大输出电压、电流根据电机功率予以选择3）要求电机能实现单向无级调速4）电机型号布置任务时给定2.可提供实验与仿真条件电力电子与运动控制技术训练室提供实验条件说明书格式目录1．课程设计封面；2．任务书；3．说明书目录；4．设计总体思路，主电路设计；5．控制单元电路设计（各单元电路图）；6．实验或仿真调试等。

7．总结与体会；8．附录（完整的总电路图）；9．参考文献；10、课程设计成绩评分表进度安排设计时间分为二周第一周星期一:课题内容介绍和查找资料；星期二:总体电路方案确定星期三:主电路设计星期四:控制电路设计星期五:控制电路设计；第二周星期一: 控制电路设计星期二：电路原理及波形分析、实验调试及仿真等星期四~五:写设计报告，打印相关图纸；星期五下午:答辩及资料整理参考文献参考文献[1]王兆安．电力电子技术（第5版）．机械工业出版社，2008[2]孙培德．现代运动控制技术及其应用．电子工业出版社，2012[3]陈伯时．电力拖动自动控制系统（第4版））．机械工业出版社，2012[4]曾毅．运动控制系统工程．机械工业出版社，2014[5]刘定建，朱丹霞．实用晶闸管电路大全．机械工业出版社，1996[6]刘星平．电力电子技术及电力拖动自动控制系统．校内，1999目录第1章概述........................... . (1)1.1 设计要求 (2)1.2 设计参数 (2)1.3 系统组成 (2)1.4工作原理 (3)第2章主电路设计 (5)2.1 主电路的分析 (5)2.2 单相桥式全控整流电路的计算 (6)2.3 晶闸管电路参数计算分析 (7)第3章控制电路的设计 (9)3.1 锯齿波同步移相触发电路 (9)3.2检测与保护电路设计 (10)3.3 调节电路设计 (12)第4章电路调试 (13)4.1 主电路调试 (13)4.2 基本单元部件调试 (13)4.3 调试注意事项 (14)总结 (15)参考文献 (16)附录 (17)第1章概述调速控制系统是通过对电动机的控制，将电能转换成机械能，并且控制工作机械按给定的运动规律运行的装置，用直流电动机作为原动机的传动方式称为直流调速。

单闭环不可一、实验目的逆直流调速系统实验（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）掌握晶甲管直流调速系统的一般调试过程。

（3）认识闭环反馈控制系统的基本特性。

二、实验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（包挂单闭环系统和多闭环系统）。

对调速指标要求不高的场合，采用直流调速系统，而对调速指标要求较高的则采用多闭环系统。

按反馈的方式不同可分为转速负反馈、电流反馈、电压反馈等。

在单闭环系统中，转速负反馈单闭环使用较多。

转速负反馈单闭环系统原理如图5.11所示。

图中将反映转速变化的电压信号作为反馈信号，经“速度反馈”后接到“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Ua，用作控制整流桥的“触发电路”。

触发脉冲经功放后加到晶甲管的门极的阴极之间，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。

电动机的转速随给定电压的变化，电动机最高转速由电流调节器的输出限幅所决定。

若电流调节器采用比列（p）调节，对阶跃输入由稳态误差，则需将调解器换成比列积分（pi）调节。

这时若“给定”电压恒定，闭环系统对速度变化起到了让制作用，当电动机负责或电源电压波动时，电动机的转速能稳定在一定的范围内变化。

电流反馈单闭环系统原理图如图5.12所示，图中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”电压比较，经放大后，得到移相控制电压Uct，控制整流电桥的“触发电路”，关改变“三相全控整流”的电压输出，从各构成了电压反馈闭环系统。

电动机的最高转速也有电流调节器的输出限幅所决定。

同样，若电流调节器采用比例（P）调节，则对阶跃输入由稳态误差，要消除该误差可将调节器换成比例积分(PI)调节。

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

成绩:日期：电机控制技术实验报告姓名：学号：任课老师：实验日期: 年月日实验地点：同组姓名: 实验成绩：实验一单闭环不可逆直流调速系统一、实验目的：1．研究晶闸管直流电动机调速系统在反馈控制下的工作。

2．研究直流调速系统中速度调节器ASR的工作及其对系统静特性的影响。

3．学习反馈控制系统的调试技术。

二、实验内容：1．MCL-01的调试。

2．各控制单元调试3．测定开环机械特性及闭环静特性。

三、实验主要仪器设备：1．MCL—Ⅱ系列教学实验台主控制屏。

2．MCL—01组件。

3．MCL—02组件。

4．MCL—03组件。

5．MEL-11挂箱6．MEL—03三相可调电阻（或自配滑线变阻器）。

7．电机导轨及测速发电机、直流发电机M01（或电机导轨及测功机、MEL—13组件）。

8．直流电动机M03。

9．双踪示波器。

四、实验示意图：五、实验数据记录：六、实验结果的计算及曲线：无转速负反馈时的开环工作机械特性带转速负反馈有静差工作的系统静特性带转速负反馈时的无静差闭环工作的静特性七、对实验结果实验中某些现象的分析讨论：1．系统在开环、有静差闭环与无静差闭环工作时，速度调节器ASR各工作在什么状态？实验时应如何接线？答：2．要得到相同的空载转速n0，亦即要得到整流装置相同的输出电压U，对于有反馈与无反馈调速系统哪个情况下给定电压要大些？为什么？答：3．在有转速负反馈的调速系统中，为得到相同的空载转速n0，转速反馈的强度对U g 有什么影响？为什么？答：4．如何确定转速反馈的极性与把转速反馈正确地接入系统中？又如何调节转速反馈的强度，在线路中调节什么元件能实现？答：实验日期: 年月日实验地点：同组姓名: 实验成绩：实验二双闭环晶闸管不可逆直流调速系统一、实验目的：1．了解双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．熟悉MCL—Ⅱ电机控制教学实验台主控制屏的结构及调试方法。

3．熟悉MCL-01, MCL-02，MCL-03的结构及调试方法4．掌握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。