可逆直流电机双闭环调速系统的设计1

双闭环直流调速系统设计及仿真一转速、电流双闭环控制系统一般来说，我们总希望在最大电流受限制的情况下，尽量发挥直流电动机的过载能力，使电力拖动控制系统以尽可能大的加速度起动，达到稳态转速后，电流应快速下降，保证输出转矩与负载转矩平衡，进入稳定运行状态[1]。

这种理想的起动过程如图1所示。

nnt图1 转速调节系统理想起动过程为实现在约束条件快速起动，关键是要有一个使电流保持在最大值的恒流过程。

根据反馈控制规律，要控制某个量，就要引入这个量的负反馈。

因此很自然地想到要采用电流负反馈控制过程。

这里实际提到了两个控制阶段。

起动过程中，电动机转速快速上升，而要保持电流恒定，只需电流负反馈；稳定运行过程中，要求转矩保持平衡，需使转速保持恒定，应以转速负反馈为主。

如何才能做到使电流、转速两种负反馈在不同的控制阶段发挥作用呢？答案是采用转速、电流双闭环控制系统。

如图2所示。

图2 双闭环直流调速控制系统原理图参考双闭环的结构图和一些电力电子的知识，采用机理分析法可以得到双闭环系统的动态结构图。

如图3所示。

图3 双闭环直流调速系统动态结构图在转速环、电流环的反馈通道和输入端增加了转速滤波、电流滤波和给定滤波环节。

因为电流检测信号中常含有交流成分，须加低通滤波，其滤波时间常数按需要而定。

滤波环节可以抑制检测信号中的交流分量，但同时也个反馈检测信号带来延迟。

所以在给定信号通道中加入一个给定滤波环节，使给定信号与反馈信号同步，并可使设计简化。

由测速发电机得到的转速反馈电压含有电机的换向纹波，因此也需要滤波，其时间常数用表示[2]。

二双闭环控制系统起动过程分析前面已经指出，设置双闭环控制的一个重要目的就是要获得接近于理想的起动过程，因此在分析双闭环调速系统的动态性能时，有必要先探讨它的起动过程。

双闭环调速系统突加给定电压由静止状态起动时，转速和电流的过渡过程如图4所示。

由于在起动过程中转速调节器ASR 经历了不饱和、饱和、退饱和三个阶段，整个过渡过程也就分为三个阶段，在图中表以Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。

摘要本文以控制系统的传递函数为基础，采用工程设计方法对最常用的转速、电流双闭环调速系统进行设计，并用MATLAB/Simulink软件对系统进行了仿真。

首先对双闭环直流调速系统采用常规PID控制进行设计，电流调节器和转速调节器都采用了PID控制器，并分别对电流环和转速环的动态性能和抗扰动性能进行了仿真分析。

其次，由于转速调节器起主要作用，所以对转速环采用模糊控制，并设计了模糊控制器，对双闭环直流调速系统进行仿真分析，并与常规PID 控制进行了对比，仿真结果表明，模糊控制有良好的动态特性，很强的抗干扰能力。

关键词：直流调速PID控制模糊控制系统仿真目录摘要 (I)1 绪论 (1)1.1课题研究背景 (1)1.2直流调速系统的国内外研究概况 (1)1.4研究双闭环直流调速系统的目的和意义 (2)2 直流电机双闭环调速系统 (3)2.1直流电动机的起动与调速 (3)2.2直流调速系统的性能指标 (8)2.3双闭环直流调速系统的组成 (12)2.4 直流他励电动机的数学模型 (13)2.5可控硅整流装置的数学模型 (15)2.6本章小结 (16)3 常规PID控制双闭环直流调速系统的设计 (17)3.1双闭环调速系统的工程设计方法 (17)3.2双闭环直流调速系统的设计 (20)3.3设计实例 (25)3.4Matlab仿真 (30)3.5仿真结果分析 (33)3.6本章小结 (33)4结论 (34)1 绪论1.1课题研究背景直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。

就目前而言，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式，在许多工业部门，如轧钢、矿山采掘、纺织、造纸等需要高性能调速的场合得到广泛的应用。

然而传统双闭环直流电动机调速系统多数采用结构比较简单、性能相对稳定的常规PID控制技术，在实际的拖动控制系统中，由于电机本身及拖动负载的参数(如转动惯量)并不像模型那样保持不变，而是在某些具体场合会随工况发生改变；与此同时，电机作为被控对象是非线性的，很多拖动负载含有间隙或弹性等非线性的因素。

摘要直流双闭环调速系统的性能很好，具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在电气传动系统中得到了广泛的应用。

直流双闭环调速系统中设置了两个调节器, 即转速调节器(ASR)和电流调节器(ACR), 分别调节转速和电流。

本文对直流双闭环调速系统的设计进行了分析，对直流双闭环调速系统的原理进行了一些说明，介绍了其主电路、检测电路的设计，详细介绍了电流调节器和转速调节器的设计以及一些参数的选择和计算，使其满足工程设计参数指标。

关键词：直流双闭环调速系统电流调节器转速调节器目录摘要 (I)1设计任务与分析 (1)2调速系统总体设计 (2)3直流双闭环调速系统电路设计 (3)3.1晶闸管-电动机主电路的设计 (3)3.1.1主电路设计 (3)3.1.2主电路参数计算 (4)3.2转速、电流调节器的设计 (5)3.2.1电流调节器 (5)3.2.1.1电流调节器设计 (5)3.2.1.2电流调节器参数选择 (6)3.2.2转速调节器 (8)3.2.2.1转速调节器设计 (8)3.2.2.2转速调节器参数选择 (8)3.3转速检测电路设计 (10)3.4电流检测电路设计 (10)4小结与体会 (11)5参考文献 (12)直流双闭环调速系统设计1设计任务与分析直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内实现平滑调速，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，直流拖动控制系统又是交流拖动控制系统的基础，所以应该首先掌握直流拖动控制系统。

采用转速负反馈和PI调节器的单闭环直流调速系统是比较基础比较容易掌握的，它可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。

但是，如果对系统的动态性能要求较高，例如：要求快速起制动，突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足需要。

原因是因为在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。

为了实现在允许条件下I的恒流过程，采用电流负反馈就的最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值dm可以得到近似的恒流过程。

西南大学自动控制原理课程设计(论文)题目: 双闭环直流调速系统的设计学生姓名：唐旖婕专业：自动化学号： 222012322270047班级：2012 级 02 班指导教师：彭生祥成绩：工程技术学院2015年01月目录1、引言2、设计任务及要求2.1 设计任务 (3)2.1 设计要求 (4)3、理论设计3.1 电机时间常数的测定 (4)3.2 电流调节器设计 (6)3.2.1 选择电流调节器结构 (6)3.2.2 计算电流调节器参数 (7)3.3 转速调节器设计 (8)3.3.1 选择转速调节器结构 (8)3.3.2 计算转速调节器参数 (9)4、系统建模及仿真实验4.1 三闭环仿真实验 (9)4.2 调试过程 (9)5、总结与体会双闭环直流调速系统的设计唐旖婕西南大学工程技术学院，重庆 4007151、引言1.1 摘要在直流调速系统中，转速、电流双闭环直流调速系统是应用最广的直流调速系统，传统的设计方法为工程设计方法，它对被控对象的模型做了理想化和近似处理，故工程设计方法是一种近似的设计，而对一些高性能系统要求起制动超调小、动态速降小、恢复时间短，则需采用更为先进的控制策略。

双闭环直流调速系统即速度和电流双闭环直流调速系统，是由单闭环直流调速系统发展起来的，调速系统使用比例积分调节器，可以实现转速的无静差调速。

又采用电流截止负反馈环节，限制了起（制）动时的最大电流。

这对一般的要求不太高的调速系统，基本上已经能满足要求。

但是由于电流截止负反馈限制了最大电流，加上电动机反电势随着转速的上升而增加，使电流到达最大值后迅速降下来，这样，电动机的转矩也减小了，使起动加速过程变慢，起动的时间比较长。

在这些系统中为了尽快缩短过渡时间，所以就希望能够充分利用晶闸管元件和电动机所允许的过载能力，使起动的电流保护在最大允许值上，电动机输出最大转矩，从而转速可直线迅速上升，使过渡过程的时间大大的缩短。

另一方面，在一个调节器的输出端有综合几个信号，各个参数互相调节比较困难。