微分方程15反馈控制闭环直流调速系统的动态分析和设计

电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统简介电力拖动自动控制系统包括：直流调速系统和交流调速系统。

直流调速系统包括：直流调速方法、直流调速电源和直流调速控制。

交流调速系统包括：交流调速系统的主要类型、交流变压调速系统、交流变频调速系统、绕线转子异步电机双馈调速系统——转差功率馈送型调速系统和同步电动机变压变频调速系统。

电力拖动自动控制系统课程内容介绍第一篇直流调速系统闭环反馈直流调速系统1.1 直流调速系统用的可控直流电源根据前面分析，调压调速是直流调速系统的主要方法，而调节电枢电压需要有专门向电动机供电的可控直流电源。

常用的可控直流电源有以下三种:旋转变流机组——用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压。

静止式可控整流器——用静止式的可控整流器，以获得可调的直流电压。

直流斩波器或脉宽调制变换器——用恒定直流电源或不控整流电源供电，利用电力电子开关器件斩波或进行脉宽调制，以产生可变的平均电压。

1.2 晶闸管-电动机系统（V-M系统）的主要问题本节讨论V-M系统的几个主要问题：（1）触发脉冲相位控制；（2）电流脉动及其波形的连续与断续；（3）抑制电流脉动的措施；（4）晶闸管-电动机系统的机械特性；（5）晶闸管触发和整流装置的放大系数和传递函数。

1.3 直流脉宽调速系统的主要问题自从全控型电力电子器件问世以后，就出现了采用脉冲宽度调制（PWM）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，简称直流脉宽调速系统，即直流PWM 调速系统。

（1）PWM变换器的工作状态和波形；（2）直流PWM调速系统的机械特性；（3）PWM 控制与变换器的数学模型；（4）电能回馈与泵升电压的限制。

1.4反馈控制闭环直流调速系统的稳态分析和设计本节提要:转速控制的要求和调速指标；开环调速系统及其存在的问题；闭环调速系统的组成及其静特性；开环系统特性和闭环系统特性的关系；反馈控制规律；限流保护——电流截止负反馈1.5 反馈控制闭环直流调速系统的动态分析和设计反馈控制闭环直流调速系统的动态数学模型;反馈控制闭环直流调速系统的稳定条件; 动态校正——PI调节器的设计;系统设计举例与参数计算转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法内容提要：转速、电流双闭环控制的直流调速系统是应用最广性能很好的直流调速系统。

《自动控制系统与应用》学习领域（课程）标准课程编号：适用专业：电子信息工程技术应用电子技术机械制造及其自动化课程类别：岗位核心学习领域修课方式：必修教学时数: 64学时一、课程的性质和任务（一）课程定位《自动控制系统与应用》是电子信息工程技术、应用电子技术、机械制造及其自动化等相关专业技术核心课程。

由于自动控制系统与应用在信息化武器装备中得到了广泛的应用，因此，将本课程设置为核心课程，对培养懂技术的指挥人才有着十分重要的作用。

本课程所覆盖的知识面较宽，既有较深入的理论基础知识，也有较广泛的专业背景知识，因而，它在学员知识结构方面将起到加强理论深度和拓展知识广度的积极作用。

（二）学习目标通过《自动控制系统与应用》的学习，使学生掌握以下知识、专业能力、方法能力、社会能力等目标。

1.专业能力目标（1）掌握自动控制原理的基本概念和基本的分析与设计方法；（2）培养利用自动控制的基本理论分析与解决工程实际问题的思维方式和初步能力，（3）掌握自动控制系统分析与设计的一般过程与基本方法。

2．社会能力目标（1）具有较强的口头与书面表达能力、人际沟通能力；（2）具有团队精神和协作精神；（3）具有良好的心理素质和克服困难的能力。

3．方法能力目标（1）能独立制定工作计划并进行实施；（2）具有独立进行分析、设计、实施、评估的能力；（3）具有获取、分析、归纳、交流、使用信息和新技术的能力；（4）具有自学能力、理解能力与表达能力；（5）具有将知识与技术综合运用与转换的能力；（6）具有综合运用知识与技术从事程度教复杂的技术工作的能力。

（三）前导课程本课程的前导课程为《高等数学》、《线性代数》、《数字电路》、《电路分析》、《复变函数与积分变换》和《模拟电子技术基础》等。

（四）后续课程：《现代控制理论》、《机电控制技术》、《PLC与电气控制》等。

二、课程内容标准（一）学习情境划分及学时分配（二）学习情境描述三、课程实施建议（一）课程教学模式1.更新传统的教学方式传统的以教师讲授为主，学生听课为辅的教学模式很难适应现代职业教学的理念，学校的教学设备也难于发挥作用。

目录一、课题简介 (1)二、方案设计 (1)1. 系统整体设计 (1)2. 电机的传递函数 (2)3．集成H桥驱动器 (3)4. 发电机传递函数 (5)5. 信号整形电路 (5)6. 显示电路 (6)7. D/A转换电路 (7)8．51单片机最小系统 (8)三、电机实验模型的建立 (8)四、控制系统仿真分析 (11)1. 电机的开环特性仿真分析 (11)2. 闭环控制器的设计 (12)3. 离散域对控制系统的仿真分析 (14)3.1 PI调节器的离散化 (15)3.2零阶保持器与电机传函的离散化 (15)3.3离散域仿真分析 (15)五、系统实际效果与理论分析的比较 (16)1. 电机的开环特性 (16)2. 电机系统的闭环特性 (17)2.1 闭环系统消除稳态误差 (17)2.2 正阶跃响应特性 (18)2.3 正、负阶跃响应特性 (19)2.4 闭环系统抗扰动能力 (19)六、控制算法的实现 (20)七、总结 (21)1.实验过程中存在的问题 (21)1.1电机模型的测量不够精确 (21)1.2电机模型的降阶处理 (21)1.3电机转速的测量 (21)1.4微处理器的选择 (22)2.实验收获与体会 (22)附录一 (23)附录二 (23)附录三(离散域仿真补充) (33)直流电动机速度闭环控制系统设计报告（华中科技大学电气学院武汉430074）一、课题简介现代化生产和生活中，电动机的作用十分重要，无论是交通运输、国防、航空航天、医疗卫生、农业生产、商务与办公设备，还是日常生活中的家用电器，都大量地使用各种各样的电动机。

据有关资料介绍，现有90%以上的动力源来自于电动机，我国生产的电能大约有60%消耗于电动机。

因此，研究电动机的控制系统是有较大的现实意义的。

目前电动机的主流控制都是由微机完成的。

电机微机控制系统主要用于一下两个方面：（1）发电机励磁系统的控制用于保证正常工作时发电机电压稳定，发生故障后尽可能保持稳定运行，达到最优化控制的目的。

第一篇 直流拖动控制系统=电力拖动系统绪论概念：1.电机拖动：由电动机拖动生产机械进行运转。

2.根据直流电动机转速方程，有三种方法调节电动机的转速以及各自特点：（1）调节电枢供电电压 U ：调节电枢供电电压进行调速，机械特性曲线平行移动，在一定范围内无级平滑调速； （2）减弱励磁磁通：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，机械特性曲线变软，属无级调速。

（3）改变电枢回路电阻 R ：变电阻调速只能实现有级调速，机械特性曲线硬度改变。

自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主3.请比较直流调速系统、交流调速系统的优缺点，并说明今后电力传动系统的发展的趋势，最后说明为何要先研究直流拖动控制系统。

* 直流电机调速系统优点：调速范围广，易于实现平滑调速，起动、制动性能好，过载转矩大，可靠性高，动态性能良好，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。

缺点：有机械整流器和电刷，噪声大，维护困难；换向产生火花，使用环境受限；结构复杂，容量、转速、电压受限。

* 交流电机调速系统（正好与直流电机调速系统相反）优点：异步电动机结构简单、坚固耐用、维护方便、造价低廉，使用环境广，运行可靠，便于制造大容量、高转速、高电压电机。

大量被用来拖动转速基本不变的生产机械。

缺点：调速性能比直流电机差。

* 发展趋势：用直流调速方式控制交流调速系统，达到与直流调速系统相媲美的调速性能；或采用同步电机调速系统。

* 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。

第1章 闭环控制的直流调速系统1.1 直流调速系统用的可控直流电源1.2 晶闸管-电动机系统（V-M 系统）的主要问题 1.3 直流脉宽调速系统的主要问题1.4 反馈控制闭环直流调速系统的稳态分析和设计 1.5 反馈控制闭环直流调速系统的动态分析和设计 1.6 比例积分控制规律和无静差调速系统一 直流调速系统用的可控直流电源（调压调速是直流调速系统的主要方法，而调节电枢电压需要有专门向电动机供电的可控直流电源）直流调速系统用的可控直流电源的种类、特点及适用场合。

《电力拖动自动控制系统》教学大纲一、课程基本信息1、课程英文名称：Automation Control System by Power Driving2、课程类别：专业方向课程3、课程学时：总学时64，实验学时84、学分：45、先修课程：《电路原理》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《电力电子技术》、《电机学》、《控制电机》、《自动控制原理》、《电力拖动基础》等专业基础课程6、适用专业：电气工程及其自动化二、课程的目的与任务课程的教学目的：本课程是电气工程及其自动化专业的专业特色课程。

通过本课程的学习，了解和掌握电力拖动自动控制系统的设计、校正和综合方法，为今后的工作打下专业基础。

课程教学的任务：了解直流电力拖动自动控制系统的特点，调速方法，调速系统的静态动态性能指标。

掌握直流转速单闭自动控制系统和转速、电流双闭环自动控制系统的静、动态设计方法，深刻领会和掌握控制系统的工程设计方法，能够熟练应用典型Ⅰ型、典型Ⅱ系统的设计和校正方法，了解可逆直流调速系统和位置随动系统的特点和设计方法。

了解交流电力拖动自动控制系统的特点，调速方法，特别是重点了解和掌握笼型异步电动机变压变频调速系统的原理、特点和设计方法，了解矢量控制技术在异步电动机变压变频调速系统的应用，了解同步电动机变压变频调速系统的特点和设计方法。

三、课程的基本要求本课程是所有专业基础课程的综合应用，特别是对《电力电子技术》、《电机学》、《控制电机》、《自动控制原理》、《电力拖动基础》以及《模拟电子技术》、《数字电子技术》的基础知识应用较多，学生必须在这些专业基础课程学习过后，才能开设本课程。

教师在授课中必须引导学生对专业基础课程的综合应用，按照系统的控制规律为主线，由简入繁、由低及高的循序深入，思路必须清楚，引导学生学习和掌握系统设计与分析的方法，培养学生对工程问题的处理方法，同时要认真进行和完成课程实验，并且通过课程设计，要求学生能够对简单的电力拖动自动控制系统进行性能分析和设计。