双闭环直流调速系统开题报告
基于V-M的双闭环直流运动控制系统的设计和校正
学生：黄觉鸿
指导教师：曾孟雄
教学单位：机械与材料学院
1 绪论
1．1 课题的来源、研究背景及意义
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。
直流电动机因具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛应用。晶闸管问世后，生产出成套的晶闸管整流装置，组成晶闸管—电动机调速系统（简称V-M系统）。采用速度、电流双闭环直流调速系统,可以充分利用电动机的过载能力获得最快的动态过程，调速范围广，精度高，和旋转变流机组及离子拖动变流装置相比，晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都有很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的优越性，动态和静态性能均好，且系统易于控制。双闭环系统的转速环用来控制电动机的转速，电流环控制输出电流；该系统可以自动限制最大电流，能有效抑制电网电压波动的影响；且采用双闭环控制提高了系统的阻尼比，因而较之单闭环控制具有更好的控制特性。
尽当今功率半导体变流技术已有了突飞猛进的发展，但在工业生产中V-M 系统的应用还是有相当的比重。所以以此为课题进行研究具有一定的实用价值。
1.2 相关课题的发展历史
控制系统其实从20世纪40年代就开始使用了，早期的现场基地式仪表和后期的继电器构成了控制系统的前身。现在所说的控制系统，多指采用电脑或微处
理器进行智能控制的系统，在控制系统的发展史上，称为第三代控制系统，以PLC和DCS为代表，从70年代开始应用以来，在冶金、电力、石油、化工、轻工等工业过程控制中获得迅猛的发展。从90年代开始，陆续出现了现场总线控制系统、基于PC的控制系统等。
70年代中期，由于设备大型化、工艺流程连续性要求高、要控制的工艺参数增多，而且条件苛刻，要求显示操作集中等，使已经普及的电动单元组合仪表不能完全满足要求。在此情况下，业内厂商经过市场调查，确定开发的DCS产品应以模拟量反馈控制为主，辅以开关量的顺序控制和模拟量开关量混合型的批量控制，它们可以覆盖炼油、石化、化工、冶金、电力、轻工及市政工程等大部分行业。
1975年前后，在原来采用中小规模集成电路而形成的直接数字控制器(DDC)的自控和计算机技术的基础上，开发出了以集中显示操作、分散控制为特征的集散控制系统 (DCS)。由于当时计算机并不普及，所以开发DCS应强调用户可以不懂计算机就能使用DCS;同时，开发DCS还应强调向用户提供整个系统。此外，开发的DCS应做到与中控室的常规仪表具有相同的技术条件，以保证可靠性、安全性。
在以后的近30年间，DCS先与成套设备配套，而后逐步扩大到工艺装置改造上，与此同时，也分成大型DCS和中小型DCS两类产品，使其性能价格比更具有竞争力。DCS产品虽然在原理上并没有多少突破，但由于技术的进步、外界环境变化和需求的改变，共出现了三代DCS产品。1975年至80年代前期为第一代产品，80年代中期至90年代前期为第二代产品，90年代中期至21世纪初为第三代产品。
1.2.2 PLC的诞生和发展
在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字设备公司（DEC）研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable ,是世界上公认的第一台PLC。由于第一代PLC是为了取代继电器的，因此，采用了梯形图语言作为编程方式，形成了工厂的编程标准。这些早期的控制器满足了最初的要求，并且打开了新的控制技术的发展的大门。在很短的时间，PLC就迅速扩展到食品、饮料、金属加工、制造和造纸等多个行业。
20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC 增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller （PLC）。
上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30-40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。
1.2.3 PC技术推动了工控机技术的发展
历史上，VME总线工业控制机一直是许多嵌入式应用的首选机型。1981年，Mostek、Motorola、Philip和Signetics公司发明了VME总线，1996年的新标准VME64(ANSI/VITA1-1994)将总线数据宽度提升到64位，最大数据传输速度为80Mbps。由Force Computers制定的VME64x总线规范将总线速度提高到了320Mbps。VME总线工控机是实时控制平台，大多数运行的是实时操作系统，并由OS制造商提供专用的软件开发工具开发应用程序。VME总线最新产品已经采用了500MHz的Pentium Ⅲ处理器。
由于用户希望使用与所熟悉的桌面PC机相同的操作系统和开发工具，导致了开放式桌面PC在工业环境中的直接应用。除了VME总线工控机外，产生了一系列基于PC的、与ISA/PCI总线标准兼容的嵌入式工控机，其中比较有代表性的是CompactPCI/PXI总线、AT96总线、STD总线、STD32总线、 PC/104和PC/104-Plus总线嵌入式工业控制机。
1995年6月PCI SIG正式公布了PCI 局部总线规范2.1版，同时PICMG推出了第一个标准PCI/ISA无源背板总线标准。为了将PCI SIG的PCI总线规范用在工业控制计算机系统，1995年11月PCI工业计算机制造者联合会(PICMG)颁布了CompactPCI规范1.0版。由于CPCI总线工控机良好地解决了可靠性和可维护性问题，而且基于Microsoft的软件和开发工具的价位比较低，所以，CPCI 工控机得以迅速打入嵌入式产品市场。但相对于PCI/ISA加固型工控机而言，由
于总体成本高、技术开发难度大、无源背板定义并不完全统一导致模板配套性差、电磁兼容性设计要求高等因素，CompactPCI工控机在工业过程控制领域并未得到实际应用，反而在电信市场获得广泛应用。
1.2.4 现场总线控制系统
现场总线技术是从80年代后期诞生的网络通信技术，经历十几年左右的发展，国际上出现了几个有代表性的现场总线标准和几个系列产品，较流行的有:
(1) Profibus现场总线
它是作为德国国家标准和欧洲国家标准的现场总线标准。该项技术是由西门子公司为主的十几家德国公司、研究所共同推出的。它采用OSI模型的物理层、数据链路层。
(2) 控制局域网(Control Area Network，CAN)控制网络
最早由德国BOSCH公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间数据通信。
此外还值得一提的是，可寻址远程传感器数据公路(Highway Addressable Remote Transducer，HART)协议，它是由美国Rosemount公司最早推出的一种兼容4~20mA模拟信号和调制数字信号的现场总线协议。在当前的过渡时期具有较强的竞争力，得到了较快的发展。
(3) 基金会现场总线(Foundation Fieldbus)
在现场总线标准的研究制订过程中，出现过多种企业集团或组织，通过不断的竞争，到1994年在国际上基本上形成了两大阵营，一个以Fisher-Rosemount 公司为首，联合Foxboro、横河、ABB、西门子等80家公司制订的ISP协议；另一个以Honeywell公司为首，联合欧洲150家公司制订的World FIP协议。这两大集团于1994年合并，成立现场总线基金会(Fieldbus Foundation,FF)，致力于开发国际上统一的现场总线协议。
(4) LonWork(Local Operating Network局部操作网)现场总线
它是由美国Echelon公司于1990年正式推出的。它采用ISO/OSI模型的全部7层协议，采用了面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置，其最大传输速率为1.5Mbps,传输距离为2700m，传输介质可以是双绞线、光缆、射频、红外线和电力线等。
1．3 国内外的主要研究工作和研究成果
近30年来，电力拖动系统得到了迅猛的发展。但技术革新是永无止尽的，为了进一步提高电动机自动控制系统的性能，有关研究工作正围绕以下几个方面展开：
（1）采用新型电力电子器件
电力电子器件的不断进步，为电机控制系统的完善提供了物质保证，新的电力电子器件正向高压，大功率，高频化和智能化方向发展。智能功率模块（IPM）的广泛应用，使得新型电动机自动控制系统的体积更小，可靠性更高。
传统直流电动机的整流装置采用晶闸管，虽然在经济性和可靠性上都有一定优势，但其控制复杂，对散热要求也较高。电力电子器件的发展，使称为第二代电力电子器件之一的大功率晶体管（GTR）得到了越来越广泛的应用。由于晶体管是既能控制导通又能控制关断的全控型器件，其性能优良，以大功率晶体管为基础组成的晶体管脉宽调制（PWM）直流调速系统在直流传动中使用呈现越来越普遍的趋势。
（2）应用现代控制理论
在过去，人们感到自动控制理论的研究发展很快，但是在应用方面却不尽人意。但近年来，现代控制理论在电动机控制系统的应用研究方面却出现了蓬勃发展的兴旺景象，这主要归功于两方面原因：第一是高性能处理器的应用，使得复杂的运算得以实时完成。第二是在辨识，参数估值以及控制算法鲁棒性方面的理论和方法的成熟，使得应用现代控制理论能够取得更好的控制效果。
（3）采用总线技术
现代电动机自动控制系统在硬件结构上有朝总线化发展的趋势，总线化使得各种电动机的控制系统有可能采用相同的硬件结构。
（4）内含嵌入式操作系统的控制器正在进入电动机控制领域
当今是网络时代，信息化的电动机自动控制系统正在悄悄出现。这种控制系统采用嵌入式控制器，在嵌入式操作系统的软件平台上工作，控制系统自身就具有局域网甚至互联网的上网功能，这样就为远程监控和远程故障诊断及维护提供了方便。目前已经有人研制成功了基于开放式自由软件Linux操作系统的数字式伺服系统。
1.4 本文主要开展的研究工作
根据本课题的实际情况，宜从以下几个方面入手分析：
（1）直流双闭环调速系统的工作原理及数学模型；
（2）双闭环直流调速的工程设计；
（3）应用MATLAB软件对设计的系统进行仿真和校正。
本课题所涉及的调速方案本质上是改变电枢电压调速。该调速方法可以实现大范围平滑调速，是目前直流调速系统采用的主要调速方案。但电机的开环运行性能（静差率和调速范围）远远不能满足要求。按反馈控制原理组成转速闭环系
统是减小或消除静态转速降落的有效途径。转速反馈闭环是调速系统的基本反馈形式。可要实现高精度和高动态性能的控制，不仅要控制速度，同时还要控制速度的变化率也就是加速度。由电动机的运动方程可知，加速度与电动机的转矩成正比关系，而转矩又与电动机的电流成正比。因而同时对速度和电流进行控制，成为实现高动态性能电机控制系统所必须完成的工作。因而也就有了转速、电流双闭环的控制结构。
2 文献综述
2.1 文献简介
（1）在由阮毅、陈维钧主编的《运动控制系统》[1]一书中，以控制规律为主线，按照交流到直流、从开环到闭环（单闭环、双闭环）、从调速到伺服循序渐进，系统简介的介绍了运动控制系统所涉及的基本知识。涵盖了自动控制理论、电力电子技术、机电与拖动基础、计算机控制系统、检测技术、电路等多方面。通过性能分析与比较，解决电动机控制问题使其达到良好的启动与调速性能，一步步由电源选择、调速方法选择、调速系统选择、单闭环双闭环的选择等逐层递进介绍了多种调速方案的优点、缺点和改进措施。其中闭环控制的直流调速系统一章对我帮助很大，涉及了基于MATLAB软件的系统仿真。但是由于篇幅有限，很多地方介绍过于粗浅，比如触发脉冲相位角控制部分没有提及具体的控制大小的实现电路和原理。
（2）邓星钟教授在其主编的《机电传动控制》[2]中突出机电结合、电为机用的特点，力求理论联系实际，元器件的介绍着重于外部特性和在拖动控制系统中的应用。内容包含：机电、控制电器、检测元件、拖动基础、传动系统的过渡过程、有触点控制、电力电子技术、直流伺服、交流伺服、步进电动机的开、闭环控制系统等。其中对电机的控制过程有清晰全方面的介绍，对于理解电机启动和调速控制很有帮助。在电力电子器件方面注重在实际应用，并对控制电路、控制原理都有深入的解析。比如详细得论述了触发脉冲相位角的控制。
（3）在杨叔子杨克冲主编的《机械工程控制基础》[3]侧重于让读者对系统设计有一个完整的了解，从系统所需的基本概念、系统的数学模型的建立、时间响应的分析、频率特性分析、系统的稳定性、系统的性能指标与校正、非线性系统、线性离散系统及系统辨识等。并介绍了MATLAB的使用实例。对于系统模型的建立和稳定性分析校正很清晰。在设计中对于整个系统的理解很重要。但是侧重于系统的问题。
（4）曾令琴、赵胜会主编的《电工学（II）》[4]介绍电工学的电子技术部分，内容大多为电子技术的传统内容，包括晶闸管的结构和特性、放大电路及其工作原理与特点、用途、集成运算放大电路、稳压电路、整流电路、滤波电路等。还涵盖了数字电子技术部分。整体上内容较为单一，不像以上基本著作那么覆盖多学科交叉内容。
2.2 总结
以上专著包含多方面知识，有电机学、电力电子技术、微电子技术、计算机控制技术、控制理论、电路等都是设计电流、转速双闭环直流调速系统所必需。首先，《运动控制系统》为我解决了为什么选择双闭环系统，为什么选择直流电源的问题，知道了设计该课题的必要性和优越性，其对双闭环直流调速系统的特性详细得接受，更有助于理解。其次，《机械工程控制基础》回答了怎样建立系统模型得出系统的传递函数、怎样判定系统稳定性、怎样进行校正等问题。而《机电传动控制》和《电工学（II）》解决所涉及的系统怎么实现的问题，即对各种原件和电路选型和参数要求。总之，本设计课题是一个多学科交织的，涉及的只是很广，需要参考多门专著学习基本知识技能才能完成最终的设计任务。
3 设计思路
3.1 设计方框图
设计方框图[5]如下图所示，这是大体的设计思路，供后续细致设计过程参考。
图3-1 设计方框图
3.2 设计任务和要求
设计电流、转速双闭环直流调速系统并校正系统稳定性。
生产机械运动的驱动电动机D：
P N =10kW，U
N
=220V，I
N
=I
d
=55A， n
N
=1000r/min，R
a
=0.5Ω，
Ce=0.192V·min/r，GD2=10N·m2，L=17Mh，T
s =1.67ms，C
m
=30/π
生产机械要求：调速范围[6]D=10，静差率s=5%
3.3 系统总体结构设计
3.3.1转速、电流双闭环调速系统概述
采用转速负反馈和PI调节器[7]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。
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起动，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就应该能得到近似的恒流过程。问题是希望在起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人端，到达稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不再靠电流负反馈发挥主要的作用。怎样才能做到这种既存在转速和电流两种负反馈作用，又使它们只能分别在不同的阶段起作用呢?双闭环调速系统正是用来解决这个问题的。
3.3.2双闭环直流调速系统的组成
为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级联接，如图3-2所示。
图 3-2 转速、电流双闭环直流调速系统
ASR—转速调节器 ACR—电流调节器 TG—转速测量装置
TA—电流互感器 UPE—电力电子变换器
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晶闸管整流器的触发装置[8]。从闭环结构上看，电流调节环在里面，叫做内环；转速调节环在外边，叫做外环。这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。
图3-3双闭环直流调速系统原理图
为了获得良好的静、动态性能，双闭环调速系统的两个调节器一般都采用PI调节器，其原理如图3-3所示。
3.3.3相控整流器-电动机系统原理
（1）相控整流器-直流电动机调速系统简称V-M系统，原理图如下：
图3-4 V-M系统原理图
VT是相控整流器，GT为触发装置，Uc为触发装置的控制电压，通过调节Uc 来移动触发脉冲的相位，可改变整流电压Ud ，从而实现平滑调速。
（2）相控整流器-电动机系统的机械特性
（3）晶闸管触发电路和整流装置的控制规律和数学模型
晶闸管触发和整流装置是一个纯滞后环节，其滞后作用是由晶闸管整流装置的失控时间引起的。通过输入阶跃信号1（t），得到晶闸管触发与整流装置的输入输出关系式，再经过拉式变换得到其原始传递函数是一个非最小相位系统，最后依据工程近似处理的原则，忽略高次项，可把整流装置近似看作一阶惯性环节，其传递函数可以表示为
s ()1s s K W s T s
≈+ 其动态结构框图如有图所示
图3-5 晶闸管触发与整流装置动态结构框图
3.4 系统各环节设计和校正
3.4.1 电流调节器
（1）电流环结构图的简化
图 3-6 双闭环调速系统的动态结构框图
Toi —电流反馈滤波时间常数 Ton —转速反馈滤波时间常数
如图3-6所示反电动势E 与电流反馈的作用相互交叉，给设计带来麻烦，须简化。因电磁时间常数Tl 远小于机电时间常数Tm ，转速变化比电流变化慢得多，因此，对电流环的电流瞬变过程来说E 基本不变，△E ≈0，即暂且把E 的作用去掉，得到忽略E 影响的电流环近似结构图如图3-7所示，等效简化后得：
图 3-7 电流环的动态结构框图及其化简
（2）电流环结构选择
从动态要求来看，电流环的一项重要作用就是保持电动机电枢电流在动态过程中不超过允许值，即在突加控制作用时不希望有超调，或者超调越小越好。从这一考虑出发，应该把电流环校正为典型I 型系统。电流环的另一个重要作用是对电网电压波动的及时调节，从提高抗扰性能的观点出发又希望吧电流环校正成典型II 型系统。电流环按典型I 系统设计，电流调节器选用PI 调节器，其传递函数为
i (s)i ACR i K W s
ττ=（s+1）
（3）传递函数参数计算
（4）调节器结构和电路参数计算 电流调节器原理如图3-8所示，按电路计算各原件的参数，确定电流调节器。
图3-8 含滤波环节的PI 型电流调节器
3.4.2 转速调节器
转速调节器设计与电流调节器的设计过程类似。
（1）转速环的简化
a)
b)
c)
图 3-9 转速环的动态结构框图及简化
a)用等效环节代替电流环
b)等效成单位负反馈系统和小惯性近似处理 c)校正后成为典型三阶系统
（2）转速环结构选择
由于设计有静差要求，因此转速调节器必须含有积分环节，有考虑到动态要求，转速调节器应采用PI 调节器，按典型II 型系统设计转速环。转速调节器的传递函数为
(s)(1)n n ASR n K s W s
ττ+=
（3）传递函数参数计算
（4）调节器电路参数计算 转速调节器原理如图3-10所示，取0=40k R Ω，计算各元件参数，确定调节器。
图3-10 含滤波环节的PI 型转速调节器
3.4.3 变压器参数计算
一般情况下，晶闸管变流装置所要求的交流供电电压与电网电压是不一致
的，所以需要变流变压器，通过变压器进行电压变换，并使装置于电网隔离，减少电网于晶闸管变流装置的互相干扰。
首先选择主变压器电路的接法，然后计算变压器两侧的电压、电流及变压器的容量。
3.4.4 晶闸管参数及其他
晶闸管需要计算出额定电压和额定电流，进行选型。
电源选型，根据需要进行放大器、可控电源、反馈装置的选型，得出参数，进行系统的具体计算。
3.5 建立系统结构模型
3.5.1晶闸管触发电流和整流装置的数学模型
s ()1s s K W s T s ≈
+ 3.5.2 电流与电压间、感应电势与电流之间的数学模型
电流[9]与电压之间的传递函数：
0()1/()()1
d d l I s R U s E s T s =-+ 感应电势与电流之间的传递函数：
d ()()()()
dL m E s R I s I s T s =- 3.5.3 测速、电流反馈环节
测速环节传递函数：
()s ()
n n U s W n s α=（）= 电流反馈环节传递函数：
i ()s ()
i U s W I s β=（）=
3.5.4 系统的结构框图
根据各环节得到的传递函数，构造出整个系统的结构框图，如图3-11和3-12所示。
图 3-11 双闭环直流调速系统的稳态结构框图
α—转速反馈系数β—电流反馈系数
图 3-12 双闭环直流调速系统的动态结构框图
3.6 系统仿真
运用MATLAB[10]仿真[11]软件分别对系统电流环和转速环进行仿真校验得出波形图进行分析。其工作界面如图3-13和3-14所示。
图3-13 SIMULINK模块浏览器窗口
图3-14 仿真模型建立设置窗口
参考文献
[1] 阮毅. 运动控制系统[M]. 北京：清华大学出版社，2009.
[2]邓星钟. 机电传动控制[M]. 武汉：华中科技大学出版社，2008.
[3] 杨叔子. 机械工程控制基础[M]. 武汉：华中科技大学出版社，2006.
[4] 曾令琴赵胜会.电工学（II）[M].北京：电子工业出版社，2010.9.
[5]张崇巍. 运动控制系统[M]. 武汉：武汉理工大学出版社，2002.
[6] 罗飞. 电力拖动与运动控制系统[M]. 北京：化学工业出版社，2007.
[7] 曾孟雄，刘春节，张屹，赵千惠. 机械工程控制基础[M]. 北京：电子工业出版社，2011.
[8] 顾春雷，陈中. 电力拖动自动控制系统与MATLAB仿真[M]. 北京：清华大学出版社，2011.
[9]钱平. 交直流传动控制系统[M]. 北京：高等教育出版社，2009.
[10]张聚基于MATLAB的控制系统仿真及应用. 北京：电子工业出版社，2012.9
[11]MATLAB控制系统设计. 北京：国防工业出版社 2001
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
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：
双闭环直流调速系统设计及仿真
双闭环直流调速系统设计及仿真 一转速、电流双闭环控制系统 一般来说，我们总希望在最大电流受限制的情况下，尽量发挥直流电动机的过载能力，使电力拖动控制系统以尽可能大的加速度起动，达到稳态转速后，电流应快速下降，保证输出转矩与负载转矩平衡，进入稳定运行状态[1]。这种理想的起动过程如图1所示。 n n t 图1 转速调节系统理想起动过程 为实现在约束条件快速起动，关键是要有一个使电流保持在最大值的恒流过程。根据反馈控制规律，要控制某个量，就要引入这个量的负反馈。因此很自然地想到要采用电流负反馈控制过程。这里实际提到了两个控制阶段。起动过程中，电动机转速快速上升，而要保持电流恒定，只需电流负反馈；稳定运行过程中，要求转矩保持平衡，需使转速保持恒定，应以转速负反馈为主。如何才能做到使电流、转速两种负反馈在不同的控制阶段发挥作用呢？答案是采用转速、电流双闭环控制系统。如图2所示。 图2 双闭环直流调速控制系统原理图 参考双闭环的结构图和一些电力电子的知识，采用机理分析法可以得到双闭环系统的动态结构图。如图3所示。
图3 双闭环直流调速系统动态结构图 在转速环、电流环的反馈通道和输入端增加了转速滤波、电流滤波和给定滤波环节。因为电流检测信号中常含有交流成分，须加低通滤波，其滤波时间常数按需要而定。滤波环节可以抑制检测信号中的交流分量，但同时也个反馈检测信号带来延迟。所以在给定信号通道中加入一个给定滤波环节，使给定信号与反馈信号同步，并可使设计简化。由测速发电机得到的转速反馈电压含有电机的换向纹波，因此也需要滤波，其时间常数用表示[2]。 二双闭环控制系统起动过程分析 前面已经指出，设置双闭环控制的一个重要目的就是要获得接近于理想的起动过程，因此在分析双闭环调速系统的动态性能时，有必要先探讨它的起动过程。双闭环调速系统突加给定电压由静止状态起动时，转速和电流的过渡过程如图4所示。由于在起动过程中转速调节器ASR 经历了不饱和、饱和、退饱和三个阶段，整个过渡过程也就分为三个阶段，在图中表以Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。 第Ⅰ阶段：0～t1是电流上升阶段。突加给定电压后，通过两个调节器的控制作用，使、、都上升，当后，电动机开始转动。由于机电惯性的作用，转速的增长不会太快，因而ASR的输入偏差电压数值较大并使其输出达到饱和值，强迫电流迅速上升。当时，，电流调节器ACR的作用使不再迅速增加，标志着这一阶段的结束。 在这一阶段中，ASR由不饱和很快达到饱和，而ACR一般应该不饱和，
双闭环直流调速系统
双 闭 环 直 流 调 速 系 统 姓名： 学号： 专业：电气工程及其自动化 日期：2015年12月23日
摘要 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。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。 关键词：双闭环，转速调节器，电流调节器 双闭环直流调速系统的设计 双闭环直流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, 即分别引入转速负反馈和电流负反馈。 两者之间实行嵌套连接，且都带有输出限幅电路。转速调节器 ASR 的输出限幅电压*im U 决定了电流给定电压的最大值；电流调节器 ACR 的输出限幅电压cm U 限制了电力电子变换器的最大输出电压dm U 。 由于调速系统的主要被控量是转速, 故把转速负反馈组成的环作为外环, 以保证电动机的转速准确跟随给定电压, 把由电流负反馈组成的环作为内环, 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 ，这就形成了转速、电流双闭环调速系统。
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），
双闭环直流调速系统
1引言 在工业生产中，许多生产机械为了满足生产工艺要求，需要改变工作速度：例如，金属切削机床，由于工件的材料、被加工的尺寸和精度的要求不同，速度就不同。另外轧钢机，因为轧制品种和材料厚度的不同，也要求采用不同的速度。 生产机械的调速方法可以采用机械的方法取得，但是机械设备的变速机构较复杂，所以在现代电力拖动中，大多数采用电气调速方法。电气调速就是对机械的电动机进行转速调节，在某一负载下人为地改变电动机的转速。 直流电动机具有良好的起动、制动性能，适宜在较大范围内调速．在许多需要高性能可控电力拖动领域中得到广泛的应用。近年来交流调速系统发展很快，然而直流拖动系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从反馈闭环控制的角度来看，它是交流拖动控制系统的基础，所以应该很好地掌握直流调速系统。 目前，转速﹑电流双闭环控制直流调速系统是性能很好﹑应用最广泛的直流调速系统。我们知道采用转速负反馈和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，单闭环系统就难以满足需要。所以需要引入转速﹑电流双闭环控制直流调速系统，本文着重研究其控制规律﹑性能特点和设计方法。首先介绍转速﹑电流双闭环调速系统的组成，接着说明该系统的静特性和动态特性，最后用工程方法设计转速与电流两个调节器。 在实际应用中，电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，首先要具有较高的机电能量转换效率；其次应能根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度。电动机的调速性能如何对提高产品质量、提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。因此，调速技术一直是研究的热点。
2双闭环直流调速系统介绍 2.1闭环调速系统的组成 根据自动控制原理，反馈控制的闭环系统是按被调量的偏差进行控制的系统，只要被调量出现偏差，它就会自动产生纠正偏差的作用。 调速系统的转速降落正是由负载引起的转速偏差，显然，引入转速闭环将使调速系统可以大大减少转速降落。 图2.1 带转速负反馈的闭环直流调速系统原理框图 上图为带转速负反馈的闭环直流调速系统原理框图。在反馈控制的闭环直流调速系统中，与电动机同轴安装一台测速发电机TG ，从而得出与被调量转速成正比的负反馈电压n U ，与 给定电压* n U 相比较后，得到转速偏差电压n U ，经过放大器A ，产生控制电压c U 输入到电 力电子变换器UPE 中，用来控制电动机转速n 。图中，UPE 是由电力电子器件组成的变换器，它的输入端接三相交流电源，输出为可控的直流电压d U 。 2.2转速﹑电流双闭环直流调速系统的组成]2[ 采用PI 调节器组成速度调节器ASR 的单闭环调速系统，既能得到转速的无静差调节，又能获得较快的动态响应。从扩大调速范围的角度来看，他已基本满足一般生产机械对调速的要求。但是对于系统的快速启动、突加负载动态速降等，单闭环系统还不能满足要求。有些生产机械经常处于正反转工作状态，为了提高生产率，要求尽量缩短启动、制动和反转过度过程的时间，当然可用加大和过渡过程中的电流，即加大动态转矩来实现，但电流不能超过晶闸管和电动机的允许值。为了解决这个矛盾，可以采用电流截止负反馈环节。它与转速负反馈调速系统结合在一起，可以专门用来控制电流。但它只能是在超过临界电流I 值以后，
双闭环控制系统设计
双闭环控制系统设计 课程设计报告 电力拖动自动控制系统课程设计 题目：双闭环控制系统设计学生姓名：董长青专业：电气自动化技术专业班级： Z070303 学号： Z07030330 指导教师：姬宣德 日期：2010年03月10日 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。本次课程设计目的就是 旨在对双闭环进行最优化的设计。 Summary With the development of modern industry, in the speed area, the concept of dual-loop control has been increasingly widespread recognition and application. Relative to the single closed-loop system can not arbitrarily control the dynamic
process of current and torque weakness. Double closed-loop control is very good to make up for this shortcoming of his. Double-loop speed and current control can achieve the difference of two negative feedback effect, thus get a good static and dynamic performance. The good dynamic performance mainly reflected in its anti-disturbance and anti-grid load over voltage disturbance. Precisely because of the many advantages of Double Closed Loop, so here it is necessary to optimize the design of its depth discussion and study. This course is designed to designed to optimize the double loop design. 一．课程设计设计说明书4 1.1系统性能指标 1.2整流电路4 1.3触发电路的选择和同步5 1.4双闭环控制电路的工作原理6 二. 设计计算书7 2.1整流装置的计算7 2.1.1变压器副方电压7 2.1.2变压器和晶闸管的容量8 2.1.3平波电抗器的电感量8 2.1.4晶闸管保护电路9 2.2 控制电路的计算10
推荐-直流vm双闭环直流不可逆调速系统设计 精品
课程设计任务书 学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 题 目: 直流V-M 双闭环不可逆调速系统设计 初始条件： 采用双闭环V —M 不可逆调速系统。电动机参数为：V U N 750=，kW P N 550=，A I a 780=，m in /375r n N =，r V Ce min/.92.1=，允许电流过载倍数为1.5，Ω=1.0R ， 75=s K ，V U U U ctm im nm 12**===。采用三相桥式整流电路，电磁时间常数s T L 03.0=， s T m 084.0=，s T oi 002.0=，s T on 02.0=。 稳态无静差，电流超调量%5≤i σ，空载起动到额定转速时的转速超调量%10≤n σ。 要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1. 原理说明，原理图、系统动态结构图； 2. 说明系统起动过程，调节器设计； 3. 设计ACR 和ASR 的电路并计算参数。 4. 系统仿真 5. 按规范格式撰写设计报告（不少于5篇）打印 时间安排： 12 月 18日-21日 查阅资料 12月 22 日- 24日 方案设计 12月25 日- 26 日 馔写程设计报告 12月27日 提交报告，答辩 指导教师签名： 20XX 年 12月16日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日
摘要 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。直流V-M双闭环不可逆调速系统是性能很好、应用广的直流调速系统。根据晶闸管的特性，通过调节触发延迟角α大小来调节电压。基于设计题目，直流电动机调速控制器选用了转速电流双闭环调速控制电路。在设计中调速系统的主电路采用了三相全控桥整流电路来供电。本文首先确定整个设计的方案和框图,然后确定主电路的结构形式和各元部件的设计，同时对其参数的计算，包括整流变压器、晶闸管、电抗器和保护电路的参数计算。接着驱动电路的设计包括触发电路和脉冲变压器的设计。最后，即本文的重点设计直流电动机调速控制器电路，本文采用转速电流双闭环直流调速系统为对象来设计直流电动机调速控制器。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，二者之间实行嵌套联接。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。先确定其结构形式和设计各部件，并对其参数的计算，包括给定电压、转速调节器、电流调节器、检测电路、触发电路和稳压电路的参数计算，然后采用Simulink对整个调速系统进行了仿真分析，最后画出了调速控制电路电气原理图。 关键词：双闭环，晶闸管，转速调节器，电流调节器,Simulink
VM双闭环直流调速系统课程设计报告
V M双闭环直流调速系统 课程设计报告 This model paper was revised by LINDA on December 15, 2012.
实训报告课程名称：专业实训 专业：班级： 学号：姓名： 指导教师：成绩： 完成日期： 2015 年 1月15 日
任务书
1 单闭环直流调速系统 主电路设计 单闭环直流调速系统是指只有一个转速负反馈构成的闭环控制系统。在电动机轴上装一台测速发电机SF ,引出与转速成正比的电压U f 与给定电压U d 比较后,得偏差电压ΔU ,经放大器FD ,产生触发装置CF 的控制电压U k ,用以控制电动机的转速,如图所示。 图 单闭环直流调速系统原理框图 直流电机，额定电压20V ，额定电流7A ，励磁电压20V ，最大允许电流40A 。 整流变压器额定参数的计算 为了保证负载能正常工作，当主电路的接线形式和负载要求的额定电压确定之后，晶闸管交流侧的电压 U 2 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U 2。 （1）二次侧相电流和一次侧相电流 在精度要求不高的情况下，变压器的二次侧相电压U 2的计算公式： 几种整流线路变压器电压计算系统参数，如表所示。 表 几种整流线路变压器电压计算系统
电路模式 单相全波 单相桥式 三相半波 三相桥式 A C 所以变压器二次侧相电压为：2 1.35200.930U V =?÷= 变压器的二次侧电流I 2的计算公式： 几种整流线路变压器电流I d /I 2系数，如表。 表 几种整流线路变压器电流Id/I2 电路模式 电阻性负载 电感性负载 单相全控桥 1 三相全控桥 查表得， 1A =。 变压器的二次侧电流：2 7d I I A == 变压器的一次侧电流I 1的计算公式： 一次侧电流：2112/7302200.95I I U U A =*=?÷= （2）变压器容量
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、
双闭环直流调速系统设计说明
第一章设计概述 一、课程设计的性质和任务： 本课程是电气自动化本科专业学生学习完《直流调速系统》或《电力拖动控制系统》课程后进行的一个重要的独立性实践教学环节。其任务是通过设计双闭环直流调速系统的全过程，培养学生综合应用所学的直流调速知识去分析和解决工程实际问题的能力，帮助学生巩固、深化和拓展知识面，使之得到一次较全面的设计训练，为毕业设计和实际工程设计奠定基础。 转速、电流双闭环不可逆直流调速系统是一种典型的自动控制系统。这种调速系统只有两个调节器，即速度调节器（ASR）和电流调节器(ACR)，两个调节器作串级连接，其中速度调节器的输出信号作为电流调节器的输入信号，从而形成一环套一环的转速、电流双闭环结构。这种转速、电流双闭环调速系统，在突加转速给定信号的过程中表现为一个恒电流加速系统，而在稳态和接近稳态的运行中又表现为一个无静差调速系统，因此各项性能指标较系统开环时提高许多。 本此课程设计的目的就是同学们在调试、设计一个典型的调速系统后，能够掌握自控系统调试、设计的方法，步骤及其调试原则，加强同学们的动手能力和对理论知识的理解。 自控系统调试所遵循的原则： 先部分，后系统：即首先对系统的各个单元进行调试，然后再对整个系统进行调试。 先开环，后闭环：即首先进行开环调试，然后再对系统闭环进行调试。 先环，后外环：即首先对环进行调试（如在本此调试中就应先对电流环进行调试）,然后再对外环进行调试（如本此调试中的速度环调试）。 本次系统调试是在DJDK-1型电力电子技术及电机控制实验装置上进行。整个调试完成后要求系统达到以下指标：
二、DJDK-1 型电力电子技术及电机控制实验装置简介 1 装置特点 (1)设计装置采用挂件结构，可根据不同设计容进行自由组合。 (2)装置连接线采用强、弱电分开的手枪式插头，两者不能互插，避免强电接入弱电回路，造成设备损坏。 (3)控制屏供电采用三相隔离变压器隔离，分别设有电压型和电流型漏电保护装置，保护操作者的安全。 (4)挂件面板分为三种接线孔，强电、弱电及波形观测孔，三者有明显的区别，不能互插。 图2-1 DJDK-1电力电子技术及电机控制实验装置 2 装置技术参数 (1)输入：电压三相四线制，380V±10%，50Hz。 (2)工作环境：环境温度围为－5～40℃，相对湿度 < 75%，海拔高度 < 1000m。 (3)装置容量：＜1.5kVA (4)电机输出功率：＜200W 3 DJK01电源控制屏
直流电机双闭环调速系统设计要点
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ 目录 1 绪论 (1) 1.1课题研究背景 (1) 1.2研究双闭环直流调速系统的目的和意义 (1) 2 直流电机双闭环调速系统 (3) 2.1直流电动机的起动与调速 (3) 2.2直流调速系统的性能指标 (3) 2.2.1静态性能指标 (3) 2.2.2动态的性能指标 (4) 2.3双闭环直流调速系统的组成 (6) 3 双闭环直流调速系统的设计 (8) 3.1电流调节器的设计 (8) 3.2转速调节器的设计 (10) 3.3闭环动态结构框图设计 (12) 3.4设计实例 (12) 3.4.1设计电流调节器 (13) 3.4.2设计转速调节器 (15) 4.Matlab仿真 (17) 4.1仿真结果分析 (19) 5 结论 (20) 参考文献 (21)
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1 绪论 1.1课题研究背景 直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。就目前而言，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式，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。 以上等等需要高性能调速的场合得到广泛的应用。然而传统双闭环直流电动机调速系统多数采用结构比较简单、性能相对稳定的常规PID控制技术，在实际的拖动控制系统中，由于电机本身及拖动负载的参数(如转动惯量)并不像模型那样保持不变，而是在某些具体场合会随工况发生改变；与此同时，电机作为被控对象是非线性的，很多拖动负载含有间隙或弹性等非线性的因素。因此被控制对象的参数发生改变或非线性特性，使得线性的常参数的PID控制器往往顾此失彼，不能使得系统在各种工况下都保持与设计时一致的性能指标，常常使控制系统的鲁棒性较差，尤其对模型参数变化范围大且具的非线性环节较强的系统，常规PID调节器就很难满足精度高、响应快的控制指标，往往不能有效克服模型参数变化范围大及非线性因素的影响。 1.2研究双闭环直流调速系统的目的和意义 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。采用该系统可获得优良的静、动态调速特性。此系统的控制规律，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。 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。 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。并以此为基础，再对交流调速系统进行研究，最终掌握各种交、直流调速系统的原理，使之能够应用于国民经济各个
VM双闭环不可逆直流调速系统设计
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运动控制系统 课程设计 题目：某V-M双闭环不可逆直流调速系统设计 专业班级： 姓名： 学号： 指导教师： 评阅意见： 指导老师签名：
目录 1 绪论 (1) 1.1 研究背景 (1) 1.2 研究目的与意义 (1) 2 课程设计概述与要求 (2) 2.1 课程设计概述 (2) 2.2课程设计要求............................................... 错误!未定义书签。 3 转速、电流双闭环直流调速系统的组成 (3) 4 调速系统主电路元部件的确定及其参数计算4 4.1变压器参数选取 (4) 4.1.1变压器二次侧电压U2的计算 (4) 4.1.2一次、二次侧相电流I1、I2的计算 (4) 4.1.3 变压器容量S的计算5 4.2 平波电抗器参数计算5 4.2.1电流连续的临界电感量L1的计算5 4.2.2限制输出电流脉动的临界电感量L2的计算5 4.2.3电动机电感量L D的计算6 4.2.4实际串入平波电抗器的电感量L的计算6 4.3可控晶闸管参数计算6 4.3.1晶闸管的额定电压计算6 4.3.2晶闸管的额定电流计算7 4.3.3三相桥式全控整流电路原理7
4.3.4 整流电路及晶闸管保护电路设计8 4.4 过电压保护和du/dt限制9 4.5 过电流保护和di/dt限制10 5 控制系统设计10 5.1 双闭环调速系统的动态结构10 5.2 电流调节器的设计11 5.2.1 电流环结构框图的化简11 5.2.2 电流环结构框图小惯性环节近似处理12 5.2.3 电流调节器结构的选择12 5.2.4 电流调节器的实现13 5.2.5 电流调节器的参数计算13 5.3转速调节器的设计15 5.3.1 转速环结构框图的化简15 5.3.2转速调节器结构的选择1 6 5.3.3转速调节器的实现17 5.3.4 转速调节器的参数计算17 6 触发电路的选择与原理图19 7 双闭环直流调速系统MATLAB仿真22 8 设计总结23 9参考文献24附录V-M双闭环不可逆直流调速系统电气原理图25
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
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.....................................................................................................................................................
双闭环直流调速系统精修订版
双闭环直流调速系统精 修订版 IBMT standardization office【IBMT5AB-IBMT08-IBMT2C-
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224.11094Nm 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 ..................................................