单闭环直流调速系统课程设计报告
综合课程设计说明书
题目：单闭环直流调速系统的设计与Matlab仿真（一）
学院：机电与汽车工程学院
专业班级：电气工程与自动化专业（1）班
：
学号： 07240113
指导教师：
目录
第一章概述 (2)
第二章调速控制系统的性能指标 (3)
2.1 直流电动机工作原理 (4)
2.2 电动机调速指标 (4)
2.3 直流电动机的调速 (5)
2.4 直流电机的机械特性 (5)
第三章单闭环直流电动机系统 (6)
3.1 V-M系统简介 (6)
3.2 闭环调速系统的组成及静特性 (7)
3.3反馈控制规律 (8)
3.4 主要部件 (9)
3.5 稳定条件 (11)
3.6 稳态抗扰误差分析 (12)
第四章单闭环直流调速系统的设计及仿真 (14)
4.1 参数设计 (14)
4.2 参数计算及MATLAB仿真 (15)
第五章总结 (24)
参考文献
第一章概述
电动机是用来拖动某种生产机械的动力设备，所以需要根据工艺要求调节其转速，而用于完成这项功能的自动控制系统就被为调速系统。目前调速系统分为交流调速和直流调速系统，由于直流调速系统的调速围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能，因此在相当长的时间，高性能的调速系统几乎都采用直流调速系统，但近年来，随着电子工业与技术的发展，高性能的交流调速系统也日趋广泛。单闭环直流电机调速系统在现代生活中的应用越来越广泛，其良好的调速性能及低廉的价格越来越被大众接受。
单闭环直流电机调速系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、电动机-发动机、闭环控制系统等组成，我们可以通过改变晶闸管的控制角来调节转速，本文就单闭环直流调速系统的设计及仿真做以下介绍。
第二章 调速控制系统的性能指标
2.1 直流电动机工作原理
一、直流电机的构成
(1)定子：主磁极、换向磁极、机座、端盖、电刷装置；
(2)转子：电枢铁芯、电枢绕组、换向装置、风扇、转轴；
(3)气隙
二、直流电机的励磁方式
按励磁方式的不同，直流电机可分为他励、并励、串励和复励电动机四种。直流电动机中，在电磁转矩的作用下，电机拖动生产机械沿着与电磁转矩相同的生产方向旋转时，电机向负载输出机械功率。
2.2 电动机调速指标
稳态指标：主要是要求系统能在最高和最低转速进行平滑调节，并且在不同转速下工作时能稳定运行，而且在某一转速下稳定运行时，尽量少受负载变化及电源电压波动的影响。因此它的指标就是调速系统的调速围和静差率。
动态性能指标:主要是平稳性和抗干扰能力。
（1）调速围：生产机械在额定负载时要求电动机提供的最高转速Nmax 与最低转速Nmin 之比称为调速围，用D 表示。即 D=min
max N N （2）静差率：调速系统在某一转速下稳定运行时，负载由
理想空载增加到规定负载时，所对应的转速降落n ?与理想转速n 0 之比，用s 表示，即 s=0n n
??100%=?-0
0n n n 100% （3）调速方向:指调速后转速比原来的高还是低，有上调和下调之分。
（4）调速的平滑性：它由一定调速围能得到的转速级数来说明。调速可分为有级调速和无级调速。
2.3 直流电动机的调速
本文以他励直流电动机为例来说明直流电机的调速，他励电动机的励磁绕组和电枢绕组分别由两个独立的直流电源供电，在励磁电压f U 的作用下，励磁绕组过励磁电流f I ，从而产生磁通φ。在电枢电压a U 的作用下，电枢绕组过电枢
电流a I 。 他励直流电动机的转速公式： n=φE C E =φ
E C IR U - 式中U 为他励电动机的电枢电压；I 为电枢电流；E 为电枢电动势；R 为电枢回路的总电阻；n 为电机的转速；φ为励磁磁通；E C 为由电机结构决定的电动势系数。
他励电机的调速方式有三种：电枢回路串电阻的变电阻调速、改变电枢电压的变电压调速、减小气隙磁通量的弱磁调速。在实际应用中，我们通常采用变电压调速。
2.4 直流电机的机械特性
他励直流电动机中转速和转矩之间的关系为
n=T n n n T C C R C U T E a E a
γφφ-=?-=-002
式中0n 为电动机的理想空载转速，其值为φE a
C U n =0
γ是机械特性的斜率，n ?是转速差。他励直流电机的固有特性曲线如图所示：
第三章 单闭环直流电动机系统
3.1 Ｖ－Ｍ系统简介
晶闸管－电动机调速系统（简称V-M 系统），其简单
原理图如下：
图中ＶＴ是晶闸管的可控整流器，它可以是单相、三相
或者更多相，半波、全波、半控、全控等类型。
优点:通过调节触发装置ＧＴ的控制电压来移动触发脉
冲的相位，即可改变整流电压从而实现平滑调速。
缺点：１、由于晶闸管的单相导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难。
2、元件对过电压、过电流以及过高的dt du 和dt
di 都十分敏感，其中任意指标超过允许值都可能使元件在短时间损坏，因此必须有保护装置和散热条件。
3.2 闭环调速系统的组成及静特性
转速反馈控制的闭环调速系统，其原理图如下：
a 、忽略各种非线性因素，假定各环节的输入输出都是 线性的。
b 、假定只工作在系统开环机械特性的连续段。
c 、忽略直流电机和电位器的阻。
电压比较环节：n n n U U U -=?*
放大器：n p c U K U ?=（p K --放大器的电压放大系数）
晶闸管整流与触发装置：c s d U K U =0（s K -晶闸管整流与触发
装
置的电压放大系数）
V-M 系统开环机械特性：e d d C R I U n -=0 测速发电机：n U tg α=（α-测速反馈系数，单位为r V min/） 因此转速负反馈闭环调速系统的静特性方程式为
)
1()1()/1(K C R I K C U K K C K K C R
I U K K n e d e n
s p e s p e d n s p +-+=+-=**α 式中e s p C K K K /α=为闭环系统的开环放大系数，这里是以
U n C e
=1作为电动机环节的放大系数的。 静特性：闭环调速系统的电动机转速与负载电流（或转矩）的稳态关系。根据各环节的稳态关系画出闭环系统的稳态结 构图如图所示:
3.3 反馈控制规律 从上面分析可以看出，闭环系统的开环放大系数k 对系统的稳定性影响很大，k 值越大，静特性就越硬，稳态速降越小，在一定静差率要求下的调速围越广，即k 越大，稳态性能就越好，然而，设计的放大器为比例放大器，稳态速差只能减小，但不能消除，因为闭环系统的稳态速降为
)1(K C RI n e d d +=
?，只有∞=K 时其值为0，而这是不可能的。
原版单闭环直流调速系统
单闭环直流调速系统的设计与仿真 单回路的直流调速系统的设计和仿真 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 of Single loop dc speed control system Abstract :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
电力拖动自动控制系统实验报告
信息工程学院 电力拖动与控制系统课程设计报告书题目: 电力拖动与自动控制实验设计
信息工程学院课程设计任务书
目录 1 转速反馈控制直流调速系统的仿真 (3) 1.1实验目的 (3) 1.2转速反馈控制直流调速系统仿真 (3) 实验小结 (5) 2 转速、电流反馈控制直流调速系统仿真 (6) 1.1实验目的及内容 (7) 1.2双闭环直流调速系统两个调节器的作用 (7) 1.3电流环仿真模型设计 (7) 1.4转速环仿真模型设计 (7) 1.5转速环的系统仿真 (8) 实验小结 (9) 3 基于MATLAB的SIMULINK下的3/2变换 (11) 1.1根据步骤可得仿真图 (11) 实验小结 (13) 4双闭环晶闸管不可逆直流调速系统实验 (14) 1.1实验目的 (14) 1.2实验原理 (14) 1.3实验内容 (14) 1.4实验仿真 (15) 1.5系统的仿真、仿真结果和输出及结果分析 (16) 实验小结 (18) 5参考文献 (19)
1 转速反馈控制直流调速系统的仿真 1.1实验目的 （1）了解MA TLAB下SIMULINK软件的操作环境和使用方法。 （2）对转速反馈控制直流调速系统进行仿真和参数的调整。 1.2转速反馈控制直流调速系统仿真 根据课本的操作步骤可得到如下的仿真框图： 图 1 仿真框图 （1）运行仿真模型结果如下： 图2 电枢电流随时间变化的规律
图3 电机转速随时间变化的规律 （2）调节参数Kp=0.25 1/τ=3 系统转速的响应无超调但调节时间长 （3）调节参数Kp=0.8 1/τ=15 系统转速的响应的超调较大，但快速性较好
转速单闭环直流调速系统设计
郑州航空工业管理学院 电力拖动自动控制系统课程设计 07 级电气工程及其自动化专业 0706073 班级 题目转速单闭环的直流拖动系统 姓名 学号 指导教师孙标 二ОО十年月日
电力拖动自动控制系统课程设计 一、设计目的 加深对电力拖动自动控制系统理论知识的理解和对这些理论的实际应用能力，提高对实际问题的分析和解决能力，以达到理论学习的目的,并培养学生应用计算机辅助设计的能力。 二、设计任务 设计一个转速单闭环的直流拖动系统
题目：单闭环不可逆直流调速系统设计 1 技术指标 电动机参数：PN=3KW, n N=1500rpm, UN=220V,IN=17.5A,Ra=1.25 。主回路总电阻R=2.5，电磁时间常数Tl=0.017s，机电时间常数Tm=0.075s。三相桥式整流电路，Ks=40。测速反馈系数=0.07。调速指标：D=30，S=10%。 2 设计要求 （1）闭环系统稳定 （2）在给定和扰动信号作用下，稳态误差为零。 3 设计任务（1）绘制原系统的动态结构图； （2）调节器设计； （3）绘制校正后系统的动态结构图； （4）撰写、打印设计说明书。 4 设计说明书 设计说明书严格按**大学毕业设计格式书写,全部打印.另外,设计说明书应包括以下内容: (1)中文摘要 (2)英文摘要
目录 第一章中文摘要 ································································································ - 1 -第二章英文摘要 ············································································错误!未定义书签。第三章课程设计的目的和意义·············································································· - 1 -1．电力拖动简介 ··························································································· - 1 - 2.课程设计的目的和意义·················································································· - 2 -第四章课程设计内容·························································································· - 2 -第五章方案确定 ································································································ - 3 - 5.1方案比较的论证 ······················································································ - 3 - 5.1.1总体方案的论证比较········································································ - 3 - 5.1.2主电路方案的论证比较····································································· - 4 - 5.1.3控制电路方案的论证比较·································································· - 6 -第六章主电路设计····························································································· - 7 - 6.1主电路工作设备选择 ················································································ - 7 -第七章控制电路设计·························································································· - 8 -第八章结论 ·····································································································- 11 -第九章参考文献 ·······························································································- 11 -
单闭环直流调速系统
第十七单元 晶闸管直流调速系统 第二节 单闭环直流调速系统 一、转速负反馈直流调速系统 转速负反馈直流调速系统的原理如图l7-40所示。 转速负反馈直流调速系统由转速给定、转速调节器ASR 、触发器CF 、晶闸管变流器U 、测速发电机TG 等组成。 直流测速发电机输出电压与电动机转速成正比。经分压器分压取出与转速n 成正比的转速反馈电压Ufn 。 转速给定电压Ugn 与Ufn 比较，其偏差电压ΔU=Ugn-Ufn 送转速调节器ASR 输入端。 ASR 输出电压作为触发器移相控制电压Uc ，从而控制晶闸管变流器输出电压Ud 。 本闭环调速系统只有一个转速反馈环，故称为单闭环调速系统。 1．转速负反馈调速系统工作原理及其静特性 设系统在负载T L 时，电动机以给定转速n1稳定运行，此时电枢电流为Id1，对应转速反馈电压为Ufn1，晶闸管变流器输出电压为Udl 。 n n I C R R C U C R R I U n d e d e d e d d d ?+=+-=+-=0)(φ φφ 当电动机负载T L 增加时，电枢电流Id 也增加，电枢回路压降增加，电动机转速下降，则Ufn 也相应下降， 而转速给定电压Ugn 不变，ΔU=Ugn-Ufn 增加。 转速调节器ASR 输出电压Uc 增加，使控制角α减小，晶闸管整流装置输出电压Ud 增加，于是电动机转速便相应自动回升，其调节过程可简述为： T L ↑→Id ↑→Id(R ∑+Rd)↑→n ↓→Ufn ↓→△U ↑→Uc ↑→α↓→Ud ↑→n ↑。 图17-41所示为闭环系统静特性和开环机械特性的关系。
图中①②③④曲线是不同Ud之下的开环机械特性。 假设当负载电流为Id1时，电动机运行在曲线①机械特性的A点上。 当负载电流增加为Id2时，在开环系统中由于Ugn不变，晶闸管变流器输出电压Ud 也不会变，但由于电枢电流Id增加，电枢回路压降增加，电动机转速将由A点沿着曲线①机械特性下降至B’点，转速只能相应下降。 但在闭环系统中有转速反馈装置，转速稍有降落，转速反馈电压Ufn就相应减小，使偏差电压△U增加，通过转速调节器ASR自动调节，提高晶闸管变流器的输出电压Ud0由Ud01变为Ud02，使系统工作在随线②机械特性上，使电动机转速有所回升，最后稳定在曲线②机械特性的B点上。 同理随着负载电流增加为Id3，Id4，经过转速负反馈闭环系统自动调节作用，相应工作在曲线③④机械特性上，稳定在曲线③④机械特性的C，D点上。 将A，B，C，D点连接起来的ABCD直线就是闭环系统的静特性。 由图可见，静特性的硬度比开环机械特性硬，转速降Δn要小。闭环系统静特性和开环机械特性虽然都表示电动机的转速-电流(或转矩)关系，但两者是不同的，闭环静特性是表示闭环系统电动机转速与电流(或转矩)的静态关系，它只是闭环系统调节作用的结果，是在每条机械特性上取一个相应的工作点，只能表示静态关系，不能反映动态过程。 当负载突然增加时，如图所示由Idl突增到Id2时，转速n先从A点沿着①曲线开环机械特性下降，然后随着Ud01升高为Ud02，转速n再回升到B点稳定运行，整个动态过程不是沿着静特性AB直线变化的。 2．转速负反馈有静差调速系统及其静特性分析 对调速系统来说，转速给定电压不变时，除了上面分析负载变化所引起的电动机转速变化外，还有其他许多扰动会引起电动机转速的变化，例如交流电源电压的变化、电动机励磁电流的变化等，所有这些扰动和负载变化一样都会影响到转速变化。对于转速负反馈调速系统来说，可以被转速检测装置检测出来，再通过闭环反馈控制减小它们对转速的影响。也就是说在闭环系统中，对包围在系统前向通道中的各种扰动(如负载变化、交流电压波动、电动机励磁电流的变化等)对被调量(如转速)的影响都有强烈的抑制作用。但是对于转速负反馈调速系统来说，转速给定电压Ugn的波动和测速发电机的励磁变化引起的转速反馈电压Ufn变化，闭环系统对这种给定量和检测装置的扰动将无能为力。为了使系统有较高的调速精度，必须提高转速给定电源和转速检测装置的精度。
交直流调速试验报告 Microsoft Word 文档
昆明学院实验报告册 专业：电气工程及其自动化 班级：15 电二 姓名：韩浪 学号：150417410105 课程：交直流调速控制系统 昆明学院自动控制与机械工程学院
实验项目名称：开环直流调速系统的仿真实验 实验时间： 同组人： 实验报告评分： 一、预习报告（实验课前了解实验目的，预习实验原理、实验步骤）： 1、实验目的（简述）： 1． 掌握开环直流调速系统的原理； 2． 掌握利用simulink 编程进行仿真的方法。 2、实验原理（简述）： 直流电动机的转速方程为： a a e U RI n C -= Φ (1) 从转速方程可以看出，调节电枢供电电压U a 即可实现调速，这种调速方法的优点是既能连续平滑调速，又有较大的调速范围，且机械特性也很硬。 开环直流调速系统的电气原理图如图1所示。三相晶闸管桥式整流电路经平波电抗器L 为直流电动机电枢供电，通过改变触发器移相控制信号U c ，可以调节晶闸管的触发角α，从而改变整流电路的输出电压平均值U d ，实现直流电动机的调速。 1-5 V-M 系统的结构示意图AC ~ 图1 开环直流调速系统电气原理图 3、实验步骤： 1．根据开环直流调速系统电气原理图，编制Simulink 实验程序，上机调试。 2．固定负载，改变触发角α，观察整流器输出直流电压平均值的变化情况，以及电动机输出转速的变化情况。 3．固定触发角α，增加负载扰动，观察电动机输出转速的变化情况。 4．分析实验结果，完成书面实验报告，并完成相应的思考题。 二、实验数据（记录相应的表格或图表，注意图形标注的完整性）： 1、 绘制不同触发角（30o 和60o ）对应的三相桥式整流装置输出电压平均值曲线。
运动控制系统试验报告单闭环直流调速系统
运动控制系统试验报告——单闭环直流调速系统 学号:0504220110 姓名:杨娟 一.实验目的: 通过实验了解单闭环直流调速系统的结构和工作原理，通过系统调试深入领会系统的动静态特性， 并掌握控制系统的调试方法。 二.实验内容及结果: 1) 转速负反馈的单闭环直流调速系统。 转速负反馈单闭环调速系统的静特性为: 其中 为闭环系统的开环放大系数 要求输入信号U n *为阶跃信号，初值为0，终值为30，阶跃起始时刻为0时刻；负载电流为斜坡信号，斜率为1，起始时间为0，初始输出为0。仿真时间不小于20秒。设计转速调节器的参数，使得该闭环直流调速系统为有静差系统，理想空载转速为800r/min ，并计算其在I d =15时的闭环系统静态转速降落。即n ocl=800r/min ，又图中给出了Ks=30，* n U =30V ，a=0.02，Ce=0.127，代入方程得到参数 Kp=0.2419。其结构图及仿真的静特性。如下： 转速负反馈的单闭环直流调速系统的稳态结构图 转速负反馈单速度闭环调速系统的静特性 如图所示，电动机转速随着负载电流的增加线性下降，正好满足静特性方程的特点。当负载电流 Id=15时，代入静特性方程得静态转速降落为Δn cl=165.4r/min 2) 电压负反馈的单闭环直流调速系统 电压负反馈单闭环调速系统的静特性为: 其中K=γKpKs 为闭环系统的开环放大系数。 cl cl e d e * n s p e s p e d *n s p Δn n K C R I K C U K K α/C K K C R I U K K n -=+- +=+-=0)1()1()1(e s p C α K K K =e d a e d pe e n s p C I R K C I R K C U K K n -+-+=)1()1(*
电力拖动自动控制系统试验报告
； 电力拖动自动控制系统实验报告 实验一双闭环可逆直流脉宽调速系统 一，实验目的： 1.掌握双闭环可逆直流脉宽调速系统的组成、原理及各主要单元部件的工作原理。 2.熟悉直流PWM专用集成电路SG3525的组成、功能与工作原理。 3.掌握双闭环可逆直流脉宽调速系统的调试步骤、方法及参数整定。 二，实验内容： 1.PWM控制器SG3525的性能测试。 2.控制单元调试。 3.测定开环和闭环机械特性n=f(Id)。
4.闭环控制特性n=f(Ug)的测定。 三．实验系统的组成和工作原理 GM *U*. 'U00ASR GD PWM ACR DLD UPW ＋＋UU i - ； 图6—10 双闭环脉宽调速系统的原理图 在中小容量的直流传动系统中，采用自关断器件的脉宽调速系统比相控系统具有更多的优越性，因而日益得到广泛应用。 双闭环脉宽调速系统的原理框图如图6—10所示。图中可逆PWM变换器主电路系采用MOSFET 所构成的H型结构形式，UPW为脉宽调制器，DLD为逻辑延时环节，GD为MOS管的栅极驱动电路，FA为瞬时动作的过流保护。 脉宽调制器UPW采用美国硅通用公司（Silicon General）的第二代产品SG3525，这是一种性能优良，功能全、通用性强的单片集成PWM控制器。由于它简单、可靠及使用方便灵活，大大简化了脉宽调制器的设计及调试，故获得广泛使用。 四．实验设备及仪器 1．MCL系列教学实验台主控制屏。 2．MCL—18组件（适合MCL—Ⅱ)或MCL—31组件（适合MCL—Ⅲ）。 3．MCL—10组件或MCL—10A组件。
4．MEL-11挂箱 5．MEL—03三相可调电阻（或自配滑线变阻器）。 6．电机导轨及测速发电机、直流发电机M01（或电机导轨及测功机、MEL—13组件。 7．直流电动机M03。 8．双踪示波器。 五．注意事项 1．直流电动机工作前，必须先加上直流激磁。 2．接入ASR构成转速负反馈时，为了防止振荡，可预先把ASR的RP3电位器逆时针旋到底，使调节器放大倍数最小，同时，ASR的“5”、“6”端接入可调电容（预置7μF）。 3．测取静特性时，须注意主电路电流不许超过电机的额定值（1A）。 4．系统开环连接时，不允许突加给定信号U起动电机。g5．起动电机时，需把MEL-13的测功机加载旋钮逆时针旋到底，以免带负载起动。 6．改变接线时，必须先按下主控制屏总电源开关的“断开”红色按钮，同时使系统的给定为零。7．双踪示波器的两个探头地线通过示波器外壳短接，故在使用时，必须使两探头的地线同电位（只用一根地线即可），以免造成短路事故。 8．实验时需要特别注意起动限流电路的继电器有否吸合，如该继电器未吸合，进行过流保护电路调试或进行加负载试验时，就会烧坏起动限流电阻。 六．实验方法 采用MCL—10组件 1．SG3525性能测试 分别连接“3”和“5”、“4”和“6”、“7”和“27”、“31”和“22”、“32”和“23”，然后. '． ； 打开面板右下角的电源开关。 （1）用示波器观察“25”端的电压波形，记录波形的周期，幅度（需记录S1开关拨向“通”和“断”两种情况） （2）S5开关打向“OV”, 用示波器观察“30”端电压波形，调节RP2电位器，使方波的占空比为50％。 S5开关打向“给定”分别调节RP3、RP4，记录“30”端输出波形的最大占空比和最小占空比。（分别记录S2打向“通”和“断”两种情况） 2．控制电路的测试 （1）逻辑延时时间的测试 S5开关打向“0V”，用示波器观察“33”和“34”端的输出波形。并记录延时时间。 t= d（2）同一桥臂上下管子驱动信号死区时间测试 分别连接“7”和“8”、“10”和“11”，“12”和“13”、“14”和“15”、“16”和“17”、“18”和“19”，用双踪示波器分别测量V和V以及V和V的死区时间。GSVT2VT4VT3GSVT1GSGS。。。。t= d.VT1.VT2 t= d.VT3.VT4注意，测试完毕后，需拆掉“7”和“8”以及“10”和“11”的连线。 3．开环系统调试 （1）速度反馈系数的调试 断开主电源，并逆时针调节调压器旋钮到底，断开“9”、“10”所接的电阻，接入直流电动机 M03，电机加上励磁。
双闭环直流调速系统的课程设计报告
课 题：双闭环直流调速系统 班 级：电气工程及其自动化1004 学 号：3100501091 姓 名：贾斌彬 指导老师：康梅、乔薇 日 期：2014年1月9日 电 力 传 动 课 程 设 计
目录 第1章系统方案设计 1.1 任务摘要 (3) 1.2 任务分析 (3) 1.3设计目的、意义 (3) 1.4 方案设计 (4) 第2章晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定 2.1 电枢回路电阻R的测定 (5) 2.2主电路电磁时间常数的测定 (6) 2.3系统机电时间常数TM的测定 (7) 2.4测速电机特性UTG=f(n)的测定 (7) 2.5晶闸管触发及整流装置特性Ug=f（Ug）的测定 (7) 第3章双闭环调速系统调节器的设计 3.1 电流调节器的设计 (7) 3.2 转速调节器的设计 (9) 第4章系统特性测试 4.1系统突加给定 (11) 4.2系统突撤给定 (11) 4.2.2突加负载时 (11) 4.2.3突降负载时 (11) 第5章设计体会
第1章系统方案设计 1.1 设计一个双闭环晶闸管不可逆调速系统 设计要求：电流超调σi≤5% 转速超调σn≤10% 静态特性无静差 给定参数：电机 额定功率185W 额定转速1600r/min 额定励磁电流<0.16A 额定电流1.1A 额定电压220V 额定励磁电压220V 转速反馈系数ɑ=0.004 V·min/r 电流反馈系数β=6V/A 1.2 任务分析 采用转速、电流双闭环晶闸管不可逆直流调速系统为对像来设计直流电动机调速控制电路，为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设计两个调节器，电流调节器和速度调节器，为了实现电流和转速分别起作用，二者之间实行串级连接，即把转速调节器的输出当做电流调节器的输入，在把电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置。该双闭环调速系统的两个调节器ASR
电力拖动自动控制系统课程设计
《运动控制系统设计》 课程设计报告 设计题目：转速、电流双闭环直流调速系统设计与实践班级：04 级自动化一班 学号: 姓名： 指导教师： 设计时间：2007.11.20 —2007.12.14
目录摘要 第一章概述 第二章设计任务及要求 2.1设计任务： 2.2设计要求： 2.3理论设计 3.1方案论证 3.2系统设计 3.2.1电流调节器设计 3.2.1.1确定时间常数 3.2.1.2 选择电流调节器结构 3.2.1.3计算电流调节器参数 3.2.1.4 校验近似条件 3.2.1.5 计算调节器电阻和电容 3.2.2速度调节器设计 3.2.2.1 确定时间常数 3.2.2.2 选择转速调节器结构 3.2.2.3 计算转速调节器参数 3.2.2.4 校验近似条件 3.2.2.5 计算调节器电阻和电容 3.2.2.6 校核转速超调量 第三章系统建模及仿真实验 4.1MATLAB 仿真软件介绍 4.2仿真建模及实验 4.2.1单闭环仿真实验 4.2.2双闭环仿真实验 4.2.3仿真波形分析 第四章实际系统设计及实验 5.1 系统组成及工作原理 5.2 设备及仪器 5.3 实验过程 5.3.1 实验内容 5.3.2 实验步骤 第五章总结与体会 参考文献
摘要 从七十年代开始，由于晶闸管直流调速系统的高效、无噪音和快速响应等优点而得到广泛应用。双闭环直流调速系统就是一个典型的系统，该系统一般含晶闸管可控整流主电路、移相控制电路、转速电流双闭环调速控制电路、以及缺相和过流保护电路等．给定信号为0～10V直流信号，可对主电路输出电压进行平滑调节。由于其机械特性硬，调速范围宽，而且是无级调速，所以可对直流电动机进行调压调速。动静态性能好，抗扰性能佳。速度调节及抗负载和电网扰动，采用双PI调节器，可获得良好的动静态效果。电流环校正成典型I型系统。为使系统在阶跃扰动时无稳态误差，并具有较好的抗扰性能，速度环设计成典型Ⅱ型系统。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进行仿真综合调试，分析系统的动态性能，并进行校正，得出正确的仿真波形图。 关键词：直流调速双闭环转速调节器电流调节器 第一章概述 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在V-M调速系统中设计两个调节器，分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套联接。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。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，形成转速、电流双闭环调速系统。 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。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 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 dm 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。通过系统建模和仿真，用MATLAB/Simulink工具分析设计直流电动机速度控制系统。
直流电机闭环调速
第1章前言 1.1 课题的研究意义 现代化的工业生产过程中，几乎无处不使用电力传动装置，尤其是在石油、化工、电力、冶金、轻工、核能等工业生产中对电动机的控制更是起着举足轻重的作用。因此调速系统成为当今电力拖动自动控制系统中应用最广泛的一种系统。随着生产工艺、产品质量要求不断提高和产量的增长，使得越来越多的生产机械要求能实现自动调速，而且，当今控制系统已进入了计算机时代，在许多领域已实现了智能化控制。对传统的过程工业而言，利用先进的自动化硬件及软件组成工业过程自动化调速系统，大大提高了生产过程的安全性、可靠性、稳定性。提高了产品产量和质量、提高了劳动生产率，企业的综合经济效益，同时，也大大促进了综合国力的增强。对可调速的传动系统，可分为直流调速和交流调速。 直流调速系统凭借优良的调速特性，调速平滑、范围宽、精度高、过载能力大、动态性能好、易于控制以及良好的起、制动性能等优点，能满足生产过程自动化系统中各种不同的特殊运行要求，所以在电气传动中获得了广泛应用。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。 本次设计是基于51系列单片机对直流电动机单闭环调速系统进行设计，能实现对直流电动机转速控制的功能，实现控制目的同时还配有显示装置，能实时反映当下直流电机的转速值，以优化整个系统的完整性。 通过这次设计，可以使我对51系列单片机的应用和直流电机闭环调节系统进行进一步的学习，增强知识的整合度使相关知识融汇贯通，为以后的工作奠定一定的知识基础。 1.2 直流电机调速的发展 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。当然，近年来，随着计算机技术、电力电子技术和控制技术的发展，交流调速系统发展快，在许多场合正逐渐取代直流调速系统。但是就目前
拖动系统课程设计报告
拖动系统课程设计 报告书 题目：直流电机速度电流双闭环调速系统的设计与仿真专业：自动化 姓名：顾镛 学号：2014330301135 指导教师：雷美珍郭亮
浙江理工大学本科课程设计任务书
以控制系统的传递函数为基础，使用Matlab的Simulink工具箱对直流调速系统仿真研究。采用面向控制系统电气原理结构图的方法建立了系统模型，结合SimPowerSystems工具箱，对转速、电流双闭环调速系统进行了仿真。根据设计指标设计转速环和电流环，以及合理的PID算法，通过调节参数，对空载、负载、扰动工况下的结果波形进行对比分析。结果表明，双闭环系统具有较好的动态性能，对负载变化和电网电压的波动都能起抗扰作用，且能够在电动机过载时起到快速的自我保护作用。 关键词：双闭环；直流电机；Simulink 目录 1.直流电机速度电流双闭环调速系统的基本原理 5 2.直流电机速度电流双闭环调速系统的设计 (5) 2.1系统总体方案设计 (5) 2.2 硬件电路设计.. (6) 2.3电流调节器设计 (6) 2.4转速调节器设计 (9) 3.直流电机速度电流双闭环调速系统的仿真 (10) 3.1开环系统仿真实验 (10) 3.2电流单闭环系统仿真实验 (14) 3.3速度电流双闭环系统仿真实验 (15) 4.总结 (20) 5.参考文献 (20)
1.直流电机速度电流双闭环调速系统的基本原理 直流调速是交流拖动系统的基础，该系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及速度检测环节、速度调节器，构成了电流环和速度环，前者通过电流原件的反馈作用稳定电流，候着通过速度检测原件的反馈作用保持速度稳定，最终小车速度偏差，从而使系统达到调节电流和速度的目的。该系统启动时，速度外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节启动电流保持最大值，使速度线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，速度负反馈外环起主要作用，使速度给定电压的变化而变化，电流内环跟随速度外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流。 2.直流电机速度电流双闭环调速系统的设计 2.1系统总体方案设计
单闭环直流调速系统
单闭环直流调速系统 一、实验目的 1．掌握用PID控制规律的直流调速系统的调试方法； 2．了解PWM调制、直流电机驱动电路的工作原理。 二、实验设备 1．THKKL-6型控制理论及计算机控制技术实验箱； 2．PC机1台(含软件“THKKL-6”、“Keil uVision3”及“Easy 51Pro”)； 3．51单片机下载线 4．USB数据线； 三、实验原理 直流电机在应用中有多种控制方式，在直流电机的调速控制系统中，主要采用电枢电压控制电机的转速与方向。 功率放大器是电机调速系统中的重要部件，它的性能及价格对系统都有重要的影响。过去的功率放大器是采用磁放大器、交磁放大机或可控硅（晶闸管）。现在基本上采用晶体管功率放大器。PWM功率放大器与线性功率放大器相比，有功耗低、效率高，有利于克服直流电机的静摩擦等优点。 PWM调制与晶体管功率放大器的工作原理： 1．PWM的工作原理 图1 PWM的控制电路 上图所示为SG3525为核心的控制电路，SG3525是美国Silicon General公司生产的专用PWM控制集成芯片，其内部电路结构及各引脚如图13-2所示，它采用恒频脉宽调制控制方案，其内部包含有精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等。调节Ur的大小，在A、B两端可输出两个幅度相等、频率相等、相位相互错开180度、占空比可调的矩形波（即PWM信号）。它适用于各开关电源、斩波器的控制。 2．功放电路 直流电机PWM输出的信号一般比较小，不能直接去驱动直流电机，它必须经过功放后再接到直流电机的两端。该实验装置中采用直流15V的直流电压功放电路驱动。 3．反馈接口 在直流电机控制系统中，在直流电机的轴上贴有一块小磁钢，电机转动带动磁钢转动。磁钢的下面中有一个霍尔元件，当磁钢转到时霍尔元件感应输出。
电机与拖动课程设计报告
1、变压器空载： 变压器空载运行仿真电路图 2、变压器负载： SN=10e3;U1N=380;U2N=220;r1=0.14;r2=0. 035;x1=0.22;x2=0.055;rm=30;xm=310;ZL= 4+j*3; I1N=SN/U1N; I2N=SN/U2N;k=U1N/U2N; Z1=r1+j*x1; rr2=k^2*r2;xx2=k^2*x2; ZZ2=rr2+j*xx2; ZZL=k^2*ZL; Zm=rm+j*xm; Zd=Z1+1/(1/Zm+1/(ZZ2+ZZL)); U1I=U1N; I1I=U1I/Zd; E1I=(U1I-I1I*Z1); I22I=E1I/(ZZ2+ZZL); I2I=k*I22I; U22I=I22I*ZZL; U2I=U22I/k; % 功率因数，功率和效率 % cospsi1输入侧功率因数， cospsi2负载功率因数， p1输入有功功率， p2输出有功功率 cospsi1=cos(angle(Zd)); cospsi2=cos(angle(Z1)); p1=abs(U1I)*abs(I1I)*cospsi1; p2=abs(U2I)*abs(I2I)*cospsi2; eat=p2/p1; % 损耗 % lml励磁电流， pfe铁损耗， pcu1原边铜损耗， pcu2副边铜损耗 ImI=E1I/Zm; pFe=abs(ImI)^2*rm; pcu1=abs(I1I)^2*r1; pcu2=abs(I2I)^2*r2; % 数据输出 disp('原边电流='),disp(abs(I1I)); disp('副边电流='),disp(abs(I2I)); disp('副边电压='),disp(abs(U2I)); disp('原边功率因数='),disp(cospsi1); disp('原边电流='),disp(p1); disp('副边功率因数='),disp(cospsi2); disp('副边功率='),disp(p2); disp('效率='),disp(eat); disp('励磁电流='),disp(abs(ImI)); disp('铁损耗='),disp(pFe); disp('原边铁损耗='),disp(pcu1); disp('副边铜损耗='),disp(pcu2); 3、他励直流电动机转矩特性： % 直流电机转矩特性分析 % 将该函数定义为dc_mo_tor(dc_motoe_torque) %.................................... ....... % 下面输入电机基本数据 Cm=10;Ra=1.8;k=.1;k1=.2; % 下面输入750r/min时的空载特性实验数据（Ifdata-是励磁电流，Eadata-是感应电动势） Ia=0:.01:15; %.................................... ...... % 计算他励电机外特性 Temt=Cm*k*Ia; plot(Ia,Temt,'r') xlabel('Ia[A]') ylabel('Tem[N*m]')
单闭环直流调速系统
第十七单元晶闸管直流调速系统 第二节单闭环直流调速系统 一、转速负反馈直流调速系统 转速负反馈直流调速系统得原理如图ｌ7-40所示。 转速负反馈直流调速系统由转速给定、转速调节器ASＲ、触发器ＣＦ、晶闸管变流器U、测速发电机TG等组成。 直流测速发电机输出电压与电动机转速成正比。经分压器分压取出与转速n成正比得转速反馈电压Uｆn。 转速给定电压Uｇn与Uｆn比较,其偏差电压ΔＵ=Uｇｎ—Ufｎ送转速调节器ＡSR输入端。 AＳR输出电压作为触发器移相控制电压Uc,从而控制晶闸管变流器输出电压Ud。 本闭环调速系统只有一个转速反馈环,故称为单闭环调速系统、 1.转速负反馈调速系统工作原理及其静特性 设系统在负载ＴL时,电动机以给定转速n1稳定运行,此时电枢电流为Id１,对应转速反馈电压为Uｆn1,晶闸管变流器输出电压为Ｕdl。 当电动机负载ＴＬ增加时,电枢电流Ｉd也增加,电枢回路压降增加,电动机转速下降,则Uｆn也相应下降, 而转速给定电压Ugｎ不变,ΔU=Uｇｎ—Ufn增加。 转速调节器ASR输出电压Uc增加,使控制角α减小,晶闸管整流装置输出电压Ud增加,于就是电动机转速便相应自动回升,其调节过程可简述为: T L↑→Id↑→Id(Ｒ∑+Rd)↑→n↓→Ｕfn↓→△U↑→Uc↑→α↓→Ｕd↑→n↑。 图17-41所示为闭环系统静特性与开环机械特性得关系。
图中①②③④曲线就是不同Uｄ之下得开环机械特性。 假设当负载电流为Iｄ1时,电动机运行在曲线①机械特性得Ａ点上、 当负载电流增加为Iｄ2时,在开环系统中由于Ugn不变,晶闸管变流器输出电压Ｕd也不会变,但由于电枢电流Iｄ增加,电枢回路压降增加,电动机转速将由A点沿着曲线①机械特性下降至B’点,转速只能相应下降、 但在闭环系统中有转速反馈装置,转速稍有降落,转速反馈电压Uｆn就相应减小,使偏差电压△U增加,通过转速调节器ASＲ自动调节,提高晶闸管变流器得输出电压Ud０由Ud01变为Ud02,使系统工作在随线②机械特性上,使电动机转速有所回升,最后稳定在曲线②机械特性得B点上。 同理随着负载电流增加为Iｄ3,Iｄ4,经过转速负反馈闭环系统自动调节作用,相应工作在曲线③④机械特性上,稳定在曲线③④机械特性得C,D点上。 将Ａ,Ｂ,C,Ｄ点连接起来得ＡＢCD直线就就是闭环系统得静特性、 由图可见,静特性得硬度比开环机械特性硬,转速降Δn要小。闭环系统静特性与开环机械特性虽然都表示电动机得转速-电流(或转矩)关系,但两者就是不同得, 闭环静特性就是表示闭环系统电动机转速与电流(或转矩)得静态关系,它只就是闭环系统调节作用得结果,就是在每条机械特性上取一个相应得工作点,只能表示静态关系,不能反映动态过程。 当负载突然增加时,如图所示由Idｌ突增到Id2时,转速n先从A点沿着①曲线开环机械特性下降,然后随着Ｕd01升高为Ud02,转速n再回升到B点稳定运行,整个动态过程不就是沿着静特性AB直线变化得。 ２.转速负反馈有静差调速系统及其静特性分析 对调速系统来说,转速给定电压不变时,除了上面分析负载变化所引起得电动机转速变化外,还有其她许多扰动会引起电动机转速得变化,例如交流电源电压得变化、电动机励磁电流得变化等,所有这些扰动与负载变化一样都会影响到转速变化。对于转速负反馈调速系统来说,可以被转速检测装置检测出来,再通过闭环反馈控制减小它们对转速得影响。也就就是说在闭环系统中,对包围在系统前向通道中得各种扰动(如负载变化、交流电压波动、电动机励磁电流得变化等)对被调量(如转速)得影响都有强烈得抑制作用、但就是对于转速负反馈调速系统来说,转速给定电压Uｇn得波动与测速发电机得励磁变化引起得转速反馈电压Ｕfｎ变化,闭环系统对这种给定量与检测装置得扰动将无能为力。为了使系统有较高得调速精度,必须提高转速给定电源与转速检测装置得精度。
直流电机调速系统设计报告
直流电机调速系统 设计报告 学院：信息控制与工程学院班级： 姓名： 学号： 时间：
一设计任务 设计并制作一套直流电机调速系统，主要包括两部分：主电路部 分和以单片机为核心的控制电路部分。设计要求、制作控制电路和主电路，实现如下功能： （1）通过码盘和光耦得到一系列脉冲，利用M 法、T 法或M/T 法对这些脉冲在单片机中进行处理得到电机的转速，在液晶或数码管上进行显示； （2）DC/DC 电路能够正常工作，通过旋钮或键盘设定转速，并 能够通过电力电子电路输出合适的电压，使电机的转速达到设定转速。 图1 系统总体框图 二、 设计思路和设计过程 在此次电路和软件的设计中，电机的转速的获得是通过光耦采集 码盘和光耦
脉冲传输到单片机的INT0管脚上进行中断，然后通过定时器T0产生1s的计时，计算在1s内脉冲的个数为X，由于电机上码盘上刻有23个孔，那么电机的转速为3X。而转速的设定采用的是电位器，采集0-5V的电压，通过单片机上P1.0端口进行A/D转换产生00H-FFH。PWM的产生是由P1.3口产生的，通过单片机的ＰＣＡ中的寄存器设定初始值，产生大约是４０ＫＨＺ的ＰＷＭ波。通过驱动电路来改变电机的转速。 由于本次实习采用的是自主设计，需要同学们自己自行设计电路并编写程序，由于我之前并没有接触过这种设计，因此此次设计有很大的难度。电源部分的设计由于之前都做过很多，这是很简单的，在当天下午我们基本上就完成了这部分。至于单片机最下系统部分的电路和数码管显示的电路是参考老师给的关于ＳＴＣ１２Ｃ５Ａ１６ＡＤ型号单片机的技术资料上参考得到的。驱动电路和主电路的设计是来源于网上的参考资料和从图书馆中借的书中，并与其他同学对照比较和在老师的帮助下完成的。这部分花了比较长的时间完成。 由于课程设计之前我自己看过Ｃ语言编写单片机程序的书，再加上参考老师给的一些资料，所以完成起来不是特别难。 三、电路调试过程中遇到的问题 １、由于在焊接数码管部分电路时，为了方便焊接就把数码管的管脚打乱了接，在程序设计过程中出现了几次修改才让数码 管显示正常。
《电机与拖动实验》实验报告
网络教育学院电机与拖动实验报告 学习中心：礼泉奥鹏学习中心 层次：专升本 专业：电气工程及其自动化 学号： 1 学生：洁 完成日期： 2017 年 2 月 27 日
实验报告一 实验名称： 单相变压器实验 实验目的： 1、通过空载和短路实验测定变压器的变比和参数。 2、通过负载实验测取变压器的运行特性。 实验项目： 1、空载实验 测取空载特性0000U =f(I ), P =f(U )。 2、短路实验 测取短路特性k k k U =f(I ), P =f(I)。 3、负载实验 保持11N U =U ，2cos 1 ?=的条件下，测取22U =f(I ) 。 （一）填写实验设备表
（二）空载实验 1．填写空载实验数据表格 2. 根据上面所得数据计算得到铁损耗Fe P 、励磁电阻m R 、励磁电抗m X 、电压比k
（三）短路实验 1.填写短路实验数据表格 表2 室温θ=25O （四）负载实验 1. 填写负载实验数据表格
（五）问题讨论 1. 什么是绕组的同名端？ 答：铁心上绕制的所有线圈都被铁心变的主磁通所穿过在任意瞬间当变压器一个绕组的某一出线端为高电位时则在另一个绕组中也有一个相对应的出线端为高电位那么这两个高电位如正极性的线端称同极性端而另外两个相对应的低电位端如负极性也是同极性端。即电动势都处于相同极性的线圈端就称为绕组的同名端。 2. 为什么每次实验时都要强调将调压器恢复到起始零位时方可合上电源开关或断开电源开关？ 答：主要是为了防止在高压下合闸产生产生较大的冲击损坏设备。其次是因为既然需要调压器对负载进行调压，那么调压器后面的负载情况就是一个不确定因素，就不能事先预料在较高电压下负载可能情况。因此，就需要从低电压慢慢调高电压，观察负载的情况。而断开电源时，如果负载时隔较大的感性负载，那么在高压状况下突然停电会产生很高的感应电势。 3. 实验的体会和建议 答：体会：安全在实验中非常重要要注意调压器的及时调零。实验数据记录间隔相同的一段数据。使得实验结果比较有普遍性。 建议：数据结果可以用图表显示。