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摘要随着现代工业的发展，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馈的分别作用，从而获得良好的静，动态性能。
其良好的动态性能主要体现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行深入的探讨和研究。
本次课程设计目的就是旨在对双闭环进行最优化的设计。
关键词：双闭环系统负反馈最佳目录1．课程设计设计说明书……………………………………………1.1整流电路……………………………………………………1.2触发电路的选择和同步……………………………………1.3双闭环控制电路的工作原理………………………………2. 设计计算书………………………………………………………2.1整流装置的计算……………………………………………2.1.1变压器二次侧电压…………………………………2.1.2变压器和晶闸管的容量……………………………2.1.3平波电抗器的电感量………………………………2.1.4晶闸管保护电路……………………………………2.2控制电路的计算……………………………………………2.2.1已知参数……………………………………………2.2.2预选参数……………………………………………2.2.3最佳典型Ⅱ型速度环的计算………………………2.3系统性能指标的分析计算…………………………………2.3.1静态指标的计算……………………………………2.3.2动态跟随指标的计算………………………………2.3.3动态抗扰动指标的计算……………………………3.参考资料…………………………………………………………4.附图和附表………………………………………………………4.1动态结构图和相应的动态结图………………………4.2典Ⅰ典Ⅱ的开环对数幅频特性图……………………4.3系统参数表……………………………………………4.4元件明细表……………………………………………4.5系统原理图……………………………………………1．课程设计设计说明书1.1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。
双闭环直流调速系统的课程设计————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：自动控制原理课程设计——双闭环直流调速系统课程设计班级电气自动化二班姓名程传伦学号110101225指导教师张琦2013年6月10日目录摘要第1章系统方案设计1.1 任务分析1。
2 方案比较论证1.3 系统方案确定第2章系统主电路设计及参数计算2。
1 主电路结构设计与确定2.2 主电路器件选择与计算2.2.1 整流变压器的参数计算和选择2.2.2 整流元件晶闸管的选型2.3 电抗器的设计2.4 主电路保护电路的设计2.4.1 过压保护设计2。
4.2 过流保护设计第3章双闭环调节系统调节器的设计3.1 电流调节器的设计3.2转速调节器的设计小结心得体会参考文献摘要直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。
从控制的角度来看,直流调速还是交流拖动系统的基础。
该系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器,构成了电流环和转速环,前者通过电流元件的反馈作用稳定电流，后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消除转速偏差,从而使系统达到调节电流和转速的目的.该系统起动时,转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节起动电流保持最大值，使转速线性变化,迅速达到给定值；稳态运行时,转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流内环跟随转速外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流.并通过Simulink进行系统的数学建模和系统仿真，分析双闭环直流调速系统的特性。
第1章系统方案设计1。
1 任务分析本课题所涉及的调速方案本质上是改变电枢电压调速。
该调速方法可以实现大范围平滑调速，是目前直流调速系统采用的主要调速方案.但电机的开环运行性能远远不能满足要求.按反馈控制原理组成转速闭环系统是减小或消除静态转速降落的有效途径。
双闭环调速电拖课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解双闭环调速电拖系统的基本组成、工作原理及其在实际工程中的应用。
2. 学生能够掌握双闭环调速系统中速度环和电流环的基本控制策略，并了解其参数对系统性能的影响。
3. 学生能够阐述双闭环调速系统与单闭环系统的区别，分析双闭环系统的优势。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，设计简单的双闭环调速电拖系统，并进行参数调试。
2. 学生通过实验和仿真，能够分析双闭环调速系统的动态性能，提出优化措施。
3. 学生能够运用相关软件（如MATLAB/Simulink）对双闭环调速系统进行建模与仿真，验证控制策略的有效性。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对电力拖动自动控制系统浓厚的兴趣，激发他们探索新知识的热情。
2. 培养学生具备良好的团队合作意识，提高沟通与协作能力。
3. 通过课程学习，引导学生树立正确的工程观念，认识到技术对社会发展的贡献，增强社会责任感和使命感。
课程性质：本课程为电气工程及其自动化专业高年级的专业课程，旨在帮助学生将理论知识与实际应用相结合，提高解决实际问题的能力。
学生特点：学生具备一定的电力电子技术、自动控制原理等基础知识，具有较强的动手能力和探究精神。
教学要求：教师需注重理论与实践相结合，注重启发式教学，引导学生主动参与课堂讨论，提高学生的创新能力和实践能力。
同时，关注学生的个体差异，因材施教，确保每位学生都能在课程中取得具体的学习成果。
二、教学内容1. 双闭环调速电拖系统概述：介绍双闭环调速电拖系统的基本概念、发展历程、应用领域，使学生对其有一个整体的认识。
教材章节：第二章第一节2. 双闭环调速电拖系统组成及工作原理：详细讲解系统的各个组成部分及其作用，分析工作原理，为后续学习奠定基础。
教材章节：第二章第二节3. 速度环和电流环控制策略：讲解双闭环调速系统中速度环和电流环的控制策略，包括PID控制、矢量控制等，分析各控制策略的优缺点。
双闭环调速系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解双闭环调速系统的基本原理和组成部分；2. 学生能掌握双闭环调速系统中速度环和电流环的工作原理及其相互关系；3. 学生能了解双闭环调速系统在工业生产中的应用。
技能目标：1. 学生能运用所学知识，分析并设计简单的双闭环调速系统；2. 学生能通过实际操作，完成双闭环调速系统的调试和优化；3. 学生能运用相关软件或工具，对双闭环调速系统进行仿真和分析。
情感态度价值观目标：1. 学生对双闭环调速系统产生兴趣，培养主动学习和探究的精神；2. 学生认识到双闭环调速系统在工程技术领域的重要性，增强对相关职业的认同感；3. 学生在团队协作中，培养沟通、合作和解决问题的能力。
课程性质：本课程为电气工程及其自动化专业核心课程，旨在使学生掌握双闭环调速系统的基本原理和设计方法。
学生特点：学生具备一定的电路基础和自动控制理论，具有较强的动手能力和探究精神。
教学要求：结合理论教学和实践操作，注重培养学生的实际应用能力和创新意识。
通过分解课程目标为具体学习成果，使学生在掌握知识的同时，提高技能和情感态度价值观。
后续教学设计和评估将以此为基础，确保课程目标的实现。
二、教学内容1. 双闭环调速系统基本原理- 介绍双闭环调速系统的定义、分类及其在工业生产中的应用；- 分析双闭环调速系统的结构及工作原理。
2. 速度环和电流环的工作原理- 详细讲解速度环和电流环的组成、功能及相互关系；- 分析速度环和电流环的参数整定方法及其对系统性能的影响。
3. 双闭环调速系统设计- 介绍双闭环调速系统的设计步骤和方法；- 结合实际案例，分析并设计双闭环调速系统。
4. 双闭环调速系统的调试与优化- 讲解双闭环调速系统调试的原理和方法；- 介绍优化双闭环调速系统性能的途径。
5. 双闭环调速系统的仿真与分析- 介绍常用仿真软件及其在双闭环调速系统中的应用；- 结合实际案例，进行双闭环调速系统的仿真分析。
单闭环直流课程设计一、教学目标本节课的教学目标是让学生掌握单闭环直流调速系统的原理及运行特性，能够运用所学知识分析和解决实际工程问题。
具体目标如下：1.知识目标：（1）了解单闭环直流调速系统的组成及工作原理；（2）掌握调速系统的主要参数，如转速、电流、电压等；（3）熟悉调节器的作用和调节方法，以及如何实现系统的稳定运行。
2.技能目标：（1）能够运用所学知识分析单闭环直流调速系统的工作特性；（2）具备调试和优化调速系统的能力；（3）学会使用相关仪器仪表进行系统参数的测量和分析。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对调速技术的兴趣，激发学生主动探究的热情；（2）培养学生团队合作精神，提高学生解决实际问题的能力；（3）使学生认识到调速技术在现代工业中的重要地位，树立正确的职业观念。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括以下几个部分：1.单闭环直流调速系统的组成及工作原理；2.调速系统的主要参数及其相互关系；3.调节器的作用和调节方法，以及如何实现系统的稳定运行；4.单闭环直流调速系统的运行特性分析；5.调速系统在实际工程中的应用案例。
三、教学方法为了提高教学效果，本节课将采用多种教学方法相结合的方式进行：1.讲授法：讲解单闭环直流调速系统的原理、运行特性以及调节方法；2.讨论法：学生针对实际工程案例进行讨论，培养学生的分析问题和解决问题的能力；3.案例分析法：分析调速系统在现代工业中的应用，使学生了解调速技术的重要性；4.实验法：安排学生进行调速系统的实验操作，提高学生的动手能力。
四、教学资源为了保证教学的顺利进行，教师需准备以下教学资源：1.教材：《电气传动自动化技术》；2.参考书：《直流调速系统及其应用》；3.多媒体资料：调速系统的原理动画、实验视频等；4.实验设备：单闭环直流调速系统实验装置。
通过以上教学资源的使用，为学生提供丰富多样的学习体验，提高教学质量。
五、教学评估为了全面、客观地评估学生的学习成果，本节课采用以下评估方式：1.平时表现：通过观察学生在课堂上的参与程度、提问回答等情况，评估学生的学习态度和理解能力；2.作业：布置与本节课相关的练习题，要求学生在规定时间内完成，通过作业的完成情况评估学生的掌握程度；3.考试：安排一次课堂小测或期中期末考试，测试学生对单闭环直流调速系统知识的掌握情况。
单闭环直流调速系统综合课程设计说明书目录第一章概述 (2)第二章调速控制系统的性能指标 (3)2.1 直流电动机工作原理 (4)2.2 电动机调速指标 (4)2.3 直流电动机的调速 (5)2.4 直流电机的机械特性 (5)第三章单闭环直流电动机系统 (6)3.1 V-M系统简介 (6)3.2 闭环调速系统的组成及静特性 (7)3.3反馈控制规律 (8)3.4 主要部件 (9)3.5 稳定条件 (11)3.6 稳态抗扰误差分析 (12)第四章单闭环直流调速系统的设计及仿真 (14)4.1 参数设计 (14)4.2 参数计算及MATLAB仿真 (15)第五章总结 (24)参考文献第一章概述电动机是用来拖动某种生产机械的动力设备，所以需要根据工艺要求调节其转速，而用于完成这项功能的自动控制系统就被陈为调速系统。
目前调速系统分为交流调速和直流调速系统，由于直流调速系统的调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能，因此在相当长的时间内，高性能的调速系统几乎都采用直流调速系统，但近年来，随着电子工业与技术的发展，高性能的交流调速系统也日趋广泛。
单闭环直流电机调速系统在现代生活中的应用越来越广泛，其良好的调速性能及低廉的价格越来越被大众接受。
单闭环直流电机调速系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、电动机-发动机、闭环控制系统等组成，我们可以通过改变晶闸管的控制角来调节转速，本文就单闭环直流调速系统的设计及仿真做以下介绍。
第二章调速控制系统的性能指标2.1 直流电动机工作原理一、直流电机的构成(1)定子：主磁极、换向磁极、机座、端盖、电刷装置；(2)转子：电枢铁芯、电枢绕组、换向装置、风扇、转轴；(3)气隙二、直流电机的励磁方式按励磁方式的不同，直流电机可分为他励、并励、串励和复励电动机四种。
直流电动机中，在电磁转矩的作用下，电机拖动生产机械沿着与电磁转矩相同的生产方向旋转时，电机向负载输出机械功率。
单闭环调速系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解单闭环调速系统的基本原理，掌握其组成部分及功能。
2. 学生能够掌握单闭环调速系统的数学模型，并了解不同参数对系统性能的影响。
3. 学生能够解释单闭环调速系统中PI调节器的作用，并学会调整参数以改善系统性能。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，分析实际的单闭环调速系统，并进行数学建模。
2. 学生能够通过实验或仿真软件，搭建单闭环调速系统，进行参数调试，以达到预期性能。
3. 学生能够运用图表、数据和文字，对单闭环调速系统的性能进行分析和评价。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对自动化技术的兴趣，认识到调速系统在现代工业中的重要性。
2. 学生通过课程学习，培养解决问题的能力和团队合作精神，增强自信心。
3. 学生在学习过程中，树立正确的工程观念，关注工程实际，注重理论与实践相结合。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程旨在使学生在掌握单闭环调速系统基本知识的基础上，提高实际操作和问题分析能力。
课程目标具体、可衡量，以便学生和教师能够清晰地了解课程的预期成果，并为后续的教学设计和评估提供依据。
二、教学内容1. 单闭环调速系统的基本原理及组成- 介绍闭环控制系统的概念，对比开环控制系统。
- 解释单闭环调速系统的结构，包括被控对象、执行器、传感器和控制器等组成部分。
2. 单闭环调速系统的数学建模- 掌握电机转速与负载之间的关系，建立数学模型。
- 分析系统参数对调速性能的影响。
3. PI调节器的设计与参数调整- 介绍PI调节器的工作原理，分析比例和积分项的作用。
- 学习PI参数的调整方法，以改善系统稳态和动态性能。
4. 单闭环调速系统的性能分析- 利用实验或仿真软件，观察系统在不同参数下的性能表现。
- 分析稳态误差、过渡过程时间和超调量等性能指标。
5. 教学实践与案例分析- 按照教学大纲，安排实验或仿真练习，使学生动手实践。
- 分析实际案例，让学生了解单闭环调速系统在工程中的应用。
双闭环调速课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解双闭环调速系统的基本原理，掌握其组成部分及功能。
2. 学生能掌握双闭环调速系统中速度闭环和电流闭环的工作原理及其相互关系。
3. 学生能运用所学知识分析双闭环调速系统的性能，并对其进行优化。
技能目标：1. 学生能通过实际操作，搭建简单的双闭环调速系统，并对其进行调试。
2. 学生能运用相关软件（如MATLAB/Simulink）对双闭环调速系统进行仿真分析。
3. 学生能运用所学知识解决实际工程中与双闭环调速相关的问题。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对电气工程及自动化领域的兴趣，激发他们的学习热情。
2. 培养学生具备团队合作意识，提高他们在实际工程中的沟通与协作能力。
3. 培养学生严谨的科学态度，使他们认识到技术在现代社会中的重要作用。
课程性质：本课程为电气工程及其自动化专业的一门专业课程，旨在让学生掌握双闭环调速系统的原理及其在实际工程中的应用。
学生特点：学生已具备一定的电路分析、自动控制理论基础，具有一定的动手能力和问题解决能力。
教学要求：结合课程性质、学生特点，将课程目标分解为具体的学习成果，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力和创新能力。
在教学过程中，关注学生的个体差异，引导他们主动探究，培养他们解决问题的能力。
同时，注重培养学生的团队合作意识和科学态度。
二、教学内容1. 双闭环调速系统概述：介绍双闭环调速系统的基本概念、发展历程、应用领域及发展趋势。
教材章节：第一章2. 双闭环调速系统原理：讲解速度闭环和电流闭环的工作原理、参数设置及相互关系。
教材章节：第二章3. 双闭环调速系统性能分析：分析双闭环调速系统的稳态性能、动态性能及其影响因素。
教材章节：第三章4. 双闭环调速系统设计：介绍双闭环调速系统的设计方法、步骤和注意事项。
教材章节：第四章5. 双闭环调速系统仿真与实验：运用MATLAB/Simulink软件进行双闭环调速系统的仿真分析，以及实际操作搭建和调试双闭环调速系统。
单闭环课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解单闭环控制系统的基本概念，掌握其工作原理及数学模型；2. 学生能掌握单闭环控制系统的性能指标，如稳定性、快速性和准确性；3. 学生能描述单闭环控制系统在不同参数下的动态响应特性。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识设计简单的单闭环控制系统；2. 学生能够分析单闭环控制系统的性能，并提出优化策略；3. 学生能够通过实验和仿真等方法验证单闭环控制系统的有效性。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对自动控制技术的兴趣，激发创新意识和探索精神；2. 学生培养团队协作意识，学会与他人共同解决问题；3. 学生能够认识到单闭环控制系统在工程实际中的应用价值，增强实践能力。
课程性质：本课程为自动化及相关专业高年级学生开设的专业课程，旨在帮助学生掌握单闭环控制系统的基本理论、设计方法和实际应用。
学生特点：学生已具备一定的自动控制理论基础，具有较强的学习能力和实践操作能力。
教学要求：结合课程性质和学生特点，注重理论与实践相结合，强调学生在学习过程中的主动性和创造性。
通过本课程的学习，使学生能够具备独立设计、分析和优化单闭环控制系统的能力。
在教学过程中，将课程目标分解为具体的学习成果，以便进行教学设计和评估。
二、教学内容1. 单闭环控制系统的基本概念与原理- 定义、分类及特点- 控制系统的数学模型2. 单闭环控制系统的性能分析- 稳定性、快速性和准确性的影响因素- 动态响应特性的分析3. 单闭环控制系统的设计方法- 控制器的设计原则和步骤- 参数整定方法4. 单闭环控制系统的优化与仿真- 性能优化策略- 实验与仿真方法5. 单闭环控制系统在实际工程中的应用案例- 工业生产中的应用- 日常生活及科技领域中的应用教学内容安排与进度：第一周：单闭环控制系统的基本概念与原理第二周：单闭环控制系统的性能分析第三周：单闭环控制系统的设计方法第四周：单闭环控制系统的优化与仿真第五周：单闭环控制系统在实际工程中的应用案例本教学内容依据课程目标，结合教材相关章节，注重科学性和系统性。
1双闭环系统的设计1.1设计内容第一，双闭环直流电动机控制系统设计。
分析系统工作原理，进行系统总体设计。
分析设计出控制系统框图，控制系统动态结构图，控制系统稳态结构图，双闭环直流电动机控制系统原理图设计。
根据系统框图和任务分解结果，进行典型环节和模块电路的设计。
设计转速电流环电路，触发电路驱动控制电路的选型设计（模拟触发电路、集成触发电路、数字触发器电路均可），控制主电路元部件的确定及其参数计算（包括有变压器、电力电子器件、平波电抗器与保护电路等），检测及给定电路。
第二，控制系统各单元参数测试和计算。
测出各环节的放大倍数及时间常数，在确定调速范围D= 10时比较开环、单环和双环时的动态响应。
第三，PID控制算法的确定。
以仿真结果或实验结果为根本依据，结合理论，确定合理的PID控制策略和控制参数。
第五，MATLAB仿真验证。
利用MATLAB下的SIMULINK软件进行系统仿真，同时将结果在示波器上显示出来，以验证设计的正确性。
第六，设计要求：为某生产机械设计一个调速范围宽、起制动性能好（可选做）的直流双闭环系统。
已知系统中直流电动机主要数据如下：（1）一台直流电机，直流电机额定数据：PN=60KW，UN=220V，IN=308A，nN=1OOOr/min，电枢回路总电阻R=0.18 3电磁时间常数Tl = 0.012s，机电时间常数Tm= 0.12s，电动机系数Ce= 0.196V- min/r。
（2）主要技术指标：调速范围0~1000r/min，电流过载倍数入=11.，系统静特性良好，无静差。
（3）动态性能指标：空载起动到额定转速超调量S贰10%，电流超调量5%,动态速降△ n W 10%调速系统的过渡过程时间（调节时间）ts W1s1.2系统主电路设计直流调速系统常用的直流电源有三种：旋转变流机组；静止式可控整流器；直流斩波器或脉宽调制变换器。
机组供电的直流调速系统在20世纪60年代以前曾广泛地使用着，但该系统需要旋转变流机组，至少包含两台与调速电动机容量相当的旋转电机还要仪态励磁发电机，因此设备多，体积大，费用高，效率低。
1．设计目的及意义随着现代工业的发展，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。
双闭环控制则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馈的分别作用，从而获得良好的静，动态性能。
其良好的动态性能主要体现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行深入的探讨和研究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及其静态和动态性能。
然后按照自动控制原理，对双闭环调速系统的设计参数进行分析和计算。
转速、电流双闭环直流调速系统是性能很好，应用最广的直流调速系统, 采用转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。
转速、电流双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。
应掌握转速、电流双闭环直流调速系统的基本组成及其静特性；从起动和抗扰两个方面分析其性能和转速与电流两个调节器的作用；应用工程设计方法解决双闭环调速系统中两个调节器的设计问题，等等。
通过对转速、电流双闭环直流调速系统的了解，使我们能够更好的掌握调速系统的基本理论及相关内容，在对其各种性能加深了解的同时，能够发现其缺陷之处，通过对该系统不足之处的完善，可提高该系统的性能，使其能够适用于各种工作场合，提高其使用效率。
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。
一、单闭环总体方案设计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。
原理图如下：图1、单闭环直流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。
图3、单闭环直流调速系统稳态结构框图同理，用各环节的输入输出特性，即各环节的传递函数，表示成结构图形式，就得到了系统的动态结构框图。
由所学的相关课程知：放大环节可以看成纯比例环节，电力电子变换环节是一个时间常数很小的滞后环节，这里把它看作一阶惯性环节，而额定励磁下的直流电动机是一个二阶线性环节。
所以，可以得到如下的框图：NadN N n Ce R I U -=图4、单闭环直流调速系统动态结构框图3、参数计算设计完系统框图，就可以用已知的传递函数结合设计要求中给定的参数进行对系统静态和动态两套参数的计算。
以便于后续步骤利用经典控制论对系统的分析。
为了方便以下的计算，每个参数都采用统一的符号，这里先列出设计要求中给出的参数及大小： 电动机：P N =10kw U N =220v I dN =55A n N =1000rpm R a =0.5Ω 晶闸管整流装置：二次线电压E 2l =230v K s =44 主回路总电阻：R=1Ω测速发电机：P Nc =23.1kw U Nc =110v I dN =0.21A n Nc =1900rpm 系统运动部分：飞轮矩GD 2=10Nm 2电枢回路总电感量：要求在主回路电流为额定值10﹪时，电流仍连续 生产机械：D=10 s ≤5﹪（1）静态参数设计计算 A 、空载到额定负载的速降Δn N 由公式：（其中D ，s 已知） 得：Δn N ≤5.26rpm B 、系统开环放大倍数K由公式： （由公式 可算出C e =0.1925Vmin/r ）得：K=53.3C 、测速反馈环节放大系数a设：测速发电机电动势系数= U Nc / n Nc =0.0579 Vmin/r测速发电机输出电位器RP 2分压系数a 2 根据经验，人为选定a 2=0.2)1(N N s n s n D -∆∆=)1(e d K C RI n +=则a=C ec a 2=0.01158 注：1、a 2正确性的验证：反馈通道的输出用于和给定比较，参照图3的标注，U n 略小于U n ※即可，当a 2=0.2时，U n =11.58v 满足要求（图1中，3为-， 2为+ ，7要求+，也可验证） 2、RP 2的选择主要从功耗方面考虑，以不致过热为原则。
D 、运算放大器的放大系数K p由公式 （其中α即a ） K p ≥20.14取K p =21 （若向小方向取，可能影响快速性，由于后加限幅电路，略大无妨） 此处的近似，使k 由53.3变为55.58 （2）动态参数设计计算在经典控制论中，动态分析基于确定系统的传函，所以要求出传函并根据已知求的传函中的未知参数，再用劳斯判据得出系统稳定性，在稳定的基础上再加校正以优化系统，使稳、准、快指标平衡在要求范围内的值上。
由图4，得系统开环传函其中,T s 晶闸管装置滞后时间常数T m 机电时间常数 T l ：电磁时间常数 主电路电感值L根据要求在主回路电流为额定值10﹪时，电流仍连续。
结合抑制电流脉动的措施中关于L 的讨论，得： 公式：其中，整流变压器副边额定相电压（二次相电压）得：L=0.017H(3)其他未知参数计算电磁时间常数机电时间常数对于三相桥式整流电路，晶闸管装置的滞后时间常数为 T s = 0.00167 s系统传函为：es p C K K K α=)1)(1()(m 2m s +++=s T s T T s T Ks W l mind 2693.0I U L =V 8.1323230322===l U U s 017.00.1017.0===R L T l s075.01925.0301925.03750.110375m e 2m =⨯⨯⨯⨯==πC C R GD T ））（（）（1s 075.0s 001275.01s 00167.058.55s W 2+++=4.稳定性分析稳定是系统首要的条件，一切的分析只有建立在稳定的基础上才有意义。
(1)基于经典自控理论得分析 根据系统闭环传函 特征方程 应用三阶系统的劳斯-赫尔维茨判据，系统稳定的充分必要条件是代入整理得：或所以：把所得参数代入就是说，k 小于49.4系统才稳定。
但是，按稳态调速性能指标要求计算出的要K ≥53.3 它们是矛盾的。
所以，当前的系统是不满足要求的。
5、系统校正在设计校正装置时，主要的研究工具是Bode 图，即开环对数频率特性的渐近线。
它的绘制方法简便，可以确切地提供稳定性和稳定裕度的信息，而且还能大致衡量闭环系统稳态和动态的性能。
因此，Bode 图是自动控制系统设计和应用中普遍使用的方法。
伯德图与系统性能的关系⏹ 中频段以-20dB/dec 的斜率穿越0dB ，而且这一斜率覆盖足够的频带宽度，则系统的稳定性好；⏹ 截止频率（或称剪切频率）越高，则系统的快速性越好； ⏹ 低频段的斜率陡、增益高，说明系统的稳态精度高；⏹ 高频段衰减越快，即高频特性负分贝值越低，说明系统抗高频噪声干扰的能力越强。
相角裕度γ 和以分贝表示的增益裕度 Gm 。
一般要求：0111)(1sm 2s m 3s m =++++++++s KT T s K T T T s K T T T l l 111)(1)1()1)(1(1)1)(1(/)(sm 2s m 3s m e sp m 2m s e s p m 2m s e s p c +++++++++=+++++++=s K T T s K T T T s K K C K K s T s T T s T s T s T T s T C K K s W l l l l l α0000030213210>->>>>a a a a a a a a ，，，，ss m s )1())((T T K T T T T l l +>++0111)(sm s m s m >+-++⋅++KT T T K T T K T T T l l s2s s m )(T T T T T T K l l ++<4.49)(s2s s m =++<T T T T T T K l lγ = 30°－60° GM > 6dB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。
6.调节器的选择P 调节器：采用比例（P ）放大器控制的直流调速系统，可使系统稳定，并有一定的稳定裕度，同时还能满足一定的稳态精度指标。
但是，带比例放大器的反馈控制闭环调速系统是有静差的调速系统。
I 调节器：采用积分调节器，当转速在稳态时达到与给定转速一致，系统仍有控制信号，保持系统稳定运行，实现无静差调速。
PI 调节器：比例积分控制综合了比例控制和积分控制两种规律的优点，又克服了各自的缺点，扬长避短，互相补充。
比例部分能迅速响应控制作用，积分部分则最终消除稳态偏差。
7.校正环节的设计根据经验并验证，本系统加PI 调节器可满足要求，调节器的传函为：电机环节经分解，可等效成： 8.限流装置的选择：I db l 应小于电机允许的最大电流，一般取I db l =（1.5~2） I N从调速系统的稳态性能上看，希望稳态运行范围足够大，截止电流应大于电机的额定电流，一般取I dcr ≥（1.1~1.2）I N本系统限流值应为：82.5A 系统验证 超调15.28％ 峰值时间0.285s 调节时间0.5s可见，电机转速快速稳定在1000rpm ，符合要求。
二 、双闭环直流调速系统的组成与原理图1.1 双闭环直流调速系统的原理图首先是对双闭环控制电路的稳态工作原理的分析，可以根据系统的稳态结构框图来分析，分析稳态工作原理的关键是要了解PI调节器的稳态特征，一般都会存在着两种状况：饱和——输出ss s W 088.01049.0)(pi +=达到限幅值，不饱和——输出未达到限幅值。
