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摘要本文以控制系统的传递函数为基础，采用工程设计方法对最常用的转速、电流双闭环调速系统进行设计，并用MATLAB/Simulink软件对系统进行了仿真。
首先对双闭环直流调速系统采用常规PID控制进行设计，电流调节器和转速调节器都采用了PID控制器，并分别对电流环和转速环的动态性能和抗扰动性能进行了仿真分析。
其次，由于转速调节器起主要作用，所以对转速环采用模糊控制，并设计了模糊控制器，对双闭环直流调速系统进行仿真分析，并与常规PID 控制进行了对比，仿真结果表明，模糊控制有良好的动态特性，很强的抗干扰能力。
关键词：直流调速PID控制模糊控制系统仿真目录摘要 (I)1 绪论 (1)1.1课题研究背景 (1)1.2直流调速系统的国内外研究概况 (1)1.4研究双闭环直流调速系统的目的和意义 (2)2 直流电机双闭环调速系统 (3)2.1直流电动机的起动与调速 (3)2.2直流调速系统的性能指标 (8)2.3双闭环直流调速系统的组成 (12)2.4 直流他励电动机的数学模型 (13)2.5可控硅整流装置的数学模型 (15)2.6本章小结 (16)3 常规PID控制双闭环直流调速系统的设计 (17)3.1双闭环调速系统的工程设计方法 (17)3.2双闭环直流调速系统的设计 (20)3.3设计实例 (25)3.4Matlab仿真 (30)3.5仿真结果分析 (33)3.6本章小结 (33)4结论 (34)1 绪论1.1课题研究背景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。
就目前而言，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式，在许多工业部门，如轧钢、矿山采掘、纺织、造纸等需要高性能调速的场合得到广泛的应用。
然而传统双闭环直流电动机调速系统多数采用结构比较简单、性能相对稳定的常规PID控制技术，在实际的拖动控制系统中，由于电机本身及拖动负载的参数(如转动惯量)并不像模型那样保持不变，而是在某些具体场合会随工况发生改变；与此同时，电机作为被控对象是非线性的，很多拖动负载含有间隙或弹性等非线性的因素。
1.2设计要求....................................................2 (3)3主电路的设计....................................................5 .. (3)3.4晶闸管元件参数的计算........................................7 (3)4电流调节器的设计................................................9 .. (3)5转速调节器的设计...............................................13 .. (3)1.2设计要求 (5)2双闭环调速系统的总体设计 (5)3主电路的设计 (8)3.1主电路电气原理图及其说明 (8)3.5保护电路的设计 (11)4.1电流环结构框图的化简 (12)T∑i = T s + T oi (13)4.2.1确定时间常数 (13)3)电流环小时间常数之和T∑=T s+T oi=0.0037s (13)4.2.5计算调节器电阻和电容 (15)5.1转速环结构框图的化简 (16)5.2.1确定时间常数 (17)5.2.5计算调节器电阻和电容 (19)V-M双闭环直流可逆调速系统设计初始条件：1．技术数据及技术指标：直流电动机：P N=3KW , U N=220V , I N=17.5A , n N=1500r/min , R a=1.25Ω堵转电流I dbl=2I N, 截止电流I dcr=1.5I N，GD2=3.53N.m2三相全控整流装置：K s=40 , R rec=1. 3Ω平波电抗器：R L=0. 3Ω电枢回路总电阻R=2.85Ω，总电感L=200mH ,滤波时间常数：T oi=0.002s , T on=0.01s,其他参数：U nm*=10V ,U im*=10V , U cm=10Vσi≤5% , σn≤10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) 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) 调速系统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）(3) 动态设计计算：根据技术要求，对系统进行动态校正，确定ASR调节器与ACR调节器的结构型式及进行参数计算，使调速系统工作稳定，并满足动态性能指标的要求(4) 绘制V-M双闭环直流可逆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时间安排：课程设计时间为一周半，共分为三个阶段：（1）复习有关知识，查阅有关资料，确定设计方案。
摘要直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在宽范围内平滑调速，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。
近年来，虽然高性能交流调速技术发展很快，但是直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，应用前景相当广阔；而且从控制规律的角度来看，直流拖动控制系统又是交流拖动控制系统的基础。
掌握直流拖动控制系统的基本规律和控制方法具有非常大的必要性。
根据生产机械要求，电力拖动控制系统有调速系统、伺服系统、张力控制系统、多电动机同步控制系统等多种类型。
而各系统往往都是通过转速来实现的，本文研究直流调速系统，是电力拖动控制系统中的基础和及其重要的部分。
针对双闭环可逆直流PWM调速系统进行了较深入的研究，从直流调整系统原理出发，逐步建立了闭环直流PWM调整系统的模型。
关键词：直流电动机直流调速系统双闭环 PWM调速PWM-M可逆调速系统设计1 直流电动机的调速方法介绍直流电动机的调速方法有三种：（1）改变电枢电阻（R）调速。
（2）改变电枢电压（U）调速。
（3）改变主磁通（ ）调速。
前两种调速方法主要适用于恒转矩负载，后一种调速方法适用于恒功率负载。
串电阻调速为有级调速，调速平滑性比较差，机械特性斜率增大，速度稳定性比较差，受静差率的限制，调速范围比较小。
改变电枢电压调速为无级调速，机械特性斜率不变，速度稳定性好，调速范围比较大。
改变主磁通调速，控制方便，能量损耗比较小，调速平滑，但受最高转速限制，调速范围不大。
对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以改变电枢电压调速方式为最好。
因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主要调节方式。
2 PWM控制系统的优点自从全控型电力电子器件问世以后，就出现了采用全控型的开关功率元件进行脉宽调制的控制方式，形成了脉宽调制变换器-直流电动机调速系统，简称直流脉宽调速系统，或直流PWM调速系统。
PWM系统在很多方面有较大的优越性：（1）主电路线路非常简单，需要用到的功率器件比较少。
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。
XXXXXXXX大学本科生毕业设计姓名：XXX 学号：XXXX学院：信息与电气工程学院专业：电气工程与自动化设计题目：全数字控制的桥式可逆直流脉宽调速系统设计专题：指导教师：XXXX 职称：XXXXXXXX年6月XXXXXXXX大学毕业设计任务书学院信息与电气工程学院专业年级电气02—3 学生姓名曹言敬任务下达日期：XXXX年2月20日毕业设计日期：XXXX 年 2 月20日至XXXX 年6月20日毕业设计题目：全数字控制的桥式可逆直流脉宽调速系统设计毕业设计专题题目：毕业设计主要内容和要求：1、直流电机的参数为15KW，电枢电压440V，电枢电流39.5A，励磁电压90V，励磁电流7A，转速为1510转/分。
2、制定主电路方案并进行选型设计计算。
3、用PROTEL设计全数字控制系统的电路原理图及PCB图。
4、编制控制软件。
5、基于MATLAB对桥式可逆直流脉宽调速系统进行仿真研究。
6、翻译与论文相关的电气自动化方面专业外文资料约5000字。
7、用OFFICE—WORD打印论文。
院长签字：指导教师签字：XXXXXXXX大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：指导教师签字：年月日XXXXXXXX大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及创新点；⑤写作的规范程度；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：评阅教师签字：年月日XXXXXXXX大学毕业设计答辩及综合成绩摘要直流脉宽调速系统，是采用脉冲宽度调制的高频开关控制方式，形成的脉宽调制变换器——直流电动机调速系统，简称直流PWM调速系统。
4.4 可逆直流调速系统由于晶闸管的单向导电性，只用一组晶闸管变流器对电动机供电的自动调速系统只能获得单方向的运行，因此仅适用于不要求改变电动机的转向，或不要求频繁改变电动机的转向，或对停车的快速性无特殊要求的生产机械，这类系统称不可逆调速系统，如造纸机、车床、镗床等。
但要求能快速起动、制动以及正反转以缩短过渡过程时间的生产机械,例如，轧机的主传动和辅助传动，龙门刨床、起重机、提升机等，其拖动系统就必须是可逆系统。
采用可逆系统，还能在制动时将拖动系统的机械能转换成电能回送电网，特别对大功率的拖动系统，其节能的效果是显著的。
4.4.1 V-M 系统的可逆线路怎样实现电机的可逆拖动呢？由电动机工作原理可知，要求改变直流电动机的转向，或者要实现电动机的制动，就都必须改变电机电磁转矩的方向。
由电动机的转矩公式a T I C T =可知，改变电磁转矩的方向有两种方法，一是改变电枢电流的方向，即改变电枢供电电压的方向，形成电枢可逆自动调速系统；另一种是改变电动机励磁电流的方向，形成磁场可逆自动调速系统。
（a)RCFT R(b ）图 4-33 电枢可逆电路接线方式(a)接触器切换电枢可逆线路 (b)由晶闸管开关切换的电枢可逆电路B FC1．电枢可逆线路由晶闸管整流器构成的电枢可逆供电装置和可逆激磁电流供电装置都因晶闸管的单向导电性而变得复杂,并带来一些特殊的技术问题。
要实现电枢可逆，当只由一组整流装置供电时，可用接触器或晶闸管开关来来切换电枢的连接，如图4-33（a ）和（b ）所示。
在图4-33(a)中，采用正、反向接触器来切换电动机电枢电流的方向，当正向接触器C F 闭合时，电动机电枢得到A(+),B(-)的电压U d ，电动机正转；当C F 打开，而反向接触器C R 闭合时，电动机电枢得到A(-),B(+)的电压U d ，电动机反转。
接触器的切换要在主回路电流降到零时才能进行，且要防止在切换后的电流冲击，这要由控制线路的逻辑关系来保证。
摘要：根据整流装置的不同，直流可逆调速系统可分为V-M可逆调速系统和PWM 可逆调速系统。
讨论了晶闸管直流调速系统可逆运行方案，介绍了有环流控制的可逆V-M系统和无环流控制的可逆V-M系统。
除了由晶闸管组成的相控直流电源外，直流电机还可以采用全控器件（IGBT，MOSFET，GTR等）组成的PWM变换器提供直流电源，其特点是开关频率明显高于可控硅，因而由PWM组成的直流调速系统有较高的动态性能和较宽的调速围。
PWM变换器把恒定的直流电源变为大小和极性均可调直流电源，从而可以方便的实现直流电机的平滑调速，以及正反转运行。
由全控器件构成的PWM变换器，由于开关特性，因此其电枢的电压和电流都是脉动的，其转速和转矩必然也是脉动的。
关键词：可逆直流调速，PWM变换器，环流。
目录1.晶闸管直流调速系统可逆运行41.1可逆直流调速系统分类41.2晶闸管-电动机系统的回馈制动72.有环流的可逆调速系统102.1可逆系统中的环流102.2直流平均环流与配合控制112.3瞬时脉动环流及其抑制112.4直流可调速系统的制动过程分析132.5可控环流可逆调速系统143.无环流可逆调速系统153.1逻辑控制无环流调速系统164.可逆直流脉宽调速系统（PWM可逆系统）174.1可逆PWM变换器的工作原理175.总结191.晶闸管直流调速系统可逆运行有许多生产机械要求电动机既能正转，又能反转，而且常常还需要快速地起动和制动，这就需要电力拖动系统具有四象限运行的特性，也就是说，需要可逆的调速系统。
改变电枢电压的极性，或者改变励磁磁通的方向，都能够改变直流电机的旋转方向，这本来是很简单的事。
然而当电机采用电力电子装置供电时，由于电力电子器件的单向导电性，问题就变得复杂起来了，需要专用的可逆电力电子装置和自动控制系统。
中、小功率的可逆直流调速系统多采用由电力电子功率开关器件组成的桥式可逆PWM 变换器。
功率较大的直流调速系统多采用V-M 电源，由于晶闸管的不可控关断特性，其可逆调速系统相对较为复杂。
.0 前言直流调速和交流调速相比,直流调速具有宽广的调速围, 平滑的调速特性,较高的过载能力和较大的起动、制动转矩, 使用寿命长，经济性好。
因此被广泛地应用于调速性能要求较高的场合。
在工业生产中, 需要高性能速度控制的电力拖动场合, 直流调速系统发挥着极为重要的作用, 高精度金属切削机床, 大型起重设备、轧钢机、矿井卷扬、城市电车等领域都广泛采用直流电动机拖动。
特别是晶闸管—直流电动机拖动系统,具有自动化程度高、控制性能好、起动转矩大, 易于实现无级调速，使用寿命长，所以相对经济性好等优点而被广泛应用在现代化生产当中。
本设计采用以AT89C51单片机为核心的数字PI调节器，由软件编程来完全成模拟控制功能的数字式传动系统，能够有效地抑制老化和各种干扰，还能完成故障诊断，信号显示等功能。
随着微型计算机、超大规模集成电路、新型电力电子开关器件和传感器的出现，以与自动控制理论、电力电子技术、计算机控制技术的深入发展，电气传动装置不断向前发展。
微机的应用使电气传动控制系统趋向于数字化、智能化，极推动了电气传动的发展。
1 / 771 直流调速的介绍1.1 直流调速与交流调速的比较在现代化的工业生产过程中，几乎处处使用电力传动装置，随着生产工艺、产品质量的要求不断提高和产量的增长，使得越来越多的生产机械要求能实现自动调速。
对可调速的电气传动系统，可分为直流调速和交流调速。
直流调速与交流调速比较，最大的优点就是直流电机可以实现“平滑而经济的调速”；直流电机的调速不需要其它设备的配合，可通过改变输入的电压/电流，或者励磁电压/电流来调速。
直流电动机具有优良的调速特性，调速平滑、方便，易于在大围平滑调速，过载能力大，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无级快速起制动和反转，能满足生产过程自动化系统中各种不同的特殊运行要求，而交流调速虽然维护简单方便，但调速比较困难需要和其它设备配合使用如需要增设变频器等才能实现调速。
逻辑无环流可逆直流调速系统的动态建模与仿真电控学院自动化1102鱼轮1106050218一、绪论1.1电力拖动简介随着科学技术的发展，人力劳动被大多数生产机械所代替。
电力拖动及其自动化得到不断的发展。
随着生产的发展，生产工艺对电力拖动系统的要求越来越高，尤其在其准确性、快速性、经济性、先进性等方面的要求，与日俱增。
因此，需要不断地改进和完善电气控制设备，使电力拖动自动化可以跟得上技术要求。
电力拖动系统由电动机及其供电电源、传动机构、执行机构、电气控制装置等四部分组成。
电动机及其供电电源是把电能转换成机械能；传动机构的作用是把机械能进行传递与分配；执行机构是使机械能完成所需的转变；电气控制装置是控制系统按着生产工艺的要求来动作，并对系统起保护作用。
随着生产的要求不断提高，技术不断更新，拖动系统也随之更新。
同时，新型电机、大功率半导体器件、大规模集成电路、电子计算机及现代控制理论发展的发展使电力拖动自动化发生了巨大的变革。
1.2直流调速系统直流电机由于其良好的起、制动性能和调速性能，在电力拖动调速系统中占有主导地位，虽然近年来交流电动机的调速控制技术发展很快，但是交流电动机传动控制的基础仍是直流电动机的传动技术。
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，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动系统领域中得到了广泛的应用。
直流电机容易实现各种控制系统，也容易实现对控制目标的“最佳化”，直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制的角度看，它又是交流拖动控制系统的基础。
因此，掌握直流拖动控制系统可以更好的研究交流拖动系统。
从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动控制系统有调速系统、位置随动系统、张力控制系统、多电机同步控制系统等多种类型，各种系统往往都是通过控制转速来实现的，因此调速系统是最基本的电力拖动控制系统。
1.3无环流调速系统简介无环流控制的可逆调速系统主电路由两组反并联的晶闸管组成，当一组晶闸管工作时，用逻辑电路或逻辑算法去封锁另一组晶闸管的触发脉冲，使它完全处于阻断状态，以确保两组晶闸管不同时工作，从根本上切断了环流的通路，这就是逻辑控制的无环流可逆系统。
成绩电气控制与PLC课程设计说明书直流电机调速控制系统设计.Translate DC motor speed Control system design学生王杰学号学院班级信电工程学院13自动化专业名称电气工程及其自动化指导教师肖理庆2016年6月14日目录1 ××11.1 ××××××11.1.1 ××××错误!未定义书签。
1.1.2 ××××1……1.2 ××××××11.2.1 ××××8……2 ×××××82.1 ××××××102.1.1 ××××10……3 ×××××123.1 ××××××123.1.1 ××××12……参考文献13附录14附录114附录2141 直流电机调速控制系统模型1.1 直流调速系统的主导调速方法根据直流电动机的基础知识可知，直流电动机的电枢电压的平衡方程为：R I E U a +=式(1.1)公式中：U 为电枢电压；E 为电枢电动势；R I a 为电枢电流与电阻乘积。
由于电枢反电势为电路感应电动势，故：n C E φe =式(1.2)式中：e C 为电动势常数；φ为磁通势；n 为转速。
由此得到转速特性方程如下：φe a C R I U /)(n -=式(1.3)由式（1.3）可以看出,调节直流电动机的转速有以下三种方法：1.改变电枢回路的电阻R ——电枢回路串电阻调速。
摘要本次课程设计直流电机可逆调速系统利用的是双闭环调速系统，因其具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在电气传动系统中得到了广泛的应用。
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。
本文对直流双闭环调速系统的设计进行了分析，对直流双闭环调速系统的原理进行了一些说明，介绍了其主电路、检测电路的设计，介绍了电流调节器和转速调节器的设计以及系统中一些参数的计算。
关键词：双闭环，可逆调速，参数计算，调速器。
目录1. 设计概述 01.1 设计意义及要求 01.2 方案分析 01.2.1 可逆调速方案 01.2.2 控制方案的选择 (1)2.系统组成及原理 (3)3.1设计主电路图 (6)3.2系统主电路设计 (7)3.3 保护电路设计 (7)3.3.1 过电压保护设计 (7)3.3.2 过电流保护设计 (8)3.4 转速、电流调节器的设计 (8)3.4.1电流调节器 (9)3.4.2 转速调节器 (9)3.5 检测电路设计 (10)3.5.1 电流检测电路 (10)3.5.2 转速检测电路 (10)3.6 触发电路设计 (11)4. 主要参数计算 (13)4.1 变压器参数计算 (13)4.2 电抗器参数计算 (13)4.3 晶闸管参数 (13)5设计心得 (14)6参考文献 (15)直流电动机可逆调速系统设计1.设计概述1.1设计意义及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。
本次设计最终的要求是能够是电机工作在电动和制动状态，并且能够对电机进行调速，通过一定的设计，对整个电路的各个器件参数进行一定的计算，由此得到各个器件的性质特性。
1.2 方案分析1.2.1 可逆调速方案使电机能够四象限运行的方法有很多，可以改变直流电机电枢两端电压的方向，可以改变直流电机励磁电流的方向等等，即电枢电压反接法和电枢励磁反接法。
电枢励磁反接方法需要的晶闸管功率小，适用于被控电机容量很小的情况，励磁电路中需要串接很大的电感，调速时，电机响应速度较慢，且需要设计很复杂的电路，故在设计中不采用这种方式。
电枢电压反接法可以应用在电机容量很的情况下，且控制电路相对简单，电枢反接反向过程很快，在实际应用中常常采用，本设计中采用该方法。
电枢电压反接电路可以采用两组晶闸管反并联的方式，两组晶闸管分别由不同的驱动电路驱动，可以做到互不干扰。
图1-1 两组晶闸管反并联示意图如上图，电动机正转时，由正组晶闸管装置VF供电；反转时，由反组晶闸管装置VR供电。
两组晶闸管分别由两套触发装置控制，都能灵活地控制电动机的起、制动和升、降速。
但是，不允许让两组晶闸管同时处于整流状态，否则将造成电源短路，因此对控制电路提出了严格的要求。
1.2.2 控制方案的选择方案一：双闭环直流调速系统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，别调节转速和电流。
由于调速系统的主要被控量是转速, 故把转速负反馈组成的环作为外环, 以保证电动机的转速准确跟随给定电压, 把由电流负反馈组成的环作为内环, 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UPE，这就形成了转速、电流双闭环调速系统。
图1-2 双闭环直流调速系统原理图方案二：单闭环直流调速系统单闭环直流调速系统采用一个转速负反馈和PI调节器构成的闭环控制系统。
将与测速电机转速成正比的电压Uf 与给定电压Ud 比较后,得偏差电压ΔU ,经放大器FD ,产生控制电压Uk ,用以控制电动机的转速,如图所示。
图1-3单闭环直流调速系统原理图采用转速负反馈和PI调节器的单闭环直流调速系统是比较基础比较容易掌握的，它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。
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。
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I的恒流过程，采用电流负反馈就可以得到近似的恒流过程。
dm通过一定的比较，方案二采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，和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，很好的满足了生产需求。
所以在此系统设计中选用第二种方案更为合适。
2.系统组成及原理本次设计的直流电机可逆调速系统的总体设计原理图如图所示。
图2-1总体设计原理图主电路采用三相桥式整流电路，其中串有过流和过压保护电路。
由于电流检测信号中常有交流分量，须加低通滤波，其滤波时间常数T oi 按需要选定。
滤波环节可以抑制反馈信号中的交流分量，但同时也给反馈信号带来了延迟。
为了平衡这一延迟作用，在给定信号通道中加入一个相同时间常数的惯性环节，称作给定滤波环节。
其作用是：让给定信号和反馈信号经过同样的延迟，使二者在时间上得到恰当的配合，从而带来设计上的方便。
由测速发电机得到的转速反馈电压含有电机的换向纹波，因此也需要滤波，滤波时间常数用T on 表示。
根据和电流环一样的道理，在转速给定通道中也配上时间常数为T on 的给定滤波环节。
直流双闭环调速系统由给定电压、转速调节器、电流调节器、三相集成触发器、三相全控桥、直流电动机及转速、电流检测装置组成，其中主电路中串入平波电抗器，以抑制电流脉动，消除因脉动电流引起的电机发热以及产生的脉动转矩对生产机械的不利影响。
有了以上的一些分析，本次设计的大致组成已经成型，具体结构如下图图2-2系统结构图图中，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UPE部分，从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。
这就形成了转速、电流双闭环调速系统。
两个调节器均采用PI调节器，可以对负载变化和电网电压的波动起抗扰的作用。
转速调节器ASR的输出限幅电压决定了电流给定电压的最大值；电流调节器ACR的输出限幅电压限制了电力电子变换器的最大输出电压。
其中，转速调节器的作用是它能使转速 n 很快地跟随给定电压变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差，同时对负载变化起抗扰作用。
电流调节器的作用是使电流紧紧跟随外环调节器的输出量变化，对电网电压波动起及时抗扰作用，也在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程；同时当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。
系统电气原理图如下图所示。
图2-3系统电气原理图3.系统电路设计3.1设计主电路图经过查阅资料以及对设计要求的理解，我们采用按照如下电路所示的主电路作为整个设计的中心电路，由此电路可以客观明朗的了解电路各部分的作用。
3-1主电路图3.2系统主电路设计主电路采用三相桥式整流电路。
三相桥式整流电路适用于拖动大功率电动机负载，并且电流脉动较小，因而常常被使用。
如下图3-2的主电路中，三相交流电经由三相变压器后，输入整流桥。
三相变压器采用Y形解法。
晶闸管整流桥只有在触发装置给出触发信号后才会导/通。
整流桥输出端串接平波电抗器TA，以减小输出电流的脉动。
图3-2 系统主电路电气原理图3.3 保护电路设计3.3.1 过电压保护设计电力电子装置中过电压分为外因过电压和内因过电压两类，外因过电压是来自雷击和系统的操作过程等外部因素。
内因主要是由于电力电子装置内部器件的开关过程产生的过电压。
对于外因过电压可以设置避雷器、变压器屏蔽层、静电感应过电压抑制电容、压敏电阻过电压抑制器等等。
本设计中采用RC过电压抑制电路如下图，将该装置置于供电变压器的两侧或者是电力电子电路的直流侧。
图3-3 RC 网络过压保护示意图3.3.2 过电流保护设计当电力电子电路运行不正常或者发生故障时，就可能有出现过电流的现象。
实际应用的电力电子装置中，一般采用快速熔断器、直流快速断路器、过电流继电器等几种方式组合使用。
我们采用在电力变压器副边每相母线中串接快速熔断器的方法。
并根据变压器副边电压和副边电流的大小，选择快速熔断器的规格为A I V U N N 250,120==。
过流保护电路采用采用型过流保护电路如下图。
在三相母线每一相串接如图的过流保护电路，其中由比较电路输入电流限幅值。
图3-4 过流保护示意图3.4 转速、电流调节器的设计转速、电流双闭环调速系统的结构图如图3-5所示：图3-5直流双闭环调速系统结构图系统设计的一般原则是：先内环后外环。
在这里，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。
由于电流检测信号中常含有交流分量，为了不使它影响到调节器的输入，需加低通滤波。
这样的滤波传递函数可用一阶惯性环节来表示，其滤波时间常数Toi 按需要选定，以滤平电流检测信号为准。
然而，在抑制交流分量的同时，滤波环节也延迟了反馈信号的作用，为了平衡这个延迟作用，在给定信号通道上加入一个等时间常数的惯性环节，称作给定滤波环节。
由测速发电机得到的转速反馈电压含有换向纹波，因此也需要滤波，滤波时间常数用T表示，根据和电流环一on样的道理，在转速给定通道上也加入时间常数为T的给定滤波环节。
on3.4.1电流调节器含给定滤波与反馈滤波的PI型电流调节器如图3-6所示，图3-6含给定滤波与反馈滤波的PI型电流调节器其中R4左端电压为电流给定电压，R8左端电压为电流负反馈电压，ACR输出端电压为电力电子变换器的控制电压。
3.4.2 转速调节器含给定滤波与反馈滤波的PI型转速调节器如图3-7所示：图3-7含给定滤波与反馈滤波的PI型转速调节器其中R3左端电压为转速给定电压，R17左端电压为转速负反馈电压，ASR 调节器的输出是电流调节器的给定电压。
3.5 检测电路设计3.5.1 电流检测电路使用霍尔电流传感器可以检测电流，把U接到霍尔传感器上。
霍尔效应传i感器，可以测量任意波形的电流和电压。
输出端能真实地反映输入端电流或电压的波形参数。
如图3-8所示：图3-8 电流检测电路3.5.2 转速检测电路U接到一个测速发电机上即可检测转速，如图3-9所示：转速的检测可把n图3-9 转速检测电路检测电路与调节器电路的连接图如下图所示。
图3-10 调节器及检测电路电气原理图其中测速发电机及相关电路将电动机转速转化为电压信号，经过运放的作用得到Un输入到转速调节器ASR的比较端。
