解电流调节器的设计

运动控制系统

期中考试

电控学院自动化0905

贺奎（0906050509）

解：电流调节器的设计（1）确定时间常数

1）整流装置滞后时间常数T s 。三相桥式电路的平均失控时间T s =0.0017s 。 2）流滤波时间常数T oi 。据题意给定T oi =0.002s 。

3）电流环小时间常数之和T i 。按小时间常数近似处理T i =S T +oi T =0.0037s 。 4）电磁时间常数T l 。T l =L

R =

15?10?30.5

s ?1

=0.03s ?1。

5）电力拖动系统机电时间常数T m 。 T m =GD 2R

375C

e C m

C m =

30π

C e

C e =0.132V ?min/r 所以T m =0.18s

（2）选择调节器结构

根据设计要求σi ≤5%,并保证稳态电流无差，可按典Ｉ设计电流调节器。电流环控制对象是双惯性型的，因此可用PI 调节器。传递函数为W ACR =

K i (τi S+1)

τi S

。

检查对电源电压的抗扰性能：T

l T i

=0.03

0.0037≈8.11,其动态性能指标都可以接受。（3）计算电流调节器参数

电流调节器超前时间常数：τi =T l =0.03s 。

电流环开环增益：要求σi ≤5%时，应取K l T i =0.5,因此

K l =0.5T i =0.5

0.0037s

≈135.1s ?1

于是，ACR 的比例系数为 K i =

K l τi R K s β

135?0.03?0.540?0.05

≈1.013

（4）校验近似条件

电流环戒指频率： ωci =K l =135.1s ?1

1）校验晶闸管整流装置传递函数近似条件

13T s

3?0.0017s ?1≈196.1>ωci 满足近似条件

2）校验忽略反电动势变化对电流环动态影响条件

3 1

m T l

=3? 1

0.18?0.03s ?1≈40.82s ?1<ωci 满足近似条件

3）校验电流环小时间常数近似处理条件

s T Oi

=13

10.0017?0.002

s ?1≈180.8s ?1>ωci 满足近似条件

（5）计算调节器电阻和电容取R 0=40k Ω

R i =K i R 0=1.013?40k Ω=40.52k Ω 取40 k Ω C i =

R i

=0.03

40?10F =0.75?10?6F =0.75uF 取0.75 uF C oi =

4T oi R 0

4?0.00240?10F =0.2?10?6F =0.2uF 取0.2 uF

转速调节器的设计（1）确定时间常数

1）电流环等效时间常数1

K l

。K l T i=0.5,则

=2?T i=2?0.0037s=0.0074s 2）转速滤波时间常数T on。根据题意T on=0.01s。

3）转速环小时间常数T n。按小时间常数近似处理，取

T n=1

K l

+T on=0.0074s+0.01s=0.0174s

（2）选择转速调节器结构

按照设计要求，选用PI调节器，其传递函数为W ASR=K n(τn S+1)

τn S

（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ASR的超前时间常数为

τn=hT n=5?0.0174s=0.087s

转速环开环增益K N=h+1

2h T n2=6

2?5?0.0174

s?1≈396.4s?1

ASR的比例系数为K n=(h+1)βC e T m

2hαRT n =6?0.05?0.132?0.18

2?5?0.007?0.5?0.0174

≈11.7

（4）检验近似条件

转速环截止频率为w cn=K N

=K Nτn=396.4?0.087s?1≈34.5s?1

1）电流环传递函数简化条件1

T i

135.1

0.0037

s?1≈63.7s?1>w cn满足条

件

2）转速环小时间常数近似处理条件1

K l

T on

135.1

0.01

s?1≈38.7s?1>w cn满

足条件

（5）计算调节器电阻电容取R0=40kΩ

R n=K n R0=11.7?40kΩ=468kΩ取470 kΩ

C n=τn

R n =0.087

470?103

F=0.185?10?6F=0.185uF取0.2 uF

C on=4T on

R0=4?0.01

40?103

F=1?10?6F=1uF取1 uF

（6）校验转速超调量

σn=?C max

C b λ?z?n N

T n

T m

①

?n N=I dN R

C e

②

联立①②得σn=2?81.2%?1.5?136?0.5

0.132

1460

?0.0174

0.18

≈8.31%<10%符合设计要

求

综上所述W ACR=1.013(0.03S+1)

0.03S W ASR=11.7(0.087S+1)

0.087S

触发电路

控制电压Uk输出电路和反馈电路的部分电路

电源部分

整流部分和反馈电路的部分电路

系统结构框图为

一、原理图实现直流调速系统的原理：

（1）通过实验调节RP3使得电流反馈系数即电流反馈电压与电枢电流之比为

0.05

（2）通过实验调节RP2使得转速反馈系数即转速反馈电压与转速之比为

0.007

（3）通过实验调节R1和C1，使得触发电路的R1和C1构成一个滞后π/3的滤波电路，这样由于余弦交点触发电路的输出φ相位与控制电压成比例关

系，从而控制整个整流电路的触发，从而控制电机的转速

（4）接下来就是电机的控制运行

当电机刚启动时，由于电机转速变化很慢，几乎等于0，此时转速环饱和，电流环起作用，且电流环的给定达到最大值，使得电枢电流达

到最大值，此时得到最大转速加速度，电机以定加速度上升直至转速达

到最大值，此时，电动机仍旧因为转速环是积分环节使得电动机仍加速，

当转速超过给定值时，转速环节输入偏差为负，使它退出饱和，电枢电

流很快下降，此时电流环节饱和，转速环起作用。从而使电机平稳运行。

当电机停止时与之相反。

（5）整个控制过程均是由电流环的输出电压线性改变控制角，从而改变整流装置的晶闸管的触发，进而改变输出平均电压Ud。

二、每个元件选择依据

1）晶闸管的选择：耐压（2~3）6U2=1200V，最大电流

（1~1.5）I N?1.5=300A，开关频率为200HZ

2）电源变压器选择：1:1变压器，耐压400V,耐流150A.

3）触发的同步互感器用12:1的互感器。

4）转速环和电流环的电阻电容的大小在上面应经算出来了，直接用上面

的大小。触发电路的电阻电容需要根据所需的触发调节使得波形刚好是所得要求的波形。

5）平波电抗器主要是为了，滤掉脉动电流，使电流平稳，因此选择大点的平波电抗器。

6）转速环和电流环的放大器选用LF353。

锁相环电路设计

锁相环的原理 2007-01-23 00:24 1．锁相环的基本组成许多电子设备要正常工作，通常需要外部的输入信号与部的振荡信号同步，利用锁相环路就可以实现这个目的。锁相环路是一种反馈控制电路，简称锁相环（PLL）。锁相环的特点是：利用外部输入的参考信号控制环路部振荡信号的频率和相位。因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。锁相环在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住，这就是锁相环名称的由来。锁相环通常由鉴相器（PD）、环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）三部分组成，锁相环组成的原理框图如图8-4-1所示。锁相环中的鉴相器又称为相位比较器，它的作用是检测输入信号和输出信号的相位差，并将检测出的相位差信号转换成u D（t）电压信号输出，该信号经低通滤波器滤波后形成压控振荡器的控制电压u C（t），对振荡器输出信号的频率实施控制。 2．锁相环的工作原理锁相环中的鉴相器通常由模拟乘法器组成，利用模拟乘法器组成的鉴相器电路如图8-4-2所示。鉴相器的工作原理是：设外界输入的信号电压和压控振荡器输出的信号电压分别为：（8-4-1）（8-4-2）式中的ω0为压控振荡器在输入控制电压为零或为直流电压时的振荡角频率，称为电路的固有振荡角频率。则模拟乘法器的输出电压u D为：用低通滤波器LF将上式中的和频分量滤掉，剩下的差频分量作为压控振荡器的输入控制电压u C （t）。即u C（t）为：（8-4-3）式中的ωi为输入信号的瞬时振荡角频率，θi（t）和θO（t）分别为输入信号和输出信号的瞬时位相，根据相量的关系可得瞬时频率和瞬时位相的关系为：

双闭环V-M调速系统中主电路,电流调节器及转速调节器的设计

中北大学电力拖动自动控制系统课程设计说明书学生姓名：学号：学院：信息与通信工程学院专业：自动化题目：双闭环V-M调速系统中主电路，电流调节器及转速调节器的设计指导教师： 2011年8月25日

中北大学电力拖动自动控制系统课程设计任务书 11/12 学年第一学期学院：信息与通信工程学院专业：自动化学生姓名：学号：课程设计题目：双闭环V-M调速系统中主电路，电流调节器及转速调节器的设计起迄日期：8月22 日～8月26日课程设计地点：中北大学指导教师：下达任务书日期: 2011年08月22日课程设计任务书

一、设计题目：双闭环V-M 调速系统中主电路，电流调节器及转速调节器的设计。二、已知条件及控制对象的基本参数：（1）已知电动机参数为：nom p =3kW ，nom U =220V ，nom I =17.5A ，nom n =1500r/min ，电枢绕组电阻a R =1.25Ω，2GD =3.532N m 。采用三相全控桥式电路，整流装置内阻rec R =1.3Ω。平波电抗器电阻L R =0.3Ω。整流回路总电感L=200mH 。（2）这里暂不考虑稳定性问题，设ASR 和ACR 均采用PI 调节器，ASR 限幅输出im U * =－8V ，ACR 限幅输出ctm U =8V ，最大给定nm U *=10V ，调速范围D=20，静差率s=10%，堵转电流 dbl I =2.1 nom I ，临界截止电流 dcr I =2nom I 。（3）设计指标：电流超调量δi %≤5%，空载起动到额定转速时的转速超调量δn ≤10%，空载起动到额定转速的过渡过程时间 t s ≤0.5。三、设计要求（1）用工程设计方法和[西门子调节器最佳整定法]* 进行设计，决定ASR 和ACR 结构并选择参数。（2）对上述两种设计方法进行分析比较。（3）设计过程中应画出双闭环调速系统的电路原理图及动态结构图

电压环与电流环设计

控制电路设计一、电流环的设计电流环的设计核心是控制主电路上电感电流的平均值，使它处于稳定状态，根据主电路与设计思路得电流控制环的系统框图如下：其中Vcv 为电压环的输出电压（即系统的参考电压），Vs 为锯齿波的幅值，IL 为电感上的电流，K1为采样的放大倍数。设置PI 为单零点—单极点补偿网络。如下图所示：因为系统的开关频率为100KHZ ，为了避免开关频率对控制环路的影响，穿越频率fci 必须远远小于开关频率，当然为了对系统动态响应的速度，我们希望fci 越大越好，在一般的开关电源中，fci 都小于开关频率的1/10，此处我们设置为开关频率的1/10，即10KHZ 。补偿网络的传递函数为：211111()R C S G s R C S += , 由系统框图可以得系统的开环传递函数为：21211(1)11()1S R C S G S K R C S V SL +=，式中：Vs=5V ；L=15uH; K1=1/100; S=jw;代入上式，当fci=10KHz 时，2()G S =1，令补偿零点角频率1211w R C = 在fci/2处，即1211w R C ==5KHz ，经计算得11R C =62.710-?,21R C =4210-?,所以21 R R =74，令1R =1K ，得2R =74K ，1C = nf, 代入得开环传递函数为：2245000()/10 S G S S -+= ，经MATLAB 画出BODE 图如下：从上图可以看出，在(1/2)fci 频率处，开环传递函数的斜率由-40dB 变成-20dB ，可以达到较快的动态响应，由于传递函数以-20dB 的斜率穿越0dB

电流调节器设计举例

双闭环直流调速系统设计举例例题２-1:某晶闸管供电得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：直流电动机： 22０V、1３6A、 14６0r ／mｉｎ, Ｃe=0、１32V﹒miｎ／ｒ,允许过载倍数λ=１、5。晶闸管装置放大系数Ks =40。电枢回路总电阻R＝0、5 时间常数电流反馈系数β＝0、062V／Ａ（β≈１0Ｖ/1.5I N) 试按工程方法设计电流调节器,设计要求如下要求稳态指标:电流无静差; 动态指标:电流超调量<5%。双闭环直流调速系统结构图如下

双闭环直流调速系统电流环得设计 1.确定时间常数 (1)整流装置滞后时间常数Ｔs 。 -I dL U d0 U n + - - + - U i ACR 1/R T l s+1 R T m s U *i U c K s T s s+1 I d 1 C e + E β T 0i s+1 1 T 0i s+1 ASR 1 T 0n s+1 α T 0n s+1 U *n n

三相桥式电路得平均失控时间Ｔｓ=0、0０17s。（2)电流滤波时间常数三相桥式电路每个波头得时间就是3.33ms,为了基本滤平波头,应有(l~2)＝３.33ｍs, 因此取=2ms＝0、002s。 (3)电流环小时间常数;按小时间常数近似处理，取＝0、0037s。 2．选择电流调节器结构根据设计要求：5%,而且因此可按典型１型系统设计。电流调节器选用PI型,其传递函数为 3.选择电流调节器参数 AＣR超前时间常数：== 0、03ｓ。电流环开环增益:要求５％时，应取

=0、5因此于就是,ACR得比例系数为 4.校验近似条件电流环截止频率s-1 （1）晶闸管装置传递函数近似条件 ﹤ 现在 = s－1> 满足近似条件（2)忽略反电动势对电流环影响得条件:; 现在, = 满足近似条件。 (3)小时间常数近似处理条件: =

同步时序电路的设计步骤

同步时序电路的设计步骤同步时序电路的设计步骤同步时序电路的分析是根据给定的时序逻辑电路，求出能反映该电路功能的状态图。状态图清楚地表明了电路在不同的输入、输出原状态时，在时钟作用下次态状态的变化情况。同步时序电路的设计的设计是分析的反过程，其是根据给定的状态图或通过对设计要求的分析得到的状态图，设计出同步时序电路的过程。这里主要讨论给定状态图的情况下的同步时序电路的设计，对于具体的要求得到状态图的过程一般是一个较复杂的问题，这是暂不讲。根据已知状态图设计同步时序电路的过程一般分为以下几步： 1.确定触发器的个数。首先根据状态的个数来确定所需要触发器的个数，如给定的状态个数为n，由应满足 n≤2K,K为实现这来状态所需要的触发器的个数。（实际使用时可能给定的状态中存在冗余项，这时一般还须对状态进行化简。） 2.列出状态转移真值表。根据状态列出状态转移真值表，也称状态表、状态转移表。 3.触发器选型。选择合适的触发器，通常可选的触发器有：JK-FF,D-FF,T-FF,一般使用较广的为JK-FF。根据状态图和给出的触发器的型号写出其输入方程，通常在写输入方程时须对其进行化简，以使电路更简单。 4.求出输出方程。根据状态表，求出输出逻辑函数Z的输出方程，还过有些电路没有独立的输出，这一步就省了。 5.画出逻辑图。根据输入方程、输出方程画出逻辑电路图。 6.讨论设计的电路能否自启动。在设计的电路中可能出现一些无关的状态，这些状态能否经过若干个时钟脉冲后进行有效的状态。同步时序电路设计举例例按下图状态图设计同步时序电路。 1.根据状态数确定触发器的数目：由状态图可以看出，其每个状态由两个状态，故可用两个触发器。其变量可用Q 1,Q 表示； 2.根据状态图列出状态表：状态表的自变量为输入变量x和触发器当前状态Q 1 n,Q n，而应变量为触发器的次态 Q 1n+1Q n+1、及输出z，列表时将自变量的所有组合全部列出来，其中当Q 1 n Q n=01的状态为不出现，其输出可看作任意项处理。

锁相环应用电路仿真

高频电子线路实训报告锁相环路仿真设计专业学生姓名学号 2015 年 6 月24日

锁相环应用电路仿真锁相环是一种自动相位控制系统，广泛应用于通信、雷达、导航以及各种测量仪器中。锁相环及其应用电路是“通信电子电路”课程教学中的重点容，但比较抽象，还涉及到新的概念和复杂的数学分析。因此无论是教师授课还是学生理解都比较困难。为此，我们将基于Multisim的锁相环应用仿真电路引入课堂教学和课后实验。实践证明，这些仿真电路可以帮助学生对相关容的理解，并为进行系统设计工作打下良好的基础。锁相环的应用电路很多，这里介绍锁相环调频、鉴频及锁相接收机的Multisim仿真电路。 1.锁相环的仿真模型首先在Multisim软件中构造锁相环的仿真模型(图1)。基本的锁相环由鉴相器(PD)、环路滤波器(I P)和压控振荡器(VCO)三个部分组成。图中，鉴相器由模拟乘法器A 实现，压控振荡器为V3，环路滤波器由R1、C1构成。环路滤波器的输出通过R2、R3串联分压后加到压控振荡器的输入端，直流电源V2用来调整压控振荡器的中心频率。仿真模型中，增加R2、R3及的目的就是为了便于调整压控振荡器的中心频率。图1 锁相环的仿真模型 2.锁相接收机的仿真电路直接调频电路的振荡器中心频率稳定度较低，而采用晶体振荡器的调频电路，其调频围又太窄。采用锁相环的调频器可以解决这个矛盾。其结构原理如图2所示。

图2 锁相环调频电路的原理框图实现锁相调频的条件是调制信号的频谱要处于低通滤波器通带之外，也就是说，锁相环路只对慢变化的频率偏移有响应，使压控振荡器的中心频率锁定在稳定度很高的晶振频率上。而随着输人调制信号的变化，振荡频率可以发生很大偏移。图3 锁相环调频的仿真电路根据图2建立的仿真电路如图3所示。图中，设置压控振荡器V1在控制电压为0时，输出频率为0；控制电压为5V时，输出频率为50kHz。这样，实际上就选定了压控振荡器的中心频率为25kHz，为此设定直流电压V3为2.5V。调制电压V4通过电阻Rs接到VCO的输人端，R实际上是作为调制信号源V4的阻，这样可以保证加到VCO输人端的电压是低通滤波器的输出电压和调制电压之和，从而满足了原理图的要求。本电路中，相加功能也可以通过一个加法器来完成，但电路要变得相对复杂一些。 VCO输出波形和输人调制电压的关系如图4所示。由图可见，输出信号频率随着输人信号的变化而变化，从而实现了调频功能。

电压环与电流环设计报告

————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：

控制电路设计一、电流环的设计电流环的设计核心是控制主电路上电感电流的平均值，使它处于稳定状态，根据主电路与设计思路得电流控制环的系统框图如下： - + Vcv PI 1/Vs Vd Vo + -1/SL IL K1 其中Vcv 为电压环的输出电压（即系统的参考电压），Vs 为锯齿波的幅值，IL 为电感上的电流，K1为采样的放大倍数。设置PI 为单零点—单极点补偿网络。如下图所示： R1 R2C1 -+ 因为系统的开关频率为100KHZ ，为了避免开关频率对控制环路的影响，穿越频率fci 必须远远小于开关频率，当然为了对系统动态响应的速度，我们希望fci 越大越好，在一般的开关电源中，fci 都小于开关频率的1/10，此处我们设置为开关频率的1/10，即10KHZ 。补偿网络的传递函数为：211111 ()R C S G s R C S += , 由系统框图可以得系统的开环传递函数为：21211(1)11 ()1S R C S G S K R C S V SL += ，式中：Vs=5V ；L=15uH;

K1=1/100; S=jw;代入上式，当 fci=10KHz 时，2()G S =1，令补偿零点角频率1211w R C = 在fci/2处，即121 1 w R C ==5KHz ，经计算得11R C =62.710-?,21R C =4210-?,所以 2 1 R R =74，令1R =1K ，得2R =74K ，1C =2.7 nf, 代入得开环传递函数为：224 5000 ()/10 S G S S -+=，经MATLAB 画出BODE 图如下：从上图可以看出，在(1/2)fci 频率处，开环传递函数的斜率由-40dB 变成-20dB ，可以达到较快的动态响应，由于传递函数以-20dB 的斜率穿越0dB 线，也可以获得足够的相位裕量（64度）。同时由于从0Hz~(1/2)fci 之间，开环传递函数以-40dB 斜率衰减，可以获得很高的静态增益，从而使得静态误差非常的小。根据乃奎斯特环路稳定性判据，系统是稳定的，设计也合理。二、电压环的设计在电压环的设计中，电流环可视为控制对象的一个环节，因此先得求取电流控制环的闭环传递函数，由前面的电流控制环的开环传递

电流调节器设计举例样本

双闭环直流调速系统设计举例例题2-1：某晶闸管供电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：直流电动机： 220V、136A、1460r／min，Ce=0.132V﹒min／r，容许过载倍数λ=1.5。晶闸管装置放大系数Ks =40。电枢回路总电阻R＝0.5 时间常数电流反馈系数β=0.062V／A（β≈10V/1.5I N）试按工程办法设计电流调节器，设计规定如下规定稳态指标：电流无静差；动态指标：电流超调量＜5％。双闭环直流调速系统构造图如下

双闭环直流调速系统电流环设计 1．拟定期间常数 (1)整流装置滞后时间常数Ts 。三相桥式电路平均失控时间 T s =0.0017s 。 -I dL U U + - - + - U ACR 1/R T s+1 R T s U * U K T s+1 I 1 + E β T s+1 1 T s+1 ASR 1 T s+1 α T s+1 U * n

（2）电流滤波时间常数三相桥式电路每个波头时间是3．33ms，为了基本滤平波头，应有（l～2）=3．33ms，因而取=2ms＝0.002s。（3）电流环小时间常数；按小时间常数近似解决，取＝0.0037s。2．选取电流调节器构造依照设计规定：5％，并且因而可按典型1型系统设计。电流调节器选用PI型，其传递函数为 3．选取电流调节器参数

ACR超前时间常数：== 0.03s。电流环开环增益：规定5％时，应取＝0.5因而于是，ACR比例系数为 4．校验近似条件电流环截止频率s-1（1）晶闸管装置传递函数近似条件﹤ 当前= s-1> 满足近似条件

【原创】锁相环PLL制作与调试要点.

基于MC145152+MC12022+MC1648L+LM358 的锁相环电路一、MC145152（鉴相器） MC145152－2 芯片是摩托罗拉公司生产的锁相环频率合成器专用芯片。它是MC145152－1 芯片的改进型。主要具有下列主要特征：（1）它与双模（P／（P＋1））分频器同时使用，有一路双模分频控制输出MC。当MC 为低电平时，双模分频器用（P＋1）去除；当MC 为高电平时，双模分频器用模数P 去除。（2）它有 A 计数器和N 计数器两个计数器。它们与双模（P／（P＋1））分频器提供了总分频值（NP＋A）。其中，A、N 计数器可预置。N 的取值范围为3～1023，A 的取值范围为0～63。A 计数器计数期间，MC 为低电平；N 计数器计数（N－A）期间，MC 为高电平。（3）它有一个参考振荡器，可外接晶体振荡器。（4）它有一个R计数器，用来给参考振荡器分频，R计数器可预置，R的取值范围：8，64，128，256，512，1024，1160，2048。设置方法通过改变RA0、RA1、RA2的不同电平，接下来会讲到。（5）它有两路鉴相信号输出，其中，ФR、ФV 用来输出鉴相误差信号，LD 用来输出相位锁定信号。 MC145152－2 的供电电压为3．0 V～9．0 V，采用28 脚双列封装形式。MC145152－2的原理框图如图1 所示 MC145152－2 的工作原理：参考振荡器信号经R 分频器分频后形成fR 信号。压控振荡器信号经双模P/(P＋ 1)分频器分频，再经A、N 计数器分频器后形成fV 信号，fV＝fVCO/(NP＋A)。fR 信号和fV 信号在鉴相器中鉴相，输出的误差信号（φR、φV）经低通滤波器形成直流信号，直流信号再去控制压控振荡器的频率。当整个环路锁定后，fV＝fR 且同相，fVCO＝（NP＋A） fV＝（NP＋A）fR，便可产生和基准频率同样稳定度和准确度的任意频率。原理框图如右图：

双闭环直流调速系统调节器设计教材

课程设计任务书信息工程与自动化学院学院自动化专业10 年级学生姓名：_11 _______ 课程设计题目：______ 双闭环直流调速系统调节器设计_________ 课程设计主要内容：根据要求完成调节器的计算与工程设计，实现1、稳态：无静差；2、动态指标：电流超调<5%;转速超调<10%;、振荡次数N<2次。并绘制相关电路原理图。电机参数及指标要求：设计一个双闭环直流电动机调速系统，整流装置采用三相桥式电路，电动机参数：U N=220V, P N=500Kw,l dN=760A,n N=375r/min,Ce=1.82V.min/r, 过载倍数入=1.5，整流装置放大系数Ks= 75,电枢回路总电阻R= 0.14 欧，时间常数TI=0.031s,Tm=0.112s,电流反馈滤波时间常数Toi=0.002s, 转速反馈滤波时间常数Ton二0.02s，要求实现稳态无静差，电流超调量。 i %< 5%,空载起动到额定转速时的转速超调量（T n%w 10%,取转速调节器和电流调节器的饱和值为12V,输出限幅值为10V,额定转速时转速给定 Un*10V。设计指导教师（签字）：张寿明

教学基层组织负责人（签字）：__________________________ 2013年12月10日摘要：双闭环直流调速控制系统有较好性能，因而得到广泛应用。在实际应用中，选定电动机后，其参数是不可变的，只能通过改变双闭环直流调速系统内环电流调节器和外环的转速调节器的参数来提高整个系统的性能。建立系统的数学模型，分别按二阶最佳和三阶最佳设计方案，采用PI 控制算法，对电流调节器和转速调节器进行设计，对所建立的模型在Matlab6 ．5的环境下进行仿真，试验证明此设计是可行的。: 关键字: 双闭环；直流调速系统；调节器注：本系统设计由课本P95习题及运控大作业提供数据及初步模型

运算放大器的保护环设计

关于运放保护环在弱信号放大的情况下，尤其是对弱电流放大的情况下，有可能需要在运放的输入端加一个保护环（guard ring，或称屏蔽环)，目的是抑制漏电流对运放输入端造成影响。先说漏电流的形成。所谓漏电流，也是电流，它的形成也不外乎电压和电阻，这里的电压是比较复杂，包括运放供电的电压，也包括信号的电压和外界干扰的电压。这里的电阻是漏电阻，是指两个网络节点在理想情况下应该是无穷大的实际电阻，漏电阻可能在几百兆或上百G欧姆范围。影响漏电阻的因素有PCB的材料、劣质的PCB走线层及PCB的污染，PCB 的污染包括电路板表层的油污、空气潮湿、助焊剂和电路板清洗剂等，这些物质的存在会形成漏电流路径。比如说，5V的供电电源处于输入引脚处之间的电压是5V，由于电路板污染的存在，它们之间的漏电阻为100G欧，那么形成的漏电阻就是50pA，这个数值可能比高精度运放的偏置电流大几十倍，这就是为什么要抑制漏电流的原因。对于直流来说，影响可能还能校正过来，但外界的干扰或被测信号的影响来说，那可能是致命的，无法校正的。漏电流的抑制方法。这个方法就是加保护环，保护环的添加有几个注意点及其原因：一是保护环与被保护对象的电位要相等或接近，目的是减小压差，在保护环内电位基本相等，从而减小漏电流，这是针对环内来说的。二是保护环要接到尽量低的阻抗点上，即被低阻抗的源所驱动。这一点是针对环外来说的，如果外界对保护环有漏电流，那么电流通过低阻抗源可以更容易导走，而不至于过多地影响环的电位。如下图所示，它是AD公司推荐的两种接法，前者是反相放大形式的接法，由于同相端接地，它的阻抗是0，所以保护环绕反相端保护，而接到同相端；后者是同相放大形式的接法，同相端的阻抗是很大的，所以相比之下，把保护环保护同相端而接到反相端更好。后面的图是保护环的画法。

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

集成电路锁相环设计报告

锁相环CD4046设计频率合成器 ------集成电路考试实验设计报告学校：福州大学学院：物理与信息工程学院班级：09级信息工程类2班姓名：吴志强学号：110900636 姓名：吴鑫学号：110900635

目录一、设计和制作任务 (3) 二、主要技术指标 (3) 三、确定电路组成方案 (3) 四、设计方法 (3) （一）、振荡源的设计 (3) （二）、N分频的设计 (3) （三）、10HZ标准信号源设计（即M分频的设计） (5) 五、锁相环参数设计 (6) 六、调试步骤 (6) 七、参考文献 (7) 附录：各芯片的管脚图 (7)

锁相环CD4046设计频率合成器一、设计和制作任务 1．确定电路形式，画出电路图。 2．计算电路元件参数并选取元件。 3．组装焊接电路。 4．调试并测量电路性能。 5．写出课程设计报告书二、主要技术指标 1．频率步进 10Hz 2．频率范围：1kHz—10kHz 3．电源电压 Vcc=5V 三、确定电路组成方案原理框图如下，锁相环路对稳定度的参考振动器锁定，环内串接可编程的分频器，通过改变分频器的分配比N，从而就得到N倍参考频率的稳定输出。晶体振荡器输出的信号频率f1，经固定分频后（M分频）得到基准频率f1’，输入锁相环的相位比较器（PC）。锁相环的VCO 输出信号经可编程分频器（N分频）后输入到PC的另一端，这两个信号进行相位比较，当锁相环路锁定后得到：f1/M=f1’=f2/N 故f2=Nf’1 (f’1为基准频率) 当N变化时，或者N/M变化时，就可以得到一系列的输出频率f2。四、设计方法（一）、振荡源的设计用CMOS与非门和1M晶体组成 1MHz振荡器，如图14。图中Rf 使 F1工作于线性放大区。晶体的等效电感，C1、C2构成谐振回路。C1、 C2可利用器件的分布电容不另接。 F1、F2、F3使用CD4049。（二）、N分频的设计用三片4522组成1——10kHZ频率合成器 CD1522的二一十进制1/N减计数器。其引脚见附录。其中D1-D4是预置端，Q1

电流环设计

（1）确定时间常数 1）整流装置滞后时间常数s T 。按表2-2，三相桥式电路的平均失控时间s T =0.0017s 。 2）电流滤波时间常数oi T 。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）oi T =3.33ms ，因此取oi T =2ms=0.002s 。 3）电流环小时间常数之和i T ∑。按小时间常数近似出黎，取∑i T =s T +oi T =0.0037s 。（2）选择电流调节器结构根据设计要求i σ≤5%，并保证稳态电流误差，可按典型Ⅰ型系统设计电流调节器。电流环控制对象是双惯性型的，因此可用PI 型电流调节器，其传递函数见式(3-48)。检查对电源电压的抗扰性能：i l T T ∑≈0.0037 0.03≈8.11，参看表3-2的典型Ⅰ型系统动态抗扰性能，各项指标都是可以接受的。（3）计算电流调节器参数电流调节器超前时间常数：s T l 03.0i ==τ。电流环开环增益：要求i σ≤5%是，按表3-1，应取i I T K ∑=0.5，因此 1-i I 135.10.0037 0.5T 0.5K s ≈== ∑ 于是，ACR 的比例系数为 1.5350.044 360.60.03135.1K R K K s i I i ≈???== βτ （4）校验近似条件电流环截止频率：-1I ci 135.1s K ==ω 1）校验晶闸管整流装置传递函数的近似条件 ci ω>≈?=1-1-s 196.1s s 0.0017313T 1 满足近似条件 2）校验忽略反电动势变化对电流环动态影像的条件 ci l m s s T ω<≈??=--1136.9203 .022.013T 13 满足近似条件

单元15-时序逻辑电路

第十六单元时序逻辑电路（8学时——第49～56学时）主要容：时序逻辑电路的分析与设计教学重点：时序逻辑电路的分析与设计方法教学难点：时序逻辑电路的设计教学方法：启发式教学、探究式教学教学手段：实验、理论、实际应用相结合第一部分知识点一、时序电路概述时序电路的状态及输出是与时间顺序有关的，由组合电路和存储电路（多为触发器）组成，1、特点任意时刻的输出，不仅与该时刻的输入有关、还与电路原来的状态有关。 2、分类按逻辑功能分为计数器、寄存器等，按触发器工作分为同步电路和异步电路，按电路输出信号特性分为Mealy型（输出与输入及电路现态有关）和Moore型（输出仅与电路现态有关）电路。二、时序电路的分析 1、分析步骤（1）写出电路的时钟方程（各触发器的CP表达式）、输出方程（各输出端表达式）及驱动方程（各触发器的触发信号表达式）。（2）求出电路的状态方程（各触发器的状态表达式）（3）计算得出电路工作状态表（4）画状态图及时序图（5）分析电路功能 2、分析举例分析时序电路

（1）时钟方程CP0=CP1=CP2=CP 输出方程n n n Q Q Q Y 1 2 = 驱动方程n Q J 2 =、n Q K 2 =，n Q J 1 =、n Q K 1 =，n Q J 1 2 =、n Q K 1 2 =（2）状态方程将J、K代入JK触发器特征方程n n n Q K Q J Q+ = +1得各触发器状态方程： n n Q Q 2 1 = +、n n Q Q 1 1 = +、n n Q Q 1 1 2 = + （3）计算得到状态表现态次态输出 n Q 2 n Q 1 n Q 1 2 | n Q+1 1 + n Q1 + n Q Y 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 （4）画状态图及时序图（5）逻辑功能这是一个有六个工作状态的同步工作电路，属Moore型电路。（6）有效态和无效态

电压调节器设计

基于PWM控制的交流发电机电压调节器摘要：本文介绍了基于SG3525 PWM控制器的交流发电机电压调节器的硬件电路。较为详细地分析了通过检测交流发电机的输出平均电压来改变输出PWM波的占空比，进而控制电机励磁绕组产生合适的励磁电流来使输出电压稳定于规定的水平。关键词：电压调节器；PWM Alternator voltage regulator based on the PWM Controller Abstracts：This article introduces the design of hardware of the alternator voltage regulator system based on the SG3525 PWM controller for synchronous machines. Detailed analysis of how to change the average duty cycle of the PWM wave by detecting the average output voltage of the alternator, and thus control the motor field winding to generating the appropriate excitation current,so that the output voltage is stabilized at the required level. Key words: Voltage regulator; PWM 前言：电压调节电路是航空发电机Array的重要组成部分。其基本组成有电压检测、比较、放大与执行和控制几个环节，如图1所示。本文的交流发电机调压系统是以 SG3525芯片为核心的。交流发电机的输出平均电压经电压采样电路反馈到SG3525的1脚，即误差放大器的反相端。当输出电压有波动时，误差放大器会放大误差，后续电路将会自动调节其输出图1 电压调节器方块图 PWM波的占空比，进而使功率驱动电路的输出波形的导通时间改变，从而调节了发电机的励磁电流，使其输出电压回复为正常值。 1 输出电压检测电路本调节器输出电压的检测采用平均电压检测，如图2所示。电压 Ud由三相电压经变压整流后取得，其平均值取决于三个线电压的大小。图2 平均电压检测电路

Moore型同步时序逻辑电路的设计与分析

实验九Moore型同步时序逻辑电路的分析与设计 22920132203686 薛清文周2下午实验一．实验目的： 1.同步时序逻辑电路的分析与设计方法 2.D，JK触发器的特性机器检测方法。 2.掌握时序逻辑电路的测试方法。 3.了解时序电路自启动设计方法。 4.了解同步时序电路状态编码对电路优化作用。二．实验原理：二、 1.Moore同步时序逻辑电路的分析方法：时序逻辑电路的分析，按照电路图（逻辑图），选择芯片，根据芯片管脚，在逻辑图上标明管脚号；搭接电路后，根据电路要求输入时钟信号（单脉冲信号或连续脉冲信号），求出电路的状态转换图或时序图（工作波形），从中分析出电路的功能。 2.Moore同步时序逻辑电路的设计方法：（1）分析题意，求出状态转换图。（2）状态分析化简：确定等价状态，电路中的等价状态可合并为一个状态。（3）重新确定电路状态数N，求出触发器数n，触发器数按下列公式求：2n-1

集成电路课程设计——锁相环

集成电路实验报告学号：110800316 姓名：苏毅坚指导老师：罗国新 2011年1月

锁相环CD4046设计频率合成器实验目的：设计一个基于锁相环CD4046设计频率合成器范围是10k~100K，步进为1K 设计和制作步骤：确定电路形式，画出电路图。计算电路元件参数并选取元件。组装焊接电路。调试并测量电路性能。确定电路组成方案原理框图如下，锁相环路对稳定度的参考振动器锁定，环内串接可编程的分频器，通过改变分频器的分配比N，从而就得到N倍参考频率的稳定输出。晶体振荡器输出的信号频率f1，经固定分频后（M分频）得到基准频率f1’，输入锁相环的相位比较器（PC）。锁相环的VCO 输出信号经可编程分频器（N分频）后输入到PC的另一端，这两个信号进行相位比较，当锁相环路锁定后得到：f1/M=f1’=f2/N 故f2=Nf’1 (f’1为基准频率) 当N变化时，就可以得到一系列的输出频率f2。设计方法（一）、振荡源的设计用CMOS与非门和1M晶体组成 1MHz振荡器，如图14。图中Rf 使 F1工作于线性放大区。晶体的等效电感，C1、C2构成谐振回路。C1、 C2可利用器件的分布电容不另接。 F1、F2、F3使用CD4049。（二）、N分频的设计 N分频采用CD40103进行分频。CD40103是BCD码8位分频器。采用8位拨码开关控制分频大小。输入的二进制大小即为分频器N分频。图中RP1为1K排阻

（三）、1KHZ标准信号源设计（即M分频的设计）根据4518的输出波形图，可以看出4518包含二分频、四分频、十分频，用二片CD4518（共4个计数器）组成一个1000分频器，也就是三个十分频器，这样信号变为2Khz.再经过双D触发器，这样就可把2MHz的晶振信号变成500hz 的标准信号。如下图所示：（四） 4046锁相环的设计锁相环4046为主芯片。电路图如下：500Hz 信号从14脚输入。3 脚4脚接N分频电路，即40103分频电路。13脚接低通滤波器。本设计中，M固定，N可变。基准频率f’1 定为1KHz，改变N值，使N=1~999，则可产生 f2=1KHz—999KHz的频率范围。锁相环锁存范围： fmax=100KHz fmin=1KHz

PMSM电流环速度环位置环设计与实现中的心得体会

一：电流环参数的调节 1：PMSM传动控制系统中，电机运行速度范围很宽，电流频率范围从零到上百赫兹，要在这么宽的频率范围内准确地检测电机电流，常选用霍尔元件实现电机电流的检测。霍尔检测方法优点：动态响应好，信号传输线性及频带范围宽等优点。为保证电机对称运行，电流三相各反馈信道的反馈系数必须相等，这就要精心选择调理电路组件，仔细调整反馈回路参数。信号调理电路使用模拟放大器时，放大器的零漂是影响电机低速运行性能的主要因素，要仔细调整放大器，将零点漂移控制在10mv以内。 2：PMSM调速系统需要电机有很宽的调速范围，达到10^4：1以上，要在这么宽的速度范围内检测出电机的速度，以实现调速系统的控制确实是个很重要的问题。尽管T法在低速时有很好的测速精度，但研究调速系统控制的论文极少见使用(T或M/T)法测速的，基本上都是采用M法测速。实际上，当电机处于极低转速时，电机能否稳定运行不仅仅取决于位置传感器及其所送来的脉冲信号，还有速度调节器的作用，以及电流环与电机转子惯性环节的影响，所以，M法仍可用于低速范围内电机速度的检测与反馈。 3：电流调节器参数对电流环的动态响应具有决定性影响。电流调节器比例系数越大，电流阶跃跟踪响应速度越快，响应的超调越大，振荡次数越多。电流调节器的积分系数越大，电流阶跃跟踪响应的稳态误差越小，但太大会引起电流环振荡。 PMSM调速控制系统的电流环控制对象为PWM逆变器、电机电枢绕组、电流检测环节组成。在实际系统运行过程中，电流环的相应受电机反电势的影响，电流环动态响应不好，为提高永磁同步电机调速系统电流环动态响应性能，抑制反电动势对电流环的影响，在实际系统电流调节器制作时，比例和积分系数均做了调整，增大比例系数，减小积分时间常数。电流环响应若不加微分负反馈环节，电流环动态响应将会出现振荡与超调。然而实际应用中，通常不加微分反馈环节，因为微分极易引起系统的振荡。而且按照电流环I型系统的校正原则，采用PI控制才能实现电流环系统的稳定性和高动态响应。二、速度环参数的调节采用II型系统设计的速度环，实际应用中，在速度阶跃过程中，速度调节器会出现饱和，系统的实际运行情况和设计时所采用的线性对象具有很大的差别，调节器设计时的初始条件和实际系统退饱和后调节器参与调节时的初始条件有很大差别。因此按照II型系统设计的速度环需要作很大的调整才能满足实际系统的需要。但该设计方法关于调节器的形式选择仍然适用。从自动控制原理可知，调速控制系统的速度超调是使用PI调节器并要求有快速响应的必然结果，原因是速度调节器要退出饱和，参与调解。随着速度调节器输出限幅的增加，速度响应加快，到达指定速度时的振荡程度增加。输出限幅数值决定电机在动态过程中加速力矩的大小，影响电机在加减速过程中的加速度，影响调速系统的速度响应过程。输出限幅值要合理设置，应该充分利用电机的过载能力，以提高调速控制系统的速度响应性能。同时，在调速控制系统中可设置速度微分负反馈（肖老师建议速度环一般不要加前馈），可以

《电力拖动自动控制系统》-第二章转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法

第二章转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法内容提要：转速、电流双闭环控制的直流调速系统是应用最广性能很好的直流调速系统。本章着重阐明其控制规律、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。我们将重点学习： ●转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性 ●双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析 ●调节器的工程设计方法 ●按工程设计方法设计双闭环系统的调节器 ●弱磁控制的直流调速系统 2.1 转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性问题的提出：第1章中表明，采用转速负反馈和PI调节器的单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，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。 1. 主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。在单闭环直流调速系统中，电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只能在超过临界电流值 Idcr 以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想地控制电流的动态波形。 2．理想的启动过程 a) 带电流截止负反馈的单闭环调速系统 b) 理想的快速起动过程 2-1 直流调速系统起动过程的电流和转速波形性能比较：带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统起动过程如图所示，起动电流达到最大值Idm 后，受电流负反馈的作用降低下来，电机的电磁转矩也随之减小，加速过程延长。理想起动过程波形如图所示，这时，起动电流呈方形波，转速按线性增长。这是在最大电流（转矩）受限制时调速系统所能获得的最快的起动过程。 3. 解决思路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Idm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

双环反馈控制的SPWM逆变电源中电流环的设计(精)

双环反馈控制的 SPWM 逆变电源中电流环的设计陈元娣,朱忠尼,林洁 (空军雷达学院电子对抗系, 武汉 430019 摘要:针对目前电流环的设计方法不明确的问题, 通过建立 DC/AC系统的动态模型并对该模型进行理论上的推导和分析得出了电流环的设计方法. 该方法在系统参数不完全明确的情况下, 电流内环尽量采取 PI 调节器, 将使系统的稳定性更好, 参数调整比较方便, 能满足一定的带宽和动态特性. 通过仿真实验验证了理论推导的正确性. 关键词:逆变器 ; 双环反馈 ; 电流环中图分类号:TM464 文献标识码:A 近年来, SPWM 正弦波逆变器的反馈控制技术发生 2个较大变化, ①单环控制变为多环控制, ②有效值恒定反馈变为“瞬时” 值反馈, 目的是为了提高系统的动态响应速度和改善并控制在任意负载, 特别是非线性负载下的输出波形 . 对于双环系统, 一般采取电压外环, 电流内环的设计. 电压环的作用是跟踪和稳定输出电压,它的设计大多采取 PI 调节器模式. 电流环的作用是使逆变器的动态响应加快, 负载适应能力加强, 并具有输出电流限制能力, 可提高系统的可靠性, 因此, 电流环的设计是双环反馈控制的关键技术之一.对于电流环的设计, 常见有 P 和 PI 2种设计方法 , 在实际应用中到底选哪种方法合适,目前还没有成熟的结论. 本文通过建立 DC/AC系统的动态模型, 对该模型进行理论上的简化和特性分析.理论分析表

明:在系统参数不完全明确的情况下, 电流内环尽量采取 PI 调节器; 当系统参数基本明确或系统的惯性较小 (如大功率逆变器情况下, 可以考虑采取 P 调节器, 可以降低系统的调节难度, 提高系统的响应速度.通过对实际系统的仿真验证了本文结论的正确性. 1系统动态模型的简化设计原则图 1是 SPWM 正弦波逆变器的功率电路原理框图. 图 2是其等效模型, 图中 T 1=L /r 为滤波器电感的时间常数, r 为滤波电感直流电阻, T 为电压检测电路的延迟时间常数, LT 为电流环, SPWM 控制器加逆变器的等效模型为 G 1= K PWM U ab s Ls +r s s

解 电流调节器的设计