转速单闭环直流调速系统设计
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1.方案分析与认证1.1转速控制调速指标与要求直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大X围内实现平滑调速，在许多需要调速的电力拖动领域中得到了广泛的应用。
从控制的角度来看，直流拖动控制系统又是交流拖动控制系统的基础，所以应该首先掌握直流拖动控制系统。
为了进行定量的分析，可以针对前两项要求定义两个调速指标，叫做“调速X围”和“静差率”。
这两个指标合成调速系统的稳态性能指标。
一个调速系统的调速X围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调X围。
在直流电动机变压调速系统中，一般以电动机的额定转速作为最高转速，若额定负载下的转速降落为，则按照上面分析的结果，该系统的静差率应该是最低速时的静差率，即，于是，最低转速为，而调速X围为，将上式的式代入，得，表示变压调速系统的调速X围、静差率和额定速降之间所满足的关系。
晶闸管-电动机系统是开环系统，调节控制电压就可以改变电动机的转速，如果负载的生产工艺对运行时的静差率要求不高，这样的开环调速系统都能实现一定X围内的无级调速，但是，许多需要调速的生产机械常常对静差率有一定的要求，例如龙门刨床，由于毛坯表面粗糙不平，加工时负载大校场有波动，但是，为了保证共建的加工精度和加工后的表面光洁度，加工过程中的速度却必须稳定，也就是说，静差率不能太大，一般要求，调速X围D=20~30，静差率s≤5%。
又如热连轧机，各机架轧辊分别由单独的电动机拖动，钢材在几个机架内连续轧制，要求各机架出口线速度保持严格的比例关系，使被轧金属的每秒流量相等，才不致造成钢材拱起或拉断，根据工艺要求，须使调速X围D=3~10时，保证静差率s≤0.2%~0.5%。
在这些情况下，开环调速系统往往不能满足要求。
任何一台需要控制转速的设备，其生产工艺对消速性能都有一定的要求。
例如，最高转速与最低转速之间的X围，是有级调速还是无级调速，在稳态运行时允许转速波动的大小，从正转运行变到反转运行的时间间隔，突加或突减负载使得允许的转速波动，运行停止时要求的定位精度等等。
单闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告
单闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告摘要：本文基于基本原理和方法，设计和仿真了一个单闭环直流调速系统。
首先介绍了直流电机调速的基本原理，然后根据系统要求，设计了控制系统的结构和参数，包括PID控制器的参数调整方法。
接下来使用Matlab/Simulink软件进行系统仿真实验，对系统的性能进行评估。
最后根据仿真结果对系统进行分析和总结，并提出了可能的改进方法。
关键词：直流电机调速、单闭环控制系统、PID控制器、仿真实验一、引言直流电机广泛应用于机械传动系统中，通过调节电机的电压和电流实现电机的调速。
在实际应用中，需要确保电机能够稳定运行，并满足给定的转速要求。
因此，设计一个高性能的直流调速系统至关重要。
本文基于单闭环控制系统的原理和方法，设计和仿真了一个直流调速系统。
首先介绍了直流电机调速的基本原理，然后根据系统要求，设计了控制系统的结构和参数，并采用PID控制器进行调节。
接着使用Matlab/Simulink软件进行系统仿真实验，并对系统的性能进行评估。
最后根据仿真结果对系统进行分析和总结，并提出了可能的改进方法。
二、直流电机调速的基本原理直流电机调速是通过调节电机的电压和电流实现的。
电压变化可以改变电机的转速，而电流变化可以改变电机的转矩。
因此，通过改变电机的电压和电流可以实现电机的调速。
三、控制系统设计和参数调整根据系统的要求，设计一个单闭环控制系统，包括传感器、控制器和执行器。
传感器用于测量电机的转速，并将信息传递给控制器。
控制器根据测量的转速和给定的转速进行比较，并调节电机的电压和电流。
执行器根据控制器的输出信号来控制电机的电压和电流。
在本实验中，采用PID控制器进行调节。
PID控制器的输出信号由比例项、积分项和微分项组成，可以根据需要对各项参数进行调整。
调整PID控制器的参数可以使用试错法、频率响应法等方法。
四、系统仿真实验使用Matlab/Simulink软件进行系统仿真实验，建立直流调速系统的模型，并对系统进行性能评估。
【设计】自动控制系统课程设计转速单闭环直流电机调速系统设计与仿真
【关键字】设计东北大学秦皇岛分校控制工程学院《自动控制系统》课程设计设计题目：转速单闭环直流电机调速系统设计与仿真学生：张海松专业：自动化班级学号：指导教师：王立夫设计时间：2012年6月27日东北大学秦皇岛分校控制工程学院《自动控制系统》课程设计任务书专业：自动化班级：509 学生姓名：设计题目：转速单闭环直流电机调速系统设计与仿真一、设计实验条件实验设备：PC机二、设计任务直流电机额定电压，额定电枢电流，额定转速，电枢回路总电阻，电感，励磁电阻，励磁电感，互感，，允许过载倍数。
晶闸管装置放大系数：，时间常数：，设计要求：对转速环进行设计，并用Matlab仿真分析其设计结果。
目录绪论--------------------------------------------------------------------------------11.转速单闭环调速系统设计意义-----------------------------12.原系统的动态结构图及稳定性的分析-----------------------22.1 转速负反应单闭环控制系统组成-----------------------22.2 转速负反应单闭环控制系统的工作原理-----------------33.调节器的选择及设计-------------------------------------33.1调节器的选择- --------------------------------------33.2 PI调节器的设计--- ---------------------------------44.Mat lab仿真及结果分析----------------------------------74.1 simulink实现上述直流电机模型-----------------------74.2 参数设置并进行仿真---------------------------------74.3结果分析--------------------------------- ---------155.课设中遇到的问题--------------------------------------166.结束语- ---------------------------------------------17参考文献- ---------------------------------------------17转速单闭环直流电机调速系统设计与仿真绪论直流电动机由于调速性能好，启动、制动和过载转矩大，便于控制等特点，是许多高性能要求的生产机械的理想电动机。
闭环转速单闭环的直流调速系统
制
系 统 》
nN
nN s D(1 s)
1000 0.05 r / min 20 (1 0.05)
2.63r / min
课
件
由 上 例 可 以 看 出 ， 开 环 调 速 系 统 的 额 定 速 降 是 275
r/min，而生产工艺的要求却只有2.63r/min，相差几乎百
倍！
由此可见，开环调速已不能满足要求，需采用反馈 首页 控制的闭环调速系统来解决这个问题。
动 控 制 系
开环机械特性
： n Ud0 IdR Ce
K
p
KsU
* n
Ce
RId Ce
n0op
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统 》 课 件
闭环时的静特性： 系统特性比较：
n
K
p
KsU
* n
Ce (1 K )
RId Ce (1
K)
n0cl
ncl
（1）闭环系统静性可以比开环系统机械特性硬得多。
动
控
制 利用上述各环节的稳态关系式可以画出闭环系统的稳态结构图
系
统
》 课
- IdR
件
U*n + ∆Unn Kp Uc Kss Ud0 + E
1/Ce
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首页
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结束
图2-2a 转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构框图
机械与材料学院
《
运
动 控
图2-2b 只考虑给定作
制 用 时的闭环系统
机械与材料学院
《 系统调节过程：
运
单闭环直流电机调速系统课程设计
《计算机控制技术》课程设计（单闭环直流电机调速系统）摘要运动控制系统中应用最普遍的是自动调速系统。
在工程实践中，有许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求有良好的静、动态性能。
由于直流电动机具有极好的运行性能和控制特性，尽管它不如交流电动机那样结构简单、价格便宜、制造方便、维护容易，但是长期以来，直流调速系统一直占据垄断地位。
当然，近年来，随着计算机技术、电力电子技术和控制技术的发展，交流调速系统发展很快，并有望在不太长的时间内取代直流调速系统，但是就目前来讲，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要方式。
在我国许多工业部门，如轧钢、矿山采掘、海洋钻探、金属加工、纺织、造纸以及高层建筑等需要高性能可控电力拖动的场合，仍然广泛采用直流调速系统。
而且，直流调速系统在理论上和实践上都比较成熟，从控制技术的角度来看，它又是交流调速系统的基础。
随着电子技术和计算机技术的高速发展，直流电动机调速逐步从模拟化走向数字化，特别是单片机技术的应用，使直流电动机调速技术进入一个新的发展阶段。
因此，本次课程设计就是针对直流电动机的起动和调速性能好，过载能力强等特点设计由单片机控制单闭环直流电动机的调速系统。
本设计利用AT89C52单片机设计了单片机最小系统构成直流电动机反馈控制的上位机。
该上位机具有对外部脉冲信号技术和定时功能，能够将脉冲计数用软件转换成转速，同时单片机最小系统中设计了键盘接口和液晶显示接口。
利用AT89C52单片机实现直流电机控制电路，即直流电动机反馈控制系统的下位机，该下位机具有直流电机的反馈控制功能，上位机和下位机之间采用并行总线的方式连接，使控制变得十分方便。
本系统能够用键盘实现对直流电机的起/停、正/反转控制，速度调节既可用键盘数字量设定也可用电位器连续调节并且有速度显示电路。
本系统操作简单、造价低、安全可靠性高、控制灵活方便，具有较高的实用性和再开发性。
关键词：直流电动机AT89C52 L298N 模数转换1课题来源1.1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，为了使学生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，提高学生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，培养学生独立自主、综合分析与创新性应用的能力，特设立《计算机控制技术》课程设计教学环节。
单闭环直流调速系统课程设计
单闭环直流调速系统课程设计一、课程设计简介本次课程设计的主要内容是单闭环直流调速系统，旨在通过理论学习和实践操作，使学生掌握单闭环直流调速系统的基本原理、控制方法和实现技术，提高学生的电子技术实践能力和综合素质。
二、课程设计目标1.了解单闭环直流调速系统的基本原理和控制方法；2.熟悉单闭环直流调速系统的硬件组成和软件编写；3.能够根据要求进行电路设计、仿真和实验操作；4.培养学生分析问题、解决问题的能力；5.提高学生的团队协作精神和沟通能力。
三、课程设计内容1.单闭环直流调速系统的基本原理（1）直流电机基本原理（2）PWM技术及其应用（3）PID控制器原理及应用2.单闭环直流调速系统硬件组成（1）电源模块（2）信号采集模块（3）PWM模块（4）PID控制器模块（5）输出驱动模块3.单闭环直流调速系统软件编写（1）编写程序框图设计文档（2）编写控制程序（3）编写PWM程序（4）编写PID控制器程序4.电路设计、仿真和实验操作（1）根据要求进行电路设计和仿真（2）进行实验操作，测试系统性能5.课程设计报告撰写（1）系统框图设计和电路原理图绘制（2）软件设计文档、程序代码和注释说明（3）实验数据记录和分析四、课程设计步骤及要点1.学习单闭环直流调速系统的基本原理和控制方法，了解硬件组成和软件编写；2.根据课程要求进行电路设计、仿真和实验操作；3.撰写课程设计报告，包括系统框图设计、电路原理图绘制、软件设计文档、程序代码和注释说明，以及实验数据记录和分析；4.在整个课程设计过程中，要注意安全问题，严格遵守实验室规定。
五、课程设计评价方法1.考核学生对单闭环直流调速系统的理解深度；2.考核学生的实验操作能力；3.考核学生的团队协作精神和沟通能力；4.评价学生的课程报告质量。
六、总结本次课程设计以单闭环直流调速系统为主题，通过理论学习和实践操作，使学生掌握了单闭环直流调速系统的基本原理、控制方法和实现技术，提高了学生的电子技术实践能力和综合素质。
转速单闭环直流调速系统设计1
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。
带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统设计与仿真运动控制实验报告
带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统设计与仿真 一、设计要求系统稳定并无静差 二、给定参数17,220,3000/min N N N P kw U V n r ===，I N =87.3A ，电枢回路电阻0.087a R =Ω，电感0.0032a L H =,励磁回路电阻181.5Ω,电动机的转动惯量20.76.J Kg m =三、闭环直流调速系统稳态参数的计算 1）额定负载时的稳态速降应为：m i n/12.6min /)02.01(1002.03000)1(r r s D s n n N cl =-⨯⨯≤-=∆2）闭环系统应有的开环放大系数：计算电动机的电动势系数： r V r V n R I U C N a N N e min/071.0min/3000087.03.87220⋅=⋅⨯-=-=闭环系统额定速降为：min /97.106min /071.0087.03.87r r C R I n e N op =⨯==∆闭环系统的开环放大系数为：5.16112.697.1061=-≥-∆∆=clop n n K003.0/max max n ==n U α3）计算运算放大器的放大系数和参数 运算放大器放大系数K p 为:5.16/e p ≥=s K KC K α电枢回路的总电感为0.0032H电磁时间常数为037.0/l ==R L T 27/1l ==τK4)电流截止负反馈 四加电网扰动（第8s电压220→240）负载扰动给定值扰动五、将PI调节器参数改变1.电网扰动（第8s电压220→240）2.负载扰动3.给定值扰动转速、电流双闭环直流调速系统设计与仿真一、设计要求系统稳定并无静差 二、给定参数17,220,3000/min N N N P kw U V n r ===，I N =87.3A ，电枢回路电阻0.087a R =Ω，电感0.0032a L H =,励磁回路电阻181.5Ω,电动机的转动惯量20.76.J Kg m =三、电流调节器ACR 参数计算允许电流过载倍数λ=2；设调节器输入输出电压im nm **U U ==10V ，电力电子开关频率为f=l kHz ．首先计算电流反馈系数β和转速反馈系数α：06.0 I n im *==ββλU N U n nm *α= α=0.003s T 001.0s = ，电流环小时间常数为s T T T oi 002.0s i =+=∑电流调节器超前时间常数为s T K l i 015.0/1i ===τ 而对电流环开环增益局l K =250/5.0=∑i T ，于是ACR 的比例系数为：94.4/i l i ==s K R K K βτ 四、转速调节器ASR 参数计算 选中频段宽度h=5。
实验一转速单闭环直流调速系统
实验一 转速单闭环直流调速系统一．开环直流调速系统１．原理图：220VUg励磁回路直流电机主回路２．接线：主回路、励磁回路、负载回路。
３．调整触发脉冲零位：给定电位u g ，双脉冲产生单元输入电位u c ，当0==c g u u 时，调双脉冲产生单元电位器RP ，观察示波器波形显示，使触发角︒︒=120~90α。
(由于电机电枢电阻，非纯电感负载，α应大于90°)4.开环机械特性测试：加励磁，给定0=gu，闭合主回路，强电交流输入电压调到220V。
若电机爬行，适当调双脉冲产生单元电位器RP，确保触发脉冲零位正确。
1) 负载Rg 开路（空载），调节正给定ug，使得电机转速min/1400rn=，记录直流电动机电流Id2) 给定ug保持不变，将负载电阻Rg放在最大，闭合负载回路。
逐步减小Rg，增大电机负载，测试电机静特性。
记录转速ｎ和对应电流Id，并作图。
二．转速单闭环调速系统 1．原理：直流电机主回路2．转速反馈整定：u g + -> u c ，调正给定u g ，开环运行至min /1500r n =。
调转速反馈单元FBS 中的电位器RP,使转速反馈电压V u n 5=(用万用表测量)。
由于转速调节器ASR 是反相器，故转速反馈电压端极性取正。
3．转速调节器ASR 的限幅整定：ASR 接成PI 调节器，不通强电。
负给定u g -（ug<0）接ASR 的输入端,ASR 的输出端连接u c 。
ug<0，调ASR 的电位器RP1（对应正输出），观察示波器波形变化，使触发角︒︒=30~15α。
4．测闭环静特性：负给定u g -和u n 接ASR 的输入端，ASR 的输出端连接u c ，连接成闭环。
方法步骤同开环测试。
1)．有静差：ASR 为P 调节器（电容二端短路），测试静特性，并作图。
2)．无静差：ASR 为PI 调节器，测试静特性，并作图。
单闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告4.doc
单闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告4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．通过改变比例系数以及积分时间常数τ的值来研究和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时突加输入时，由于比例部分的作用，输出量立即响应，突跳到，实现了快速响应；随后按积分规律增长，。
在时，输入突降为0，=0，= ，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=220V，额定电流=55A,额定转速=1000r/min,电动机电动势系数=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=44，滞后时间常数=0.00167s。
电枢回路总电阻R=1.0Ω，电枢回路电磁时间常数=0.00167s 电力拖动系统机电时间常数=0.075s。
转速反馈系数=0.01V •min/r。
对应额定转速时的给定电压=10V。
稳态性能指标D=20，s 5% 。
5.2 和1/τ的参数的确定：PI调节器的传递函数为其中，。
（1）确定时间常数1）整流装置滞后时间常数；2）转速滤波时间常数；3）转速环小时间常数；（2）计算参数按跟随和抗扰性都较好的原则，取h=5，则调节器超前时间常数，即积分时间常数：，则由此可得开环增益：于是放大器比例放大系数：六、仿真模型的建立如图6-1为比例积分控制的无静差直流调速系统的仿真框图，根据仿真框图，利用MATLAB下的SMULINK软件进行系统仿真，建立的仿真模型如图6-2所示。
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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 -第一章中文摘要摘要：为了提高直流调速系统的动态、静态性能，通常采用闭环控制系统。