双闭环直流调速系统的课程设计

双闭环晶闸管不可逆直流调速系统设计一．设计目的一1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．熟悉电力电子及教学实验台主控制屏的结构及调试方法。

3熟悉NMCL_18，NMCL_33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。

二．实验内容1 各控制单元调试2 测试电流反馈系数3 测定开环机械特性及闭环静特性三．实验系统组成及工作原理双闭环晶闸管不可逆直流调速系统有电流和转速两个调节器综合调节，由于调速系统调节的主要是转速，故转速环作为主环放在外面，电流环作为副环放在里面，这样可拟制电网电压波动对转速的影响，试验系统的组成如图6-8所示。

系统工作时，先给电动机加励磁，改变给定电压的大小即可方便的改变电机的转速。

ASR,ACR均有限幅环节，ASR的输出作为ACR的给定，利用ASR的输出限幅可达到限制启动电流的目的，ACR的输出作为移向触发电路的控制电压，利用ACR的输出限幅可达到限制和的目的。

当加入给定Ug后，ASR即饱和输出，使电动机以限定的最大起动电流加速启动，直到电机转速达到给定转速（即Ug=Ufn），并出现超调后，ASR退出饱和，最后稳定运行在略低于给定转速的数值上。

四．实验设备及仪器1，NMCL系统教学实验台主控制屏。

2,。

NMCL—18组件（适合NMCL—Ⅱ）或那么长了组件（适合NMCL—Ⅲ）。

3．NMCL—33组件或NMCL—53组件。

4．NMCL—03A三相可调电阻（或自配滑线变阻器）。

5．电机导轨及测速装置、直流发电机M01。

6．直流电动机M03。

五．注意事项1．三相主电压源连线时需注意，不可换错相序。

2．电源开关闭合时，过流保护，过压保护的发光二极管可能会亮，只需按下对应的复位开关SB1、SB2即可正常工作。

3．系统开环连接时，不允许突加给定信号Ug启动电机。

4．启动电机时，需吧MEL —13的测功机加载旋钮逆时针旋到底，以免带负载启动。

一、课程设计目的在《电机与拖动》、《电力电子技术》、《伺服系统》和《电力拖动自动控制系统》课程知识的基础上，完成课程的综合性设计。

通过课程设计环节的训练，包括设计方案的论证、参数计算、系统仿真和设计报告的撰写，掌握系统综合应用项目的设计流程和方法，加深对完整项目开发的的理解和掌握，培养应用系统的设计能力，初步积累双闭环直流调速系统的设计方法，以及分析问题和解决问题的能力，并进一步拓宽专业知识面，培养实践应用技能和创新意识。

电力系统综合课程课程设计是电气工程及其自动化专业的一门专业课程，它是一次综合性的理论与实践相结合的训练，也是本专业的一次基本技能训练，其主要目的是：1、理论联系实际，掌握根据实际工艺要求设计电力拖动自动控制系统的基本方法。

2、对一种典型的双闭环调速自动控制系统进行综合性分析设计，掌握各部件和整个系统的设计调试步骤、方法及操作实际系统的方法。

加强基本技能训练。

3、掌握参数变化对系统性能影响的规律，培养灵活运用所学理论解决控制系统中各种实际问题的能力。

4、培养分析问题、解决问题的独立工作能力，学会实验数据的分析与处理能力及编写设计说明书和技术总结报告的能力。

为下学期毕业设计作准备。

5、通过设计熟练地查阅有关资料和手册。

二、课程设计内容与要求1、本课程设计的对象直流伺服电机：学生自行查找电机型号直流测速机：学生根据设计任务选择2、本课程设计的内容要求设计一个直流双闭环调速系统。

其主要内容为：1、测定综合实验中所用控制对象的参数（在实验室完成）。

2、根据给定指标设计电流调节器和转速调节器，并选择调节器参数和具体实现电路。

3、按设计结果组成系统，以满足给定指标。

4、研究参数变化对系统性能的影响。

5、在时间允许的情况下进行调试。

3、本课程设计的设计要求a.调速范围D＝5～10，静差率S≤5％。

b.空载启动时电流超调σi≤5%,转速超调σn≤10%(在额定转速时)。

c.动态速降小于10％。

d.振荡次数小于2次。

本科课程设计报告题目:三相全控桥晶闸管双闭不可逆环直流调速系统设计院 (系 :电气与信息工程学院班级:自动化 08 - 4 班姓名:周婷婷学号: 080502010419 指导教师:叶瑰昀教师职称:教授2011年 12月 8日摘要从七十年代开始,由于晶闸管直流调速系统的高效、无噪音和快速响应等优点而得到广泛应用。

双闭环直流调速系统是一个典型的系统.该系统一般含晶闸管可控整流主电路、移相控制电路、转速电流双闭环调速控制电路、以及缺相和过流保护电路等。

给定信号为 0~10V 直流信号。

可对主电路输出电压进行平滑调节。

采用双 PI 调节器,可获得良好的动静态效果。

电流环校正成典型 I 型系统。

为使系统在阶跃扰动时无稳态误差,并具有较好的抗扰性能,速度环设计成典型Ⅱ型系统。

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。

在设计中调速系统的主电路采用了三相全控桥整流电路来供电。

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。

最后,即本文的重点设计直流电动机调速控制器电路, 本文采用转速、电流双闭环直流调速系统为对象来设计直流电动机调速控制器。

为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用,可在系统中设置两个调节器,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,二者之间实行嵌套联接。

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。

先确定其结构形式和设计各元部件,并对其参数的计算,包括给定电压、转速调节器、电流调节器、检测电路、然后最后稳压电路的参数的计算。

关键词 :双闭环; 转速调节器;电流调节器;稳态;动态目录第 1章系统主电路的结构形式及参数计算 ................................................................................................... 1 1. 1 主电路的结构选择与确定 ....................................................................................................................... 1 1.2 主电路各器件的选择和计算 ................................................................................................................... 2 1.2.1 整流变压器参数的计算和选择 (2)1.2.2 整流元件晶闸管的选型 ........................................................................................................... 4 1. 3 电抗器的设计 . ..........................................................................................................................................4 1. 4 主电路保护电路设计 ............................................................................................................................... 5 1.4.1过电压保护设计 ........................................................................................................................ 5 1.4.2过电流保护设计 ........................................................................................................................8 1. 5驱动电路的设计 (10)1.5.1 晶闸管触发电路设计 ...............................................................................................................10 1.5.2 脉冲变压器的设计 . (11)第 2章双闭环调速系统的组成及动静态结构框图 ..................................................................................... 12 2. 1双闭环直流调速系统的组成 .................................................................................................................. 12 2. 2 转速﹑电流双闭环直流调速系统的动静态结构框图 ......................................................................... 13 2.2.1双闭环直流调速系统的稳态结构框图和静特性 .................................................................. 13 2.2.2双闭环直流调速系统的动态结构框图 .................................................................................. 14 第 3章双闭环调速系统调节器的动态设计 ................................................................................................. 15 3. 1 电流调节器的设计 . ................................................................................................................................ 15 3.2 转速调节器的设计 . (16)结论 . ......................................................................................................................................... ......................... 20 收获和体会 ........................................................................................................................................... ..............21 参考文献 . ......................................................................................................................................... ................. 22 附表 . ......................................................................................................................................... .. (23)第 1章系统主电路的结构形式及参数计算1. 1 主电路的结构选择与确定直流调速系统常用的直流电源有三种①旋转变流机组; ②静止式可控整流器;③直流斩波器或脉宽调制变换器。

双闭环直流调速系统设计一、系统组成与数学建模1）系统组成为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，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。

二者之间实行嵌套（或称串级）联接如下图所示。

L+-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电力电子变换器UPE。

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。

为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用P I 调节器，这样构成的双闭环直流调速系统的电路原理图示于下图。

图中标出了两个调节器输入输出电压的实际极性，它们是按照电力电子变换器的控制电压U c为正电压的情况标出的，并考虑到运算放大器的倒相作用。

2）数学建模图中W ASR(s)和W ACR(s)分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数。

如果采用PI调节器，则有ss K s W i i iACR 1)(ττ+= ss K s W n n nASR 1)(ττ+=二、 设计方法采用工程设计法 1、设计方法的原则： （1）概念清楚、易懂； （2）计算公式简明、好记；双闭环直流调速系统的动态结构图（3）不仅给出参数计算的公式，而且指明参数调整的方向； （4）能考虑饱和非线性控制的情况，同样给出简单的计算公式； （5）适用于各种可以简化成典型系统的反馈控制系统。

2、工程设计方法的基本思路:（1）选择调节器结构,使系统典型化并满足稳定和稳态精度。

（2）设计调节器的参数，以满足动态性能指标的要求。

一般来说，许多控制系统的开环传递函数都可表示为∏∏==++=n1i irm1j j )1()1()(s T ss K s W τ上式中，分母中的 sr 项表示该系统在原点处有 r 重极点，或者说，系统含有 r 个积分环节。

根据 r=0，1，2，……等不同数值，分别称作0型、I 型、Ⅱ型、……系统。

目录1 设计目的及意义 (3)2 工作原理 (9)2.1 双闭环直流调速系统的组成与原理92.2 双闭环直流调速系统的静特性分析112.3 双闭环直流调速系统的稳态结构图152.4 双闭环直流调速系统的数学模型 (17)2.5 调节器的具体设计 (17)2.6 速度环的设计 (22)2.7 双闭环直流调速系统仿真 (25)3 方案设计与论证 (28)4 系统硬件设计 (30)4.1 主电路 (30)4.2 控制电路 (31)4.3 驱动电路 (14)4.4 反馈和保护电路 (32)5 系统调试 (34)6 心得体会 (37)参考文献 (39)1设计目的及意义通过课程设计。

确定和掌握自动控制系统中主电路的结构形式和闭环调速系统的组成及工作原理，并掌握调速系统中各参数的计算方法。

能利用MATLAB对系统进行建模并仿真，并且通过仿真观察系统的转速、电流响应和设定参数变化的系统响应的影响1.1岩石磨片机是用于对切割后的岩石标本进行平面磨平、制取高精度岩石标本的矿用机械，岩石磨片机磨头上装有￠125金刚石磨轮，磨头自动前进磨削。

主要技术参数：磨轮规格：￠125×￠30×40m，磨削范围：≤7mm的载玻片，磨削动力头功率：0.55KW 3000转／分编程控制器：CNC控制器或者AT89S51单片机, 可编180段程序指令(不同的工作状态)5mm的载玻片磨到0.02-0.03mm大约需5分钟，且三片同时磨。

(整个磨片过程一键搞定，一组磨片结束后自动回到起始位置等待装片。

机械手夹具，无噪声)自动磨削，进给量：编程自动确定。

冷却：自来水冷却。

第二代岩矿薄片标本磨片机.高清触摸式平板电脑操作,磨片全程监控.设计参数简单方便直观.技术先进性能可靠.效率高零破损.精度可达0.002mm-0.0025mm.全面提升或替代CNC编程岩石标本安装在工作台上,工作时工作台带到标本运动，磨头高速旋转自动前进磨削。

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。

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。

课程设计任务书某晶闸管供电的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：U N=220V，I N=205A，=575r/min , R a=0.1Ω，电枢电路总电阻R=0.2Ω，电枢电路总电感L=7.59mH，电流允许过载倍数λ，折算到电动机轴的飞轮惯量。

晶闸管整流装置放大倍数，滞后时间常数电流反馈系数β(转速反馈系数α()滤波时间常数取，。

；调节器输入电阻R0=40Ω。

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

目录课程设计任务书 (1)第一章直流双闭环调速系统原理 (3)1.1系统的组成 (3)1.2 系统的原理图 (4)第二章转速、电流双闭环直流调速器的设计 (6)2.1 电流调节器的设计 (6)2.2 转速调节器的设计 (13)第三章系统仿真 (21)心得体会 (25)参考文献 (26)第一章直流双闭环调速系统原理1.1系统的组成转速、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。

采用PI调节的单个转速闭环调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。

但是对系统的动态性能要求较高的系统，单闭环系统就难以满足需要了。

为了实现在允许条件下的最快启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程。

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。

所以，我们希望达到的控制：启动过程只有电流负反馈，没有转速负反馈；达到稳态转速后只有转速负反馈，不让电流负反馈发挥作用。

故而采用转速和电流两个调节器来组成系统。

为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可以在系统中设置两个调节器，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。

二者之间实行嵌套（或称串级）联接，如图1-1所示。

把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再把电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。

SHi-MAML；皿;TI hlHI 门JI iljCi g ^iJtKJ-h直流拖动控制系统课程设计报告目: 双闭环直流调速系统设计院: 沈阳工业大学工程学院业: 电气工程及其自动化级: 1101 班名: 孔令慧号: 120112724指导教师: 佟维妍起止日期：2014年6月16日〜2014年6月22日设计概述.2... 第一章系统总体设计 3...1.1 系统电路结构 3...1.2 两个调节器的作用.4..第二章整体电路分析 6...2.1 电流环设计 6...2.2 转速环设计 6...2.3 典型 I 型系统介绍2.4 典型n型系统介绍.8..2.5 转速调节器的实现.9..2.6 电流调节器的实现.9..2.7 校核转速超调量9...第三章参数计算 1..03.1 相关参数 1...03.2 主要参数计算.1..03.2.1 电流环参数计算 1...03.2.2 转速环参数的计算 1..2 MATLAB 仿真 1..5课程设计体会 1...9.双闭环直流调速系统是目前直流调速系统中的主流设备，具有调速范围宽、平稳性好、稳速精度高等优点。

在理论和实践方面都是比较成熟的系统，在电力拖动领域中发挥着及其重要的作用。

由于直流电机双闭环调速是各种电机调速系统的基础，本人就直流电机调速进行了比较系统的研究，从直流电机的基本特性到单闭环调速系统，再进行双闭环直流电机设计方案的研究，用实际系统进行工程设计，并用所学的MATLABS 行仿真，分析了双闭环调速系统的工程设计方法中由于忽略和简化造成的误差。

在双闭环直流调速系统中，转速和电流调节器的结构选择与参数设计需从动态校正的需要来解决，设计每个调节器是，都必须先求该闭环的原始系统开环对数频率特性，再根据性能指标确定校正后系统的预期特性，对于经常正反转运动的系统，尽量缩短启、制动过程的时间是提高生产率的重要因素。

为此，在电机最大允许电流和转矩受到限制的条件下，应该充分利用电机的过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流为允许的最大值，是电力拖动系统以最大的加速度启动，到达稳定转速时，立即让电流降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而装入稳态运行。

Hefei University电子信息与电气工程系自动化专业控制系统数字仿真与CAD课程报告课题：直流电动机双闭环调速系统仿真班级：08自动化（1）班*名：**0805070073朱彤0805070068李方舟0805070053指导老师：***摘要：双闭环（转速环、电流环）直流调速系统是一种当前应用广泛，经济，适用的电力传动系统。

它具有动态响应快、抗干扰能力强的优点。

我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。

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。

对最常用的转速、电流双闭环调速系统的工程设计方法进行了详细的推导。

然后采用Matlab/Simulink方法对实际系统进行仿真，找出推导过程被忽略的细节部分对调速系统的影响，给出工程设计和实际系统之间产生差距的原因，有助于在实际中设计出较优的系统。

关键词：直流电机调速系统仿真MatlabAbstract: Double closed loop ( speed loop, current loop DC speed control system ) is a kind of current application is wide, economic, applicable power transmission system.The paper presents the derive ationof engineering design methods in the speed regulation system of speed and current double closed loop in details. Then，a demo is designed and simulated by Matlab/Simulink to study the influence resulted from the details of the derivation，which has been ignored in the speed regulation system. The reason of difference between the engineeringdesign and the real conditions is given to help working out theoptimaldesigninpractice. Keywords: DC motor Speed regulation system Simulation Matlab一、双闭环直流调速系统的介绍双闭环（转速环、电流环）直流调速系统是一种当前应用广泛，经济，适用的电力传动系统。