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潇湘学院《课程设计报告》题目：带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统建模与仿真专业：电气工程及其自动化班级：姓名：学号：指导教师：陈敏初始条件：1．技术数据输出功率为: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．技术指标稳态指标：无静差（静差率s≤2%, 调速范围 D≥10 ）动态指标：系统稳定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，负载电机不可逆运行，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) 根据指标要求进行动态校正，选择调节器的参数，并确定电流截止负反馈环节的相关参数，(3) 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) 根据带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统原理图, 分析转速调节器和电流截止负反馈的作用,(3) 通过对调节器参数设计, 得到转速和电流的仿真波形，并由仿真波形通过MATLAB 来进行调节器的参数调节。
(4) 绘制带电流截止负反馈转速单闭环直流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目录摘要 (3)1.闭环调速控制系统构成 (5)1.1 主电路 (5)1.2 原理框图 (5)2带电流截止负反馈的转速负反馈的分析 (6)2.1电流截止负反馈的提出 (6)2.2 电流截止负反馈环节 (7)2.3 带电流截止负反馈调速系统结构框图和静特性 (8)3 参数设计 (10)3.1整体分析 (10)3.2稳定性参数计算和判断 (10)3.3 转速调节器校正 (11)3.3.1 PI调节器结构 (11)3.3.2 调节器的选择 (12)3.4 电流截止负反馈参数设计 (16)4. 电流MATLAB仿真 (17)4.1 将设计的参数进行仿真 (17)4.2 调节器参数调整 (18)5.电气总图 (19)6.结束语 (20)参考文献 (20)摘要为了提高直流调速系统的动态、静态性能，通常采用闭环控制系统（主要包括单闭环、双闭环）。
单闭环直流调速系统的设计与仿真内容摘要：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，并用MATLAB仿真进行正确性的验证。
关键词：稳态性能稳定性开环闭环负反馈静差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, and verify the validity with MATLAB simulation.Key words: steady-statebehaviour stability open loop Close-loop feedback offset目录1绪论 (1)1.1直流调速系统概述 (1)1.2 MATLAB简介 (1)2 单闭环控制的直流调速系统简介 (2)2.1 V—M系统简介 (2)2.2转速控制闭环调速系统的调速指标 (2)2.3闭环调速系统的组成及静特性 (3)2.4反馈控制规律 (4)2.5主要部件 (5)2.5.1 比例放大器 (5)2.5.2 比例积分放大器 (5)2.5.3额定励磁下直流电动机 (7)2.6稳定条件 (8)2.7稳态抗扰误差分析 (8)3 单闭环直流调速系统的设计及仿真 (10)3.1参数设计及计算 (10)3.1.1参数给出 (10)3.1.2 参数计算 (10)3.2有静差调速系统 (11)3.2.1有静差调速系统的仿真模型 (11)3.2.2主要元件的参数设置 (12)3.2.3仿真结果及分析 (12)3.2.4 动态稳定的判断，校正和仿真 (13)3.3无静差调速系统 (15)3.3.1 PI串联校正的设计 (15)3.3.2无静差调速系统的仿真模型 (17)3.3.3主要元件的参数设置 (18)3.3.4仿真结果及分析 (18)3.4有静差调速系统和无静差调速系统的动态分析设计 (19)3.4.1有静差调速系统的仿真模型 (19)3.4.2参数设置 (19)3.4.3仿真结果及分析 (19)参考文献 (23)致谢 (24)1绪论1.1直流调速系统概述从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动自动控制系统有调速系统、位置随动系统、张力控制系统等多种类型，而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拖动控制系统。
带电流截止负反馈的转速单闭环可逆调速系统设计心得在设计带有电流截止负反馈的转速单闭环可逆调速系统时，我获得了一些有价值的心得。
这种系统通常用于电机控制，通过闭环反馈来实现对电机转速的精确控制。
首先，设计一个合适的电流截止负反馈环路非常重要。
电流截止是一种常用的控制策略，通过将电流与设定值进行比较，然后根据比较结果调整控制信号来实现对转速的控制。
在设计负反馈环路时，需要注意选择合适的比例和积分增益来实现稳定的控制。
其次，选择合适的转速控制策略也是至关重要的。
常见的转速控制策略包括PID 控制、模糊控制和神经网络控制等。
根据实际需求和系统特点，选择最适合的控制策略能够提高系统的控制性能和稳定性。
此外，设计合适的传感器和测量电路也是设计可逆调速系统的重要一环。
转速传感器的准确性对于精确控制转速至关重要。
在选择传感器时，需要考虑其测量范围、精度和响应速度等因素。
最后，合理设计控制回路，并对系统进行充分的仿真和实验。
通过仿真和实验可以验证设计的合理性和系统的性能。
在仿真和实验中，可以对系统进行各种工况的测试，以确保系统在各种条件下都能稳定工作。
总结起来，设计带有电流截止负反馈的转速单闭环可逆调速系统需要考虑多个因素，包括负反馈环路设计、转速控制策略选择、传感器选择和系统仿真与实验。
通过综合考虑这些因素，可以设计出高性能和稳定的转速控制系统。
实验八带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统一、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方法及电流截止负反馈的整定。
(3)通过实验，加深理解负反馈原理及转速负反馈电流截止负反馈的在调速系统中的作用。
二、实验所需挂件及附件三、实验线路及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(包括单闭环系统和多闭环系统)。
对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速指标较高的则采用多闭环系统。
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，转速单闭环使用较多。
在本装置中，转速单闭环实验是将反映转速变化的电压信号作为反馈信号，经“速度变换”后接到“速度调节器”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 Ct，用作控制整流桥的“触发电路”，触发脉冲经功放后加到晶闸管的门极和阴极之间，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 Ct，控制整流桥的“触发电路”，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。
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。
运动控制课程设计带电流截止负反馈的转速闭环的数字式直流调速系统的仿真与设计专业：电气工程及其自动化班级：电气一班姓名：学号：指导老师：陈敏2014-12-25带电流截止负反馈的转速闭环的数字式直流调速系统的仿真与设计摘要:到目前为止,虽然在交流电动机的调速问题方面已经解决,但是在速度调节要求却较高,本文主要介绍转速闭环直流调速系统的工作原理,并在此基础上对转速闭环直流电动机的调速系统进行分析,借助MATLAB/SIMULINK 建立起仿真图并进行仿真与分析。
论文中给出了各个物理量的波形并对波形进行了分析从而对转速闭环调速系统的稳定性方面得出了一些结论。
该调速控制系统可以实现平滑的调速,且具有良好的动静态调速性能,仿真结果验证了系统设计的有效性、可行性。
关键词: 转速闭环调速系统; 直流电动机; MATLAB 仿真一、引言在分析电压负反馈电流补偿直流调速系统的基础上，本文提出在主电路中增加了串联的取样电感，用来提取电枢自感电动势产生的压降。
改进后的电流正反馈能补偿由电枢内阻和自感电动势产生的压降，提高了动态电流变化时电流补偿的精度。
根据转速、电流双闭环调速系统的设计方法，用Simulink做了带电流补偿的电压负反馈直流调速系统仿真，仿真结果证明，增加取样电感后可以消除电流补偿的滞后，在忽略参数变化的影响下精确地补偿电枢压降，改进后的电压负反馈电流补偿能够获得跟转速负反馈同样的效果。
电机是一种将电能转换成机械能的设备。
到目前为止,虽然交流电动机的调速问题已经解决,但是在速度调节要求较高,正、反转和启、制动频繁或多单元同步协调运转的生产机械上,仍采用直流电动机。
二、课程设计的目的：①学会使用MATLAB和PROTEL软件画图；②了解恒压频比控制交流调速系统的工作原理及其参数的确定；③学会应用MATLAB软件，建立数学模型对控制系统进行仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响；三、程设计课题：带电流截止负反馈的转速闭环的数字式直流调速系统的仿真与设计直流电动机控制系统设计参数直流电动机(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1430rpm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%.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0.03.四、转速负反馈的闭环直流调速系统的原理该系统由转速给定环节为Un*,放大倍数为KP的放大器、移相触发器CF、晶闸管整流器和直流电动机M、测速发电机TG等组成。
本文所论述的是“转速、电流双闭环直流调速系统转述单闭环直流调速系统的主电路设计与研究”。
主电路设计是依据晶闸管-电动机（V—M）系统组成，其系统由整流变压器TR、晶闸管整流调速装置、平波电抗器L和电动机-发电机组等组成。
整流变压器TR和晶闸管整流调速装置的功能是将输入的交流电整流后变成直流电；平波电抗器L的功能是使输出的直流电流更平滑；电动机-发电机组提供三相交流电源。
关键词：主电路；整流变压器；晶闸管整流调速装置；平波电抗器Discussed in this article is "speed, current double closed loop DC system relaying a single closed loop DC system's main circuit design and research."Main circuit design is based on thyristor-Motor(V-M) system,whose system is composed of rectifier transformer TR,thyristor rectifier speed device,smoothing reactor-generatoe sets and other rectifier transformer TR and the speed function of the device is the rectified AC input into DC; smoothing reactor L is the function of the output of the DC current is more smooth; motors - three-phase AC generator to provide power.Key words: main circuit；rectifier transformer；rectifier Timing；Device Ping Reactor摘要 (2)第一章转速、电流双闭环直流调速系统—主电路设计 (4)（一）转速、电流双闭环直流调速系统的系统组成 (4)（二）转速、电流双闭环直流调速系统的原理图： (4)（三）器件的选择及参数的计算 (5) (5) (5)： (6) (6) (7) (7) (8)（二）转速调节器结构的选择： (8)第二章转速、电流双闭环直流调速系统——调节器设计 (8)（一）电流调节器设计 (8)（二）转速调节器设计 (9)（三）反号器 (10)第三章转速、电流双闭环直流调速系统——原理简述 (10)（一）触发电路原理 (10)第四章转速、电流双闭环直流调速系统——反馈、保护及其他电路 (11)（一）转速反馈环节FBS (11)（二）电流反馈环节及过流保护环节 (12)（三）零速封锁器DZS (12)（四）过电压保护和TA互感器 (12)（五）给定器 (13)（六）稳压电源 (13)第五章调试并验证双闭环调速系统的起动性能 (13)（一）调试双闭环调速系统的起动性能 (13)总结： (15)参考文献： (16)第一章转速、电流双闭环直流调速系统—主电路设计（一）转速、电流双闭环直流调速系统的系统组成图1-1 转速、电流双闭环直流调速系统ASR---转速调节器ACR---电流调节器TG---测速发电机TA---电流互感器UPE---电力电子变换器Un*---转速给定电压Un---转速反馈电压Ui*---电流给定电压Ui---电流反馈电压为实现转速和电流两种负反馈分别作用，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。
带电流截⽌负反馈环节的单闭环直流调速系统设计带电流截⽌负反馈环节的单闭环直流调速系统设计1设计⽬的（1）了解带电流截⽌负反馈的转速单闭环直流调速系统的⼯作原理，熟悉组成环节及每个环节的作⽤。
（2）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。
（3）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。
2设计参数采⽤晶闸管三相桥式全控整流电路供电，基本数据如下：直流电动机UN=220V， IN=65A，nN =1000r/min，电枢电阻Ra=0.15Ω，电枢电感La=0.0002H，励磁电压Uf=220V，励磁电流If=1.5A，电枢绕组和励磁绕组互感Laf=0.82H，供电电源电压U2=130V；晶闸管装置Ts=0.00167s，放⼤系数Ks=40；电枢回路总电阻R=0.5Ω；电枢回路总电感L=15mH；电动机轴上的总飞轮惯量GD2=12.5N·m2；转速调节器最⼤给定值*nmU=10V；3 设计任务(1)分析电流截⽌负反馈环节的⼯作原理，画出系统稳态结构图；(2)在MATLAB中建⽴带电流截⽌负反馈环节的单闭环直流调速系统；(3调节控制器参数，确定最佳调节参数。
将Simulink仿真模型，以及启动过程中的电流、转速波形图附在设计说明书中。
⽐较带电流截⽌负反馈环节和不带电流截⽌负反馈环节启动过程的差异。
4设计要求1.稳态指标：转速⽆静差；2.动态指标：启动电流的最⼤值150 A。
空载启动到额定转速的转速超调量σn≤15%。
4 设计基本内容4.1问题的提出在转速反馈控制直流调速系统中存在⼀个问题，在启动、制动过程和堵转状态时，电枢电流会过⼤。
为了解决反馈闭环调速系统的起动和堵转时电流过⼤的问题，系统中必须有⾃动限制电枢电流的环节。
引⼊电流负反馈，可以使它不超过允许值。
单闭环直流调速系统的仿真研究【基于MATLAB软件的仿真】《论文》1引言调速方法通常有机械的、电气的、液压的、气动的几种，仅就机械与电气调速方法而言，也可采用电气与机械配合的方法来实现速度的调节。
电气调速有许多优点，如可简化机械变速机构，提高传动效率，操作简单，易于获得无极调速，便于实现远距离控制和自动控制，因此，在生产机械中广泛采用电气方法调速。
1.1直流调速系统的概述由于直流电动机具有极好的运动性能和控制特性，尽管它不如交流电动机那样结构简单、价格便宜、制造方便、维护容易，但是长期以来，直流调速系统一直占据垄断地位。
就目前来看，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式。
在我国许多工业部门，如海洋钻探、纺织、轧钢、矿山、采掘、金属加工、造纸以及高层建筑等需要高性能可控电力拖动的场合，仍然广泛采用直流调速系统。
而且，直流调速系统在理论上和实践上都比较成熟，从控制技术的角度来看，它又是交流调速系统的基础。
随着GTO晶闸管、GTR、P-MOSFET、IGBT和MCT等全控型功率器件的问世，这些有自断能力的器件逐步取代了原来普通晶闸管系统所必须的换向电路，简化了电路的结构，提高了效率和工作频率，降低了噪声，缩小了电力电子装置的体积和重量。
谐波成分大、功率因素差的相控变流器逐步被斩波器或脉冲宽度调制器所代替，明显的扩大了电动机控制的调速范围，提高了调速精度，改善了快速性、效率和功率因素。
PWM电源终将取代晶闸管相控式可控功率电源，成为电源的主流。
随着信息、控制与系统学科以及电力电子的发展，电力拖动系统获得了迅猛发展，从旋转交流机组到水银整流器静止交流装置、晶闸管整流装置，再到众多集成电力模块。
目前完全数字化的控制装置已成功应用于生产，以微机作为控制系统的核心部件，并具有控制、检测、监视、故障诊断及故障处理等多功能电气传动系统正处在形成和不断完善之中。
1.2本章小结本章介绍了直流调速系统的研究前景及其优点。
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊目录第1章绪论 (1)第2章课程设计的方案 (2)2.1 概述 (2)2.2方案选择 (2)2.3系统组成总体结构 (4)第3章硬件设计 (5)3.1单片机控制器 (5)3.2 接口电路 (5)3.3 D/A转换电路 (6)3.4 触发电路 (6)3.5 电流检测电路 (7)3.6 A/D转换电路 (8)3.7 转速检测电路 (8)3.8键盘显示电路 (9)第4章软件设计 (10)4.1设计要求 (10)4.2 电流环的设计 (10)4.3 转速环的设计 (11)4.4闭环动态结构框图设计 (11)4.5程序设计 (12)第五章系统测试与分析/实验数据及分析 (14)第6章课程设计总结 (16)参考文献 (17)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第1章绪论三十多年来，直流电机调速控制经历了重大的变革。
传统的控制系统采用模拟元件，虽在一定程度上满足生产要求，但是因为元件容易老化，在使用中易受外界干扰影响，并且线路复杂、通用性差，控制效果受器件性能、温度等因素的影响，故系统的运行可靠性及标准性得不到保证，甚至出现事故。
而如今首先实现了整流器的更新换代，以晶闸管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。
大功率直流调速系统通常采用三相全控桥式整流电路对电动机进行供电，从而控制电动机的转速。
同时，控制电路已经实现高集成化、小型化、高可靠性及低成本。
以上技术的应用，使直流调速系统的性能指标大幅提高，应用范围不断扩大。
直流调速技术不断发展，走向成熟化、完善化、系列化、标准化，在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代。
直流调速是指人为地或自动地改变直流电动机的转速,以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工作特性机械特性的交点,使电动机的稳定运转速度发生变化。
一、 绪论 科学技术的发展日新月异，科技产品涵盖着我们生活的方方面面。
电动机作为一种便利的带动工具，是我们生活和工业生产中重要的不可缺少的一部分，人类的生产生活已经离不开它。
对于我们来说，如何高效精确地控制电机的运转，并且最低的成本去实现，才是我们最值得深入研究的课题。
直流电动机具有良好的起、制动性能，方便控制，易于实现，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较为广泛，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中，虽然，在调速的高效性方面存在着局限性，但综合各方面来看，它任然有它独特的运用前景。
1.1设计的目的和意义（1）应用所学的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，进行运动系统的初步设计。
（2）学会应用MATLAB 软件，建立数学模型对控制系统进行仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响；（3）在理论设计与仿真研究的基础上，应用Protel 进行控制系统的设计，为毕业设计打下基础。
1.2设计要求本课程设计的对象是： 直流电机：2.2kW ，220V ，12.5A ，1500 转/分。
电枢电阻1.2Ω ，整流装置内阻1.5Ω，触发整流环节的放大倍数为35，堵转电流 N dbl I I 2≤，临界截止电流N dcr I I 2.1≥。
要求设计一个带直流截止负反馈的转速 单闭环调速系统。
其主要内容为：（1）测定综合实验中所用控制对象的参数（由实验完成）；（2）根据给定指标设计带电流截止负反馈的转速调节器，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。
1.3设计对象及有关数据（1）完成理论分析：a.调速范围D＝20，静差率S≤10％；b.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；①进行系统参数计算，完成转速调节器及电流截止负反馈的结构与参数设计；②对整个调速系统的动态性能进行分析；（2）完成系统电气原理图的设计①晶闸管－电动机系统主电路设计②晶闸管整流电路方案的讨论和选择。
③整流变压器额定容量、一次侧和二次测电压、电流的选择。
④晶闸管的选择及晶闸管保护电路的选择。
⑤平波电抗器的计算与选择。
⑥触发电路的选择。
⑦测速发电机的选择及有关元件的选择与计算。
⑧完成系统电气原理图的设计。
二、带电流截止负反馈的闭环直流调速系设计方案的选择2.1 普通闭环直流调速系统及其存在的问题（1）起动的冲击电流---直流电动机全电压起动时，如果没有限流措施，会产生很大的冲击电流，这不仅对电机换向不利，对过载能力低的电力电子器件来说，更是不能允许的。
（2）闭环调速系统突加给定起动的冲击电流---采用转速负反馈的闭环调速系统突然加上给定电压时，由于惯性，转速不可能立即建立起来，反馈电压仍为零，相当于偏差电压，差不多是其稳态工作值的1+k 倍。
这时，由于放大器和变换器的惯性都很小，电枢电压一下子就达到它的最高值，对电动机来说，相当于全压起动，当然是不允许的。
（3）堵转电流---有些生产机械的电动机可能会遇到堵转的情况。
例如，由于故障，机械轴被卡住，或挖土机运行时碰到坚硬的石块等等。
由于闭环系统的静特性很硬，若无限流环节，硬干下去，电流将远远超过允许值。
如果只依靠过流继电器或熔断器保护，一过载就跳闸，也会给正常工作带来不便。
2.2限流保护—电流截止负反馈的提出为了解决反馈闭环调速系统的起动和堵转时电流过大的问题，系统中必须有自动限制电枢电流的环节。
根据反馈控制原理，要维持哪一个物理量基本不变，就应该引入那个物理量的负反馈。
那么，引入电流负反馈，应该能够保持电流基本不变，使它不超过允许值。
通过对电流负反馈和转速负反馈的分析。
考虑到，限流作用只需在起动和堵转时起作用，正常运行时应让电流自由地随着负载增减，采用电流截止负反馈的方法，则当电流大到一定程度时才接入电流负反馈以限制电流，而电流正常时仅有转速负反馈起作用控制转速。
2.3 直流调速系统调速方案的分析比较与选择调节电动机的转速有三种方法：（1）调节电枢供电电压U。
（2）减弱励磁磁通Φ。
（3）改变电枢回路电阻R。
对于要求在一定范围内的无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式最好。
改变电阻只能实现有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（额定转速）以上作小范围的弱磁升速。
因此，自动控制的直流调速系统往往以变压调速为主。
变压调速是直流调速系统的主要方法，调节电枢供电电压需要有专门的可控直流电源。
常用的可控直流电源有三种：（1）旋转变流机组（简称G-M系统）。
用交流电动机和直流发电机组成机组，获得可调的直流电压。
（2）静止式可控整流器（简称V-M系统）。
用静止式可控整流器获得可调的直流电压。
(3)直流斩波器或脉宽调制变换器（简称PWM系统）。
用恒定直流电源或不可控整流电源供电，利用电力电子开关器件斩波或进行脉宽调制，产生可变的平均电压G-M系统所需要的设备多，体积大，费用高，效率低，安装须打地基，运行有噪声，维护不方便，因此现在已经基本不再使用；PWM系统与V-M系统相比虽然有较大的优越性，但仅在中、小容量系统的高动态应用广泛，而在大功率容量的电机中，对调速精度要求不高的场合，V-M系统任然适用，并且发挥着不可替代的作用。
2.4V-M系统的工作原理分析晶闸管—电动机调速系统（简称V—M系统），其原理图如图1-1所示。
图中VT是晶闸管的可控整流器，通过调节触发装置GT的控制电压Uc来移动触发脉冲的相位，即可改变平均整流电压Ud，从而实现平滑调速，也大大提高了系统的动态性能；反并联两组全控整流电路，就可实现电机的四象限运行。
由于晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难；元件对过电压、过电流以及过高的du/dt和di/dt都十分敏感，其中任一指标超过允许值都可能在很短时间内损坏元件。
因此必须有可靠的保护装置和符合要求的散热条件，而且在选择元件时还应有足够的余量。
图1-1 V—M系统原理图2.5设计参数的选择（1）电机的参数选择直流他励电动机：功率P N＝2.2KW，额定电压U N=220V，额定电流I N=12.5A,n N =1500r/min ，电枢电阻1.2Ω ，整流装置内阻1.5Ω，触发整流环节的放大倍数为35，堵转电流N dbl I I 2≤，临界截止电流N dcr I I 2.1≥。
（2）测速发电机永磁式，额定数据为23.1W ，110V ，0.21A ，1900r/min（3）调速指标①调速范围D=20，转差率S≤10%②转速超调σn ≤10%(在额定转速时)；③动态速降小于 10％。
④振荡次数小于 2 次；三、带电流截止负反馈的闭环直流调速系统主回路的选择3.1 变压器的参数计算及选型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 2cos αβ V U C I I U A n VU V U N sh 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=75AI 2=0.861×287=247A变压器容量的计算S 1=m 1U 1I 1=3×380×75=85.5kVAS 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=83.5KVA ，联结方式为：⊿/Y 。
3.2 主电路元器件的参数计算与选型3.2.1 主电路结构选择本设计采用桥式整流电路，其主要特点如下：输出电压高，纹波电压小，管子所承受的最大反向电压较低，电源变压器充分利用，效率高。
晶闸管的导通顺序依次为VT1--VT2--VT3--VT4--VT5--VT6。
图3-1三相桥式全控整流电路3.2.2晶闸管的额定参数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，考虑到要留有一定的裕量，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压的2～3倍；据有效值相等的原则，晶闸管的额定电流一般选取其通态平均电流的1.5～2倍。
在三相桥式全控整流电路中，带纯阻性负载时，晶闸管两端承受的最小峰值为22U ；带反电动势负载时，晶闸管两端承受的最大正反向峰值为26U ；晶闸管的通态平均电流I VT =31Id 。
则据N U =6N U (2～3)/2N U (2～3),I 2=32I d ,I VT =31I d , I VT(AV)= I VT /1.57(1.5～2)在本设计中，晶闸管的额定电流I VT(AV)=167～334A晶闸管的额定电压U N =539～1617V3.2.3 平波电抗器的参数计算在V-M 系统中，脉动电流会增加电机的发热，同时也产生脉动转矩，对机械产生不利，为了避免或减轻这种影响，须采用抑制电流脉动的措施，在本设计中采用设置平波电抗器的方法。
U d =2.34U 2cos αU d =U N =220V, 取α=0°一般取I dmin 为电动机额定电流的5%-10%,这里取10% 则U 2=V U d 0171.9434.22200cos 34.2== L=0.693mH I U d 23.375.171.00171.94693.0min 2=⨯⨯=⨯3.2.4 整流装置的保护与其他类型的电气设相比，晶闸管元件有很多优点，但是由晶闸管的伏安特性可知，元件的反向击穿电压较接近于运行电压，热时间常数小，因此过电压、过电流能力差，在短时间内的过电压、过电流都可能造成元件的发热损坏。
为了使晶闸管可靠工作，必须设置保护装置。
（1）过电压保护如图3-2所示，下图是常见的三相RC 过电压抑制电路连接方式。
①交流侧RC 过电压保护的参数整定据公式C 1≥3×6×I o %×S 1/ 21U (一般取I o %=6.5%)=3×6×6.5×((85.5/3)×310/2220)=69μFR 1=31×2.3×21U / S 1×%%o dL I U (一般取%dL U =5%) =31×2.3×(2220/ (85.5/3) ×310)×5.65=1.1Ω(取1Ω)图3-2三相RC 过电压抑制电路②直流侧RC 过电压保护的参数整定C 2≥6×I o %×S 2/ 22U (一般取I o %=6.5%)=6×6.5×((81.5/3×310)/2110=88μFR 2=2.3×22U / S 2×%%o dL I U (一般取%dL U =5%)=2.3×(2110/(81.5/3×310))×5.65 =0.9Ω（取1Ω）（2）过电流保护①保护变压器的熔断器的选择 据式I N.FE =(1.5-2)I 1.NF (式中，I 1.NF 为变压器的额定一次电流为75A) 熔体额定电流为I N.FE =(1.5-2)×75A=（112.5-150）A所以应选熔断器的型号为RM20-200。
