单闭环直流调速系统 课程设计
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
姓名：
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)
直流电动机工作原理 (4)
电动机调速指标 (4)
直流电动机的调速 (5)
直流电机的机械特性 (5)
第三章单闭环直流电动机系统 (6)
V-M系统简介 (6)
闭环调速系统的组成及静特性 (7)
反馈控制规律 (8)
主要部件 (9)
稳定条件 (11)
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)
参数设计 (14)
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陈为调速系统。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范围广、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内，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
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。
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内进行平滑调节，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范围和静差率。
动态性能指标:主要是平稳性和抗干扰能力。
（1）调速范围：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 之比称为调速范围，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=
n 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：它由一定调速范围内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。 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，励磁绕组中通过励磁电流f I ，从而产生磁通φ。在电枢电压a U 的作用下，电枢绕组中通过电枢电流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。 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
γφ
φ
-=?-=-
002
式中0n 为电动机的理想空载转速，其值为φ
E a C U n =
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 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内损坏，因此必须有保护装置和散热条件。
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内阻。 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 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: 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范围越广，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。 主要部件
1、比例放大器：运算放大器用做比例放大器，图为调节器的原理图及输出特性：
in U 和ex U 为放大器的输入和输出电压，cef R 为同相输入端的平衡电阻，
用以降低放大器失调电流的影响，放大系数为:
2、比例积分放大器
在定性分析控制系统的性能时，通常将伯德图分成高，中，底三个频段，频段的界限是大致的，一般的调速系统要求以稳和准为主，对快速性要求不高，所以常用PI 调节器，采用运算放大器的PI 调节器如图所示. 0
1R R K pi =
--PI 调节器比例放大部分的放大系数；
C R 0=τ--PI 调节器的积分时间常数； 此传递函数也可以写成如下形式：
式中111C R K pi +=ττ--PI 调节器的超前时间常数。
在零初始状态和阶跃输入下，PI 调节器输出电压的时间特性如图所示
将P 调节器换成PI 调节器，在原始系统上新添加部分的传递函数为
s
K s K s W K p pi pi p ττ1)(1
+=
由图可以看出比例积分的物理意义。在突加输入电压时，输出电压突跳到，以保证一定的快速控制作用，但是小于稳定性能指标所要求的比例放大系数。因为快速性被压低了。换来稳定性的保证。 作为控制器，比利积分调节器兼顾了快速影响和消除静差两方面的要求：作为校正装置，它又能提高系统的稳定性。 2、额定励磁下直流电动机 E dt
dI L RI U d
d d ++=0 （主电路、假定电流连续）
n C E e = （额定励磁下的感应电动势）
dt
dn
GD T T L e ?
=-3752 （牛顿力学定律，忽略粘性摩擦） d m e I C T = （额定励磁下的电磁转矩）
式中 L T 包括电机空载转矩在内的负载转矩，单位为Nm ； 2GD 为电力拖动系统运动部分折算到电机轴上的飞轮转
矩，单位为2Nm ；
e m C C π
30
=
为电动机额定励磁下的转矩电流比，单位为A Nm /
定义下列时间常数： R
L
T f
=
--电枢回路电磁时间常数，单位为s;
m
e m C C GD T 3752
=
--电力拖动机电时间常数，单位为s;
得电压与电流间的传递函数：1
/)()()(0+=
-s I R
I s E s U s I f d d 电流与电动势间的传递函数：
s
T R
s I s I s E m df d =
-)()()( 额定励磁下直流电动机的动态结构图如图所示： 稳定条件
反馈控制闭环调速系统的特征方程为 稳定条件为 整理后的
上式右边称作系统的临界放大系数，K 值超出此值，系统就不稳定，根据上面的分析可知，可能出现的系统的临界放大系数都比系统稳态时的放大系数要小，不能同时满足稳态性能指标，又保证稳定和稳态裕度，为此必须设置合适的校正装置，才能达到要求。
稳态抗扰误差分析
1、比例控制时的稳态抗扰误差
采用比例调节的闭环控制有静差调速系统的动态结构图为
当0=*n U 时，之扰动输入量dl I ，这时的
输出量即为负载扰动引起的转速偏差n ?，其计算公式为：
)1()1)(1()1)(1()
()(2
00lim lim K C R
I K s T s T T s T s T s T C R
s I s n s n e
dl m f m s l s e df s s +=++++++-=?=?→→ 这和静特性分析的结果完全一致。 2、积分控制时的稳态抗扰误差
采用积分调节的闭环控制的动态结构图为： 突加负载时s
I s I dl dl =)(，于是 e
s
m l m s l s e
dl C K s T s T T s T s s T s T C R
I s n α
ττ++++++?-
=
?)1)(1()1)(1()(2
负载扰动引起的稳态速差为：
lim
lim 0
)()(→→=?=?s s s n s s n e
s
m l m s l s e
dl C K s T s T T s T s s T s T C R
I α
ττ++++++?-
)1)(1()1)(1(2
=0
可见积分控制的调速系统是无静差的。 3、比例积分控制时的稳态抗扰误差
比例积分控制的闭环系统的动态结构图为 则稳态速差为：
4、稳态抗扰误差与系统结构的关系
就其性能来说，比例控制是有静差的，而积分控制和比例积分控制都没有静差，所以只要调节器中有积分成分，系统就是无静差的。只要在控制系统的前向通道上在扰动作用点以前有积分环节，则外扰动不会引起稳态误差。
第四章单闭环直流调速系统的设计及仿真
参数设计
一、设计任务
对某直流拖动系统进行参数计算、建立其Matlab模型，并进行稳定性分析，根据系统要求用Matlab软件工具对系统进行动态校正即作调节器设计。
已知一晶闸管-直流电机单闭环调速系统（V-M系统）的动态结构如图所示：
电感L=40mH，拖动系统运动部分飞轮力矩2
GD=2m
N?，测速发动机为永磁式，ZYS231/110xi型，整流触发装置的放大系数
K=44，三
s
相桥平均失控时间
T=。
s
二、设计要求
生产机械要求调速范围D=15，静差率s≤5%，若U*n=10V时，
n=nnom=1500r/min ，校正后相角稳定裕度γ=45o ，剪切频率ωc ≥s ，超调量σ≤30%，调节时间ts ≤。 参数计算及MATLAB 仿真
一、稳态参数计算
1、计算满足系统调速范围与静差率要求的闭环系统开 环放大系数K 。
（1）、额定磁通下的电机电动势转速比e C
（2）、满足系统调速范围与静差率要求的闭环系统稳态速降 （3）、开环系统稳态速降op n ? （4）、根据自动控制理论有 1-??=
cl
op n n K =
8008.482632
.51114
.262= 即满足系统调速范围与静差率要求的闭环系统开 环放大系数 K=
2、计算系统测速反馈系数α
对单闭环调速系统有静差结构图如图所示:
代入已知条件，得
解次方程组得 t K r V =?=m in/0065.0α 3、计算比例调节器的放大系数p K
根据自动控制理论，闭环系统的开环放大系数K 、测速反馈系数
α
、电机电动势转速比e C 与放大系数p K 之间满足关系式：
e
s p C K K K α
= 代入计算得
4、计算参数a T 与m T 。
（1）、电枢回路电磁时间常数R L T a =
mH L 40= Ω=9.2R 代入计算的 s T a 0138.0=
（2）、系统运动部分飞轮矩相应的机电时间常数m
e m C C R GD T 3752=
代入数据计算得 s T m 0635.0=
5、绘制带参数单闭环调速系统的Simulink 动态结构图。 下图即为模型,图中K t =
6、计算闭环系统临界开环放大系数。
根据自动控制理论的代数稳定判据，系统稳定的充要条件为
s
a s s a m T T T T T T K 2
)(++<
，其临界开环放大系数s
a s s a m cr T T T T T T K 2
)(++<
00167.0;0138.0;0635.0===s a m T T T 代入计算得闭环系统临界开环放大系数为 7464.42=cr K 。 二、稳定性分析
1、 计算系统闭环特征根以验证系统能否稳定运行。
[a,b,c,d]=linmod('smx1501'); s1=ss(a,b,c,d); sys=tf(s1); sys1=zpk(s1); P={1};
roots(P)
程序运行结果
ans =
+002 *
+
-
经过程序计算得系统的两个特征根为i
.0+、
2377
0409
.2
0409
.0-即闭环系统特征根有两个根的实部为正，说明系统不.2
i
2377
能稳定运行。
2、绘制比例调节器Kp=20和Kp=21系统的单位给定阶跃响应曲
线以验证系统能否稳定运行。
（1）比例调节器Kp=20时，求闭环系统开环放大系数K。
根据，有
>> syms Kp Ks Ce alpha;
>> Kp=20;Ks=44;Ce=;alpha=;
>> K=Kp*Ks*alpha/Ce
程序运行结果
K =
即Kp=20对应着闭环系统开环放大系数K=。
（2）当Kp=20时，绘制其系统单位阶跃响应曲线。
[a,b,c,d]=linmod('smx1501');
>> s1=ss(a,b,c,d);
>> sys=tf(s1);step(sys);
可见系统单位阶跃响应曲线呈现剧烈的震荡，如上图所示。（3）比例调节器Kp=21时，系统开环放大系数K=
程序如下
syms Kp Ks Ce alpha;
Kp=21;Ks=44;Ce=;alpha=;
K=Kp*Ks*alpha/Ce
K =
（4）当Kp=21时，绘制其单位阶跃响应曲线
程序如下
[a,b,c,d]=linmod('smx1501');
s1=ss(a,b,c,d);
sys=tf(s1);step(sys);
由曲线可看出，系统越发不稳定。
3、分别以相角稳定裕度与剪切频率为校正主要指标对系统进行
滞后校正。
模型的开环模型为如下图所示
（1）、调用自编函数lagc（）设计PI校正器。
[a,b,c,d]=linmod('mx1501A');
s1=ss(a,b,c,d);
>> s2=tf(s1);
>> gama=48;[Gc]=lagc(1,s2,[gama])
程序运行结果
Transfer function:
s + 1
------------
s + 1
wc=35;[Gc]=lagc(2,s2,[wc])
程序运行结果
Transfer function:
s + 1
------------
s + 1
即以相角稳定裕度为校正主要指标的滞后校正器为G c(s)=
0.1611s+1
,而以剪切频率为主要校正指标的滞后校正器为G c(s)= 1.699s+1
0.2857s+1
。
6.26s+1
（2）验算设计的校正器的校正结果。
○1对以相角稳定裕度为校正主要指标的校正器为 G c(s)=
0.1611s+1
。
1.699s+1
程序如下
[a,b,c,d]=linmod('mx1501A');
s1=ss(a,b,c,d);s2=tf(s1);
>> gama=48;[Gc]=lagc(1,s2,[gama]); >> sys=s2*Gc; >>margin(sys)
-150
-100
-50
50
M a g n i t u d e (d B )10
-2
10
-1
10
10
1
10
2
10
3
10
4
-270
-180
-90
P h a s e (d e g )
Bode Diagram
Gm = 18.5 dB (at 202 rad/sec) , P m = 47.7 deg (at 62.3 rad/sec)
Frequency (rad/sec)
绘制出系统的Bode 图如上图所示，从图可以看出，校正后系统的
相角稳定裕度
=480，达到预期目的。
○
2对以剪切频率为校正主要指标的校正器为G c (s )=0.2857s+16.26s+1
。
程序如下：
[a,b,c,d]=linmod('mx1501A'); s1=ss(a,b,c,d);s2=tf(s1); wc=35;[Gc]=lagc(2,s2,[wc]) Transfer function:
s + 1
------------
s + 1
>> sys=s2*Gc;
>> margin(sys)
绘制出系统的Bode图如上图所示，从图可以看出，校正后系统的
剪切频率35rad/s,达到预期目的。
第五章总结
本设计为单闭环直流调速系统，首先介绍了直流电机的调速和发展；其次介绍了直流电动机的调速指标和特性；再次介绍了转速负反馈直流电机的调速；最后，运用MATLAB进行了仿真和调试。通过仿真和调试使系统最终达到稳定状态。当然，系统还存在一定的不足，由于用到的是单闭环控制，所以在调速的过程中，系统的稳态性能还不尽如意，在一定的调速范围内能满足要求，而在一些要求比较高的系统中，就很难实现，此时就应该采用双闭环控制。
这次通过对单闭环直流电机调速系统的设计，不但复习和巩固了专业知识，还使自己能更加熟练地运用自控理论分析和解决问题。在设计过程中，涉及的MATLAB仿真技术，使自控原理中的各参数得以更直观的反映，最后通过本次课程设计，我又重新认识了电力电子这门课程，它是电机拖动的基础，还有ＭＡＴＬＡＢ仿真技术，这些对我们都很重要，应当加倍重视。
参考文献
[1]电力拖动控制系统陈伯时
[2]自动控制原理胡寿松
[3]控制系统M ATLAB计算及仿真实训黄忠霖
[4]电力电子技术黄俊
双闭环调速系统课程设计
目录页 第一章绪论 (2) 1-1课题背景，实验目的与实验设备 (2) 1-2国内外研究情况 (3) 第二章双闭环调速系统设计理论 (3) 2-1典型Ⅰ型和典型Ⅱ型系统 (3) 2-2系统的静，动态性能指标 (4) 2-3非典型系统的典型化 (6) 2-4转速调节器和电流调节器的设计 (7) 第三章模型参数测定和模型建立 (9) 3-1系统模型参数测定实验步骤和原理 (9) 3-2模型测定实验的计算分析 (11) 3-3系统模型仿真和误差分析 (18) 第四章工程设计方法设计和整定转速，电流反馈调速系统 (22) 4-1 设计整定的思路 (22) 4-2 电流调节器的整定和电流内环的校正，简化 (23) 4-3转速调节器的整定和转速环的校正，简化 (25) 4-4系统的实际运行整定 (27) 4-5 关于ASR和ACR调节器的进一步探讨…………………………………… 33 第五章设计分析和心得总结 (34)
5-1实验中出现的问题 (34) 5-2实验心得体会 (35) 第六章实验原始数据 (38) 6-1建模测定数据 (38) 6-2 系统调试实验数据 (39) 第一章绪论 1-1课题背景，实验目的与实验设备 转速，电流反馈控制的调速系统是一种动静态特性优良的直流调速系统，它的控制规律是建立在经典控制规律的基础上的，用传递函数建立动态数学模型，并从传递函数模型和开环频域特性去总结其控制规律，用跟随和抗扰两个方面的指标去衡量它的动静态性能。转速，电流反馈控制的调速系统是一种串级系统，所以其整定系统参数的方法也借鉴了一般串级系统的差别，但又有不同于一般串级系统的。 本次实验的主要目的是针对一套调速系统（包括电源，电机，励磁回路等）建立模型并整定出带滤波的电流调节器和转速调节器参数，投入运行。实验正值暑期实践及国际交流周，我们将用两周的时间来完成参数测定实验，系统建模，调节器整定和系统投入运行。 本次实验的实验设备包括：
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 -
计算机控制技术课程设计报告
《计算机控制技术》课程设计单闭环直流电机调速系统
1 设计目的 计算机控制技术课程是集微机原理、计算机技术、控制理论、电子电路、自动控制系统、工业控制过程等课程基础知识一体的应用性课程，具有很强的实践性，通过这次课程设计进一步加深对计算机控制技术课程的理解，掌握计算机控制系统硬件和软件的设计思路，以及对相关课程理论知识的理解和融会贯通，提高运用已有的专业理论知识分析实际应用问题的能力和解决实际问题的技能，培养独立自主、综合分析与创新性应用的能力。 2 设计任务 2.1 设计题目 单闭环直流电机调速系统 实现一个单闭环直流电机调压调速控制，用键盘实现对直流电机的起/停、正/反转控制，速度调节要求既可用键盘数字量设定也可用电位器连续调节，需要有速度显示电路。扩展要求能够利用串口通信方式在PC上设置和显示速度曲线并且进行数据保存和查看。 2.2 设计要求 2.2.1 基本设计要求 （1）根据系统控制要求设计控制整体方案；包括微处理芯片选用，系统构成框图，确定参数测围等； （2）选用参数检测元件及变送器；系统硬件电路设计，包括输入接口电路、逻辑电路、操作键盘、输出电路、显示电路； （3）建立数学模型，确定控制算法； （4）设计功率驱动电路； （5）制作电路板，搭建系统，调试。 2.2.2 扩展设计要求 （1）在已能正常运行的微计算机控制系统的基础上，通过串口与PC连接； （2）编写人机界面控制和显示程序；编写微机通信程序；实现人机实时交互。
3方案比较 方案一：采用继电器对电动机的开或关进行控制。这个方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。 方案二：采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速的目的。但是电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要的问题在于一般电动机的电阻很小，但电流很大；分压不仅会降低效率，而且实现很困难。 方案三：采用由电力电子器件组成的H 型PWM 电路。用单片机控制电力电子器件使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。这种电路由于工作在电力电子器件的饱和截止模式下，效率非常高；H 型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也极佳，是一种广泛采用的PWM 调速技术。 兼于方案三调速特性优良、调整平滑、调整围广、过载能力大，因此本设计采用方案三。 4单闭环直流电机调速系统设计 4.1单闭环调速原理 4.1.1 闭环系统框图 4.1.2 调速原理 直流电机转速有： 常数Ke Ka 不变，Ra 比较小。 所以调节Ua 就能调节n 。 n n I K R K U K R I U n d d a e e d ?-=Φ -Φ=-=0φa a a U I U ≈-
基于Simulink仿真双闭环系统综合课程设计
- -- 课程设计 双闭环直流调速系统设计及仿真验证 学院年级：工程学院08级 组长：陈春明学号2 08自动化1班成员一：陈木生学号3 08自动化1班 指导老师： 日期：2012-2-28 华南农业大学工程学院
摘要 转速、电流双闭环调速系统是应用最广的直流调速系统，由于其静态性能良好，动态响应快，抗干扰能力强，因而在工程设计中被广泛地采用。现在直流调速理论发展得比较成熟，但要真正设计好一个双闭环调速系统并应用于工程设计却有一定的难度。 Matlab是一高性能的技术计算语言，具有强大的科学数据可视化能力，其中Simulink具有模块组态简单、性能分析直观的优点，方便了系统的动态模型分析。应用Simulink来研究双闭环调速系统，可以清楚地观察每个时刻的响应曲线，所以可以通过调整系统的参数来得出较为满意的波形，即良好的性能指标，这给分析双闭环调速系统的动态模型带来很大的方便。 本研究采用工程设计方法，并利用Matlab协助分析双闭环调速系统，依据自动控制系统快、准、稳的设计要求，重点分析系统的起动过程。 关键词：双闭环直流调速Simulink 自动控制
目录 1、直流电机双闭环调速系统的结构分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1.1 双闭环调速系统的组成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1.2 双闭环调速系统的结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2 、建立直流电机双闭环调速系统的模型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.1 小型直流调速系统的指标及参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.2 电流环设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.3 转速环设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3、直流电动机双闭环调速系统的MATLAB仿真．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3.1 系统框图的搭建．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3.2 PI控制器参数的设置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3.3 仿真结果．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 4、结论与总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 5、参考资料．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
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。
课程设计单闭环直流电机控制系统
运动控制课程设计题目：单闭环直流电机控制系统 院系：工学院 专业：电气工程及其自动化 班级：电气工程1402 姓名：汤安琪 学号：201402012011 指导教师：王玮 二〇一七年二月
运动控制系统课程设计任务书 一、基本情况 学时：1周学分：1学分适应班级：电气工程1402 二、进度安排 本设计共安排1周，合计30学时，具体分配如下： 实习动员及准备工作： 2学时 总体方案设计： 4学时 硬件设计： 12学时 撰写设计报告： 8 学时 答辩： 4学时 教师辅导：随时 三、基本要求 1、课程设计的基本要求 运动控制系统课程设计的主要内容包括：理论设计与撰写设计报告等。其中理论设计又包括总体方案选择，硬件系统设计、硬件设计包括单元电路，选择元器件及计算参数等；课程设计的最后要求是写出设计总结报告，把设计内容进行全面的总结，若有实践条件，把实践内容上升到理论高度。 2、课程设计的教学要求 运动控制系统课程设计课程设计的教学采用相对集中的方式进行，以班为单位全班学生集中到设计室进行。做到实训教学课堂化，严格考勤制度，在实训期间累计旷课达到2节以上，或者迟到、早
退累计达到4次以上的学生，该课程考核按不及格处理。在实训期 间需要外出查找资料，必须在指定的时间内方可外出。 课程设计的任务相对分散，每5-6名学生组成一个小组，完成一个 课题的设计。小组成员既有分工、又要协作，同一小组的成员之间 可以相互探讨、协商，可以互相借鉴或参考别人的设计方法和经验。 但每个学生必须单独完成设计任务，要有完整的设计资料，独立撰 写设计报告，设计报告雷同率超过60%的课程设计考核按不及格处 理。 四、设计题目及控制要求 题目：单闭环直流电机控制系统 设计参数： （1）直流电机：12V 20W、U P N N ==、 1.5A I N =、 300r/min n N =、电枢电阻 4.5ΩR a =、电枢电感22a 15.68N.cm 6.76mH、GD L ==、30ms T m = （2）双闭环直流调速系统：N dm im *n 1.5I 5V、I 5V、U U ===、 5%σi ≤ 设计要求： (1)、根据题目的技术要求，分析并确定主电路的结构形式和闭 环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图。 (2)、调速系统主电路元部件的确定及其参数的计算（包括电力 电子器件、平波电抗器与保护电路等） (3)、动态设计计算：根据技术要求，对系统进行动态校正，确 定调节器的结构形式及进行参数计算，使调节系统工作稳定，并满
基于Simulink仿真双闭环系统综合课程设计报告书
课程设计 双闭环直流调速系统设计及仿真验证 学院年级：工程学院08级 组长：陈春明学号200830460102 08自动化1班成员一：陈木生学号 200830460103 08自动化1班 指导老师： 日期： 2012-2-28 华南农业大学工程学院
摘要 转速、电流双闭环调速系统是应用最广的直流调速系统，由于其静态性能良好，动态响应快，抗干扰能力强，因而在工程设计中被广泛地采用。现在直流调速理论发展得比较成熟，但要真正设计好一个双闭环调速系统并应用于工程设计却有一定的难度。 Matlab是一高性能的技术计算语言，具有强大的科学数据可视化能力，其中Simulink具有模块组态简单、性能分析直观的优点，方便了系统的动态模型分析。应用Simulink来研究双闭环调速系统，可以清楚地观察每个时刻的响应曲线，所以可以通过调整系统的参数来得出较为满意的波形，即良好的性能指标，这给分析双闭环调速系统的动态模型带来很大的方便。 本研究采用工程设计方法，并利用Matlab协助分析双闭环调速系统，依据自动控制系统快、准、稳的设计要求，重点分析系统的起动过程。 关键词：双闭环直流调速 Simulink 自动控制
目录 1、直流电机双闭环调速系统的结构分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1.1 双闭环调速系统的组成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1.2 双闭环调速系统的结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2 、建立直流电机双闭环调速系统的模型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.1 小型直流调速系统的指标及参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.2 电流环设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2.3 转速环设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3、直流电动机双闭环调速系统的MATLAB仿真．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3.1 系统框图的搭建．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3.2 PI控制器参数的设置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3.3 仿真结果．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 4、结论与总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 5、参考资料．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
课程设计——单闭环不可逆直流调速系统设计
单闭环不可逆直流调速系统设计 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 -
转速单闭环调速系统设计
目录 第1章概述 (1) 1.1 转速单闭环调速系统设计意义 (1) 1.2 转速单闭环调速系统的设计要求 (1) 第2章原系统的动态结构图及稳定性的分析 (2) 2.1 原系统的工作原理 (2) 2.2 原系统的动态结构图 (3) 2.3 闭环系统的开环放大系数的判断 (3) 2.4 相角稳定裕度γ的判断 (4) 第3章调节器的设计及仿真 (5) 3.1 调节器的选择 (5) 3.2 PI调节器的设计 (5) 3.3 校正后系统的动态结构图 (8) 3.4 系统的仿真结构图及测试结果 (8) 第4章课程设计总结 (9) 参考文献 (1)
转速单闭环调速系统设计 1、概述 1.1 转速单闭环调速系统设计意义 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。在对调速性能有较高要求的领域常利用直流电动机作动力,但直流电动机开环系统稳态性能不能满足要求,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,可用积分调节器代替比例调节器. 反馈控制系统的规律是要想维持系统中的某个物理量基本不变，就引用该量的负 反馈信号去与恒值给定相比较，构成闭环系统。对调速系统来说，若想提高静态指标， 就得提高静特性硬度，也就是希望转速在负载电流变化时或受到扰动时基本不变。要 想维持转速这一物理量不变，最直接和有效的方发就是采用转速负反馈构成转速闭环 调节系统。 1.2 转速单闭环调速系统的设计要求
双闭环比值控制系统-----课程设计
《过程控制》 课程设计报告 题目：双闭环比值控制系统的分析与设计姓名：王飞 学号：20106206 专业：自动化 年级：2010级 指导教师：李天华
目录 1 任务书-------------------------------------------------------- 1 1.1设计题目 --------------------------------------------------- 1 1.2设计任务 --------------------------------------------------- 1 1.3原始数据 --------------------------------------------------- 2 1.4设计内容 --------------------------------------------------- 2 2 研究背景 ------------------------------------------------------- 3 3 研究意义 ------------------------------------------------------- 4 4 研究内容 ------------------------------------------------------- 4 5 论文组织 -------------------------------------------------------- 5 5.1衰减曲线法整定主动量回路控制器参数 -------------------------- 5 5.2反应曲线法整定从动量回路控制器参数 -------------------------- 8 5.3双闭环比值控制系统仿真及性能测试 --------------------------- 11 5.4双闭环比值控制系统的抗干扰能力检验 ------------------------- 13 6 双闭环比值控制与串级控制的区别，以及各自的优缺点 --------------- 16 6.1双闭环比值控制与串级控制的区别 ----------------------------- 16 6.2双闭环比值控制的优、缺点 ----------------------------------- 17 6.3串级控制的优、缺点 ----------------------------------------- 17 7 总结 ---------------------------------------------------------- 17 8 参考文献 ------------------------------------------------------ 17 附录：双闭环比值控制最终整定结果(Simulink图) -------------------- 18
单闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告
比例积分控制的单闭环直流调速系统仿真 一、实验目的 1．熟练使用MATLAB 下的SIMULINK 仿真软件。 2．通过改变比例系数K P 以及积分时间常数τ的值来研究K P 和τ对比例积分控制的直流调速系统的影响。 二、实验内容 1．调节器的工程设计 2．仿真模型建立 3．系统仿真分析 三、实验要求 建立仿真模型，对参数进行调整，从示波器观察仿真曲线，对比分析参数变化对系统稳定性，快速性等的影响。 四、实验原理 图4-1 带转速反馈的闭环直流调速系统原理图 调速范围和静差率是一对互相制约的性能指标，如果既要提高调速范围，又要降低静差率，唯一的方法采用反馈控制技术，构成转速闭环的控制系统。转速闭环控制可以减小转速降落，降低静差率，扩大调速范围。在直流调速系统中，将转速作为反馈量引进系统，与给定量进行比较，用比较后的偏差值进行系统控制，可以有效的抑制甚至消除扰动造成的影响。 当t=0时突加输入U in 时，由于比例部分的作用，输出量立即响应，突跳到U ex (t )=K P U in ，实现了快速响应；随后U ex (t )按积分规律增长，U ex (t )=K P U in +(t/τ)U in 。在t =t 1时，输入突降为0，U in =0，U ex (t )=(t 1/τ)U in ，使电力电子变换器的稳态输出电压足以克服负载电流压降，实现稳态转速无静差。 五、实验各环节的参数及K P 和1/τ的参数的确定 5.1各环节的参数： 直流电动机：额定电压U N =220V ，额定电流I dN =55A,额定转速n N =1000r/min,电动机电动势系数C e =0.192V ? min/r 。 假定晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数K s =44，滞后时间常数T s =0.00167s 。
课程设计-直流双闭环调速系统-----带原理图的要点
摘要 本文主要研究了直流电机转速控制的方法。文章中采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统，并且对PWM信号的原理、产生方法以及如何通过软件编程对PWM信号占空比进行调节，从而控制其输入信号波形等均作了详细的阐述。另外，本系统中使用了光电编码器对直流电机的转速进行测量，经过滤波电路后，将测量值送到A/D转换器，并且最终作为反馈值输入到单片机进行PI运算，从而实现了对直流电机速度的控制。在软件方面，文章中详细介绍了PI运算程序，单片机产生PWM波形的程序，初始化程序等的编写思路和具体的程序实现，M法数字测速及动态LED显示程序设计，A/D转换程序及动态扫描LED显示程序和故障检测程序及流程图。 关键词： PWM信号直流调速双闭环 PI调节
前言 本文主要研究了利用MCS-51系列单片机，通过PWM方式控制直流电机调速的方法。 冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。PWM控制技术就是以该结论为理论基础，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。 PWM控制的基本原理很早就已经提出，但是受电力电子器件发展水平的制约，在上世纪80年代以前一直未能实现。直到进入上世纪80年代，随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展，PWM 控制技术才真正得到应用。随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法，如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用，PWM控制技术获得了空前的发展。到目前为止，已经出现了多种PWM控制技术。 PWM控制技术以其控制简单、灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限，结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为PWM控制技术发展的主要方向之一。 本文就是利用这种控制方式来改变电压的占空比实现直流电机速度的控制。文章中采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统，然后通过放大来驱动电机。利用编码器测得电机速度，经过滤波电路得到直流电压信号，把电压信号输入给A/D转换芯片最后反馈给单片机，在内部进行PI运算，输出控制量完成闭环控制，实现电机的调速控制。 第一章系统硬件电路设计 第一节系统总体设计 1.1.1系统方案选择与总体结构设计 调速方案的优劣直接关系到系统调速的质量。根据电机的型号及参数选择最优方案，以确保系统能够正常，稳定地运行。本系统采用直流双闭环调速系统，使系统达到稳态无静差，调速范围0-1500r/min,电流过载倍数为1.5倍，速度控制精度为0.1%（额定转速时）。 1、系统控制对象的确定 本次设计选用直流电动机的额定参数直流电动机的额定参数P N=15kW、U N=440V、I N=39.3A、n N=1510 r/min，电流过载倍数λ=1.5。电枢回路总电阻为R=R a+R rec=0.806Ω，系统机电时间常数T m=0.76s，电磁时间常数T l=0.0167s，电动势系数Ce=0.270V*min/r。
单双闭环课程设计
1．设计目的及意义 随着现代工业的发展，在调速领域中，双闭环控制的理念已经得到了越来越广泛的认同与应用。相对于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的弱点。双闭环控制则很好的弥补了他的这一缺陷。 双闭环控制可实现转速和电流两种负反馈的分别作用，从而获得良好的静，动态性能。其良好的动态性能主要体现在其抗负载扰动以及抗电网电压扰动之上。正由于双闭环调速的众多优点，所以在此有必要对其最优化设计进行深入的探讨和研究 本设计从直流电动机的工作原理入手，并详细分析了系统的原理及其静态和动态性能。然后按照自动控制原理，对双闭环调速系统的设计参数进行分析和计算。 转速、电流双闭环直流调速系统是性能很好，应用最广的直流调速系统, 采用转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。转速、电流双闭环直流调速系统的控制规律，性能特点和设计方法是各种交、直流电力拖动自动控制系统的重要基础。应掌握转速、电流双闭环直流调速系统的基本组成及其静特性；从起动和抗扰两个方面分析其性能和转速与电流两个调节器的作用；应用工程设计方法解决双闭环调速系统中两个调节器的设计问题，等等。 通过对转速、电流双闭环直流调速系统的了解，使我们能够更好的掌握调速系统的基本理论及相关内容，在对其各种性能加深了解的同时，能够发现其缺陷之处，通过对该系统不足之处的完善，可提高该系统的性能，使其能够适用于各种工作场合，提高其使用效率。 运动控制课是后续于自动控制原理课的课程，是更加接近本专业实现应用的一门课程。直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，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。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。所以加深直流电机控制原理理解有很重要的意义。 本设计首先进行总体系统设计，然后确定各个参数，当明确了系统传函之后，再进行稳定性分析，在稳定的基础上，进行整定以达到设计要求。 一、单闭环总体方案设计 1、控制原理 根据设计要求，所设计的系统应为单闭环直流调速系统，选定转速为反馈量，采用变电压调节方式，实现对直流电机的无极平滑调速。原理图如下： 图1、单闭环直流
带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统设计
目录 摘要 (2) 1主电路的设计 (2) 1.1变压器参数的设计与计算 (2) 1.2平波电抗器参数的设计与计算 (3) 1.3晶闸管元件参数的计算 (3) 1.4保护电路的设计 (4) 2反馈调速及控制系统 (4) 2.1闭环调速控制系统 (4) 2.2带电流截止负反馈闭环控制系统 (5) 2.3调节器设定 (8) 2.4控制及驱动电路设计 (9) 3参数计算 (10) 3.1基本参数计算 (10) 3.2电流截止负反馈环节参数计算与设计 (12) 3.3调节器的参数设计与计算 (12) 3.4调节器串联校正设计 (15) 4总电气图 (16) 5心得体会 (18) 参考资料 (18)
带电流截止负反馈转速单闭环直流调速 系统设计 摘要 直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，并且直流调速系统在理论和实践上都比较成熟，是研究其它调速系统的基础。在直流电动机中，带电流截止负反馈直流调速系统应用也最为广泛，其广泛应用于轧钢机、冶金、印刷、金属切割机床等很多领域的自动控制。本次课设就带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统进行参数的设计。 1主电路的设计 1.1变压器参数的设计与计算 变压器副边电压采用如下公式进行计算： ??? ? ?? -+= N sh T d I I CU A nU U U 2min max cos αβ V U C I I U A n V U V U N sh T d 110) 105.05.09848.0(9.034.21 22205 .0105 .0109 .034 .22 1,220222 min max =??-??+==========则取已知αβ 因此变压器的变比近似为：45.3110 3802 1===U U K 一次侧和二次侧电流I 1和I 2的计算 I 1=1.05×287×0.861/3.45=75A I 2=0.861×287=247A
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。