双闭环不可逆直流调速系统实验报告

双闭环不可逆直流调速系统实验报告
双闭环不可逆直流调速系统实验报告

双闭环不可逆直流调速系统实验

一、实验目的

(1)了解闭环不可逆直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理。

(2)掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试步骤、方法及参数的整定。

(3)研究调节器参数对系统动态性能的影响。

二、实验所需挂件及附件

三、实验线路及原理

许多生产机械,由于加工和运行的要求,使电动机经常处于起动、制动、反转的过渡过程中,因此起动和制动过程的时间在很大程度上决定了生产机械的生产效率。为缩短这一部分时间,仅采用PI调节器的转速负反馈单闭环调速系统,其性能还不很令人满意。双闭环直流调速系统是由速度调节器和电流调节器进行综合调节,可获得良好的静、动态性能(两个调节器均采用PI调节器),由于调整系统的主要参量为转速,故将转速环作为主环放在外面,电流环作为副环放在里面,这样可以抑制电网电压扰动对转速的影响。实验系统的原理框图组成如下:

启动时,加入给定电压U g,“速度调节器”和“电流调节器”即以饱和限幅值输出,使电动机以限定的最大启动电流加速启动,直到电机转速达到给定转速(即U g =U fn),并在出现超调后,“速度调节器”和“电流调节器”退出饱和,最后稳定在略低于给定转速值下运行。

系统工作时,要先给电动机加励磁,改变给定电压U g的大小即可方便地改变电动机的转速。“速度调节器”、“电流调节器”均设有限幅环节,“速度调节器”的输出作为“电流调节器”的给定,利用“速度调节器”的输出限幅可达到限制启动电流的目的。“电流调节器”的输出作为“触发电路”的控制电压U ct,利用“电流调节器”的输出限幅可达到限制αmax的目的。

在本实验中DJK04上的“调节器I”作为“速度调节器”使用,“调节器II”作为“电流调节器”使用;若使用DD03-4不锈钢电机导轨、涡流测功机及光码盘测速系统和D55-4智能电机特性测试及控制系统两者来完成电机加载请详见附录相关内容。

四、实验内容

(1)各控制单元调试。

(2)测定电流反馈系数β、转速反馈系数α。

(3)测定开环机械特性及高、低转速时系统闭环静态特性n=f(I d)。

(4)闭环控制特性n=f(U g)的测定。

(5)观察、记录系统动态波形。

图5-10 双闭环直流调速系统原理框图

五、实验方法

(1)双闭环调速系统调试原则

①先单元、后系统,即先将单元的参数调好,然后才能组成系统。

②先开环、后闭环,即先使系统运行在开环状态,然后在确定电流和转速均为负反馈后,才可组成闭环系统。

③先内环,后外环,即先调试电流内环,然后调试转速外环。

④先调整稳态精度,后调整动态指标。

(2)DJK02和DJK02-1上的“触发电路”调试

①打开DJK01总电源开关,操作“电源控制屏”上的“三相电网电压指示”开关,观察输入的三相电网电压是否平衡。

②将DJK01“电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧。

③用10芯的扁平电缆,将DJK02的“三相同步信号输出”端和DJK02-1“三相同步信号输入”端相连,打开DJK02-1电源开关,拨动“触发脉冲指示”钮子开关,使“窄”的发光管亮。

④观察A、B、C三相的锯齿波,并调节A、B、C三相锯齿波斜率调节电位器(在各观测孔左侧),使三相锯齿波斜率尽可能一致。

⑤将DJK04上的“给定”输出U g直接与DJK02-1上的移相控制电压U ct相接,将给定开关S2拨到接地位置(即U ct=0),调节DJK02-1上的偏移电压电位器,用双踪示波器观察A相同步电压信号和“双脉冲观察孔”VT1的输出波形,使α=150°(注意此处的α表示三相晶闸管电路中的移相角,它的0°是从自然换流点开始计算,而单相晶闸管电路的0°移相角表示从同步信号过零点开始计算,两者存在相位差,前者比后者滞后30°)。

⑥适当增加给定U g的正电压输出,观测DJK02-1上“脉冲观察孔”的波形,此时应观测到单窄脉冲和双窄脉冲。

⑦用8芯的扁平电缆,将DJK02-1面板上“触发脉冲输出”和“触发脉冲输入”相连,使得触发脉冲加到正反桥功放的输入端。

⑧将DJK02-1面板上的U lf端接地,用20芯的扁平电缆,将DJK02-1的“正桥触发脉冲输出”端和DJK02“正桥触发脉冲输入”端相连,并将DJK02“正桥触发脉冲”的六个开关拨至“通”,观察正桥VT1~VT6晶闸管门极和阴极之间的触发脉冲是否正常。

(3)控制单元调试

①移相控制电压Uct调节范围的确定

直接将DJK04“给定”电压U g接入DJK02-1移相控制电压U ct的输入端,“三相全控整流”输出接电阻负载R,用示波器观察U d的波形。当给定电压U g由零调大时,U d将随给定电压的增大而增大,当U g超过某一数值时,此时U d接近为输出最高电压值U d',一般可确定“三相全控整流”输出允许范围的最大值为U dmax=',调节U g使得“三

相全控整流”输出等于U dmax,此时将对应的U g'的电压值记录下来,U ctmax= U g',即U g的允许调节范围为0~U ctmax。如果我们把输出限幅定为U ctmax的话,则“三相全控整流”输出范围就被限定,不会工作到极限值状态,保证六个晶闸管可靠工作。记录U g'于下表中:

将给定退到零,再按“停止”按钮,结束步骤。

②调节器的调零

将DJK04中“调节器I”所有输入端接地,再将DJK08中的可调电阻120K接到“调节器I”的“4”、“5”两端,用导线将“5”、“6”短接,使“调节器I”成为P (比例)调节器。用万用表的毫伏档测量调节器I的“7”端的输出,调节面板上的调零电位器RP3,使之电压尽可能接近于零。

将DJK04中“调节器II”所有输入端接地,再将DJK08中的可调电阻13K接到“调节器II”的“8”、“9”两端,用导线将“9”、“10”短接,使“调节器II”成为P(比例)调节器。用万用表的毫伏档测量调节器II的“11”端,调节面板上的调零电位器RP3,使之输出电压尽可能接近于零。

③调节器正、负限幅值的调整

把“调节器I”的“5”、“6”短接线去掉,将DJK08中的可调电容接入“5”、“6”两端,使调节器成为PI (比例积分)调节器,将“调节器I”所有输入端的接地线去掉,将DJK04的给定输出端接到调节器I的“3”端,当加+5V 的正给定电压时,调整负限幅电位器RP2,使之输出电压为-6V,当调节器输入端加-5V的负给定电压时,调整正限幅电位器RP1,使之输出电压尽可能接近于零。

把“调节器II”的“9”、“10”短接线去掉,将DJK08中的可调电容接入“9”、“10”两端,使调节器成为PI(比例积分)调节器,将“调节器II”的所有输入端的接地线去掉,将DJK04的给定输出端接到调节器II的“4”端。当加+5V的正给定电压时,调整负限幅电位器RP2,使之输出电压尽可能接近于零;当调节器输入端加-5V的负给定电压时,调整正限幅电位器RP1,使调节器I的输出正限幅为U ctmax。

④电流反馈系数的整定

直接将“给定”电压U g接入DJK02-1移相控制电压U ct的输入端,整流桥输出接电阻负载R,负载电阻放在最大值,输出给定调到零。

按下启动按钮,从零增加给定,使输出电压升高,当U d=220V时,减小负载的阻值,调节“电流反馈与过流保护”上的电流反馈电位器RP1,使得负载电流I d=l.3A时,“2”端I f的的电流反馈电压U fi=6V,这时的电流反馈系数β= U fi/I d= A。

⑤转速反馈系数的整定

直接将“给定”电压U g接DJK02-1上的移相控制电压U ct的输入端,“三相全控整流”电路接直流电动机负载,L d用DJK02上的200mH,输出给定调到零。

按下启动按钮,接通励磁电源,从零逐渐增加给定,使电机提速到n =150Orpm时,调节“转速变换”上转速反馈电位器RP1,使得该转速时反馈电压U fn=-6V,这时的转速反馈系数α=U fn/n =(rpm)。

(4)开环外特性的测定

①DJK02-1控制电压U ct由DJK04上的给定输出U g直接接入,“三相全控整流”电路接电动机,L d用DJK02上的200mH,直流发电机接负载电阻R,负载电阻放在最大值,输出给定调到零。

②按下启动按钮,先接通励磁电源,然后从零开始逐渐增加“给定”电压U g,使电机启动升速,转速到达1200rpm。

③增大负载(即减小负载电阻R阻值),使得电动机电流I d=I ed,可测出该系统的开环外特性n =f(I d),记录于下表中:

将给定退到零,断开励磁电源,按下停止按钮,结束实验。

(5)系统静特性测试

①按图5-10接线,DJK04的给定电压U g输出为正给定,转速反馈电压为负电压,直流发电机接负载电阻R,L d用DJK02上的200mH,负载电阻放在最大值,给定的输出调到零。将“调节器I”、“调节器II”都接成P(比例)调节器后,接入系统,形成双闭环不可逆系统,按下启动按钮,接通励磁电源,增加给定,观察系统能否正常运行,确认整个系统的接线正确无误后,将“调节器I”,“调节器II”均恢复成PI(比例积分)调节器,构成实验系统。

②机械特性n =f(I d)的测定

A、发电机先空载,从零开始逐渐调大给定电压U g,使电动机转速接近n=l200rpm,然后接入发电机负载电阻R,逐渐改变负载电阻,直至I d=I ed,即可测出系统静态特性曲线n =f(I d),并记录于下表中:

B、降低U g,再测试n=800rpm时的静态特性曲线,并记录于下表中:

C、闭环控制系统n=f(U g)的测定

调节U g及R,使I d=I ed、n= l200rpm,逐渐降低U g,记录U g和n,即可测出闭环控制特性n = f(U g)。

(6)系统动态特性的观察

用慢扫描示波器观察动态波形。在不同的系统参数下(“调节器I”的增益和积分电容、“调节器II”的增益和积分电容、“转速变换”的滤波电容),用示波器观察、记录下列动态波形:

①突加给定U g,电动机启动时的电枢电流I d(“电流反馈与过流保护”的“2”端)波形和转速n(“转速变换”的“3”端)波形。

1)电动机启动时的电枢电流I d(“电流反馈与过流保护”的“2”端)波形

2)转速n(“转速变换”的“3”端)波形。

②突加额定负载(20%I ed100%I ed)时电动机电枢电流波形和转速波形。1)突加额定负载(20%I ed100%I ed)时电动机电枢电流波形

2)突加额定负载(20%I ed100%I ed)时电动机转速波形

③突降负载(100%I ed20%I ed)时电动机的电枢电流波形和转速波形。1)突降负载(100%I ed20%I ed)时电动机的电枢电流波形

2)突降负载(100%Ied20%Ied)时电动机的转速波形

六、实验数据处理

(1)根据实验数据,系统的开环外特性n =f(I d)。

(2)根据实验数据,画出两种转速时的闭环机械特性n =f(I d)。

1)转速n=1200rpm

2)转速n=800rpm

(3)根据实验数据,画出闭环控制特性曲线n =f(U g)。

七、注意事项

(1)在记录动态波形时,可先用双踪慢扫描示波器观察波形,以便找出系统动态特性较为理想的调节器参数,再用数字存储示波器或记忆示波器记录动态波形。

双闭环直流调速系统

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

1.双闭环直流调速系统的原理及组成 对于正反转运行的调速系统,缩短起,制动过程的时间是提高生产率的重要因素。为此,在起动(或制动)过渡过程中,希望始终保持电流(电磁转矩)为允许的最大值,是调速系统以最大的加(减)速度运行。当到达稳态转速时,最好使电流立即降下来,使电磁转矩与负载转矩相平衡,从而迅速转入稳态运行。实际上,由于主电路电感的作用,电流不可能突变,为了实现在允许条件下的最快起动,关键是要获得一段使 电流保持为最大值dmI的恒流过程。按照反馈控制规律,采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变,采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。 为了使转速和电流两种负反馈分别起作用,可在系统中设置两个调节器,分别引入转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流,二者之间实行嵌套连接,如图1所示。把转速调节器的输出当作电流调节器的输入,再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器。从闭环结构上看,电流环在里面,称做内环;转速环在外面,称做外环。这就形成了转速电流负反馈直流调速系统。为了获得良好的静动态性能,转速和电流两个调节器一般采用PI调节器。 2.双闭环控制系统起动过程分析 前面已经指出,设置双闭环控制的一个重要目的就是要获得接近于理想的起动过程,因此在分析双闭环调速系统的动态性能时,有必要先探讨它的起动过程。双闭环调速系统突加给定电压*nU由静止状态起动时,转速和电流的过渡过程如图4所示。由于在起动过程中转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三

转速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 -

转速电流双闭环可逆直流调速系统仿真与设计方案

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

一、设计目的 应用所学的交、直流调速系统的基本知识与工程设计方法,结合生产实际,确定系统的性能指标与实现方案,进行运动控制系统的初步设计。 应用计算机仿真技术,通过在MA TLAB软件上建立运动控制系统的数学模型,对控制系统进行性能仿真研究,掌握系统参数对系统性能的影响。 在原理设计与仿真研究的基础上,应用PROTEL进行控制系统的印制板的设计,为毕业设计的综合运用奠定坚实的基础。 二、系统设计参数 直流电动机控制系统设计参数:< 直流电动机(3> ) 输出功率为:5.5Kw 电枢额定电压220V 电枢额定电流 30A 额定励磁电流1A 额定励磁电压110V 功率因数0.85 电枢电阻0.2欧姆 电枢回路电感100mH 电机机电时间常数1S 电枢允许过载系数=1.5 额定转速 970rpm 直流电动机控制系统设计参数 环境条件: 电网额定电压:380/220V。电网电压波动:10%。 环境温度:-40~+40摄氏度。环境湿度:10~90%. 控制系统性能指标: 电流超调量小于等于5%。 空载起动到额定转速时的转速超调量小于等于30%。 调速范围D=20。 静差率小于等于0.03.

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

双闭环直流调速系统

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

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

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

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

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。

双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统

一、摘要: 直流电机由于具有速度控制容易,启、制动性能良好,且在宽范围内平滑调速等特点而在冶金、机械制造、轻工业等工业部门中得到广泛应用。直流时机转速的控制方法可以分为两类,即励磁控制法与电枢电压控制法。本文主要研究直流调速系统,它主要由三部分组成,包括控制部分、功率部分、直流电动机。长期以来,直流电动机因其具有调节转速比较灵活、方法简单等特点,一直在传动领域占有统治地位。 本文对双闭环可逆直流PWM调速系统进行了较深入的研究,从直流调整系统原理出发,逐步建立了闭环直流PWM调整系统的模型。 二、双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计 1.设计分析 双闭环调整系统的传动系统结构图: 直流PWM控制系统是直流脉宽调制式调速控制系统的简称,与晶闸管直流调速系统的区别在于用直流PWM变换器取代了晶闸管变流装置,作为系统的功率驱动器,系统构成原理图如下所示: 直流PWM传动系统结构图 其中属于脉宽调制调速系统主要由调制波发生器GM、脉宽调制器UPM、逻辑延时环节DLD 和电力晶体管基极的驱动器GD和脉宽调制(PWM)变换器组成。最关键的部件为脉宽调制器。模拟式脉宽调制器本质为电压-脉冲变换装置,它是由一个运算放大器和几个输入信号构成电压比较器。去处放大器工作在开环状态,在电流调节器的输出控制信号Uс的控制下,产生一个等幅、宽度受Uс控制的方波脉冲序列,为PWM变频器提供所需的脉冲信号。脉宽调制器按所加输入端调制信号不同,可分为锯齿波脉宽、三角波脉宽调制器。目前就用较多脉宽调制信号由数字方法来产生,如专用集成PWM控制电路及单片微机所构成的脉宽调制器。

双闭环调速系统的结构图 直流双闭环调速系统的结构图如图1所示,转速调节器与电流调节器串极联结,转速调节器的输出作为电流调节器的输入,再用电流调节器的输出去控制PWM 装置。其中脉宽调制变换器的作用是:用脉冲宽度调制的方法,把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列,从而可以改变平均输出电压的大小,以调节电机转速,达到设计要求。 双闭环调速系统的结构图 调速系统起动过程的电流和转速波形 如图2所示,这时,启动电流成方波形,而转速是线性增长的。这是在最大电流(转矩)受限的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程。 (a)带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动过程 (b)理想快速起动过程 图2 调速系统起动过程的电流和转速波形 H 桥式可逆PWM 变换器的工作原理: PWM 控制的示意图如图3所示:可控开关S 以一定的时间间隔重复地接通和断开,当S 接通时,供电电源Us 通过开关S 施加到电动机两端,电源向电机提供能量,电动机储能:当开关S 断开时,中断了供电电源Us 向电动机电流继续流通。 I dL n t I d O I dm I dL n t I d O I dm I dcr n n (a) (b)

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

不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究

实验三不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究 一.实验目的 1.研究晶闸管直流电动机调速系统在反馈控制下的工作。 2.研究直流调速系统中速度调节器ASR的工作及其对系统静特性的影响。 3.学习反馈控制系统的调试技术。 二.预习要求 1.了解速度调节器在比例工作与比例—积分工作时的输入—输出特性。 2.弄清不可逆单闭环直流调速系统的工作原理。 三.实验线路及原理 见图1-7。 四.实验设备及仪表 1.教学实验台主控制屏。 2.NMCL—31A组件 3.NMCL—33组件 4.NMEL—03组件 5.NMCL—18组件 6.电机导轨及测速发电机(或光电编码器)、直流发电机M01 7.直流电动机M03 8.双踪示波器 9.万用表 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)。

4.三相主电源连线时需注意,不可换错相序。 5.系统开环连接时,不允许突加给定信号U g起动电机。 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。 六.实验内容 1.移相触发电路的 调试(主电路未通电) (a)用示波器观察 NMCL—33的双脉冲观 察孔,应有双脉冲,且间 隔均匀,幅值相同;观察 每个晶闸管的控制极、阴 极电压波形,应有幅值为 1V~2V的双脉冲。 (b)触发电路输出 脉冲应在30°~90°范围 内可调。可通过对偏移电 压调节单位器及ASR输 出电压的调整实现。例 如:使ASR输出为0V, 调节偏移电压,实现 α=90°;再保持偏移电压 不变,调节ASR的限幅 电位器RP1,使α=30°。 2.求取调速系统在 无转速负反馈时的开环 工作机械特性。 a.断开ASR的“3”至U ct的连接线,G(给定)直接加至U ct,且U g调至零,直流电机励磁电源开关闭合。 b.合上主控制屏的绿色按钮开关,调节三相调压器的输出,使U uv、Uvw、Uwu=200V。 c.调节给定电压U g,使直流电机空载转速n0=1500转/分,调节直流发电机负载电阻,在空载至额定负载的范围内测取7~8点,读取整流装置输出电压U d,输出电流i d以及被测

双闭环可逆直流脉宽调速系统实验详细资料

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.熟悉H型PWM变换器的各种控制方式的原理与特点。 4.掌握双闭环可逆直流脉宽调速系统的调试步骤、方法及参数的整定。 二.实验内容 1.PWM控制器SG3525性能测试。 2.控制单元调试。 3.系统开环调试。 4.系统闭环调试 5.系统稳态、动态特性测试。 6.H型PWM变换器不同控制方式时的性能测试。 三.实验系统的组成和工作原理 图1—1 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IGBT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, 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.NMCL系列教学实验台主控制屏。 2.NMCL—18组件 3.NMCL—31A组件 4.NMCL-22挂箱 6.M 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 g起动电机。 5.起动电机时,需把MMEL-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。 9.系统整定要求满足超调量小于5%,调节时间小于3秒。 六.实验方法 1.SG3525及控制电路性能测试 (1)调节UPW单元的RP电位器使输出波形的占空比为二分之一,UPW的2端与DLD 单元的1相连,按下S1开关,检查G1E1,,G2E2,G3E3,G4E2之间的波形是否正常2.开环系统调试 按图5-19接线。断开主电源,将三相调压器的U、V、W接主电路的相应处,,将主电路的1、3端相连, 6、7端接入直流电动机M03的电枢及700mH的电感,电枢回路要串入NMCL—31A 上的指针式电流表。电机加上励磁。 22挂箱的地与G(给定)的地相连,G(给定)的输出接到UPW的3端。

实验1:不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究(B5参考格式)

《运动控制系统》实验报告 姓名: 专业班级: 学号: 同组人: 实验一 不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究 一、实验目的 1、了解转速单闭环直流调速系统的组成。 2、加深理解转速负反馈在系统中的作用。 3、研究直流调速系统中速度调节器ASR 的工作原理及其对系统静特性的影响。 4、测定晶闸管--电动机调速系统的机械特性和转速单闭环调速系统的静特性。 二、实验系统组成及工作原理 采用闭环调速系统,可以提高系统的动静态性能指标。转速单闭环直流调速系统是常用的一种形式。图1-1所示是不可逆转速单闭环直流调速系统的实验原理图。 图中电动机的电枢回路由晶闸管组成的三相桥式全控整流电路V 供电,通过与电动机同轴刚性联接的测速发电机TG 检测电动机的转速,并经转速反馈环节FBS 分压后取出合适的转速反馈信号U n ,此电压与转速给定信号U n *经速度调节器ASR 综合调节,ASR 的输出作为移相触发器GT 的控制电压U ct ,由此组成转速单闭环直流调速系统。 在本系统中ASR 采用比例—积分调节器,属于无静差调速系统。 图中DZS 为零速封锁器,当转速给定电压U n *和转速反馈电压U n 均为零时,DZS 的输出信号使转速调节器ASR 锁零,以防止调节器零漂而使电动机产生爬行。 RP 给定 图1-1 不可逆转速单闭环直流调速系统

三、实验注意事项 1. 直流电动机M03参数为:P N =185W ,U N =220V ,I N =1.1A ,n =1500r/min 。 2. 直流电动机工作前,必须先加上直流激励。 3. 系统开环以及单闭环起动时,必须空载,且不允许突加给定信号U g 起动电机,每次起动时必须慢慢增加给定,以免产生过大的冲击电流,更不允许通过突合主回路电源开关SW 起动电机。 4. 测定系统开环机械特性和闭环静特性时,须注意电枢电流不能超过电机额定值1A 。 5. 单闭环连接时,一定要注意给定和反馈电压极性。 四、实验内容 1、晶闸管--电动机系统开环机械特性及控制特性的测定 (1)连接晶闸管—电动机系统为开环控制,不必使用转速调节器ASR ,可将给定电压U g (开环时给定电压称为U g ,闭环后给定电压称为U n *)直接接到触发单元GT 的输入端(U ct ),电动机和测功机分别加额定励磁。 (2)测定开环系统控制特性时,须先使电动机空载(测功机负载回路开路),慢慢加给定电压U g ,使电动机转速慢慢上升至额定转速1500r/min ,在0~1500r/min 之间记录几组 (3)测定开环机械特性时,须先使电动机空载(测功机负载回路开路),慢慢加给定电压U g ,使电动机转速慢慢上升至额定转速1500r/min ,然后合上负载开关SL ,改变负载变阻器R g 的阻值,使主回路电流达到额定电流I N ,此时即为额定工作点(n =n N =1500r/min ,I d =I N =1A )。然后减小负载变阻器R g 阻值,使主回路负载从额定负载减少至空载,记录几组转速 n 和负载转矩T 的数据,并在图1-3所示坐标系中画出开环机械特性曲线。 U g e 图1-2 开环控制特性曲线 图1-3 开环机械特性曲线

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=t1时,输入突降为0,U in=0,U ex(t)=(t1/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 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= 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=。 电枢回路总电阻R=Ω,电枢回路电磁时间常数T l=电力拖动系统机电时间常数 T m=。 转速反馈系数α= min/r。 对应额定转速时的给定电压U n?=10V。 稳态性能指标D=20,s 5% 。 K P和1/τ的参数的确定: PI调节器的传递函数为 W PI(s)=K Pτs+1 τs =K P τ1s+1 τ1s 其中,τ1=K Pτ。 (1)确定时间常数 1)整流装置滞后时间常数T s=0.00167s;2)转速滤波时间常数T on=0.001s;

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、

双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计及MATLAB仿真验证

双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计 及MATLAB仿真

目录 目录 (1) 中英文摘要 (2) 摘要 (2) Abstract (2) 正文 (3) 双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计 (3) 设计分析 (3) 主电路设计 (9) 电流调节器参数计算 (11) 信号产生电路 (13) GTR驱动电路原理 (14) 辅助回路设计 (15) 转速给定电路设计 (16) 转速检测设计 (16) MATLAB仿真设计 (17) 双闭环调速系统仿真框图 (17) 仿真结果 (18) 结果分析 (22) 总结 (23) 参考文献 (24)

中英文摘要 摘要 直流电机由于具有速度控制容易,启、制动性能良好,且在宽范围内平滑调速等特点而在冶金、机械制造、轻工业等工业部门中得到广泛应用。直流时机转速的控制方法可以分为两类,即励磁控制法与电枢电压控制法。本文主要研究直流调速系统,它主要由三部分组成,包括控制部分、功率部分、直流电动机。长期以来,直流电动机因其具有调节转速比较灵活、方法简单等特点,一直在传动领域占有统治地位。 本文对双闭环可逆直流PWM调速系统进行了较深入的研究,从直流调整系统原理出发,逐步建立了闭环直流PWM调整系统的模型。 Abstract With dc motor speed control is easy, rev, braking performance is good, smooth and in wide range speed adjustment characteristics in metallurgy, machinery manufacturing, light industry, etc. Is widely used

题目:单闭环不可逆直流调速系统设计

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 -

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