转速电流双闭环直流调速系统_课程设计

转速电流双闭环直流调速系统

课程设计

学生：xxx

学号：xxxxxxxx

专业：电气工程及其自动化

学院：信息工程与科学学院

目录 (1)

摘要 (2)

第〇章任务书 (3)

（一）设计参数 (3)

（二）设计要求 (3)

第一章主电路设计 (4)

（一）系统组成 (4)

（二）主电路原理 (4)

（三）主电路元器件参数计算及器件选型 (5)

1.3.1整流元器件参数计算与选型 (5)

1.3.2其它元器件参数计算与选取 (6)

第二章调节器设计 (9)

（一）电流调节器设计 (9)

（二）转速调节器设计 (10)

第三章触发器设计 (12)

第四章反馈环节、保护电路及其它电路设计 (13)

（一）反馈环节设计 (13)

4.1.1转速反馈环节设计 (13)

4.1.2电流反馈环节设计 (13)

（二）保护电路设计 (14)

4.2.1过电流保护电路设计 (14)

4.2.2过电压保护电路设计 (14)

（三）其它电路设计 (15)

4.3.1转速给定器设计 (15)

4.3.2零速封锁器设计 (15)

第五章系统仿真 (16)

（一）仿真模型建立 (16)

（二）仿真参数输入 (16)

（三）仿真结果输出 (18)

总结 (19)

附表1第一章用表 (20)

附表1-1 整流参数计算用常数 (20)

附表1-2 晶闸管型号及其参数 (20)

附表2第二章用表 (21)

附表2-1整流装置失控时间（f=50Hz） (21)

附表2-2典型I型系统动态跟随性能指标和频域指标与参数的关系 (21)

附表2-3典型II型系统阶跃输入跟随性能指标（按

M准则确定参数关系） 21

r

m in

附表2-4典型II型系统动态抗扰性能指标与参数的关系 (21)

参考文献 (22)

本文介绍了基于工程设计对直流调速系统的设计。根据直流调速双闭环控制系统的工作原理，利用晶闸管等器件设计了一个转速、电流双闭环直流晶闸管调速系统。该系统中设置了电流反馈环节、电流调节器以及转速反馈环节、转速调节器，构成电流环和转速环——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。最后使用MATLAB对系统进行仿真。

（本课程设计为自主完成，如有雷同，纯属他人参考不当。）

第〇章任务书

（一）设计参数

直流电动机的额定电压U N=220V，额定电流I N=12A，额定转速n N=1500 rpm，电枢电阻Ra=1.2Ω，电流过载倍数λ=1.5，机电时间常数T m=0.03s。

（二）设计要求

系统稳态无静差，电流超调量σi≤5%，空载起动到额定转速时的转速超调量σn≤10％。

第一章主电路设计

（一）系统组成

本设计采用的转速电流反馈控制直流调速系统各个模块如图1-1所示。系统可分为三个部分：主电路和控制电路以及保护电路和反馈环节。

主电路主要包括整流变压器和电力电子变换装置，起到将交流变换成直流，从而为直流电动机提供电源电压的作用。

控制电路主要包括电流调节器和转速调节器以及触发器，其中电流调节器与电流反馈环构成电流环，起到稳定电流的作用；转速调节器和转速反馈环构成转速环，使转速稳态无静差；触发器则用于为整流晶闸管组提供触发脉冲。

保护电路主要为晶闸管保护电路，包括由整流变压器交流侧的快速熔断器组构成的保护电路，以及与晶闸管并联的阻容电路构成的保护电路。保护电路的设置使得晶闸管免受过电压以及过电流的影响，从而使系统工作可靠。

反馈环节包括电流反馈环节和转速反馈环节。前者由电流互感器进行电流检测，再进行整流滤波得到电流反馈信号，后者则使用测速发电机来得到实际转速信号。

此外，还有其它部分的电路。包括减小电流脉动的平波电抗器，以及减小直流电压脉动的滤波电容。

图1-1 转速电流反馈控制直流调速系统组成框图

（二）主电路原理

如图1-2所示。主电路主要由整流变压器和整流晶闸管组构成。整流变压器将公共电网的交流电压变换成整流桥可用的电源电压，而整流晶闸管组构成三相全控桥，将交流电变换成直流电，从而作为直流电动机的电源电压。

直接整流得到的电流和电压往往有较大的脉动，若直接作为直流电动机的电源电压，将会引起电机振动及噪声。为此，需要在主电路的直流侧加入平波电抗器和滤波大电容，从而减小整流器输出电流脉动以及输出电压脉动。

整流

平波电抗器

图1-2 主电路原理图

（三）主电路元器件参数计算及器件选型主电路元器件包括整流元器件及其它元器件。整流元器件起整流作用，包括将市电电压变换成整流桥可用电源电压的整流变压器，以及将交流电变整流成直流电的整流晶闸管组；其它元器件则起减小纹波作用，包括抑制输出电流纹波的平波电抗器，以及抑制输出电压纹波的滤波电容器。正确计算其参数，适当选择其型号，将有助于使主电路以低成本在高可靠下运行。

1.3.1整流元器件参数计算与选型

整流元器件参数计算与选型包括整流变压器参数计算与选型及整流晶闸管参数计算与选型。

1.整流变压器参数计算与选型

在一般情况下，晶闸管装置所要求的交流供电电压与电网电压往往不一致。此外，为了尽量减小电网与晶闸管装置的相互干扰，要求它们相互隔离，故通常要配用整流变压器。本设计采用变压器的接线型式为一次侧绕组采用△联接，二次侧绕组采用Y联接。

为了保证负载能正常工作，当主电路的接线形式（△/Y）和负载要求的额定电压（U N=220V）确定之后，晶闸管交流侧的电压U2只能在一个较小的范围内变化，为此必须精确计算整流变压器次级电压U2。

影响U2值的因素有：

（1）首先要保证满足负载所需求的最大电流值的I dmax。

（2）晶闸管并非是理想的可控开关元件，故导通时有一定的管压降V T。

（3）变压器漏抗的存在会产生换相压降。

（4）平波电抗器有一定的直流电阻，当电流流经该电阻时就要产生一定的电压降。

（5）电枢电阻的压降。

综合以上因素得到的U2精确表达式为：

m

a x

2m a x

[1(1)]%[]

100

d N a T d

d K d

I

U r nU I U I C U A B I ε+-+=

-

?

式中，A=U d0/U 2表示当控制角α=0°时，整流电压平均值与变压器次级相

电压有效值之比；B=U d α/U d0表示当控制角为α与0°时，整流电压平均值之比；C 是与整流电路形式有关的系数；Uk%是变压器的短路电压百分比，100kVA 以下的变压器取U k %=5，100kV A~1000kVA 的变压器取U k %=5~10；ε为电网电压波动系数，通常取0.9~1.05，供电质量较差，电压波动较大的情况应取较小值；r a =I N R Σ/U N 表示电动机电枢电路总电阻R Σ的标幺值，对于容量为15kW~150kW 的电动机，通常取r a =0.04~0.08；nU T 表示主电路中电流经过几个串联晶闸管的管压降；I dmax /I dN 表示电动机允许过载倍数，即λ。

考虑到本设计为了保证电动机负载能在额定转速下运转，并且所取U 2留有一定裕量，根据经验，公式中的控制角α应取30°为宜。

电动机电枢电路总电阻标幺值ra=I N R Σ/U N =1231.2/220=0.065。

其它部分参数可查附表1-1取值如下：ε=0.9，A=2.34，B=cos α=cos30°=0.866，C=0.5，U k %=5。

则U 2=。。。=229.15=132V 。可取U 2=135V 。

根据主电路接线方式，查附表1-1得K I2=I 2/I d =0.816，考虑到电动机的允许过载倍数，忽略变压器初次侧间的能量损耗，则次级电流有效值应为I 2=λK I22I N =1.530.816312=14.688A 。

根据变压器特性，即m 1U 1I 1=m 2U 2I 2。取m 1=m 2=3，则U 1I 1=U 2I 2，故整流变压器容量为S=（1/2）（S 1+S 2）=（1/2）（m 1U 1I 1+m 2U 2I 2）=m 2U 2I 2=33135314.688=5.95kV A 。

综上，整流变压器容量可取为6kV A ，型号可选为S9-6/0.38。

2.整流晶闸管参数计算与选型

已知本设计采用的是三相桥式整流电路，则在阻感负载中晶闸管承受的最大电压（考虑到2~3倍裕量）：

U RM =（2~3）22.45U 2=（2~3）32.453135=661V~993V 。取为U RM =800V 。 又已知直流电动机过载倍数为λ=1.5，则电路中允许流过的最大电流为： I dmax =λI dN =1.5312=18A

故晶闸管应能承受的电流有效值： I VT =I dmax /1.732=18/1.732=11A

故晶闸管额定电流（考虑到1.5~2倍裕量）： I T （AV ）=（1.5~2）2I VT /1.57=（1.5~2）311/1.57=11A~14A 。可取为I T （AV ）=10A 。 综上，晶闸管型号可选为：KP-10。

查附表1-2可得KP-10型晶闸管主要参数：

额定电压：800V ；额定电流：10A ；门极触发电压：≤2.5V ；门极触发电流5mA~45mA 。

则晶闸管整流装置放大系数为K S =220/2.5=88。

1.3.2其它元器件参数计算与选取

其它元器件参数计算与选型包括平波电抗器参数计算与选取及滤波电容器参数计算与选取。

1.平波电抗器参数计算与选取

为了使直流负载得到平滑的直流电流，通常在整流输出回路串入带有气隙的铁心电抗器L d，称为平波电抗器。平波电抗器的参数计算主要是计算在保证电流连续和输出电流脉动系数达到一定要求时所需要的平波电抗器的电感值。

（1）计算维持输出电流连续的电感值

当控制角较大，负载电流很小或者平波电抗器L d不够大时，负载电流id会出现断续。电流断续使晶闸管导通角减小，机械特性明显变软，电机工作甚至不稳定，这是应该尽量避免的。要使电流在整个工作区域保持连续，必须使临界电流I dk小于或等于最小负载电流I dmin(一般可取额定电流的5%)。

把满足电流连续的最小电感量称为临界电感。临界电感的计算公式为：L1= K1U2Φ/ I dmin（mH）。

式中，K1为考虑不同电路时临界电感的计算系数。K1值可通过查附表1-1得到。对于本设计采用的三相全控桥，取K1=0.693。

则满足电流连续的临界电感为L1=K1U2Φ/I dmin=0.6933380/（1230.05）

=438.9mH。

（2）计算限制输出电流脉动的电感值

晶闸管整流装置的输出电压可以分解成一个恒定直流分量和一个交流分量，通常负载需要的只是直流分量，对电机负载来说，过大的交流分量会使电机换向恶化和因铁心损耗增大而引起电机过热。拟制交流分量的有效办法是串接平波电抗器，使交流分量基本降落在电抗器上，而负载上能够得到比较恒定的直流电压和电流。

满足一定脉动要求时的临界电感量为L2=（U dM/U2Φ）/（6.282f d2S i2I d/U2

Φ）2103（mH）

式中，fd为输出最低频率分量的最低值；S i为给定的允许电流脉动系数。

对于本设计采用的三相全控桥，查附表1-1可得：U dM/U2Φ=0.46，f d=300Hz。通常在三相电路中，电流脉动系数可取S i<5%~10%。

则限制输出电流脉动的电感值L2>（U dM/U2Φ）/（6.282f d2S i2I d/U2Φ）210↑3=0.46/（6.2833003（5%~10%）312/（38030.001））=77.3mH~154.6mH。

综合（1）（2），则平波电抗器电感值可取为L d=450mH。但由以上公式计算得到的电感值均是电路总电感，其中包括负载电动机的电感L D与变压器漏感L B,因此外接平波器电抗器L d应减去L D和L B。

电动机电感L D值按下式计算：L D=K D2U eD2103/（2p2n eD2I eD）（mH）式中，U eD、I eD、n eD为直流电机的额定电压、额定电流与额定转速；P为电机极对数；K D为计算系数，一般无补偿电机K D=8~12。

则电动机电感L D= K D2U eD2103/（2p2n eD2I eD）=（8~12）32203103/（23131500312）（mH）=48.9mH~73.3mH。可取L D=50mH。

考虑到变压器漏感一般很小，故忽略变压器漏感。则三相全控桥整流器输出串接平波电抗器的电感量为L d= L1?(2L B+ L D)≈L1-L D=400mH。

2.滤波电容器参数计算与选型

桥式整流电路的滤波电容取值在工程设计中，一般由两个切入点来计算。

一是根据电容由整流电源充电与对负载电阻放电的周期，再乘上一个系数来确定的，另一个切入点是根据电源滤波输出的波纹系数来计算的，无论是采用那个切入点来计算滤波电容都需要依据桥式整流的最大输出电压和电流这两个数值。

通常比较多的是根据电源滤波输出波纹系数这个公式来计算滤波电容。

C≥0.289/（f p2（U omax/I omax）2S u）

式中，0.289是由半波阻性负载整流电路的波纹系数推演来的常数；fp是整流电路的脉冲频率；U omax是整流电路最大输出电压；I omax是整流电路最大输出电流；S u是电压纹波系数。

对于本设计采用的三相全控桥整流电路，输出电压220V，输出电流12A，波纹系数取8%，滤波电容为C≥0.289/（f p2（U omax/I omax）2S u）=0.289/（300×（220V/12A）×0.08）=656.8μF即可。取C=1000μF。

第二章 调节器设计

本设计采用工程设计方法来设计转速、电流反馈控制直流调速系统的调节器。原则是先内环后外环。即先进行电流环的设计，再进行转速环的设计。

（一） 电流调节器设计

1.确定时间常数。

（1）整流装置滞后时间常数T S ：由附表2-1可知三相桥式电路平均失控时间T S =0.0017s 。

（2）电流滤波时间常数T oi ：三相桥式电路每个波头的时间是3.3ms ，为了基本滤平波头，应有（1~2）T oi =3.33ms ，故取T oi =2ms=0.002s 。

（3）电流环小时间常数之和T Σi ：按小时间常数近似处理，取T Σ

i =T S +T oi =0.0037s 。

（4）电磁时间常数T l ：已知直流电动机电感为L D =50mH ，则电磁时间常数T l =L l /R=0.050/1.2=0.0417s 。

2.选择电流调节器结构。

（1）确定系统型式及其传递函数：根据设计要求σi ≤5%，并保证稳态电流无静差，可按典型I 型系统设计电流调节器。又电流环控制对象是双惯性的（电磁惯性和机械惯性），故可用PI 型电流调节器，其传递函数为

()(1)

i i AC R s i K s W s

ττ+=

（2）检查对电源电压的抗扰性能：T l /T Σi ≈0.0417/0.0037=11.27。参照附表2-2的典型I 型系统动态抗扰性能，各项指标都是可以接受的。故基本确定电流调节器按典型I 型系统设计。

3.计算电流调节器参数。

（1）电流调节器超前时间常数：τi =T l =0.0417s 。

（2）电流环开环增益：要求σi ≤5%时，应取K I T Σi =0.5，故K I =0.5/T Σ

i =0.5/0.0037=135.1s -1

。又电流反馈系数β=U i */1.5I dN =10/1.5312=0.5556V/A ，则ACR 的比例系数K i =K I τi R/K S β=135.130.041731.2/8830.5556=0.138。

4.校验近似条件。

（1）电流环截止频率：ωci =K I =135.1s -1。故

（2）校验晶闸管整流装置传递函数的近似条件：1/3T S =1/330.0017=196.1s -1>ωci 。满足近似条件。

（3）校验忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件：3√（1/T m T l ）=33√（1/0.0330.0417）=84.8<ωci 。满足近似条件。

（4）校验电流环小时间常数近似处理条件：1/3√（1/T S T oi ）=1/33√（1/0.001730.002）=180.8>ωci 。满足近似条件。

5.计算调节器电阻和电容。

电流调节器原理图如图2-1所示。按所用运算放大器取R 0=40Ω，各电阻和电容值计算如下：

R i =K i R 0=0.138340=5.52Ω。取6Ω C i =τi /R i =0.0417/6=6.59μF 。取6.6μF C oi =4T oi /R 0=430.002/40=0.2μF 。取0.2μF

按照上述参数，电流环可达到的动态跟随性能指标为：σi =4.3%<5%（见附表2-2）。满足设计要求。

Ui*

-βId

Ro/2Coi

Ri

Rbal

Ro/2Ro/2Ro/2

Coi

Ue

图2-1 电流调节器原理图

（二） 转速调节器设计

1.确定时间常数。

（1）电流环等效时间常数1/K I ：已取K I T Σi =0.5，故1/K I =230.0037=0.0074s 。 （2）转速滤波时间常数T on ：根据所用测速发电机纹波情况，取T on =0.01s 。 （3）转速小时间常数T Σn ：按小时间常数近似处理，取T Σ

n =1/K I +T on =0.0074+0.01=0.0174s 。

2.选择转速调节器结构。

（1）确定系统型式及其传递函数：按照设计要求，选用PI 调节器，其传递函数为

(1)

()n n ASR n K s W s s

ττ+=

3.计算转速调节器参数。

按跟随和抗扰性能都较好的原则，取h=5，则

（1）ASR 的超前时间常数为：τn =hT Σn =530.0174=0.087s 。

（2）转速环开环增益为：K N =（h+1）/2h 2T Σn 2=6/235230.01742≈396.4s -1。 又转速反馈系数α=U n */n N =10/1500=0.0067V/rpm ，则 （3）ASR 比例系数为：K n =（h+1）βC e T m /2h αRT Σn =630.5630.13730.03/23530.006731.230.0174=9.87。

4.校验近似条件。

（1）转速截止频率：ωci =K N /ω1=K N τn =396.430.087=34.5s -1。故 （2）校验电流环传递函数简化条件：（1/3）√（K I /T Σi ）=（1/3）√（135.1/0.0037）=63.7s -1>ωcn 。满足简化条件。

（3）校验转速环小时间常数近似处理条件：（1/3）/√（K I /T on ）=（1/3）/√（135.1/0.01）=38.7>ωcn 。满足近似条件。

5.计算调节器电阻和电容。

转速调节器原理图如图2-2所示。取R 0=40Ω。则 R n =K n R 0=18.9340=756Ω

C n =τn /R n =0.087/756=0.115μF C on =4T on /R 0=430.01/40=1μF

Ro/2Rbal

Ro/2

Ro/2Ro/2

Un*

αn

Con

Rn

Ui*

Con

图2-2 转速调节器原理图

6.校核转速超调量。

当h=5时，查附表2-3，得σn =37.6%，不能满足设计要求。实际上，由于附表2-3是按线性系统计算的，而突加阶跃给定时，ASR 饱和，不符合线性系统的前提，应该按ASR 退饱和的情况重新计算超调量。

设理想空载启动时z=0，当h=5时，查附表2-4得△C max /C b =81.2%，则σn =2381.2%31.53（（1231.2/0.137）/1500）3（0.0174/0.03）=9.91%<10%。能满足设计要求。

第三章触发器设计

本设计采用集成触发器。三个KJ004集成块和一个KJ401集成块，即可形成六路双脉冲，再由留个晶体管进行脉冲放大，即构成完整的三相全控桥整流电路的集成触发电路。如图3-1所示。

第四章反馈环节、保护电路及其它电路设计

（一）反馈环节设计

4.1.1转速反馈环节设计

转速检测电路的主要作用是将转速信号变换为与转速称正比的电压信号，滤除交流分量，为系统提供满足要求的转速反馈信号。转速检测电路主要由测速发电机组成，将测速发电机与直流电动机同轴连接，测速发电机输出端即可获得与转速成正比的电压信号，经过滤波整流之后即可作为转速反馈信号反馈回系统。其原理图如图4-1所示。

Un 电机

转速反馈信号

图4-1 转速检测电路原理图

4.1.2电流反馈环节设计

电流检测电路的主要作用是获得与主电路电流成正比的电流信号，经过滤波整流后，用于控制系统中。该电路主要由电流互感器构成，将电流互感器接于主电路中，在输出端即可获得与主电路电流成正比的电流信号，起到电气隔离的作用。其电路原理图如图4-2所示。

至电流反馈端

图4-2 电流检测电路原理图

本设计主要考虑晶闸管的保护。如图4-3所示。

图4-3 晶闸管保护电路图

4.2.1过电流保护电路设计

本设计采用快速熔断器安装于交流侧的过电流保护方案。

考虑在整流变压器二次侧每一相上各安装一个快速熔断器。由前面的计算选型可知，晶闸管的最大工作电压为URM=800V。故选取快速熔断器额定电压为UFN≥URM/2=400V。

又由前面的计算选型可知，流过晶闸管的电流有效值为IVT=11A，故选取快速熔断器额定电流为IFN≥IVT=11A，可选10A。

综上，快速熔断器型号可选为117NH-10A/400V。

4.2.2过电压保护电路设计

本设计采用电阻和电容并联于晶闸管的过电压保护方案。下面进行电阻和电容的参数计算和选型。

由经验公式：

C=（2~4）I T310-3 （μF）

R=10Ω~30Ω

P R=（1/2）CU m2

得：

C=（2~4）I T310-3 =（2~4）310310-3=（20~40）nF

P R=（1/2）CU m2=（1/2）30.04310-631352=3.645310-4J

由于一个周期晶闸管充放电各一次，因此：

2P R=233.645310-4=7.29310-4J

P（A V）=P R/T=7.29310-4/0.02=0.03645W

功率选择留5～6倍裕量：P=（5~6）P（A V）=（5~6）30.03645=0.18W~0.22W 综上，电阻R选择阻值为10Ω~30Ω,功率为0.5W的电阻。电容C选择容量为40nF的电容。

4.3.1转速给定器设计

转速给定电路主要由滑动变阻器构成，调节滑动变阻器即可获得相应大小的给定信号。转速给定电路可以产生幅值可调和极性可变的阶跃给定电压或可平滑调节的给定电压。其电路原理图如图4-4所示。

图4-4 转速给定电路原理图

4.3.2零速封锁器设计

零速封锁器的作用是当系统处于停车状态时，即给定电压为零，同时电动机转速也为零时，将系统中所有调节器锁零，以避免停车时，由于各调节器的零点漂移，致使晶闸管整流电路有微量的输出，从而使电动机出现窜动现象。

出于成本及性能已能满足要求考虑，本设计将不涉及零速封锁器的设计。

第五章系统仿真

（一）仿真模型建立

已经建立的仿真模型如图5-1。

给定器方面：模块Un*仿真转速给定，模块TL仿真负载给定。

调节器方面：放大器模块KnK、KnI以及积分模块In如图构成ASR；放大器模块KiK、KiI以及积分模块Ii如图构成ACR。

电动机方面：模块M仿真直流电动机的机械部分，模块E仿真直流电动机的电磁部分，则模块M、E构成直流电动机主要部分，经过1/Ce则得到直流电动机转速。

反馈环方面：模块IF和模块nF分别仿真电流反馈和转速反馈。

其它方面：Sn和Si分别为ASR和ACR的限幅；而Dn和Di则分别仿真ASR和ACR的滞后效应。

图5-1 电流转速双闭环直流调速系统仿真模型

（二）仿真参数输入

5.2.1给定器仿真模块参数设置

1.转速给定仿真模块U n*

Step time=0

Initial value=0

Final value=10

Sample time=0

其它默认。

2.负载给定仿真模块TL

Step time=0

Initial value=0

Final value=10

Sample time=0

其它默认。

5.2.2调节器仿真模块参数设置

1.电流调节器

放大器KiK（Gain）=KiK（Ki）=KiK（0.138）；KiI（Gain）=KiI（Ki/τi=0.138/0.0417）=KiI（3.31）。

积分器上下限设为±10。

2.转速调节器

放大器KnK（Gain）=KnK（Kn）=KnK（9.45）；KnI（Gain）=KnI（Kn/τn=9.87/0.087）=KnI（113.4）。

积分器上下限设为±10。

5.5.3直流电动机仿真模块参数设置

1.电磁部分

E（s）=（1/R）/（T l s+1）=（1/1.2）/（0.0417s+1）=0.8333/（0.0417s+1）。

2.机械部分

M（s）=R/（T m s）=1.2/0.03s。

3.转速部分

1/C e=1/0.1371。

5.5.4反馈环仿真模块参数设置

1.电流反馈环

IF（s）=β/（T oi s+1）=0.56/（0.002s+1）。

2.转速反馈环

nF（s）=α/（T on s+1）=0.0067/（0.01s+1）。

5.5.5其它仿真模块参数设置

1.限幅

上下限均设置为±10。

2.滞后

Di1（s）=1/（T oi s+1）=1/（0.002s+1）。

Di2（s）=Ks/（T s s+1）=88/（0.0017s+1）。

Dn（s）=1/（T on s+1）=1/（0.01s+1）。

（三）仿真结果输出仿真结果如图5-2。

图5-2 转速n与电流Id仿真曲线

总结

课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻

炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。随着科学技术发展的日新月异，双闭环直流调速已经成为当今电机调速系统应用中空前活跃的领域，在生活中可以说是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握双闭环直流调速技术是十分重要的。

通过本次课程设计，我意识到只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到了很多问题，同时也发现了自己的不足之处，意识到自己对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这也将为我今后的学习和工作产生积极的影响。

本课程设计在参考了众多同学的设计——主要是网络上的一些相同专业的

前辈的设计——的过程中，渐渐清晰了一套完整的调速系统的设计方法，也渐渐地能够脱离这些前辈们的设计，从而独立进行思考和设计，不得不说是一种进步。

最后，由于水平有限，在设计中难免存在许多不妥之处，敬请老师指正。

双闭环直流调速系统

题目：双闭环直流调速系统的设计与仿真 已知：直流电动机：P N=60KW，U N=220V，I N=305A，n N=1000r/min,λ=2，R a=0.08, R rec=0.1, T m=0.097s, T l=0.012s, T s=0.0017s, 电枢回路总电阻R=0.2Ω。设计要求：稳态无静差，σ ≤5%,带额定负载起动到额定转速的转速超调σn≤10%。(要求完 i 成系统各环节的原理图设计和参数计算)。 系统各环节的原理图设计和参数计算，包括主电路、调节器、电流转速反馈电路和必要的保护等，并进行必要的计算。按课程设计的格式要求撰写课程设计说明书。 设计内容与要求：1、分析双闭环系统的工作原理 2、改变调节器参数，分析对系统动态性能的影响 3、建立仿真模型

1．双闭环直流调速系统的原理及组成 对于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。为此，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，是调速系统以最大的加（减）速度运行。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。实际上，由于主电路电感的作用，电流不可能突变，为了实现在允许条件下的最快起动，关键是要获得一段使 电流保持为最大值dmI的恒流过程。按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。 为了使转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，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1所示。把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器。从闭环结构上看，电流环在里面，称做内环；转速环在外面，称做外环。这就形成了转速电流负反馈直流调速系统。为了获得良好的静动态性能，转速和电流两个调节器一般采用PI调节器。 2．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*nU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

转速电流双闭环直流调速系统实训设计说明

摘要 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。 本次设计的主要任务就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，设计出能够达到性能指标要求的电力拖动系统的调节器，通过在DJDK-1型电力电子技术及电机控制试验装置上的调试,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。

在转速闭环直流调速系统中，只有电流截止负反馈环节对电枢电流加以保护，缺少对电枢电流的精确控制，也就无法充分发挥直流伺服电动机的过载能力，因而也就达不到调速系统的快速起动和制动的效果。通过在转速闭环直流调速系统的基础上增加电流闭环，即按照快速起动和制动的要求，实现对电枢电流的精确控制，实质上是在起动或制动过程的主要阶段，实现一种以电动机最大电磁力矩输出能力进行启动或制动的过程。 一、设计要求 设一个转速、电流双闭环直流调速系统，采用双极式H桥PWM方式驱动，已知电动机参数为：

转速电流双闭环可逆直流调速系统仿真与设计方案

《运动控制》课程设计题目：转速，电流双闭环可逆直流宽频调速系统设计 系部：自动化系 专业：自动化 班级：自动化1班 学号：11423006 11423025 11423015 姓名：杨力强.丁珊珊.赵楠 指导老师：刘艳 日期：2018年5月26日-2018年6月13日

一、设计目的 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。 应用计算机仿真技术，通过在MA TLAB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。 在原理设计与仿真研究的基础上，应用PROTEL进行控制系统的印制板的设计，为毕业设计的综合运用奠定坚实的基础。 二、系统设计参数 直流电动机控制系统设计参数：< 直流电动机(3> ） 输出功率为:5.5Kw 电枢额定电压220V 电枢额定电流 30A 额定励磁电流1A 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1S 电枢允许过载系数=1.5 额定转速 970rpm 直流电动机控制系统设计参数 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.

1、设计内容和数据资料 某直流电动机拖动的机械装置系统。 主电动机技术数据为： ,，，电枢回路总电阻，机电时间常数 ，电动势转速比，Ks=40，，Ts=0.0017ms，电流反馈系数，转速反馈系数，试对该系统进行初步设计。2、技术指标要求 电动机能够实现可逆运行。要求静态无静差。动态过渡过程时间，电流超调量，空载起动到额定转速时的转速超调量。 三、主电路方案和控制系统确定 主电路选用直流脉宽调速系统，控制系统选用转速、电流双闭环控制方案。主电路采用25JPF40电力二极管不可控整流，逆变器采用带续流二极管的功率开关管IGBT构成H型双极式控制可逆PWM变换器。其中属于脉宽调速系统特有的部分主要是UPM、逻辑延时环节DLD、全控型绝缘栅双极性晶体管驱动器GD和PWM变换器。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。该系统起动时，转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节起动电流保持最大值，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流内环跟随转速外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流原理图

双闭环直流调速系统

转速、电流双闭环调速系统 班级：铁道自动化091 姓名：陈涛 指导老师：严俊 完成日期：2011-10-31 湖南铁道职业技术学院

目录 摘要 (3) 一、直流调速介绍 (4) 1、调速定义 (4) 2、调速方法 (4) 3、调速指标 (4) 二、双闭环直流调速系统介绍 (5) 1、转速、电流双闭环调速系统概述 (5) 2、转速、电流双闭环调速系统的组成 (6) 3、PI调节器的稳态特征 (7) 4、起动过程分析 (8) 5、动态性能 (11) 6、两个调节器的作用 (11) 三、总结 (12)

摘要 随着近代电力电子技术和计算机的发展以及现代控制理论的应用，自动化电力拖动正向着计算机控制的生产过程自动化的方向迈进，以达到高速、优质、高效率地生产。在大多数综合自动化系统中，自动化的电力拖动系统仍然是不可缺少的组成部分。 本文讲述的是转速、电流双闭环直流调速系统，通过学习使我对转速、电流双闭环直流调速系统的组成、调速器的稳态特性和作用以及系统的动态特性有了一定的了解。该系统是在单闭环系统的基础上加以改进后完成的，通过对电力拖动自动控制系统的学习，我们里了解到转速、电流双闭环直流调速系统相对于单闭环调速系统的一些优势，它是通过转速反馈和电流反馈两个环节分别起作用的。 通过这次的学习，我懂得了很多，具有了通过运用理论上所掌握的知识来独立发现问题、思考问题、解决问题的能力，在这次的论文中，我有一次重新学习了转速、电流双闭环直流调速系统，使我这一系统有了更进一步的了解。

转速、电流双闭环调速系统 一、直流调速介绍 1、调速定义 调速是指在某一具体负载情况下，通过改变电动据或电源参数的方法，使机械特性曲线得以改变，从而使电动机转速发生变化或保持不变。 2、调速方法 1.调节电枢供电电压U。改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电压，从电动机额定转速向下变速，属恒转矩调速方法。对于要求在一定范围内无 级平滑调速的系统来说，这种方法最好。变化遇到的时间常数较小，能快速响应，但是需要大容量可调直流电源。 2.改变电动机主磁通。改变磁通可以实现无级平滑调速，但只能减弱磁通进行调速（简称弱磁调速），从电机额定转速向上调速，属恒功率调速方 法。变化时间遇到的时间常数同变化遇到的相比要大得多，响应速度较慢，但所需电源容量小。 3.改变电枢回路电阻 <。在电动机电枢回路外串电阻进行调速的方法，设备简单，操作方便。但是只能进行有级调速，调速平滑性差，机械特性较软；空载时几乎没什么调速作用；还会在调速电阻上消耗大量电能。 3、调速指标 1．调速范围（包括：恒转矩调速范围/恒功率调速范围），

转速电流双闭环直流调速系统 课程设计

课程设计任务书 某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据为： 直流电动机：U N=220V，I N=205A，=575r/min , R a=0.1，电枢电路总电阻R=0.2，电枢电路总电感L=7.59mH，电流允许过载倍数，折算到电动机轴的飞轮惯量。 晶闸管整流装置放大倍数，滞后时间常数 电流反馈系数( 转速反馈系数() 滤波时间常数取，。 ；调节器输入电阻R0=40。 设计要求： 稳态指标：无静差； 动态指标：电流超调量；空载起动到额定转速时的转速超调量。

目录 课程设计任务书 (1) 第一章直流双闭环调速系统原理 (3) 1.1系统的组成 (3) 1.2 系统的原理图 (4) 第二章转速、电流双闭环直流调速器的设计 (6) 2.1 电流调节器的设计 (6) 2.2 转速调节器的设计 (13) 第三章系统仿真 (21) 心得体会 (26) 参考文献 (27)

第一章直流双闭环调速系统原理 1.1系统的组成 转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能很好、应用最广的直流调速系统。采用PI调节的单个转速闭环调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。但是对系统的动态性能要求较高的系统，单闭环系统就难以满足需要了。 为了实现在允许条件下的最快启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程。按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。所以，我们希望达到的控制：启动过程只有电流负反馈，没有转速负反馈；达到稳态转速后只有转速负反馈，不让电流负反馈发挥作用。故而采用转速和电流两个调节器来组成系统。 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可以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。二者之间实行嵌套（或称串级）联接，如图1-1所示。把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再把电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速换在外边，称作外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。

实验二转速、电流双闭环直流调速系统

实验二 转速、电流双闭环直流调速系统 一、实验目的 1．了解转速、电流双闭环直流调速系统的组成。 2．掌握双闭环直流调速系统的调试步骤，方法及参数的整定。 3．测定双闭环直流调速系统的静态和动态性能及其指标。 4．了解调节器参数对系统动态性能的影响。 二、实验系统组成及工作原理 双闭环调速系统的特征是系统的电流和转速分别由两个调节器控制，由于调速系统调节的主要参量是转速，故转速环作为主环放在外面，而电流环作为副环放在里面，可以及时抑制电网电压扰动对转速的影响。实际系统的组成如实验图2-1所示。 实验图2-1 转速、电流双闭环直流调速系统 主电路采用三相桥式全控整流电路供电。系统工作时，首先给电动机加上额定励磁，改 变转速给定电压* n U 可方便地调节电动机的转速。速度调节器ASR 、电流调节器ACR 均设有 限幅电路，ASR 的输出*i U 作为ACR 的给定，利用ASR 的输出限幅*im U 起限制起动电流的作 用；ACR 的输出c U 作为触发器TG 的移相控制电压，利用ACR 的输出限幅cm U 起限制αmin 的作用。 当突加给定电压*n U 时，ASR 立即达到饱和输出* im U ，使电动机以限定的最大电流I dm 加速起动，直到电动机转速达到给定转速(即* n n U U )并出现超调，使ASR 退出饱和，最后稳 定运行在给定转速（或略低于给定转速）上。 三、实验设备及仪器 1.主控制屏NMCL-32 2.直流电动机-负载直流发电机-测速发电机组 3. NMCL －18挂箱、NMCL-333挂箱及电阻箱 4.双踪示波器 5.万用表 四、实验内容

1.调整触发单元并确定其起始移相控制角，检查和调整ASR 、ACR ，整定其输出正负限幅值。 2.测定电流反馈系数β和转速反馈系数α，整定过电流保护动作值。 3.研究电流环和转速环的动态特性，将系统调整到可能的最佳状态，画出)(t f I d =和)(t f n =的波形，并估算系统的动态性能指标（包括跟随性能和抗扰性能） 。 4.测定高低速时系统完整的静特性)(d I f n =（包括下垂段特性），并计算在一定调速范围内系统能满足的静态精度。 五、实验步骤及方法 1.多环调速系统调试的基本原则 (1)先部件,后系统。即先将各环节的特性调好，然后才能组成系统。 (2)先开环,后闭环。即先使系统能正常开环运行，然后在确定电流和转速均为负反馈后组成闭环系统。 (3)先内环,后外环。即闭环调试时，先调电流内环，然后再调转速外环。 2.单元部件参数整定和调试 (1)主控制屏开关按实验内容需要设置 (2)触发器整定 将面板上的U blf 端接地，调整锯齿波触发器的方法同实验1。 (3)调节器调零 断开主回路电源开关SW ，给定电压U g 接到零速封锁器DZS 输入端，并将DZS 的输出接到ASR 和ACR 的封锁端。控制系统按开环接线,ASR 、ACR 的反馈回路电容短接，形成低放大系数的比例调节器。 a)ASR 调零 将调节器ASR 的给定及反馈输入端接地，调节ASR 的调零电位器，使ASR 的输出为零。 b)ACR 调零 将调节器ACR 的给定及反馈输入端接地，调节ACR 的调零电位器，使ACR 的输出为零。 (4)调节器输出限幅值整定 a)ASR 输出限幅值整定 ASR 按比例积分调节器接线，将U g 接到ASR 的输入端，当输入U g 为正而且增加时，调节 ASR 负限幅电位器，使ASR 输出为限幅值* im U ，其值一般取为8~6--V 。 b)ACR 输出限幅值整定 整定ACR 限幅值需要考虑负载的情况，留有一定整流电压的余量。ACR 按比例积分调节器接线，将g U 接到ACR 的输入端，用ACR 的输出c U 去控制触发移相，当输入g U 为负且增加时，通过示波器观察到触发移相角α移至οο30~15min =α时的电压即为ACR 限幅值U cm ，可通过ACR 正限幅电位器锁定。 3.电流环调试(电动机不加励磁) (1)电流反馈极性的测定及过电流保护环节整定。 整定时ASR 、ACR 均不接入系统，系统处于开环状态。直接用给定电压g U 作为c U 接到移相触发器GT 以调节控制角α，此时应将电动机主回路中串联的变阻器M R 放在最大值处，

案例转速电流双闭环直流调速系统

案例转速、电流双闭环直流调速系统 一、概述 现以ZCC1系列晶闸管—电动机直流调速装置（简称ZCC1系列）为例，来阐述晶闸管—电动机直流调速系统分析、调试的一般方法与步骤。该装置的基本性能如下： (1)装置的负荷性质按连续工作制考核。 (2)装置在长期额定负荷下，允许150%额定负荷持续二分钟，200%额定负荷持续10秒钟，其重复周期不少于1小时。 (3)装置在交流进线端的电压为（0.9~1.05）380伏时，保证装置输出端处输出额定电压和额定电流。电网电压下降超过10%范围时输出额定电压同电源电压成正比例下降。 (4)装置在采用转速反馈情况下，调速范围为20∶1，在电动机负载从10%~100%额定电流变化时，转速偏差为最高转速的0.5%（最高转速包括电动机弱磁的转速）。转速反馈元件采用ZYS型永磁直流测速发电机。 (5)装置在采用电动势反馈（电压负反馈、电流正反馈）时，调速范围为10∶1，电流负载从10%~100%变化时，转速偏差小于最高转速的5%（最高转速包括电动机弱磁的转速）。 (6)装置在采用电压反馈情况下，调压范围为20∶1，电流负载从10%~100%变化时，电压偏差小于额定电压的0.5%。 (7)装置给定电源精度，在电源电压下降小于10%以及温度变化小于±10℃时，其精度为1%。 二、系统的组成 1、主电路 ZCC1系列装置主电路采用三相桥式全控整流电路，交流进线电源通过三相整流变压器或者交流进线电抗器接至380V交流电源。为了使电机电枢电流连续并减小电流脉动以改善电动机的发热和换向，在直流侧接有滤波电抗器L。 2、控制系统 ZCC1系列晶闸管直流调速装置的控制系统采用速度（转速）电流双闭环控制系统，其原理方框图如图3-1所示

直流电动机转速电流双闭环调速系统设计

直流电动机调速系统课程设计 班级：电气0802 姓名：刘志勇 学号： 08140218

目录 第一章：设计内容 (2) 1.1设计内容： (2) 第二章：设计要求 (2) 2.1设计要求 (2) 2.2设计参数： (2) 第三章：双闭环直流调速系统设计 (3) 3.1转速、电流双闭环直流调速系统的成 (3) 3.2系统电路结构 (4) 3.3调节器的设计 (7) 第四章单闭环直流调速系统设计 (14) 4.1闭环系统调速的组成及其静特性 (14) 4.2 稳态参数计算 (16) 第五章相关原理图设计波形图 (19) 5.1.主电路图 (19) 5.2.控制电路图 (20) 第六章设计总结及参考文献 (23) 6.1设计总结 (23) 6.2 参考资料 (23) 1

第一章：设计内容 1.1设计内容： （1）根据给定参数设计转速电流双闭环直流调速系统 （2）根据给定参数设计转速单闭环直流调速系统，使用模拟电路元件实现转速单闭环直流调速系统 第二章：设计要求 2.1设计要求 2.1.1根据设计要求完成双闭环系统的稳态参数设计计算、判断系统的稳定性、绘制系统的稳态结构图 2.1.2直流调速系统的调节器，选择调节器结构、利用伯德图完成系统动态校正、计算系统的稳定余量γ及GM、计算调节器参数、绘系统动态结构图 2.1.3设计采用模拟调节器及MOSFET功率器件实现的转速单闭环调速系统，绘制控制电路及主电路电路图 2.1.4测试单闭环调速系统的PWM驱动信号波形、电压电流波形、转速反馈波形和直流电动机转速及控制电路各单元的相关波形。 2.2设计参数： =1.8Ω 2.2.1电枢电阻R a 电枢电感L =9.76mH、GD2=16.68N·cm2、Tm=35ms a 2

双闭环(电流环、转速环)调速系统

摘要 此设计利用晶闸管、二极管等器件设计了一个转速、电流双闭环直流晶闸管调速系统。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。该系统起动时，转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节起动电流保持最大值，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流内环跟随转速外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流。并通过Simulink进行系统的数学建模和系统仿真，分析双闭环直流调速系统的特性。 关键词：双闭环，晶闸管，转速调节器，电流调节器，Simulink

目录 1设计意义 (3) 2主电路设计 (4) 2.1设计任务 (4) 2.2电路设计及分析 (4) 2.2.1电流调节器 (5) 2.2.2转速调节器 (6) 2.3电路设计及分析 (7) 2.4电流调节器设计 (7) 2.4.1电流环简化 (8) 2.4.2电流调节器设计 (8) 2.4.3电流调节器参数计算 (9) 2.4.4电流调节器的实现 (10) 2.5转速调节器设计 (11) 2.5.1电流环等效传递函数 (11) 2.5.2转速调节器结构选择 (12) 2.5.3转速调节器参数计算 (13) 2.5.4转速调节器的实现 (14) 3系统参数计算和电气图 (15) 3.1电流调节器参数计算 (15) 3.2转速调节器参数计算 (15) 3.3电气原理图 (16) 4系统仿真 (18) 5小结体会 (20) 参考文献 (21)

双闭环直流调速系统工作原理

双闭环直流调速系统设计 内容摘要 电机自动控制系统广泛应用于各行业，尤其是工业。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.直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，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。有效地控制电机，提高其运行性能，具有很好的现实意义。本文介绍了基于工程设计对直流调速系统的设计，根据直流调速双闭环控制系统的工作原理以及介绍变频调速技术的发展概况，变频调速技术的发展趋势关键词：双闭环控制系统，转速控制环，系统现状，发展趋势 英文翻译：Electrical automatic control system widely used in various industries, especially in industry. Most of the production machinery used in these industries motor as a prime mover. Effectively control electricity. Dc motor has a good start, braking performance, adaptable to smooth speed regulation in large scale, in many need to speed or fast forward and reverse has been widely used in the area of electric drive. Effectively control motor, improve its operation performance, has the very good practical significance. I ntroduced in this paper, based on the engineering design to the design of dc speed regulating system, the working principle of the double closed loop control system of dc speed regulating and also I ntroduce the development general situation and the development trend Key words: double closed loop control system, speed control loop, th e status quo，the development of trend 一：引言 矿井提升机是煤矿、有色金属矿中的重要运输设备，是“四大运转设备”之一。矿井提升系统具有环节多、控制复杂、运行速度快、惯性质量大、运行特性复杂的特点，且工作状况经常交替转换。 近几年，交流调速飞速发展，逐渐有赶超并代替直流调速的趋势。直流调速理论基础是经典控制理论，而交流调速主要依靠现代控制理论。不过最近研制成功的直流调速器，具有和交流变频器同等性能的高精度、高稳定性、高可靠性、

转速电流双闭环直流调速系统仿真设计

转速电流双闭环直流调速系统仿真 摘要：本设计主要研究了直流调速转速电流双闭环控制系统以及对MATLAB软件的使用。系统模型由晶闸管-直流电动机组成的主电路和转速电流调节器组成的控制电路两部分组成。主电路采用三相可控晶闸管整流电路整流，用PI调节器控制，通过改变直流电动机的电枢电压从而进行调压调速。控制电路设置两个PI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。二者实行嵌套连接，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE，形成转速电流双闭环直流调速系统。在Simulink中建立仿真模型，设置各个模块的参数，仿真算法和仿真时间，运行得出仿真模型的波形图。通过对波形图的分析，说明直流调速转速电流双闭环控制系统具有良好的静态和动态特性。 关键词：双闭环直流调速系统，MATLAB/SIMULINK仿真，ASR，ACR。 课程概述：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。随着交流调速的迅速发展，交流调速技术越趋成熟，以及交流电动机的经济性和易维护性，使交流调速广泛受到用户的欢迎。但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场，并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。但如果对系统的动态性能要求较高，如要求快速起制动、突加负载动态速降时，单闭环系统就难以满足。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程中的电流或转矩。在单闭环系统中，只有电流截至负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只是在超过临界电流值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。实际工作中，在电机最大电流受限的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流转矩为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度启动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。实际上，由于主电路电感的作用，电流不能突跳，为了实现在允许条件下最快启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程，按照反馈控制规律，电流负反馈就能得到近似的恒流过程。问题是希望在启动过程中只有电流负反馈，而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器的输入端，到达稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不要电流负反馈发挥主作用，因此需采用双闭环直流调速系统。这样就能做到既存在转速和电流两种负反馈作用又能使它们作用在不同的阶段。其次并基于双闭环的电气原理图的SIMULINK的仿真，分析了直流调速系统的动态抗干扰性能。采用工程设计方法

转速电流双闭环直流调速系统设计

电力拖动自控系统课程设 计报告 题目转速电流双闭环直流调速系统设 计 学院：电子与电气工程学院 年级专业：2012级电气工程及其自动化（电力传动方向）姓名： 学号： 指导教师： 成绩：

电力拖动自动控制系统综合课程设计 设计任务书 某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据为： 直流电动机：kW 5.7P N =，V 400U N =，A 8.21I N = ,min /r 3000N =n ， W 716.0R a =，电枢回路总电阻Ω=75.1R ，电枢电路总电感mH 60L =,电流允许 过载倍数5.1=λ，折算到电动机轴的飞轮惯量22m N 64.2GD ?=。励磁电流为1.77A 。 晶闸管整流装置放大倍数40K s =，滞后时间常数s 0017.0T s = 电流反馈系数)I 5.1/V 15(A /V 4587.0βN ≈= 电压反馈系数)/V 15(r m in/V 005.0αN n ≈?= 滤波时间常数s 002.0T oi =，s 01.0T on = V 15U U U cm *im *nm ===;调节器输入电阻Ω=K 40R o 。

设计要求：稳态指标：无静差； 动态指标：电流超调量00i 5≤σ；采用转速微分负反馈使转速超调量等于0。 目 录 1 概述 (1) 1.1问题的提出 ............................................................................................................ 1 1.2解决的问题 ............................................................................................................ 1 1.3实现目标要求设计 . (1) 2 主电路计算 (2) 2.1整流变压器的计算 .............................................................................................. 2 2.2晶闸管及其元件保护选择 (2) 3 直流双闭环调速系统设计 (8) 3.1转速和电流双闭环调速系统的组成 .............................................................. 8 3.2系统静态结构图及性能分析 ............................................................................ 9 3.3系统动态结构图及性能分析 .. (10)

双闭环直流调速系统(精)

直流双闭环调速系统设计 1设计任务说明书 某晶闸管供电的转速电流双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路,基本数据为: 直流电动机：V U N 750=,A I N 780=,min 375r n N =,04.0=a R ，电枢电路 总电阻Ｒ=０.1Ω,电枢电路总电感mH L 0.3=,电流允许过载倍数5.1=λ,折算到电动机轴的飞轮惯量2 2 4.11094Nm GD =。 晶闸管整流装置放大倍数75=s K ，滞后时间常数s T s 0017.0= 电流反馈系数?? ? ??≈=N I V A V 5.11201.0β 电压反馈系数?? ? ??=N n V r V 12min 032.0α 滤波时间常数.02.0,002.0s T s T on oi == V U U U cm im nm 12===* *；调节器输入电阻Ω=K R O 40。 设计要求： 稳态指标：无静差 动态指标:电流超调量005≤i σ;空载起动到额定转速时的转速超调量 0010≤n σ。

目录 1设计任务与分析? 2调速系统总体设计...................................................................................................................................... 3直流双闭环调速系统电路设计? 3.1晶闸管-电动机主电路的设计........................................................ 3.1．１主电路设计? 3.1.2主电路参数计算................................................................. 3.2转速、电流调节器的设计? 3.２．１电流调节器.................................................................. 3.2．1.1电流调节器设计? ３．2.1.２电流调节器参数选择........................................................ 3.2．2转速调节器.................................................................... 3．2.2.1转速调节器设计.............................................................. 3.2.2.２转速调节器参数选择.......................................................... 4计算机仿真.................................................................................................................................................. 4.1空载起动? ４.２突加负载........................................................................................................................................ 4．3突减负载 5设计小结与体会? ６参考文献.....................................................................................................................................................

传动教材第2章转速电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法

第2章 转速、电流双闭环直流调速系统 和调节器的工程设计方法 2.1 转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性 采用PI 调节的单个转速闭环直流调速系统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，单闭环系统就难以满足需要，这主要是因为在单闭环系统中不能控制电流和转矩的动态过程。电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，并不能很理想地控制电流的动态波形,图2-1a)。 在起动过程中，始终保持电流（转矩）为允许的最大值，使电力拖动系统以最大的加速度起动，到达稳态转速时，立即让电流降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。这样的理想起动过程波形示于图2-1b 。 为了实现在允许条件下的最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值dm I 的恒流过程。按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。应该在起动过程中只有电流负反馈，没有转速负反馈，达到稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不再让电流负反馈发挥作用。 2.1.1 转速、电流双闭环直流调速系统的组成 系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，如图2-2所示。把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE 。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。 转速和电流两个调节器一般都采用PI 调节器，图2-3。两个调节器的输出都是带限幅 + TG n ASR ACR U *n + - U n U i U * i + - U c TA M + - U d I d UPE - M T 图2-2 转速、电流双闭环直流调速系统结构 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 内外 n i

转速、电流双闭环直流调速系统设计

运动控制课程设计 专业：自动化 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 2015年07月 16 日

转速、电流双闭环直流调速系统设计 1.设计目的 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。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，只要引入这个量的负反馈。因此采用电流负反馈控制过程，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。故采用转速、电流双闭环控制系统。 2.设计任务 某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路；基本数据如下： (1)直流电动机：220V、160A、1460r/min、Ce=0.129Vmin/r，允许过载倍数λ=1.5； (2)晶闸管装置放大系数：K s=40； (3)电枢回路总电阻：R=0.5Ω； (4)时间常数：T l=0.03s，T m=0.19s； (5)电流反馈系数：β=0.042V/A； (6)转速反馈系数：α=0.0068Vmin/r； 试按工程设计方法设计双闭环系统的电流调节器和转速调节器，并用Simulink建立系统模型，给出仿真结果。 3.设计要求 根据电力拖动自动控制理论，按工程设计方法设计双闭环调速系统： (1)设计电流调节器的结构和参数，将电流环校正成典型I型系统； (2)分析电流环不同参数下的仿真曲线； (3)在简化电流环的条件下，设计速度调节器的结构和参数，将速度环校正成典型II型系统； (4)分析转速环空载起动、满载起动、抗扰波形图仿真曲线 (5)进行Simulink仿真，验证设计的有效性。 4.设计内容 4.1双闭环直流调速系统的组成

转速电流双闭环直流调速系统设计

《电力拖动自动控制系统》课程设计 设计报告 题目:转速电流双闭环直流调速系统设计 学院信息科学与工程学院 专业自动化 班级0603 学号 2 学生姓名杨明 指导老师潘炼 日期2009/7/2

转速电流双闭环直流调速系统设计 1. 设计题目 转速、电流双闭环直流调速系统设计 2. 设计任务 已知某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据如下： 1）直流电动机：160V、120A、1000r/min、C e=0.136Vmin/r，允许过载倍数λ=1.4 2）晶闸管装置放大系数：K s=30 3）电枢回路总电阻：R=0.4Ω 4）时间常数：T l=0.023s，T m=0.2s，转速滤波环节时间常数T on取0.01s 5）电压调节器和电流调节器的给定电压均为10V 试按工程设计方法设计双闭环系统的电流调节器和转速调节器，并用Simulink建立系统模型，给出仿真结果。 系统要求： 1）稳态指标：无静差 2）动态指标：电流超调量σi ≤5%；空载起动到额定转速时超调量σn ≤10% 3. 设计要求 根据电力拖动自动控制理论，按工程设计方法设计双闭环调速系统的步骤如下： 1）设计电流调节器的结构和参数，将电流环校正成典型I型系统； 2）在简化电流环的条件下，设计速度调节器的结构和参数，将速度环校正成典型II型系统； 3）进行Simulink仿真，验证设计的有效性。 4.设计内容 1）设计思路： 带转速负反馈的单闭环系统，由于它能够随着负载的变化而相应的改变电枢电压，以补偿电枢回路电阻压降的变化，所以相对开环系统它能够有效的减少稳态速降。 当反馈控制闭环调速系统使用带比例放大器时，它依靠被调量的偏差进行控制的，因此是有静差率的调速系统，而比例积分控制器可使系统在无静差的情况下保持恒速，实现无静差调速。 对电机启动的冲击电流以及电机堵转时的堵转电流，可以用附带电流截止负

运动控制系统双闭环直流调速系统

运动控制课程设计任务书 题目：双闭环直流调速系统设计 使用班级：电气081、082 设计内容 已知电机参数为：PN=500kW，UN=750V，IN=760AΩ，允许过载倍数λ=，触发整流环节Ks=75，Tl=，Tm=，调节器输入输出最大电压为10V，设计双闭环调速系统，达到最理想的调速性能。 主要设计内容包括：1、ACR、ASR调节器类型选择与参数计算。2、系统建模与仿真。3、调节器电路设计。4、主电路设计。5、反馈电路设计。6、触发电路设计。7、故障处理电路设计。 设计步骤 一、总体方案设计 二、参数初步计算。 三、控制系统的建模和MALAB仿真 四、根据仿真结果调整参数 五、主电路及控制电路设计 六、编写课程设计说明书，绘制完整的系统电路图（ A3 幅面）。 课程设计说明书要求 1 ．课程设计说明书应书写认真．字迹工稚，论文格式参考国家正式出版的书籍和论文编排。 2 ．论理正确、逻辑性强、文理通顾、层次分明、表达确切，并提出自己的见解和观点。 3 ．课程设计说明书应有目录、摘要、序言、主干内容（按章节编写）、主要结论和参考书，附录应有系统方枢图和电路原理图。 4 ．课程设计说明书应包括按上述设计步骤进行设计的分析和思考内容和引用的相关知识

摘要 双闭环（转速环、电流环）直流调速系统是一种当前应用广泛，经济，适用的电力传动系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强的优点。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。可实现频繁的无级快速起动、制动和反转;能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求，历来是自动控制系统的主要执行元件，在轧钢及其辅助机械、矿井卷扬机、挖掘机、海洋钻机、大型起重机、金属切削机床、造纸机、纺织机械等领域中得到了广泛的应用。换向器是直流电机的主要薄弱环节,它使直流电机的单机容量、过载能力、最高电压、最高转速等重要指标都受到限制,也给直流电机的制造和维护添了不少麻烦。然而，鉴于直流拖动控制系统的理论和实践都比较成熟，直流电机仍在广泛的使用。因此，长期以来，在应用和完善直流拖动控制系统的同时，人们一直不断在研制性能与价格都赶得上直流系统的交流拖动控制系统，近年来，在微机控制和电力电子变频装置高度发展之后，这个愿望终于有了实现的可能。在许多需要调速或快速正反向的电力拖动系统领域中得到了广泛的应用。并且随着电力电子器件开关性能的不断提高,直流脉宽调制( PWM) 技术得到了飞速的发展。 关键词： 双闭环，晶闸管，转速调节器，电流调节器，MALAB仿真

电力拖动自动控制系统第二章习题答案 (2)

第二章双闭环直流调速系统 2-1在转速、电流双闭环调速系统中，若要改变电动机的转速，应调节什么参数？改变转速调节器的放大倍数行不行？改变电力电子变换器的放大倍数行不行？改变转速反馈系数行不行？若要改变电动机的堵转电流，应调节系统中的什么参数？ 答：改变电机的转速需要调节转速给定信号Un※；改变转速调节器的放大倍数不行，改变电力电子变换器的放大倍数不行。若要改变电机的堵转电流需要改变ASR的限幅值。 2-2 （1 （2 （1 （2 （3 （4 2-3是多少？ 答：=βId=Ui，Uc=U d0 2-4如果转速、电流双闭环调速系统的转速调节器不是PI调节器，而是比例调节器，对系统的静、动态性能会有什么影响？ 答：若采用比例调节器可利用提高放大系数的办法使稳态误差减小即提高稳态精度，但还是有静差的系统，但放大倍数太大很有可能使系统不稳定。 2-5在转速、电流双闭环系统中，采用PI调节器，当系统带额定负载运行时，转速反馈线突然断线，系统重新进入稳态后，电流调节器的输入偏差电压△Ui是否为0，为什么？

答：反馈线未断之前，Id=In，令n=n1，当转速反馈断线，ASR迅速进入饱和，Un※=Un※max，Uc↑，Id↑至Idm，Te＞T l，n↑，Id↓，△Ui出现，Id↑至Idm，n↑，Id↓，此过程重复进行直到ACR饱和，n↑，Id↓，当Id=In，系统重新进入稳态，此时的速度n2＞n1，电流给定为Un※max=Idmaxβ＞电流反馈信号Un=Inβ，偏差△Ui不为0。 2-6在转速、电流双闭环系统中，转速给定信号Un※未改变，若增大转速反馈系数α，系统稳定后转速反馈电压Un是增加还是减少还是不变？为什么？ 答：Un不变，因为PI调节器在稳态时无静差，即：Un※=Un，Un※未改变，则，Un也不变。 2-7 Unm*试求：（1 （2 解：（1 α=Unm* （2 2-8Uim=8V （1）Ui （2）Uc 解：（1 电流为 电流为 （2）Uc增加。 2-9在双闭环直流调速系统中，电动机拖动恒转矩负载在额定工作点正常运行，现因某种原因电动机励磁下降一半，系统工作情况将会如何变化？（λ=1.5） 答：设突发状况之前的磁通为?1，令此时的磁通为?2，之前的电磁力矩为Te1，此刻的电磁力矩为Te2，负载转矩恒为T l，电机励磁下降一半，则?2=0.5?1，Te2=Cm（?2）Id=0.5Te1＜T l，n↓，Id↑甚至到Idm，Te2=Cm（?2）Idm=0.75Te1＜T l，n会一直下降到0。