双闭环直流调速系统
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最终保持电流稳定。当电流下降时，也有类似的调节过程。
图1-1是带电流截止负反馈的单闭环调速系统的电流动态特性曲线，显然离我们所希望的曲线特性要差的远，图1-2才是我们想要的理想控制过程。图1-3是时间最优的理想过渡过程，为此，我想到了双闭环直溜溜调速系统。
3
3.1
为了使转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中这只两个调节器，分别引入转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流，二者之间实行嵌套连接，如图2-1所示。把转速调节器的输出当做电流调节器的输入，在用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。此闭环结构，电流环在里面，转速环在外，这就形成了，转速、电流反馈控制直流调速系统。为了获得良好的静、动态性能，这里转速和电流两个调节器都采用PI调节器。
(2)根据附录中所提供的直流电机参数和选择的主电路形式，对主电路中的功率器件进行型号选择，并要求给出选择依据；
(3)根据选择的主电路器件，设计晶闸管触发电路，全控型器件IGBT驱动电路的原理图，并对驱动电路的原理简要说明；独立电源，
(4)根据系统控制要求，选择相应的电压、电流和温度等传感器，要求给出具体型号；
针对附录中提供的直流电机参数，进行直流电机调速系统的设计。要求该直流调速系统调速范围宽、起制动性能好、可四象限运行，具体设计内容如下。
1.绪论
介绍直流调速在工业生产中的应用及直流调速理论的发展。
2.直流调速系统的主电路设计
(1)根据提供的直流电动机参数，选择相应的主电路形式，主电路主要采用两种形式：基于H桥的脉宽直流调速系统、晶闸管—电动机直流调速系统；
(1)硬件设计：根据所选数字处理器，进行相应硬件电路的设计，要求包括PWM输出、AD采样及信号处理电路、编码器接口等；
(2)软件设计：给出双闭环直流调速系统的整体控制流程图，并给出增量式PI调节器、数字测速的程序流程框图。
指导教师签字：
日期：
摘 要
本次设计是应用自动控制理论和工程设计的方法对直流调速系统进行设计和控制，从直流调速系统的原理出发，建立了双闭环直流调速系统，设计出能够达到性能指标要求的电力拖动系统的调节器，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。并应用MATLAB软件对设计的系统进行仿真和校正以达到满足控制指标的目的。本设计的控制对象是功率3kW，额定电压220V的直流电动机，该直流调速系统调速范围宽、起制动性能好、可四象限运行。
2.当到达稳态转速时，最好使电流立即降下来，使电磁转矩与负载转矩相平衡，从而迅速转入稳态运行。
在启动过程中应该只有电流负反馈，没有转速负反馈，在达到稳态转速后，有希望只要转速负反馈，不能再让电流负反馈发生作用，既存在转速和电流两种负反馈，又能使它们在不同的阶段里作用，只用一个调解器显然是不行，在这里就提出了转速、电流的双闭环控制。
《电力拖动与运动控制系统》
课程设计
姓 名：学 号：
专 业：
专 题：双闭环直流调速系统的设计
指导教师：
设计地点：电工电子实验中心
2013年5月
课程设计任务书
任务下达日期：2013年5月17日
设计日期：2013年5月20日至2013年5月31日
设计专题题目：双闭环直流调速系统的设计
设计主要内容和要求：
直流调速系统凭借其优良的调速性能在现场中得到了广泛使用，虽然交流电机得到了越来越多的使用，但直流调速系统的理论完全适用于交流电机调速系统的设计。
关键词：双闭环；直流调速；仿真
1
电机自动控制系统广泛应用于机械，钢铁，矿山，冶金，化工，石油，纺织，军工等行业。这些行业中绝大部分生产机械都采用电动机作原动机。有效地控制电机，提高其运行性能，对国民经济具有十分重要的现实意义。
20世纪90年代前的大约50年的时间里，直流电动机几乎是唯一的一种能实现高性能拖动控制的电动机，直流电动机的定子磁场和转子磁场相互独立并且正交，为控制提供了便捷的方式，使得电动机具有优良的起动，制动和调速性能。尽管近年来直流电动机不断受到交流电动机及其它电动机的挑战，但至今直流电动机仍然是大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制首选。因为它具有良好的线性特性，优异的控制性能，高效率等优点。直流调速仍然是目前最可靠，精度最高的调速方法。
选做(5)要求在主回路设计中需给出相应的保护及缓冲电路。
3.直流调速系统的控制理论
(1)给出双闭环直流调速系统的动态结构框图；
(2)根据直流电动机和主回路参数，确定动态结构框图的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ体参数；
(3)运用工程化设计方法对直流调速系统的调节器进行参数设计，要求必须给出限幅（可控范围内）的具体参数及依据；
(4)根据设计的PI调节器参数，要求给出带有内外限幅的PI调节器的模拟量电路图；
SR—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
3.2
电流环是由电流调节器ACR和电流负反馈环节组成的闭合回路，其主要作用是通过电流检测元件的反馈作用稳定电流。由于ACR为PI调节器，稳态时，其输入偏差电压 ，即 = 。其中β为电流反馈系数。
当 一定时，由于电流负反馈的调节作用，使整流装置的输出电流保持在 数值上。当 ＞ 时，自动调节过程为：
(5)给出直流调速系统的完整结构框图。
4.双闭环直流调速系统的Matlab仿真
(1)根据上述双闭环直流调速系统的动态结构框图，建立Matlab仿真模型，并对调节器参数设计的合理性进行验证；
(2)运用Matlab/Simulink下的电机模型，建立基于电机模型的仿真模型，并对调节器的参数作出调整。
5.数字控制器的设计(可选)
2
2.1
这是在转速单闭环直流调速系统的基础上提出来的，因为转速单闭环直流调速系统不能充分按照理想要求控制电流（或电磁转矩）的动态过程。
对于经常正、反转运行的调速系统，缩短起、制动过程的时间是提高生产率的重要因素：
1.在起动（或制动）过渡过程中，希望始终保持电流（电磁转矩）为允许的最大值，使调速系统以最大的加（减）速度运行。
最终保持电流稳定。当电流下降时，也有类似的调节过程。
图1-1是带电流截止负反馈的单闭环调速系统的电流动态特性曲线，显然离我们所希望的曲线特性要差的远，图1-2才是我们想要的理想控制过程。图1-3是时间最优的理想过渡过程，为此，我想到了双闭环直溜溜调速系统。
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3.1
为了使转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中这只两个调节器，分别引入转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流，二者之间实行嵌套连接，如图2-1所示。把转速调节器的输出当做电流调节器的输入，在用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。此闭环结构，电流环在里面，转速环在外，这就形成了，转速、电流反馈控制直流调速系统。为了获得良好的静、动态性能，这里转速和电流两个调节器都采用PI调节器。
(2)根据附录中所提供的直流电机参数和选择的主电路形式，对主电路中的功率器件进行型号选择，并要求给出选择依据；
(3)根据选择的主电路器件，设计晶闸管触发电路，全控型器件IGBT驱动电路的原理图，并对驱动电路的原理简要说明；独立电源，
(4)根据系统控制要求，选择相应的电压、电流和温度等传感器，要求给出具体型号；
针对附录中提供的直流电机参数，进行直流电机调速系统的设计。要求该直流调速系统调速范围宽、起制动性能好、可四象限运行，具体设计内容如下。
1.绪论
介绍直流调速在工业生产中的应用及直流调速理论的发展。
2.直流调速系统的主电路设计
(1)根据提供的直流电动机参数，选择相应的主电路形式，主电路主要采用两种形式：基于H桥的脉宽直流调速系统、晶闸管—电动机直流调速系统；
(1)硬件设计：根据所选数字处理器，进行相应硬件电路的设计，要求包括PWM输出、AD采样及信号处理电路、编码器接口等；
(2)软件设计：给出双闭环直流调速系统的整体控制流程图，并给出增量式PI调节器、数字测速的程序流程框图。
指导教师签字：
日期：
摘 要
本次设计是应用自动控制理论和工程设计的方法对直流调速系统进行设计和控制，从直流调速系统的原理出发，建立了双闭环直流调速系统，设计出能够达到性能指标要求的电力拖动系统的调节器，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。并应用MATLAB软件对设计的系统进行仿真和校正以达到满足控制指标的目的。本设计的控制对象是功率3kW，额定电压220V的直流电动机，该直流调速系统调速范围宽、起制动性能好、可四象限运行。
2.当到达稳态转速时，最好使电流立即降下来，使电磁转矩与负载转矩相平衡，从而迅速转入稳态运行。
在启动过程中应该只有电流负反馈，没有转速负反馈，在达到稳态转速后，有希望只要转速负反馈，不能再让电流负反馈发生作用，既存在转速和电流两种负反馈，又能使它们在不同的阶段里作用，只用一个调解器显然是不行，在这里就提出了转速、电流的双闭环控制。
《电力拖动与运动控制系统》
课程设计
姓 名：学 号：
专 业：
专 题：双闭环直流调速系统的设计
指导教师：
设计地点：电工电子实验中心
2013年5月
课程设计任务书
任务下达日期：2013年5月17日
设计日期：2013年5月20日至2013年5月31日
设计专题题目：双闭环直流调速系统的设计
设计主要内容和要求：
直流调速系统凭借其优良的调速性能在现场中得到了广泛使用，虽然交流电机得到了越来越多的使用，但直流调速系统的理论完全适用于交流电机调速系统的设计。
关键词：双闭环；直流调速；仿真
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电机自动控制系统广泛应用于机械，钢铁，矿山，冶金，化工，石油，纺织，军工等行业。这些行业中绝大部分生产机械都采用电动机作原动机。有效地控制电机，提高其运行性能，对国民经济具有十分重要的现实意义。
20世纪90年代前的大约50年的时间里，直流电动机几乎是唯一的一种能实现高性能拖动控制的电动机，直流电动机的定子磁场和转子磁场相互独立并且正交，为控制提供了便捷的方式，使得电动机具有优良的起动，制动和调速性能。尽管近年来直流电动机不断受到交流电动机及其它电动机的挑战，但至今直流电动机仍然是大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制首选。因为它具有良好的线性特性，优异的控制性能，高效率等优点。直流调速仍然是目前最可靠，精度最高的调速方法。
选做(5)要求在主回路设计中需给出相应的保护及缓冲电路。
3.直流调速系统的控制理论
(1)给出双闭环直流调速系统的动态结构框图；
(2)根据直流电动机和主回路参数，确定动态结构框图的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ体参数；
(3)运用工程化设计方法对直流调速系统的调节器进行参数设计，要求必须给出限幅（可控范围内）的具体参数及依据；
(4)根据设计的PI调节器参数，要求给出带有内外限幅的PI调节器的模拟量电路图；
SR—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
3.2
电流环是由电流调节器ACR和电流负反馈环节组成的闭合回路，其主要作用是通过电流检测元件的反馈作用稳定电流。由于ACR为PI调节器，稳态时，其输入偏差电压 ，即 = 。其中β为电流反馈系数。
当 一定时，由于电流负反馈的调节作用，使整流装置的输出电流保持在 数值上。当 ＞ 时，自动调节过程为：
(5)给出直流调速系统的完整结构框图。
4.双闭环直流调速系统的Matlab仿真
(1)根据上述双闭环直流调速系统的动态结构框图，建立Matlab仿真模型，并对调节器参数设计的合理性进行验证；
(2)运用Matlab/Simulink下的电机模型，建立基于电机模型的仿真模型，并对调节器的参数作出调整。
5.数字控制器的设计(可选)
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2.1
这是在转速单闭环直流调速系统的基础上提出来的，因为转速单闭环直流调速系统不能充分按照理想要求控制电流（或电磁转矩）的动态过程。
对于经常正、反转运行的调速系统，缩短起、制动过程的时间是提高生产率的重要因素：
1.在起动（或制动）过渡过程中，希望始终保持电流（电磁转矩）为允许的最大值，使调速系统以最大的加（减）速度运行。
