直流调压调速控制系统设计
基于MATLAB的直流调压调速控制系统的仿真
三、MATLAB仿真环境搭建
MATLAB提供了Simulink仿真工具，可以方便地进行控制系统的建模和仿真。在搭建直流调压调速控制系统的仿真环境时，首先需要对电机的特性进行建模，包括电机的电动力学方程、电机的转矩-转速特性曲线等。然后，设计控制器的结构和参数，通过Simulink建立相应的控制模型，最后进行仿真验证。MATLAB还提供了丰富的工具箱和函数库，如控制系统工具箱、电机控制工具箱等，能够方便地进行控制系统设计和分析。
2. 控制系统模型
在直流调压调速控制系统中，控制器起着至关重要的作用。常见的控制器包括PID控制器和模糊控制器。这些控制器可以根据电动机的工作状态和需求信号进行控制，实现对电动机速度和输出电压的精准控制。在进行仿真时，需要将控制器的数学模型结合到整个系统中，以实现对电动机的系统级控制。
在MATLAB中进行直流调压调速控制系统的仿真时，可以利用Simulink工具箱进行建模和仿真。Simulink是MATLAB的一个附加工具箱，提供了丰富的模块和功能，可以方便地对控制系统进行仿真和分析。以下是基于MATLAB的直流调压调速控制系统的仿真步骤：
五、实验结果与分析
通过MATLAB的仿真实验，我们可以得到直流调压调速控制系统的性能指标，如电机的转速曲线、电机的输出功率曲线等。根据仿真结果，我们可以对控制系统进行性能分析和优化，调整控制器的参数，改进控制策略，提高系统的稳定性和响应性能。通过仿真实验可以验证控制系统的设计是否满足实际要求，指导工程实践中的系统调试和优化。
基于单片机的直流电机调速系统设计
直流电机转速 :
根据基尔霍夫第二定律，得到电枢电压电动势平衡方程式 U=Ea+Ia（Ra+Rc）……………式1
式1中，Ra为电枢回路电阻，电枢回路串联保绕阻与电刷 接触电阻的总和；Rc是外接在电枢回路中的调节电阻
由此可得到直流电机的转速公式为:
n=(Ua-IR)/CeΦ ………………………式2
式2中, Ce为电动势常数, Φ是磁通量。 由1式和2式得
n=Ea/CeΦ ……………………………式3
由式3中可以看出, 对于一个已经制造好的电机, 当励磁电压和 负载转矩恒定时, 它的转速由回在电枢两端的电压Ea决定, 电 枢电压越高, 电机转速就越快, 电枢电压降低到0V时, 电机就 停止转动；改变电枢电压的极性, 电机就反转。
PWM脉宽调速
PWM（脉冲宽度调制）是通过控制固定电压的 直流电源开关频率, 改变负载两端的电压, 从 而达到控制要求的一种电压调整方法。在PWM 驱动控制的调整系统中, 按一个固定的频率 来接通和断开电源, 并且根据需要改变一个 周期内“接通”和“断开”时间的长短。通 过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来 达到改变平均电压大小的目的, 从而来控制 电动机的转速。也正因为如此, PWM又被称为 “开关驱动装置”。
, 软件简单。但每个按键需要占用一个输入口线, 在 按键数量较多时, 需要较多的输入口线且电路结构复杂, 故此种键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合。
数码管显示部分 本设计使用的是一种比较常用的是四位数码 管, 内部的4个数码管共用a~dp这8根数据线, 为使用提供了方便, 因为里面有4个数码管, 所以它有4个公共端, 加上a~dp, 共有12个引 脚, 下面便是一个共阴的四位数码管的内部 结构图（共阳的与之相反）
课程设计--直流电机调速控制系统设计
课程设计--直流电机调速控制系统设计指导教师评定成绩：审定成绩：**********课程设计报告设计题目：直流电机调速控制系统设计学校：********************学生姓名：**********专业：********************班级：***********学号：**************指导教师：*****************8设计时间：2013 年12 月目录引言 (3)一、直流电动机的工作原理 (4)二、直流电动机的结构 (5)三、直流电动机的分类 (6)四、电动机的机械特性 (7)五、他励直流电动机起动 (10)六、他励直流电动机的调速方法 (11)七、PWM调制电路 (14)八、H桥驱动电路 (14)九、直流电动机调速控制系统设计 (15)十、心得体会 (22)附录参考文献 (23)课程设计任务书 (23)引言现代工业生产中，电动机是主要的驱动设备，目前在直流电动机拖动系统中已大量采用晶闸管(即可控硅)装置向电动机供电的KZ—D拖动系统，取代了笨重的发电动一电动机的F—D系统，又伴随着电子技术的高度发展，促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变，特别是单片机技术的应用，使直流电机调速技术又进入到一个新的阶段，智能化、高可靠性已成为它发展的趋势。
直流电机调速基本原理是比较简单的（相对于交流电机），只要改变电机的电压就可以改变转速了。
改变电压的方法很多，最常见的一种PWM脉宽调制，调节电机的输入占空比就可以控制电机的平均电压，控制转速。
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。
直流电动机调压调速可控整流电源设计
直流电动机调压调速可控整流电源设计一、设计目标设计一个可控整流电源，满足直流电动机调压调速的需求。
该电源应具备以下特点：1.输出电压稳定可调；2.输出电流稳定可控；3.满足直流电动机调压调速的要求；4.设计成本低廉；5.性能可靠稳定。
二、设计原理可控整流电源的设计原理主要基于三相桥式可控整流电路。
该电路由6个可控晶闸管组成，分为正半桥和负半桥。
按照正弦交流电源的输入，晶闸管控制引脚接收控制信号，将交流电源的负半周期向直流方向进行整流。
同时，交流电源的正半周期通过极性相反的晶闸管进行整流。
通过控制晶闸管的导通时间，可以调节整流电流的大小和方向，从而实现直流电动机的调压调速需求。
三、设计步骤1.确定直流电动机的额定电压和电流，根据其负载要求确定整流电源的输出电压和电流范围。
2.选择适合的可控晶闸管，根据其额定电压和电流选择合适的型号。
3.根据整流电源输出电压和电流的范围，计算控制晶闸管的导通时间和周期。
4.根据计算结果，设计控制电路，包括控制信号发生器，控制信号的调节电路以及触发电路等。
5.确定整流电源的滤波电路，包括电感和电容等元件。
6.搭建整流电源的实验原型，进行测试和调试，验证设计的可行性。
7.根据实际测试结果进行优化和改进，完善整流电源的性能和稳定性。
四、设计实现1.整流电路：采用三相桥式可控整流电路，由6个可控晶闸管组成。
2.控制电路：采用微控制器或FPGA芯片控制，通过脉宽调制（PWM）的方式生成控制信号，控制晶闸管的导通时间和周期。
3.滤波电路：采用L-C滤波电路，电感和电容组合滤除直流电源中的脉动。
4.保护电路：设计过流保护和过压保护等电路，确保整流电源稳定可靠，避免对电动机的损坏。
5.控制算法：采用PID控制算法，通过测量电动机的转速和负载情况，调节控制信号的占空比，以实现电机的调压调速。
五、设计优化和改进1.优化控制电路：采用先进的数字控制器，改进PWM控制算法，提高整流电源的响应速度和稳定性。
直流电机调速系统的设计
直流电机调速系统的设计直流电机调速系统是控制直流电机转速的一个重要工程应用领域。
在很多工业领域中，直流电机的转速控制是非常重要的，因为直流电机的转速对于机械设备的运行效率和稳定性有着重要影响。
本文将详细介绍直流电机调速系统的设计原理和步骤。
一、直流电机调速系统的基本原理直流电机调速系统的基本原理是通过改变电机的电压和电流来控制电机的转速。
一般来说，直流电机的转速与电机的电压和负载有关，转速随电压增加而增加，转速随负载增加而减小。
因此，当我们需要调节直流电机的转速时，可以通过改变电机的电压和负载来实现。
二、直流电机调速系统的设计步骤1.确定设计要求：在设计直流电机调速系统之前，首先需要确定系统的设计要求，包括所需的转速范围、响应速度、控制精度和负载要求等。
这些设计要求将指导系统的设计和选择适当的控制器。
2.选择控制器：根据设计要求，选择适当的控制器。
常见的直流电机调速控制器有PID控制器、模糊控制器和自适应控制器等。
根据实际情况，选择最合适的控制器来实现转速调节。
3.选择传感器：为了实时监测电机的转速和位置，需要选择合适的传感器来进行测量。
常见的传感器有光电编码器、霍尔效应传感器和转速传感器等。
根据实际需求，选择合适的传感器进行安装和测量。
4.搭建电路：根据控制器的要求，搭建合适的电路来实现控制和测量功能。
通常需要安装电压和电流传感器来实时监测电机的电压和电流，并将测量结果反馈给控制器。
5.调试和测试：在电路搭建完成后，需要进行调试和测试来验证系统的性能。
首先调整控制器的参数，使得系统能够按照设计要求进行转速调节。
然后进行负载试验，测试系统在不同负载下的转速调节性能。
对系统进行调试和测试，可以发现问题并及时解决，确保系统能够正常工作。
6.性能优化：根据测试结果，对系统进行性能优化。
根据实际需求，调整控制器的参数和传感器的位置，改善系统的转速调节性能和响应速度。
优化后的系统将更好地满足设计要求。
三、直流电机调速系统的工程应用总结：本文详细介绍了直流电机调速系统的设计原理和步骤。
直流电机调速系统设计与实现
直流电机调速系统设计与实现直流电机调速系统是一种常见的电机控制系统，通过调节电机的转速和输出功率，可以实现对机械设备的精准控制。
在工业生产和机械设备中得到广泛应用。
本文将介绍直流电机调速系统的设计和实现过程。
一、系统设计1. 电机选择：首先需要选择适合的直流电机作为调速系统的执行器。
根据需要的输出功率和转速范围，选择合适的电机型号和规格。
2. 电机驱动器选择：电机驱动器是控制电机转速的核心设备。
根据电机的额定电流和电压，选择合适的电机驱动器。
常见的电机驱动器包括PWM调速器、直流电机驱动模块等。
3. 控制器选择：控制器是调速系统的大脑，负责接收输入信号，并输出控制信号来调节电机转速。
常见的控制器包括单片机、PLC等。
4. 传感器选择：为了实现闭环控制，通常需要使用传感器来检测电机的转速和位置。
根据具体的需求选择合适的传感器，如编码器、霍尔传感器等。
5. 调速算法设计：根据应用需求，设计合适的调速算法。
常见的调速算法包括PID控制、模糊控制等。
二、系统实现1. 硬件连接：根据设计需求，将电机、电机驱动器、控制器和传感器等硬件设备连接起来。
确保电气连接正确无误。
2. 软件编程：根据设计的调速算法，编写控制程序。
在控制器上实现信号的采集、处理和输出，实现电机的闭环控制。
3. 参数调试：在系统搭建完成后，进行参数调试。
根据实际效果，调节PID参数等，使电机能够稳定运行并达到设计要求的转速和功率输出。
4. 性能测试：进行系统的性能测试，包括转速稳定性、响应速度等。
根据测试结果对系统进行优化和改进。
5. 系统应用：将设计好的直流电机调速系统应用到具体的机械设备中，实现精准的控制和调节。
根据实际应用情况，对系统进行进一步调优和改进。
通过以上设计和实现过程，可以建立一个稳定可靠的直流电机调速系统，实现对电机转速和功率的精确控制。
在工业生产和机械领域中得到广泛应用，提高了生产效率和设备的精度。
希望本文对直流电机调速系统的设计和实现有所帮助，让读者对这一领域有更深入的了解。
PWM控制直流调速系统设计
****学院课程设计电子电气工程院电气工程及其自动化专业题目PWM控制直流调速系统设计学生姓名****班级***学号指导教师完成日期2010 年12 月28 日摘要以电力电子学和电机调速技术为基础，本设计了一种基于PWM控制技术的直流电机调速控制系统;为了得到好的动静态性能，该控制系统采用了双闭环控制。
霍尔电流传感器与测速电机共同实现速度控制的功能，同时完成了人机交互的任务。
对于调速系统中要用到的大功率半导体开关器件，本文选用的是IGBT。
论文中对IGBT应用时要注意的各个技术方面进行了详细的讨论，给出了专用IGBT驱动芯片SG3525的内部结构和应用电路。
论文对PWM控制的原理进行了说明，重点对集成PWM控制器SG3525做了介绍，分析了SG3525的内部结构和外部电路的接法，并给出了它在系统中的应用电路。
论文对系统中用到测速电机和霍尔电流传感器的原理和应用也进行了介绍。
最后分析了系统的静动态特性，结果表明双闭环控制对系统的性能有很大的改善，即双闭环控制系统有响应快，静态稳定性好的特点。
关键词: IGBT；PWM控制；双闭环AbstractTo the power electronics and motor technology as the foundation, The design of a PWM control technology based on the DC motor speed control system; In order to obtain a good dynamic and static properties, The control system uses a double-loop control. Hall current sensor and guns together to achieve the motor speed control function, while the completion of the HCI mission.Speed Control System for the use of the power semiconductor devices, the paper uses the IGBT. The thesis of IGBT application to the attention of the various technical aspects of detailed discussions, given the exclusive IGBT driver IC SG3525 the internal structure and application circuit. PWM control of the paper, the principle of the note, with a focus on integrated PWM controller SG3525 made a presentation the SG3525 analysis of the internal structure and external circuit access method, and gives it a system of circuit. Papers on gun systems used motor and Hall current sensor application of the principle and also introduced. Finally, the paper analyzes the static and dynamic characteristics of the results shows that the closed-loop control on the performance of the system is greatly improved. that is, double-loop control system is fast response, good static stability characteristics.Keywords: IGBT; PWM control; Double Closed-loop目录第1章引言 (1)1.1课题来源 (1)1.2 直流电动机的调速方法介绍 (1)1.3 选择PWM控制系统的理由 (3)1.5 设计技术指标要求 (4)第2章 PWM控制直流调速系统主电路设计 (4)2.1 主电路结构设计 (4)2.1.1电路组成及系统分析 (4)2.2电路总体介绍 (5)2.2.1主电路工作原理 (5)2.2.2降压斩波电路与电机的电动状态 (6)2.2.3升压斩波电路与电机的制动状态 (6)2.2.4半桥电路与电机的电动和制动运行状态 (6)2.2.5电机可逆运行的实现 (7)2.3 PWM变换器介绍 (7)2.4.2 缓冲电路参数 (14)2.4.3 泵升电路参数 (14)第3章PWM控制直流调速系统控制电路设计 (16)3.1控制电路设计 (16)3.1.1 SG3525的应用 (16)3.1.2 SG3525芯片的主要特点 (16)3.1.3 SG3525引脚各端子功能 (17)3.1.4 SG3525的工作原理 (18)3.2 LM1413的应用 (19)3.3脉冲变压器的应用 (19)3.4速度调节器（ST-1） (19)3.5电枢电流调节器（LT-1） (21)3.6速度变换单元（FBS） (22)3.7电流检测 (23)3.8 脉冲变压器 (23)3.9 给定单元 (24)结束语 (25)致谢 (26)参考文献 (27)第1章引言1.1课题来源目前，直流调速技术的研究和应用已达到比较成熟的地步，尤其是随着全数字直流调速的出现，更提高了直流调速系统的精度及可靠性。
基于MATLAB的直流调压调速控制系统的仿真
基于MATLAB的直流调压调速控制系统的仿真一、直流调压调速控制系统的原理直流调压调速控制系统主要由电压控制回路和速度控制回路组成。
电压控制回路用于控制电动机的电压，从而实现电动机的调压；速度控制回路用于调整电动机的转速，实现电动机的调速。
电压控制回路和速度控制回路之间是相互联系的，二者协同工作才能使电动机达到预定的工作状态。
在本文的仿真中，我们将重点关注电压控制回路和速度控制回路的设计和性能。
二、仿真模型的建立在MATLAB中，我们可以通过Simulink工具建立直流调压调速控制系统的仿真模型。
我们需要建立电动机的数学模型，包括转矩方程、速度方程和电压方程；我们需要设计电压控制回路和速度控制回路的控制算法和参数。
将电动机模型和控制回路结合在一起，形成直流调压调速控制系统的仿真模型。
三、电压控制回路的仿真分析电压控制回路的主要任务是根据速度控制回路的信号要求，生成电压信号并送往电动机，控制电动机的转矩。
在仿真中，我们可以通过改变输入信号的幅值和频率，观察电压控制回路的响应特性，比如超调量、调节时间等。
我们也可以通过引入一些干扰信号，例如负载扰动，来观察电压控制回路的抗扰性能。
通过仿真分析，我们可以得出电压控制回路设计的满意度和稳定性。
五、整体系统的仿真分析经过对电压控制回路和速度控制回路的单独仿真分析后，我们可以将两者结合在一起，形成整体的直流调压调速控制系统的仿真模型。
通过整体系统的仿真分析，我们可以评估控制系统的性能和稳定性。
我们可以观察系统在不同工作状态下的响应特性，比如启动、调压和调速的过程中的响应速度、控制精度和稳定性。
我们也可以引入一些复杂的工况和干扰信号，例如负载变化和电网故障，来观察整体系统的鲁棒性和抗干扰能力。
通过仿真分析，我们可以评估整体系统的设计合理性和可靠性。
六、结论通过MATLAB的仿真分析，我们可以对直流调压调速控制系统的性能和稳定性进行全面评估。
我们可以深入了解电压控制回路和速度控制回路的设计和性能，找出设计的不足和改进的方向。
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第3章 系统电路的结构形式和双闭环调速系统的组 成
3．1 主电路的选择与确定
直流调速系统常用的直流电源有三种①旋转变流机组；②静止式可控 整流器；③直流斩波器或脉宽调制变换器。
机组供电的直流调速系统在20世纪60年代以前曾广泛地使用着，但该 系统需要旋转变流机组，至少包含两台与调速电动机容量相当的旋转电 机还要仪态励磁发电机，因此设备多，体积大，费用高，效率低。
1．2 研究课题的目的和意义
在单闭环调速系统中，电网电压扰动的作用点离被调量较远，调节作 用受到多个环节的延滞，因此单闭环调速系统抵抗电压扰动的性能要差 一些。双闭环系统中，由于增设了电流内环，电压波动可以通过电流反 馈得到比较及时的调节，不必等它影响到转速以后才能反馈回来，抗扰
性能大有改善因此，在双闭环系统中，由电网电压波动引起的转速动态 变化会比单闭环系统小得多。用经典的动态校正方法设计调节器须同时 解决稳、准、快、抗干扰等各方面相互有矛盾的静、动态性能要求，需 要设计者有扎实的理论基础和丰富的实践经验，而初学者则不易掌握， 于是有必要建立实用的设计方法。大多数现代的电力拖动自动控制系统 均可由低阶系统近似。若事先深入研究低阶典型系统的特性并制成图 表，那么将实际系统校正或简化成典型系统的形式再与图表对照，设计 过程就简便多了。这样，就有了建立工程设计方法的可能性。
（3-1） 式中 T------功率开关器件的开关周期；
------开通时间； ------占空比，，其中为开关频率。
图3.2 直流斩波器-电动机系统原理图
图3.3 波形图
因此，根据本设计的要求应选择第二个可控直流电源。 对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电 压的方式为最好，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主，根据 晶闸管的特性，可以通过调节控制角α大小来调节电压。当整流负载容 量较大或直流电压脉动较小时应采用三相整流电路，其直流侧由三相电 源供电。三相整流电路中又分三相半波和全控桥整流电路，因为三相半 波整流电路在其变压器的二次侧含有直流分量，故不采用，本设计采用 了三相全控桥整流电路来供电，该电路是目前应用最广泛的整流电路， 输出电压波动小，适合直流电动机的负载，并且该电路组成的调速装置 调节范围广，能实现电动机连续、平滑地转速调节、电动机不可逆运行 等技术要求。主电路原理图如图3.4所示
定，并满足动态性能指标的要求。 5． 绘制V—M双闭环直流不可逆调速系统电器原理图（要求用计算
机绘图），并用Orcad或Matlab软件进行拖动控制系统仿真以及硬件仿 真。（建立传递函数方框图），并研究参数变化时对直流电动机动态性 能的影响。
1.3.3 技术参数 1. 晶闸管整流装置：，。 2. 负载电机额定数据：，，，，，。 3. 系统主电路，。
1957年晶闸管问世，已生产成套的晶闸管整流装置，即右图3.1晶闸管电动机调速系统(简称V-M系统)的原理图。通过调节处罚装置GT的控制 电压来移动触发脉冲的相位，即可改变平均整流电压，从而实现平滑调 速。和旋转变流机组及离子拖动变流装置相比，晶闸管整流装置不进在 经济性和可靠性上都很大提高，而且在技术性能上也现实出较大的优越 性。
图2.1 双闭环直流调速系统设计总框架
三相交流电路的交、直流侧及三相桥式整流电路中晶闸管中电路保护 有电压、电流保护。一般保护有快速熔断器，压敏电阻，阻容式。根据 不同的器件和保护的不同要求采用不同的方法。根据选用的方法，分别 计算保护电路的各个器件的参数。
驱动电路是电力电子主电路与控制电路之间的接口，是电力电子装置 的重要环节，对整个装置的性能有很大的影响。采用性能良好的驱动电 路，可使是电力电子器件工作在较理想的开关状态，缩短开关时间，减 小开关损耗，对装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要的意义。驱 动电路的基本任务，就是就将信息电子电路穿来的信号按照其控制目标 的要求，转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间，可以使其开通 或关断的信号。本设计使用的是晶闸管，即半控型器件。驱动电路对半
1．3 设计内容和要求
1.3.1 设计要求 1. 该调速系统能进行平滑地速度调节，负载电机不可逆运行，具有较 宽地转速调速范围（），系统在工作范围内能稳定工作。 2. 系统静特性良好，无静差（静差率）。 3. 动态性能指标：转速超调量，电流超调量，动态最大转速降，调速 系统的过渡过程时间（调节时间）。 4. 系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续。 5. 调速系统中设置有过电压、过电流保护，并且有制动措施。 6. 主电路采用三项全控桥。 1.3.2 设计内容 1. 根据题目的技术要求，分析论证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计算（包括有变压器、电力 电子器件、平波电抗器与保护电路等）。 3. 驱动控制电路的选型设计（模拟触发电路、集成触发电路、数字触 发电路均可）。 4．动态设计计算：根据技术要求，对系统进行动态校正，确定ASR 调节器与ACR调节器的结构形式及进行参数计算，使调速系统工作稳
图3.1 V—M系统原理图
直流斩波器-电动机系统的原理图示于图3.2，其中VT用开关符号表示任 何一种电力电子开关器件，VD表示续流二极管。当VT导通时，直流电 源电压US加到电动机上；当VT关断时，直流电源与电机脱开，电动机 电枢经VD续流，两端电压接近于零。如此反复，得到电枢端电压波 形，如图3.3所示,好像是电源电压US在时间内被接上,又在(T--)时间内被 斩断,故称“斩波”。这样，电动机得到的平均电压为
图3.4 主电路原理图
三相全控制整流电路由晶闸管VT1、VT3、VT5接成共阴极组，晶闸管 VT4、VT6、VT2接成共阳极组，在电路控制下，只有接在电路共阴极 组中电位为最高又同时输入触发脉冲的晶闸管，以及接在电路共阳极组 中电位最低而同时输入触发脉冲的晶闸管，同时导通时，才构成完整的 整流电路。晶闸管的控制角都是，在一个周期内6个晶闸管都要被触发 一次，触发顺序依次为：VT1—VT2—VT3—VT4—VT5—VT6，晶闸管 必须严格按编号轮流导通，6个触发脉冲相位依次相差60O，只有这样才 能使电路正常工作。
目录
第1章 绪 论 1
1．1 直流调速系统的概述 1 1．2 研究课题的目的和意义 2 1．3 设计内容和要求 2
第2章 双闭环直流调速系统设计框图 4 第3章 系统电路的结构形式和双闭环调速系统的组 成6
3．1 主电路的选择与确定 6 3．2 双闭环调速系统的组成 8
第4章 驱动电路的设计 11
4．1晶闸管的触发电路 11 4．2脉冲变压器的设计 13
控型只需要提供开通控制信号。对与晶闸管的驱动电路叫作触发电路。 所以对晶闸管的触发电路也是重点设计。
直流调速系统中应用最普通的方案是转速、电流双闭环系统，采用串 级控制的方式。转速负反馈环为外环，其作用是保证系统的稳速精度。 电流负反馈环为内环，其作用是实现电动机的转距控制，同时又能实现 限流以及改善系统的动态性能。转速、电流双闭环直流调速系统在突加 给定下的跟随性能、动态限流性能和抗扰动性能等，都比单闭环调速系 统好。本课题设计主要是设计双闭环的中两个调节器参数计算与检测。
图3.6 转速、电流双闭环直流调速系统原理框图
（注: ASR—转速调节器 ACR—电流调节器 TG—直流测速发电
机
TA—电流互感器
UPE—电力电子装置 Un*—转速给定电压
Un—转速反馈电压 Ui*—电流给定电压 Ui —电流反馈电 压）
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3.6所示。 这就是说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。从闭环结构上看，电流调节环 在里面，叫内环；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3.5 带有截止负反馈系统启动电流波形
实际的调速系统, 除要求对转速进行调整外, 很多生产机械还提出了加 快启动和制动过程的要求, 例如可逆轧钢, 龙门刨床都是经常处于正反转 工作状态的, 为了提高生产率, 要求尽量缩短过渡过程的时间。从图3.2 启动电流变化的波形可以看到, 电流只在很短的时间内就达到了最大允 许值, 而其他时间的电流均小于此值, 可见在启动过程中,电机的过载能 力并没有充分利用。如果能使启动电流按虚线的形状变化, 充分利用电 动机的过载能力, 使电机一直在较大的加速转矩下启动, 启动时间就会大 大缩短, 只要就够了。上述设想提出一个理想的启动过程曲线, 其特点是 在电机启动时, 启动电流很快加大到允许过载能力值, 并且保持不变, 在 这个条件下, 转速得到线性增长, 当开到需要的大小时, 电机的电流急剧 下降到克服负载所需的电流值,对应这种要求可控硅整流器的电压在启 动一开始时应为, 随着转速的上升, 也上升, 达到稳定转速时, 。这就要求 在启动过程中把电动机的电流当作被调节量, 使之维持在电机允许的最 大值, 并保持不变。这就要求一个电流调节器来完成这个任务。带有速 度调节器和电流调节器的双闭环调速系统便是在这种要求下产生的。如要三相直流电，在生活中直接提供的三相交流380V 电源，因此要进行整流，则本设计采用三相桥式整流电路变成三相直流 电源，最后达到要求把电源提供给直流电动机。如图2.1设计的总框 架。
整流 供电
三相交流电源 三相桥式整流电路
直流电动机
双闭环直流调速机 驱动电路 保护电路
第5章双闭环调速系统调节器的动态设计 15
5．1 电流调节器的设计 15 5．2 转速调节器的设计 18
小结 24 致谢 25 参考文献 26 附图 28
第1章 绪 论
1．1 直流调速系统的概述
三十多年来，直流电机调速控制经历了重大的变革。首先实现了整流 器的更新换代，以晶闸管整流装置取代了习用已久的直流发电机电动机 组及水银整流装置使直流电气传动完成了一次大的跃进。同时，控制电 路已经实现高集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技术的应用， 使直流调速系统的性能指标大幅提高，应用范围不断扩大。直流调速技 术不断发展，走向成熟化、完善化、系列化、标准化，在可逆脉宽调 速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代。直流调速是指人为地或自 动地改变直流电动机的转速,以满足工作机械的要求。从机械特性上看, 就是通过改变电动机的参数或外加工电压等方法来改变电动机的机械特 性,从而改变电动机机械特性和工作特性机械特性的交点,使电动机的稳 定运转速度发生变化。直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在广 泛范围内平滑调速，在轧钢机、矿井卷扬机、挖掘机、海洋钻机、金属 切削机床、造纸机、高层电梯等需要高性能可控电力拖动的领域中得到 了广泛的应用。近年来，交流调速系统发展很快，然而直流拖动系统无 论在理论上和实践上都比较成熟，并且从反馈闭环控制的角度来看，它 又是交流拖动控制系统的基础，所以直流调速系统在生产生活中有着举 足轻重的作用。