转速负反馈单闭环直流调速系统.
转速负反馈单闭环有差直流调速系统
JIU JIANG UNIVERSITY电力电子技术课程设计题目转速负反馈单闭环有差直流调速系统院系电子工程学院专业自动化姓名王强年级电A113201(13)指导教师张波2014年 6 月电力电子技术课程设计摘要运动控制系统中应用最普遍的是自动调速系统。
自动调速系统主要包括直流调速系统和交流调速系统。
在高性能的拖动技术领域中，相当长时间内基本采用直流电力拖动系统。
直流调速是指人为地或自动地改变直流电动机的转速，已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负载机械特性的的交点，使电动机的稳定运转速度发生变化。
本文以直流电动机为对象，对转速负反馈有差直流调速系统在单闭环控制下的情形，进行了深入的分析研究，并用计算机仿真工具MATLAB的Simulink工具箱对系统模型进行了仿真研究。
关键词：直流电机调速；单闭环；MATLAB仿真目录引言 (1)1 设计任务及要求 (2)1.1 设计任务 (2)1.2 设计要求 (2)2 设计方案论证 (3)3 设计电路的原理分析 (4)3.1 单闭环控制的直流调速系统的组成 (4)3.2 转速单闭环直流电机调速系统的静态分析 (5)3.3 反馈控制单闭环直流调速系统的动态分析 (7)3.4 转速负反馈单闭环有差直流调速系统原理 (8)4 转速负反馈单闭环有差直流调速系统的仿真模型 (9)4.1 转速负反馈单闭环有差直流调速系统的建模 (9)4.2 仿真模型使用模块提取的路径及其参数设置 (9)5 转速负反馈单闭环有差直流调速系统的仿真及分析 (11)5.1 转速负反馈单闭环有差直流调速系统的仿真 (11)5.2 转速负反馈单闭环有差直流调速系统的仿真结果分析 (11)结论 (12)参考文献 (13)转速负反馈单闭环有差直流调速系统引言三十多年来，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，以三相整流桥等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。
1-直流调速系统-单闭环
单闭环直流调速系统 -- 有静差系统
单闭环直流调速系统 -- 有静差系统
在假设忽略各种非线性因素等条件下，系统中各环节
的稳态关系为：
➢ 电压比较器 UnUn *Un
➢ 放大器 ➢ 晶闸管触发整流装置 ➢ 调速系统开环机械特性
➢ 测速发电机
UcKpUn
Ud0KsUc nUd0 IdR
Ce
Unn
单闭环直流调速系统 -- 有静差系统
Ce
转速 n 随触发角 变化， 改变 角，即可得到一簇 平行的机械特性曲线。
单闭环直流调速系统 -- 一般概念
转速控制基本要求： 1. 调速：在一定的速度范围内分级或无级调速； 2. 稳速：以一定的精度在所需转速上运行，尽量不受
负载变：频繁起动、制动的生产机械要求尽量缩
单闭环直流调速系统 -- 有静差系统
用阶跃函数表示晶闸管整流和触发装置的输入、输出
关系： U d0K sU c(tT s)
做拉氏变换得到晶闸管整流触发装置传递函数：
Ud0( s) Uc( s)
KseTss
因 Ts 远小于系统其它环节时间常数，故将其近似为
一阶惯性环节：
Ud0( s) Ks Uc(s) Tss1
单闭环直流调速系统 -- 有静差系统
由动态结构图可以得到系统开环传递函数：
W (s)C e(T ss1)K T (p m K T ss2T m s1)
假设 IdL=0 （不考虑负载变化对稳定性的影响），得
到系统闭环传递函数：
KpKs
Wcl(s)TmTTs
Ce(1K) s3Tm(TTs)s2TmTs s1
ans = 1.1695
>> syms a U2 t
实验一 单闭环晶闸管直流调速系统实验
c．调节给定电压 ，使直流电机空载转速 转/分，再调节测功机加载旋钮，在直流电机空载至额定负载 范围内，测取6点，读取电机转速 ，电机电枢电流 ，即可测出系统的开环特性 。
1200
1257
1305
1358
1412
1472
1
0.84
0.68
4．如何确定转速反馈的极性与把转速反馈正确地接入系统中？又如何调节转速反馈的强度，在线路中调节什么元件能实现？
答：测量反馈电压。调节FBS中的RP。
3．测取调速系统在带转速负反馈时的有静差闭环工作的静特性
4．测取调速系统在带转速负反馈时的无静差闭环工作的静特性
三．实验线路及原理
为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环控制系统（包括单闭环系统和多闭环系统）。对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速指标较高的则采用多闭环系统。按反馈的方式不同可分为转速反馈、电流反馈、电压反馈等。在单闭环系统中，转速单闭环使用较多。
1487
1493
1497
1500
1500150010.840.68
0.52
0.36
0.2
图1-2系统机械特性曲线
由此可见，有转速负反馈时，电机转速相比无转速负反馈的开环工作模式几乎没有下落，前者转速降落至1378转每分钟，后者为1200转每分钟；而带负反馈无静差的系统比负反馈有静差的系统有更佳的控制效果。
给定为零。
9．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）
转速负反馈单闭环自动调速系统
的结果, 与注册会计师讨论风险问上题一和页下重一要页 返回
第一节 注册会计师与治理层的沟通
(２) 帮助注册会计师更好地了解被审计单位 及其环境。
在与治理层就计划的审计范围和时间安排进 行沟通时, 尤其是在治理层部分或全部成员 参与管理被审计单位的情况下, 注册会计师 需要保持职业谨慎, 避免损害审计的有效性。
晶闸管整流装置Ks=30,测速发电机PN=22KW，
UN=110V，IN=0.2A，nN=1880r/min,
设计要求稳态指标为调速范围D=10，静差率S≤0.05，
求：①额定负载时闭环系统稳态转速降Δn b与
开环系统稳态转速降Δn k
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第4章 电工测量与工厂输配电和安全会计政策和财务报表披露的 判断。 针对会计实务重大方面的质量进行 开放性的、建设性的沟通, 可能包括评价重 大会计实务的可接受性。
２.审计工作中遇到的重大困难
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第一节 注册会计师与治理层的沟通
(３) 为获取充分、适当的审计证据需要付出 的努力远远超过预期;
4.2.2 系统静态特性分析与计算
3），当要求的静差率相同，且最高转速相同时，
闭环系统的调速范围D是开环系统的（1+K）倍。
即闭环系统可达到的最低转速要比开环系统小得多。
3，转速负反馈调速系统的稳态参数计算
例：某转速负反馈调速系统如图4-11，
已知直流电动机PN=2.5KW，UN=220V，
IN=15A，nN=1500r/min,电枢电阻R=2Ω,
§4.2 转速负反馈单闭环自动调速系统
4.2.1 系统组成及工作原理 4.2.2 系统静态特性分析计算 4.2.3 转速负反馈系统的抗扰动性能 4.2.4 单环控制调速系统的限流保护——电流
(完整版)转速负反馈单闭环直流调速系统.
例2.2 对于例2.1所示的开环系统，采用转 速负反馈构成单闭环系统，且已知晶闸管
整流器与触发装置的电压放大系数 Ks = 30，
= 0.015V·min/r，为了满足给定的要求，
计算放大器的电压放大系数KP 。
IdR
U*n +
_
∆Unn
Uct Kp
Ud0 + _ E Kss
1/Ce
n
Un
解：在例2.1中已经求得
IdR
U*n +
_
∆Unn
Uct Kp
Ks
Ud0 + _ E
1/Ce
n
Un
n
开环机械特性
闭环静特性
B
C
A
A’
D
Ud4 Ud3 Ud2 Ud1
O
Id1
Id2
Id3
Id4
Id
图2.19 闭环系统静特性和开环机械特性的关系
由此看来，闭环系统能够减少稳态速 降的实质在于它的自动调节作用，在于它 能随着负载的变化而相应地改变电枢电压， 以补偿电枢回路电阻压降。
运动控制系统
第2 章
直流调速系统
2.3 转速负反馈单闭环直流调速系统
2.3.1 单闭环调速系统的组成及静特性 2.3.2 单闭环调速系统的动态分析 2.3.3 无静差调速系统的积分控制规律 2.3.4 单闭环调速系统的限流保护
2.3.1 单闭环调速系统的组网 功率驱动装置 电动机
3. 开环系统机械特性 和闭环系统静特性的关系
比较一下开环系统的机械特性和闭环系统的静 特性，就能清楚地看出反馈闭环控制的优越性。如
果断开反馈回路，则上述系统的开环机械特性为
n Ud0 IdR Ce
0实验一：转速负反馈闭环调速系统仿真框图及参数
0实验一：转速负反馈闭环调速系统仿真框图及参数实验一:转速负反馈闭环调速系统仿真框图及参数转速负反馈闭环调速系统系统仿真框图及参数(sI dL- * n(s) ) (s) U n+ + + + - + -,图一比例积分控制的直流调速系统的仿真框图图一中是转速负反馈闭环调速系统的仿真框图，由框图中可以看出:1、该系统是采用PI调节器进行调节的，PI调节器的传递函数如下式所示:其中，是比例系数，积分系数=。
2、该系统采用的是单闭环系统，通过把转速作为系统的被调节量，检测误差，纠正误差，有效地抑制直至消除扰动造成的影响。
各环节参数如下:直流电动机:额定电压U= 220V，额定电流，额定转速,N电动机电动势系数。
假定晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数，滞后时间常数0.00167s。
电枢回路总电阻R = 1.0,，电枢回路电磁时间常数，电力拖动系统机电时间常数。
转速反馈系数, , ,,,,。
对应额定转速时的给定电压。
转速负反馈闭环调速系统的仿真1. 仿真模型的建立比例积分控制的无静差直流调速系统的仿真模型进入MATLAB，并打开SIMULINK模块浏览器窗口，建立一个新的模型，并复制入相应模块，修改模块的参数.当其中PI调节器的至暂定为，1/, = 11.43时，把从10.0修改为0.6后控制参数的仿真结果:图1 电枢电流随时间变化的规律图2电机转速随时间变化的规律由图1可知电流的最大值为230A左右，显然不满足实际要求，故后面需对此进行处理，采用带电流截止负反馈环节的直流调速系统。
其中，由图2 scope输出结果中可以得出该控制系统的最大超调量M、上升时间 ,调p整时间，取值分别为:M= 108r/min, = 0.12s, = 0.28s(估计值) p2. PI调节器参数的调整改变PI调节器的参数，并在启动仿真，分别从仿真曲线中得到的最大超调量及调整时间，相互间进行比较，如下表所示最大超调量比例系数积分系数调整时间(s) M(r/min) p0.25 3 0 >0.6 0.56 3 0 >0.6 0.56 11.43 108 0.28 0.8 11.43 63 0.28 0.8 15 152 0.23由表中可以看出，改变PI调节器的参数，可以得到转速响应的超调量不一样、调节时间不一样的响应曲线。
带电流截止负反馈的转速单闭环可逆调速系统设计心得
带电流截止负反馈的转速单闭环可逆调速系统设计心得在设计带有电流截止负反馈的转速单闭环可逆调速系统时，我获得了一些有价值的心得。
这种系统通常用于电机控制，通过闭环反馈来实现对电机转速的精确控制。
首先，设计一个合适的电流截止负反馈环路非常重要。
电流截止是一种常用的控制策略，通过将电流与设定值进行比较，然后根据比较结果调整控制信号来实现对转速的控制。
在设计负反馈环路时，需要注意选择合适的比例和积分增益来实现稳定的控制。
其次，选择合适的转速控制策略也是至关重要的。
常见的转速控制策略包括PID 控制、模糊控制和神经网络控制等。
根据实际需求和系统特点，选择最适合的控制策略能够提高系统的控制性能和稳定性。
此外，设计合适的传感器和测量电路也是设计可逆调速系统的重要一环。
转速传感器的准确性对于精确控制转速至关重要。
在选择传感器时，需要考虑其测量范围、精度和响应速度等因素。
最后，合理设计控制回路，并对系统进行充分的仿真和实验。
通过仿真和实验可以验证设计的合理性和系统的性能。
在仿真和实验中，可以对系统进行各种工况的测试，以确保系统在各种条件下都能稳定工作。
总结起来，设计带有电流截止负反馈的转速单闭环可逆调速系统需要考虑多个因素，包括负反馈环路设计、转速控制策略选择、传感器选择和系统仿真与实验。
通过综合考虑这些因素，可以设计出高性能和稳定的转速控制系统。
带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统
实验八带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统一、实验目的(1)了解单闭环直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理。
(2)掌握晶闸管直流调速系统的一般调试方法及电流截止负反馈的整定。
(3)通过实验，加深理解负反馈原理及转速负反馈电流截止负反馈的在调速系统中的作用。
二、实验所需挂件及附件三、实验线路及原理为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环控制系统(包括单闭环系统和多闭环系统)。
对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速指标较高的则采用多闭环系统。
按反馈的方式不同可分为转速反馈，电流反馈，电压反馈等。
在单闭环系统中，转速单闭环使用较多。
在本装置中，转速单闭环实验是将反映转速变化的电压信号作为反馈信号，经“速度变换”后接到“速度调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较经放大后，得到移相控制电压U Ct，用作控制整流桥的“触发电路”，触发脉冲经功放后加到晶闸管的门极和阴极之间，以改变“三相全控整流”的输出电压，这就构成了速度负反馈闭环系统。
电机的转速随给定电压变化，电机最高转速由速度调节器的输出限幅所决定，速度调节器采用P（比例）调节对阶跃输入有稳态误差，要想消除上述误差，则需将调节器换成PI(比例积分)调节。
这时当“给定”恒定时，闭环系统对速度变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的转速能稳定在一定的范围内变化。
在电流单闭环中，将反映电流变化的电流互感器输出电压信号作为反馈信号加到“电流调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较，经放大后，得到移相控制电压U Ct，控制整流桥的“触发电路”，改变“三相全控整流”的电压输出，从而构成了电流负反馈闭环系统。
电机的最高转速也由电流调节器的输出限幅所决定。
同样，电流调节器若采用P（比例）调节，对阶跃输入有稳态误差，要消除该误差将调节器换成PI(比例积分)调节。
当“给定”恒定时，闭环系统对电枢电流变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的电枢电流能稳定在一定的范围内变化。
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(2) n0op=n0cl时，闭环系统静差率小许多
闭环系统和开环系统的静差率分别为
ncl scl n0cl
当 n0op =n0cl 时，
和
sop
sop 1 K
nop n0op
scl
(3) 静差率一定时，闭环系统调速范围大大提高
如果电动机的最高转速都是nmax；而对最低速 静差率的要求相同，那么：
各环节静态关系
* U n U n Un
电压比较环节 放大器 电力电子变换器 调速系统开环机械特性 测速反馈环节
Uct Kp Un
Ud0 KsUct
U d0 Id R n Ce
U n n
以上各关系式中
Kp — 放大器的电压放大系数；
Ks — 电力电子变换器的电压放大系数； min/r）； — 转速反馈系数，（V· Ud0 — UPE的理想空载输出电压； R — 电枢回路总电阻。
3. 开环系统机械特性 和闭环系统静特性的关系
比较一下开环系统的机械特性和闭环系统的静 特性，就能清楚地看出反馈闭环控制的优越性。如 果断开反馈回路，则上述系统的开环机械特性为
* U d 0 I d R K p KsU n RId n n0op nop Ce Ce Ce
而闭环时的静特性可写成
Ud4 Ud3 Ud2 Ud1 Id3
Id4
O
Id1
Id2
Id
图2.19 闭环系统静特性和开环机械特性的关系
由此看来，闭环系统能够减少稳态速
降的实质在于它的自动调节作用，在于它 能随着负载的变化而相应地改变电枢电压， 以补偿电枢回路电阻压降。
4. 单闭环调速系统的基本特征 转速反馈单闭环调速系统是一种基本
的反馈控制系统，它具有以下三个基本特
征，也就是反馈控制的基本规律，各种不
另加其他调节器的基本反馈控制系统都服
n
Un
a）只考虑给定作用时的闭环系统
n
K p K sU
* nU*n+∆Un- Un
Kp
Uc
Ks
Ud0
1/Ce
n
Ce (1 K )
b）只考虑扰动作用时的闭环系统
-IdR E
- Ud0
+
1/Ce
n
RId n Ce (1 K )
+
Ks
Kp
静特性方程式
将给定输入和扰动输入下系统的静态方程叠
nnom s 开环时，Dop nop (1 s)
nnom s 闭环时，Dcl ncl (1 s )
再考虑Δnop和Δncl之间的关系，得
Dcl (1 K ) Dop
(4) 给定电压相同时，闭环系统空载转速大大降低
n0cl n0op 1 K
如要维持系统运行速度不变，需要闭环 * 系统的 U n 是开环系统的 (1+ K) 倍。
U d0 Id R n Ce
+
U*
n
Kp
∆Un
Ks
Uct GT
L
+
Id
+
A
Ud0
M
Un
+
n
+
Utg
TG
采用转速负反馈的单闭环调速系统
转速负反馈单闭环调速系统静态结构图
由上述五个关系式可以得到转速负反馈单闭
环调速系统静态结构图。
IdR
U*n
+ _
∆Un n
Kp
Uct
Kss
Ud0 +
_
E
1/Ce
加，推导出整个系统的静特性方程式：
RI d n Ce (1 K ) Ce (1 K )
* Kp KsU n
式中，K Kp Ks / Ce 为闭环系统的放大倍数。
注意：
闭环调速系统的静特性表示闭环系统电 动机转速与负载电流（或转矩）间的稳态关 系，它在形式上与开环机械特性相似，但本 质上却有很大不同，故定名为“静特性”， 以示区别。
运动控制系统
第 2 章
直流调速系统
2.3 转速负反馈单闭环直流调速系统
2.3.1 单闭环调速系统的组成及静特性
2.3.2 单闭环调速系统的动态分析 2.3.3 无静差调速系统的积分控制规律 2.3.4 单闭环调速系统的限流保护
2.3.1 单闭环调速系统的组成及静特性
电网 转速给定 控制器 功率驱动装置 电动机 生产机械
转速反馈
转速负反馈单闭环调速系统原理框图
1. 单闭环调速系统的组成
+
U*n
∆Un
放大器 A
Uct GT
L
+
Id
+
Ud
M
Un
+
n
+
Utg
TG
测速 发电机
采用转速负反馈的单闭环调速系统
2. 转速负反馈单闭环调速系统的静特性
为分析闭环调速系统的稳态特性，先作如下 的假定： （1）忽略各种非线性因素，假定系统中各环节的 输入输出关系都是线性的； （2）V-M系统工作在开环机械特性的连续段； （3）忽略控制电源和电位器的等效电阻。
RI d n n0cl ncl Ce (1 K ) Ce (1 K )
* Kp KsU n
(1) 闭环系统机械特性的硬度大大提高
在同样的负载扰动下，两者的转速降落分别为
RId nop Ce
它们的关系是
和
RI d ncl Ce (1 K )
nop 1 K
ncl
U*n
+ _
∆Un n
Kp
Uct
Kss
Ud0 +
Id R _ E
1/Ce
n
Un
解：在例2.1中已经求得 Δnop = 275 r/min， 但为了满足D = 20，s < 5%的调速要求，须 Δncl = 2.63 r/min， nop 由式： ncl 可得 1 K
275 K 1 1 103.6 ncl 2.63 nop
同时，前三项优点若要有效，也要有足 够大的K，因此必须设置放大器。
结论3： 闭环调速系统可以获得比开环调速系统 硬得多的稳态特性，从而在保证一定静差率 的要求下，能够提高调速范围，为此所需付 出的代价是，须增设电压放大器（控制器） 以及检测与反馈装置。
例2.2 对于例2.1所示的开环系统，采用转 速负反馈构成单闭环系统，且已知晶闸管 整流器与触发装置的电压放大系数 Ks = 30， = 0.015V· min/r，为了满足给定的要求， 计算放大器的电压放大系数KP 。
代入已知参数，则得
K 103.6 Kp 46 K s / Ce 30 0.015/ 0.2
即只要放大器的放大系数等于或大于46， 闭环系统就能满足所需的稳态性能指标。
U*n
+ _
∆Un n
Kp
Uct
Ks
Ud0 +
IdR _ E
1/Ce
n
Un
n
开环机械特性 闭环静特性
C D
A
B
A’