(完整版)转速负反馈单闭环直流调速系统.

JIU JIANG UNIVERSITY电力电子技术课程设计题目转速负反馈单闭环有差直流调速系统院系电子工程学院专业自动化姓名王强年级电A113201(13)指导教师张波2014年 6 月电力电子技术课程设计摘要运动控制系统中应用最普遍的是自动调速系统。

自动调速系统主要包括直流调速系统和交流调速系统。

在高性能的拖动技术领域中，相当长时间内基本采用直流电力拖动系统。

直流调速是指人为地或自动地改变直流电动机的转速，已满足工作机械的要求。

从机械特性上看就是通过改变电动机的参数或外加电压等方法来改变电动机的机械特性，从而改变电动机机械特性和负载机械特性的的交点，使电动机的稳定运转速度发生变化。

本文以直流电动机为对象，对转速负反馈有差直流调速系统在单闭环控制下的情形，进行了深入的分析研究，并用计算机仿真工具MATLAB的Simulink工具箱对系统模型进行了仿真研究。

关键词：直流电机调速；单闭环；MATLAB仿真目录引言 (1)1 设计任务及要求 (2)1.1 设计任务 (2)1.2 设计要求 (2)2 设计方案论证 (3)3 设计电路的原理分析 (4)3.1 单闭环控制的直流调速系统的组成 (4)3.2 转速单闭环直流电机调速系统的静态分析 (5)3.3 反馈控制单闭环直流调速系统的动态分析 (7)3.4 转速负反馈单闭环有差直流调速系统原理 (8)4 转速负反馈单闭环有差直流调速系统的仿真模型 (9)4.1 转速负反馈单闭环有差直流调速系统的建模 (9)4.2 仿真模型使用模块提取的路径及其参数设置 (9)5 转速负反馈单闭环有差直流调速系统的仿真及分析 (11)5.1 转速负反馈单闭环有差直流调速系统的仿真 (11)5.2 转速负反馈单闭环有差直流调速系统的仿真结果分析 (11)结论 (12)参考文献 (13)转速负反馈单闭环有差直流调速系统引言三十多年来，直流电机调速控制经历了重大的变革。

首先实现了整流器的更新换代，以三相整流桥等整流装置取代了习用已久的直流发电机电动机组及水银整流装置使直流电气传动完成了一次大的跃进。

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。

单闭环直流调速系统简介单闭环直流调速系统是一种常见的电气传动系统，广泛应用于工业生产和机械控制领域。

该系统通过调节直流电机的电压和电流来实现对电机转速的精确控制。

本文将介绍单闭环直流调速系统的原理、主要组成部分以及工作原理。

原理单闭环直流调速系统的基本原理是通过调节电机的励磁电流和电压来改变电机的转速。

系统的闭环反馈控制可以实现对电机转速的精确控制。

具体的原理如下：1.转速测量：系统中通过安装转速传感器来测量电机的实时转速，并将测量值反馈给控制器。

2.错误计算：系统将设定的目标转速与实际转速进行比较，计算出误差值。

3.控制信号产生：根据误差值，系统控制器生成相应的调节信号。

4.调节信号传递：调节信号通过控制器输出，传递给电机的调速装置。

5.电机调速：电机的调速装置根据控制信号调整电机的电压和电流，从而实现对电机转速的控制。

组成部分单闭环直流调速系统主要包含以下几个组成部分：1.电机：直流电机是该系统的驱动设备，通过调整电机的电压和电流来实现转速控制。

2.电源：系统需要一个恒定的直流电源供应电机运行，并提供所需的电压和电流。

3.调速装置：调速装置是控制电机电压和电流的关键设备，通过改变输出电压和电流的大小来实现对电机转速的控制。

4.转速传感器：转速传感器用于测量电机的实际转速，并将测量值反馈给控制系统。

5.控制器：控制器是系统的核心部分，负责计算误差值并生成相应的调节信号。

6.显示器：显示器用于实时显示电机的转速和控制参数。

工作原理当系统启动时，电机会按照设定的初始转速开始运行。

转速传感器会实时测量电机的转速，并将测量值传递给控制器。

控制器根据设定的目标转速和实际转速计算出误差值。

控制器通过对误差值进行计算和处理，生成相应的调节信号。

调节信号经过控制器输出，传递给电机的调速装置。

调速装置根据调节信号调整电机的电压和电流，使电机的转速向目标转速靠近。

系统会周期性地重复上述过程，不断进行误差计算和调节信号生成，从而实现对电机转速的精确控制。

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。

学号：中州大学电机及拖动课程设计题目：转速负反馈的单闭环直流调速系统的设计姓名：专业：电气自动化班级：指导老师：赵静2014年6月10号摘要该设计是转速负反馈的单闭环直流调速系统，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，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，对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，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，转速负反馈单闭环使用较多。

在设计中用MATLAB 软件对电流环和转速环的设计举例进行了仿真，通过比较说明了直流调速系统的特性。

关键字：转速负反馈动态性能ABSTRACThe design speed negative feedback is single closed-loop dc speed regulating system, the current speed regulation system is divided into ac speed regulation and dc speed control system, due to the wide scope of speed control of dc speed regulating system, small static rate, good stability and has a good dynamic performance, so in a long time, almost all high performance speed control system using dc speed regulating system, in order to improve the dynamic and static performance of dc speed regulating system, usually adopts closed loop control system, the control of motor speed index requirements is not high, the single closed loop system, according to the feedback in different ways can be divided into the speed feedback, current feedback, voltage feedback, etc.In a single closed-loop system, speed closed-loop used more negative feedback ing MATLAB software in your design, for example, the design of current loop and speed loop are simulated, through comparing the characteristics of thedc speed control systeKEYWORDS:SPEED BACK MATLAB D 目录摘要 (I)Abstract..........................................II I 1转速负反馈单闭环直流调速系的电路.. (1)1.1单闭环直流调速系统原理 (2)1.2调节器的设计 (4)1.3 调节器的计算 (5)2转速控制的要求和调速指标 (6)2.1单闭环调速系统的调速范围以及静差率 (5)2.2反馈控制规律 (6)3转速负反馈单闭环直流调速的特性分析 (11)3.1静态性能分析 (9)3.2动态性能分析 (11)4 电路设计 (12)4 .1 触发电路的选择 (13)5心得体会 (14)6致谢词 (15)7参考文献 (16)1转速负反馈单闭环直流调速系的电路1.1单闭环直流调速系统原理.根据本设计要求，设计的系统为转速负反馈单闭环直流调速系统，其中转速为负反馈量。

有静差直流调速系统高级维修电工考证复习之一一、直流调速系统1.直流调速系统概述直流调速有三种方法：○1电枢回路串电阻调速———（有级调速）○2弱磁调速（调磁调速）——（无级调速）○3调压调速————————（无级调速）其中调磁调速为恒功率调速，其调速范围小；调压调速为恒转矩调速，其调速范围大。

在低于额定转速的调速一般采用调压调速，在高于额定转速的调速一般采用调磁调速。

采用调压调速的直流调速系统需要一个可控直流电源为直流电动机供电。

常用的可控直流电源有：○1旋转变流机组（发电机G—电动机M调速系统）○2静止式可控整流器（晶闸管相位控制直流调速系统）○3直流斩波器（直流斩波器调速系统）晶闸管相位控制直流调速系统与直流斩波器调速系统的共同优点是：调速范围宽，可获得较硬的机械特性。

发电机—电动机（G—M）调速系统与晶闸管相位控制直流调速系统、直流斩波器调速系统相比，后两种调速系统具有○1放大倍数大○2快速性能好○3经济性好○4体积小○5控制方便○6运行噪声小等优点。

晶闸管相位控制直流调速系统与直流斩波器调速系统相比，前者又具有○1功率器件少○2线路简单○3调速范围宽○4快速反应好○5功率因数和效率高。

但受器件容量等因素的限制，主要用于中、小功率范围的系统。

在工业生产中，早期应用的是发电机——电动机（G—M）调速系统，随着电子技术的发展，晶闸管相位控制直流调速和直流斩波调速系统获得越来越广泛的应用。

目前应用最广泛的还是晶闸管相位控制直流调速系统。

晶闸管直流调速系统的种类很多，根据系统运行时是否存在稳态偏差，可分为：○1有静差直流调速系统○2无静差直流调速系统根据系统中负反馈环节的数量，可分为：○1单闭环直流调速系统○2双闭环直流调速系统○3多闭环直流调速系统根据系统中电动机是否正、反转，可分为：○1可逆直流调速系统○2不可逆直流调速系统2.直流调速方式根据全电路欧姆定律来分析下列他励直流电动机：Ud = Ed + IdRd Ud ——电动机的电枢Ed = Ce Фn Ed ——电动机分电动势T = Ct ФId T ——电动机的电磁转矩Rd ——电枢绕组Ct ——电动机的转矩常数Ф ——主磁极磁通机械特性为002Ud Rd nn KtT n n Ce CeCt 0/n Ud Ce ——理想空载转矩2/Kt Rd CeCt ——机械特性斜率 2/n RdT CeCt ——转速降落值由上式可知，直流电动机的速度由Ud （电枢两端电压）和Ф（主磁极磁通）所决定。