转速电流双闭环直流调速系统的设计说明
转速电流双闭环控制直流调速系统的课程设计
转速电流双闭环控制直流调速系统的课程设计流程介绍如下：
1.确定系统参数和控制策略：根据具体需求和电机特性，确定系
统参数和控制策略，如电机额定电压、额定电流、最大转速、控制器采样周期、PID控制器参数等。
2.搭建硬件平台：根据系统参数和控制策略，搭建硬件平台。
硬
件平台包括电机、电源、传感器、控制器等。
3.编写程序：根据系统参数和控制策略，编写程序。
程序主要分
为两部分，一部分是转速闭环控制程序，另一部分是电流闭环控制程序。
程序需要实时读取电机转速和电流传感器的反馈信号，并根据PID控制器的输出值调节电机电压和电流。
4.调试和测试：在搭建好硬件平台和编写好程序后，进行调试和
测试。
测试可以分为两个部分，一部分是转速闭环控制测试，另一部分是电流闭环控制测试。
测试的主要目的是验证程序的正确性和系统的控制性能。
5.总结和分析：在测试完成后，对测试结果进行总结和分析。
分
析结果可以用于进一步改进控制策略和优化系统性能。
总之，转速电流双闭环控制直流调速系统的课程设计需要深入了解电机控制原理和PID控制器的设计方法，需要具备一定的电路设计和编程能力。
双闭环直流调速系统的设计
双闭环直流调速系统的设计一、双闭环直流调速系统的结构速度闭环由速度检测器、速度控制器和执行器组成。
速度检测器通常采用编码器或霍尔效应传感器，用于实时测量电机的转速。
速度控制器根据检测器测量值与设定值的差异，计算出控制信号，并将其发送给执行器。
执行器根据控制信号调整电机的驱动电压或电流，以实现转速的控制。
电流闭环由电流检测器、电流控制器和执行器组成。
电流检测器用于测量电机的电流值，电流控制器根据检测值与设定值的差异计算出电流控制信号，并将其发送给执行器。
执行器根据电流控制信号调整电机的电压或电流，以保持电机电流稳定。
二、双闭环直流调速系统的设计步骤1.确定系统的要求和参数：包括转速范围、精度要求、响应时间等。
根据要求和参数，选择适当的检测器、控制器和执行器等元件。
2.设计速度闭环：选择适当的速度检测器，如编码器或霍尔传感器，用于测量电机的转速。
选择合适的速度控制器，如PID控制器，根据转速设定值和检测器测量值的误差计算出控制信号。
选择合适的执行器，如晶闸管或MOSFET，对电机的驱动电压或电流进行调节。
3.设计电流闭环：选择适当的电流检测器，如电流互感器或霍尔传感器，用于测量电机的电流值。
选择合适的电流控制器，如PID控制器，根据电流检测值和设定值的差异计算出电流控制信号。
选择合适的执行器，如晶闸管或MOSFET，对电机的驱动电压或电流进行调节。
4.设计输出滤波器：为了减小电机输出信号的电磁干扰和噪声，可以设计一个输出滤波器，将电机输出信号进行滤波处理。
5.进行系统参数的仿真和调试：使用仿真软件对双闭环直流调速系统进行仿真，并调试系统参数以满足设计要求。
可以采用MATLAB等软件进行仿真和参数优化。
6.确定系统结构和元件的选型：根据仿真和调试的结果，确定系统结构和元件的选型，并进行实际建设和测试。
总结：双闭环直流调速系统的设计是一项复杂的工程，需要综合考虑多个因素。
正确选择检测器、控制器和执行器等元件，并合理调整系统参数，可以实现对直流电机转速的精确控制。
双闭环直流调速系统ACR设计
双闭环直流调速系统ACR设计双闭环直流调速系统（ACR）是一种使用两个反馈环来控制直流电机转速的系统。
其中一个环，被称为速度环（内环），用来控制电机的速度；另一个环，被称为电流环（外环），用来控制电机的电流。
ACR系统能够提供更精确的转速控制，同时能够保护电机免受过流和过载的损坏。
ACR系统的设计首先需要确定控制器的参数。
其中，内环控制器的参数包括比例增益（Kp）和积分时间（Ti）；外环控制器的参数包括比例增益（Kp）和积分时间（Ti）。
这些参数需要根据实际系统的需求来选择，可以通过试验和调整来获得最佳参数。
在内环控制器中，比例增益决定了速度误差与输出调节器输入信号之间的比例关系，即输出调节器的输出值与速度误差的乘积。
积分时间决定了对速度误差的积分时间长度，即速度误差累计值。
在外环控制器中，比例增益决定了电流误差与输出调节器输入信号之间的比例关系，即输出调节器的输出值与电流误差的乘积。
积分时间决定了对电流误差的积分时间长度，即电流误差累计值。
ACR系统的设计还需要确定速度传感器和电流传感器的类型和位置。
速度传感器用于测量电机的转速，可以选择编码器、霍尔传感器等；电流传感器用于测量电机的电流，可以选择霍尔传感器、感应电流传感器等。
这些传感器需要合理安装在电机上，以确保准确测量电机的转速和电流。
在系统工作时，ACR系统通过测量电机的转速和电流，并与设定值进行比较，计算得到速度误差和电流误差。
然后，内环控制器根据速度误差来产生控制信号，控制电机的速度接近设定值；外环控制器根据电流误差来产生控制信号，控制电机的电流接近设定值。
这些控制信号通过功率放大器输出到电机，实现对电机速度和电流的控制。
ACR系统的设计需要考虑诸多因素，如电机的负载特性、速度和电流的响应时间、系统的稳定性等。
通过合理选择控制器的参数和传感器的类型和位置，采取适当的控制策略，可以实现高精度、高效率的直流电机调速系统。
直流电动机双闭环调速系统设计
1 设计方案论证电流环调节器方案一，采用PID调节器，PID调节器是最理想的调节器，能够平滑快速调速，但在实际应用过程中存在微分冲击，将对电机产生较大的冲击作用，一般要小心使用。
方案二，采用PI调节器，PI调节器能够做到无静差调节，且电路较PID调节器简单，故采用方案二。
转速环调节器方案一，采用PID调节器，PID调节器是最理想的调节器，能够平滑快速调速，但在实际应用过程中存在微分冲击，将对电机产生较大的冲击作用，一般要小心使用。
方案二，采用PI调节器，PI调节器能够做到无静差调节，且电路较PID调节器简单，故采用方案二。
2双闭环调速控制系统电路设计及其原理综述随着现代工业的开展，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。
双闭环控制那么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应的分别作用，从而获得良好的静，动态性能。
其良好的动态性能主要表达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展深入的探讨和研究。
本次课程设计目的就是旨在对双闭环进展最优化的设计。
整流电路本次课程设计的整流主电路采用的是三相桥式全控整流电路，它可看成是由一组共阴接法和另一组共阳接法的三相半波可控整流电路串联而成。
共阴极组VT1、VT3和VT5在正半周导电，流经变压器的电流为正向电流；共阳极组VT2、VT4和VT6在负半周导电，流经变压器的电流为反向电流。
变压器每相绕组在正负半周都有电流流过，因此，变压器绕组中没有直流磁通势，同时也提高了变压器绕组的利用率。
三相桥式全控整流电路多用于直流电动机或要求实现有源逆变的负载。
为使负载电流连续平滑，有利于直流电动机换向及减小火花，以改善电动机的机械特性，一般要串入电感量足够大的平波电抗器，这就等同于含有反电动势的大电感负载。
三相桥式全控整流电路的工作原理是当a=0°时的工作情况。
转速电流双闭环直流调速系统
运 动 控 制 系 统期 中 作 业转速电流双闭环直流调速系统一、已知参数：电动机的参数：nom P =0.2kw ，nom U =48v ，nom I =3.7A ，nom n =200r/min ，Ω=5.6a R ，电势系数，允许过载倍数电枢回路总电阻28R =Ω=λrmin/.V 12.0Ce =电磁时间常数lT =0.015s ，机电时间常数s 001.0T o i ,2.0==电流反馈滤波时间常数s T m ，转速滤波时间常数.005.0s T on =设调节器输入输出电压V U U U cm im nm 10**===，调节器输电阻Ω=K R 400。
已计算出电力晶体管D202的开关频率为f=1KHZ ，PWM 环节的放大倍数8.4=s K 。
2、设计指标：稳态无静差，电流超调量%5≤i δ，空载起动到额定转速时的转速超调量%20≤n δ，过渡过程时间s t s 1.0≤。
二、电流环的设计： 1. 确定时间常数整流装置滞后时间常数：s fT s 0005.0121==电流滤波时间常数：s T oi 001.0= 电流环小时间常数按小时间常数近似处理 取s T T Toi s i0015.0001.00005.0=+=+=∑2. 选择电流调节器结构和参数根据设计要求，电流环设计为典I 系统，选择PI 调节器，其传递函数为:()ss K s W i i iττ1ACR+=电流反馈系数： 35.1210==nomI βV/AACR 超前时间常数：s T l i 015.0==τ，电流开环增益：要求量%5≤i δ，应取5.0=∑ii KT ，即s l T K iI /3.3330015.05.05.0==∑=ACR 的比例系数为：17.6=∙=si I i K R K K βτ3. 校验近似条件电流环截止频率=ci ωs l K I /3.333=1) 晶闸管装置传递函数近似条件：sciT 31≤ωci sT ω 7.6660005.03131=⨯=，满足近似条件。
双闭环不可逆直流调速系统设计
双闭环不可逆直流调速系统设计双闭环不可逆直流调速系统是一种常见的电机调速方案，在工业控制中被广泛应用。
该调速系统包含了两个闭环控制回路，分别是转速内环和电流外环。
转速内环负责控制电机的转速，电流外环负责控制电机的电流，通过合理设计控制器来提高电机的调速性能。
以下是双闭环不可逆直流调速系统的设计步骤：1.系统建模：首先根据电机的物理特性及参数，建立电机的数学模型。
常见的模型有电枢电机模型和电磁转矩模型。
根据实际需求，选择合适的模型进行建模。
2.转速内环设计：转速内环的目标是控制电机的转速，在不受外界负载扰动影响的情况下保持设定转速。
常见的转速内环控制器有PID控制器和模糊控制器。
通过调整控制器的参数，可以实现快速响应、较小的超调量和稳态误差。
3.电流外环设计：电流外环的目标是控制电机的电流，在既定转速下，保持电机的稳定工作。
电流外环通常采用PID控制器，通过调整控制器的参数，可以实现电机电流的精确控制和动态响应。
4.控制器参数整定：为了使控制系统能够良好地工作，需要对控制器的参数进行整定。
通常采用试探法或者现场试验法来确定控制器的参数，通过调整参数，使得系统具有良好的控制性能。
5.稳定性分析：在设计完成后，需要对系统进行稳定性分析，以确保系统的稳定性。
常用的方法有根轨迹法、频率响应法等。
通过稳定性分析，可以发现系统的不稳定因素，并采取相应的措施进行调整。
6.仿真和实验验证：对于设计完成的双闭环不可逆直流调速系统，可以通过仿真和实验验证来评估其性能。
利用现代控制工具和仿真软件，可以进行虚拟实验，通过调整控制器参数，不断优化系统性能。
实验验证则是在实际环境下进行，通过实际数据的采集和分析，评估系统的稳定性和鲁棒性。
在双闭环不可逆直流调速系统设计的过程中，需要综合考虑转速和电流的控制要求，并兼顾系统的稳定性和动态性能。
通过合理的设计和参数整定，可以实现电机的精确控制，并满足不同的实际应用需求。
转速电流双闭环直流调速系统仿真与设计
运动控制系统课程设计题目:转速电流双闭环直流调速系统仿真与设计转速电流双闭环直流调速系统仿真与设计1. 设计题目转速电流双闭环直流调速系统仿真与设计2. 设计任务已知某晶闸管供电的双闭环直流调速系统,整流装置采用三相桥式电路,基本数据如下：1）直流电动机：160V、120A、1000r/min、C e=r,允许过载倍数λ=2）晶闸管装置放大系数：K s=303）电枢回路总电阻：R=Ω4）时间常数：T l=,T m=,转速滤波环节时间常数T on取5）电压调节器和电流调节器的给定电压均为10V试按工程设计方法设计双闭环系统的电流调节器和转速调节器,并用Simulink建立系统模型,给出仿真结果;系统要求：1）稳态指标：无静差2）动态指标：电流超调量σi ≤5%；空载起动到额定转速时超调量σn ≤10%3. 设计要求根据电力拖动自动控制理论,按工程设计方法设计双闭环调速系统的步骤如下：1）设计电流调节器的结构和参数,将电流环校正成典型I型系统；2）在简化电流环的条件下,设计速度调节器的结构和参数,将速度环校正成典型II型系统；3）进行Simulink仿真,验证设计的有效性;4.设计内容1 设计思路：带转速负反馈的单闭环系统,由于它能够随着负载的变化而相应的改变电枢电压,以补偿电枢回路电阻压降的变化,所以相对开环系统它能够有效的减少稳态速降;当反馈控制闭环调速系统使用带比例放大器时,它依靠被调量的偏差进行控制的,因此是有静差率的调速系统,而比例积分控制器可使系统在无静差的情况下保持恒速,实现无静差调速;对电机启动的冲击电流以及电机堵转时的堵转电流,可以用附带电流截止负反馈作限流保护,但这并不能控制电流的动态波形;按反馈的控制规律,采用某个物理量的负反馈就可以保持该基本量基本不变,采用电流负反馈就应该能够得到近似的恒流过程;另外,在单闭环调速系统中,用一个调节器综合多种信号,各参数间相互影响,难于进行调节器的参数调速;例如,在带电流截止负反馈的转速负反馈的单闭环系统中,同一调节器担负着正常负载时的速度调节和过载时的电流调节,调节器的动态参数无法保证两种调节过程均具有良好的动态品质;按照电机理想运行特性,应该在启动过程中只有电流负反馈,达到稳态转速后,又希望只有转速反馈,双闭环调速系统的静特性就在于当负载电流小于最大电流时,转速负反馈起主要作用,当电流达到最大值时,电流负反馈起主要作用,得到电流的自动保护;2双闭环调速系统的组成：a.系统电路原理图图2-1为转速、电流双闭环调速系统的原理图;图中两个调节器ASR和ACR 分别为转速调节器和电流调节器,二者串级连接,即把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晶闸管整流器的触发装置;电流环在内,称之为内环；转速环在外,称之为外环;两个调节器输出都带有限幅,ASR的输出限幅什U im决定了电流调节器ACR 的给定电压最大值U im,对就电机的最大电流；电流调节器ACR输出限幅电压U cm 限制了整流器输出最大电压值,限最小触发角α;图2－1 双闭环调速系统电路原理图b.系统动态结构图图2-2为双闭环调速系统的动态结构框图,由于电流检测信号中常含有交流分量,须加低通滤波,其滤波时间常数T oi按需要选定;滤波环节可以抑制反馈信号中的交流分量,但同时也给反馈信号带来了延滞;为了平衡这一延滞作用,在给定信号通道中加入一个相同时间常数的惯性环节,称作给定滤波环节;其作用是：让给定信号和反馈信号经过同样的延滞,使二者在时间上得到恰当的配合,从而带来设计上的方便;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,滤波时间常数用T on表示;根据和电流环一样的道理,在转速给定通道中也配上时间常数为T on的给定滤波环节;T oi—电流反馈滤波时间常数T on—转速反馈滤波时间常数图2－2双闭环调速系统的动态结构图3）按工程设计方法设计双闭环系统的ACR：设计多环控制系统的一般原则是：从内环开始,一环一环地逐步向外扩展;在这里是：先从电流环入手,首先设计好电流调节器,然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节,再设计转速调节器;a.确定时间常数整流滤波时间常数T s,三相桥式电路的平均失控时间T s=；电流滤波时间常数T oi,三相桥式电路每个波头的时间是,为了基本虑平波头,应有1～2Toi=,因此取Toi=2ms=；电流环小时间常数T∑i,按小时间常数近似处理,取T∑i=T s+T oi=;b.选择电流调节器结构由设计要求：σi%≤5%,并保证系统稳态电流无误差,因此可按典型I型系统设计,电流调节器选用PI 型,其传递函数为: W ACR s =isis Ki ττ1+ c.校验近似条件电流环截止频率11.135-==s KI ci ω； 晶闸管装置传递函数近似条件为：13ci sw T ≤=,满足近似条件； 忽略反电动势对电流环影响的条件为：ci w ≥满足近似条件； 小时间常数近似条件处理条件为：ci w ≤=, 满足近似条件;d.计算调节器电阻和电容电流调节器原理如图3－1所示,按所用运算放大器取R 0=40kΩ,各电阻和电容值计算如下：,取30k; ,取;-图3－1含给定滤波与反馈滤波的PI 型电流调节器按照上述参数,电流环可以达到的动态指标为：σi %=%<5%,满足设计4按工程设计方法设计双闭环系统的ASR ：a.确定时间常数电流环等效时间常数为20.0074i T s ∑=；转速滤波时间常数Ton ,根据所用测速发电机波纹情况,取Ton=； 转速环小时间常数n T ∑ 按小时间常数近似处理,取n T ∑=20.0174i T Ton s ∑+=;b ．选择转速调节器结构由于设计要求无静差,转速调节器必须含有积分环节；又根据动态要求,应按典型Ⅱ型系统设计速度环,故ASR 选用PI 调节器,其传递函数为：1()n ASR nn s W s K sττ+= c.计算速度调节器参数按跟随和抗干扰性能较好的原则,取h=5,则ASR 的超前时间常数为：50.01740.087n n hT s τ∑==⨯=,转速环开环增益： 2224.39621-∑=+=s T h h K nN 于是,ASR 的比例系数: =d.校验近似条件由转速截止频率：15.341-===s n KN KNcn τωω; 电流环传递函数简化条件： ,满足简化条件; 转速环小时间常数近似条件为： ,满足近似条件;e.计算调节器电阻和电容转速调节原理图如图3－2所示,取040R k =Ω,则,取550k; ,取;图3－2含给定滤波与反馈滤波的PI 型转速调节器-按照上述参数,电流环可以达到的动态指标为：当h=5时,查表得%,虽然不满足设计要求,而实际上,突加阶跃给定时,ASR 饱和,应按退饱和的情况重新计算超调量,实际%,满足设计要求;5内、外开环对数幅频特性的比较图4－1把电流环和转速环的开环对数幅频特性画在一张图上,其中各转折频率和截止频率依次为：13.2700037.011-==∑s i T ,151.570174.011-==∑s n T , 151.34-=s cn ω,15.11087.011-=s n τ; 以上频率一个比一个小,从计算过程可以看出,这是必然的规律;因此,这样设计的双闭环系统,外环一定比内环慢;一般来说,1150~100-=s ci ω,150~20-=s cn ω;从外环的响应速度受到限制,这是按上述方法设计多环控制系统时的缺点;然而,这样一来,每个环本身都是稳定的,对系统的组成和调试工作非常有利;总之,多环系统的设计思想是：以稳为主,稳中求快;L/dBO1/-s ωiT ∑1ciωnT ∑1cn ωnτ1InI-电流内环 n-转速外环图4－1又闭环系统内环和外环的开环对数幅频特性－20－40－20－406 晶闸管的电压、电流定额计算a.晶闸管额定电压U N晶闸管额定电压必须大于元件在电路中实际承受的最大电压Um ,考虑到电网电压的波动和操作过电压等因素,还要放宽2～3倍的安全系数,即按下式选取U N ＝2～3Um ,式中系数2～3的取值应视运行条件,元件质量和对可靠性的要求程度而定;b.晶闸管额定电流I N为使晶闸管元件不因过热而损坏,需要按电流的有效值来计算其电流额定值;即必须使元件的额定电流有效值大于流过元件实际电流的最大有效值;可按下式计算：I N =~2K fb I MAX ;式中计算系数K fb =Kf/由整流电路型式而定,Kf 为波形系数,Kb 为共阴极或共阳极电路的支路数;当α=0时,三相全控桥电路K fb =,故计算的晶闸管额定电流为I N =~2K fb I MAX =~2 ××220×=～,取200A;7平波电抗器计算由于电动机电枢和变压器存在漏感,因而计算直流回路附加电抗器的电感量时,要从根据等效电路折算后求得的所需电感量中,扣除上述两种电感量;a.电枢电感量L M 按下式计算)(2103mH I Pn U K L NN N D M ⨯=P —电动机磁极对数,K D —计算系数,对一般无补偿电机：K D =8~12; b.整流变压器漏电感折算到次级绕组每相的漏电感L B 按下式计算)(100%2mH I U U K L dK BB •= U 2—变压器次级相电压有效值,I d —晶闸管装置直流侧的额定负载电流,K B —与整流主电路形式有关的系数;c.变流器在最小输出电流I dmin 时仍能维持电流连续时电抗器电感量L 按下式计算min2d I U K L •=, K 是与整流主电路形式有关的系数,三相全控桥K 取则L ＝mH.6）进行Simulink 仿真,验证设计的有效性a. 电流闭环的仿真如下图：为了研究系统的参数对动态性能的影响,分别取K I T ∑i =、、、,此时K I 的值也会随之变化,运行仿真,即可得不同K I 值的阶跃响应曲线：图6-1 KT=的阶跃响应曲线图6-2KT=的阶跃响应曲线图6-3 KT=的阶跃响应曲线图6-4 KT=的阶跃响应曲线由曲线可以看出如果要求动态响应快,可取KT=；如果要求系统超调小,则应把KT 的值取小些,可取KT<;无特殊要求,取折中值KT=,,称为最佳二阶系统;图6-1~图6-4反映了PI 调节器的参数对系统品质的影响趋势,在工程设计中,可以根据工艺的要求,直接修改PI 调节器的参数,找到一个在超调量和动态响应快慢上都较满意的电流环调节器;b. 转速环的仿真设计在增加转速环调节后,转速环开环传递函数如下： )1()1()(n 2n N n ++=∑s T s s K s W τ 校正后的调速系统动态结构框图如下所示：其中me n n N T C R K K βτα=;在matlab中搭建好系统的模型,如下图：转速环的仿真设计为满足系统在不同需求下的跟随性与抗扰行能要求,取h的之分别为：3、5、7、9. 用matlab仿真结果如下：图7-1h=3时的阶跃响应曲线图7-2h=5时的阶跃响应曲线图7-3h=7时的阶跃响应曲线图7-4h=9时的阶跃响应曲线由图可以看出：h值越小,动态降落也越小,恢复时间、调节时间也短,抗扰性能也越好,但是,从h<5以后,由于震荡剧烈h越小,恢复时间反而延长,综合起来看,h=5是最佳选择,也即最佳三阶系统;对电流环与转速环都是根据实际需要调节参数的,对比Ⅰ型、Ⅱ型系统可以发现：Ⅰ型系统可以在跟随性上做到超调小,但抗扰性能差；而Ⅱ型系统超调却相对较大,抗扰性能较好;5.设计心得a.通过该次设计,更加熟悉掌握了电流转速双闭环直流调速系统的结构组成以及它的工作原理,加深了对开环、闭环有静差、无静差调速的理解---闭环结构保证系统的稳定性与抗干扰能力；无静差调速则保证系统有较低的稳态误差;b.由此也初步掌握双闭环调节器的整个设计过程,其基本思想是先内环再外环;在结构框图的处理过程中有多处近似处理,简化了传递函数,从而使问题得到简化,因此称为被称为“工程设计方法”,这意味着在实际的应用中,在可以大大简化分析过程却很小影响分析结果的方法是很有价值的;从开环到闭环、从闭环无静差到有静差、从单环到双环着一些列的变化显示人们人知的渐进性;仿真是自己临时捡起matlab课本重新回顾才完成的,仿真的直观的证明了最佳二阶、三阶系统的参数,并再一次体现了matlab在控制中的重要作用,的确是一个很强大的仿真工具;整个仿真过程也加深了自己对电力拖动控制相关知识理解程度,相当于也许经过证明的才是最可靠的;d.由于水平有限,设计中肯定有许多错误和不足的地方,敬请老师指正;6．参考文献【1】陈伯时,电力拖动自动控制系统;机械工业出版社;【2】李荣生,电气传动控制设计指导;;。
实验二 转速电流双闭环直流调速系统
实验二转速电流双闭环直流调速系统实验二转速、电流双闭环直流调速系统实验二速度和电流双闭环直流调速系统一、实验目的1.了解速度和电流双闭环直流调速系统的组成。
2．掌握双闭环直流调速系统的调试步骤，方法及参数的整定。
3．测定双闭环直流调速系统的静态和动态性能及其指标。
4．了解调节器参数对系统动态性能的影响。
二、实验系统的组成及工作原理双闭环调速系统的特征是系统的电流和转速分别由两个调节器控制，由于调速系统调节的主要参量是转速，故转速环作为主环放在外面，而电流环作为副环放在里面，可以及时抑制电网电压扰动对转速的影响。
实际系统的组成如实验图2-1所示。
~Fbcfaswtarglidrmgsldzsssggun*asrui*uiacrgtucvtud0amsf220vunfbstg实验图2-1速度和电流双闭环直流调速系统主电路采用三相桥式全控整流电路供电。
系统工作时，首先给电动机加上额定励磁，改*变速和给定电压UN可以轻松调整电机的速度。
速度调节器ASR和电流调节器ACR均配备*限制电路。
ASR的输出UIM*用作ACR的设置，ASR的输出限制UIM用于限制启动电流用；acr的输出uc作为触发器tg的移相控制电压，利用acr的输出限幅ucm起限制α作用。
分钟**当突加给定电压un时，asr立即达到饱和输出uim，使电动机以限定的最大电流idm加*以高速启动，直到电机速度达到给定速度（即UN？UN）并出现超调，从而使ASR退出饱和并最终稳定定运行在给定转速（或略低于给定转速）上。
三、实验设备和仪器1主控制面板nmcl-322.直流电动机-负载直流发电机-测速发电机组3.nmcl－18挂箱、nmcl-333挂箱及电阻箱4.双踪示波器5.万用表四、实验内容1.调整触发单元并确定其初始相移控制角，检查并调整ASR和ACR，并设置其输出正负限幅。
2.测定电流反馈系数β和转速反馈系数α，整定过电流保护动作值。
3.研究电流回路和速度回路的动态特性，将系统调整到最佳状态，并绘制ID？F（T）和n?f(t)的波形，并估算系统的动态性能指标（包括跟随性能和抗扰性能）。
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《电力拖动与运动控制系统》课程设计------转速电流双闭环直流调速系统的设计学院：年级:班级：姓名：座号：学号：指导老师：目录一设计任务 (3)二设计要求 (3)三．设计的基本思路： (3)四．设计过程 (4)1确定转速、电流反馈系数 (4)2.电流环的设计 (5)3.转速环的设计 (6)五．硬件电路图设计 (9)1 系统主电路图绘制 (9)2 系统触发电路图 (9)3 电流环电路 (12)4.转速环电路： (13)4.控制电路总体电路图 (14)六．心得体会： (15)七参考资料 (15)一 设计任务设计一转速、电流双闭环直流调速系统，采用他励直流电动机、晶闸管三相全控桥式整流电路，其数据如下：直流电动机：PN=60KW ，UN=220V ，IN=305A ，Nn=1000r/min ；晶闸管整流触发装置的放大系数 Ks=30电磁时间常数：T1=0.012S;机电时间常数：Tm=0.12s;反馈滤波时间常数：Toi=0.0025s,Ton=0.014s;额定转速时的给定电压：Unm=10V;调节器饱和输出电压：10V ；系统调速围：D=20；系统的静、动态性能指标：无静差，电流超调量5%i δ≤，启动到额定转速时的超调量10%δ≤二 设计要求1．确定转速、电流反馈系数；2．设计电流调节器；3．用min r M 准则设计转速环，确定转速调节器的结构和参数；4．计算最低速启动时的转速超调量；5．绘制系统线路图（主电路、触发电路、控制电路）。
三．设计的基本思路：转速，电流双闭环调速系统属于多环控制系统。
对电流双闭环调速系统而言，先从环（即电流环）出发，根据电流控制要求，确定把电流环校正为那种典型系统。
按照调节对象选择调节器及其参数。
设计完电流环环节之后，把它等效成一个小惯性环节，作为转速环的一个组成部分。
然后用同样的方法进行转速环的设计，每个环的设计都是把该环校正为一个典型系统，以获得预期的性能指标。
目前的V-M 调速系统多为带电流环的速度控制系统。
双闭环调速系统的动态结构图如下：四．设计过程根据双闭环系统的结构图和题目的要求及相关的知识，我们可以进行有关的计算，具体如下：1确定转速、电流反馈系数（1）电机的电枢回路电阻RaΩ=-⨯⨯=-⨯=0382.030560000305220212122N N N N I P I U Ra （2）电势常数Cemin 2083.010000382.03052201⋅⋅=⨯-=-=-r V n R I U Ce N a N N （3）三相桥式晶闸管整流装置的滞后时间Tss mf T S 0017.05062121=⨯⨯== （4）电流反馈系数β设最大允许电流N dm I I 5.1=，则电流反馈系数为A V I U dm im /0219.03055.110=⨯==β （5）转速反馈系数α ⋅⋅⋅===-min 01.01000101r V n U N nm α 2.电流环的设计（1）电流环小时间常数s T T T s oi i 0042.00017.00025.0=+=+=∑（2）电流调节器结构的选择根据设计要求，%5≤i δ，且 109.20042.0012.01<≈=∑i T T 因此可按典I 系统设计，且选用PI 调节器，其传递函数为ss K s W i i i ACR ττ1)(+= （3）确定电流调节器参数ACR 超前时间常数： s T i 012.01==τ电流环开环放大系数I K ：要求%5≤i δ时，应按二阶“最佳”系统设计，取 105.1190042.02121-∑=⨯==s T K i I 从而，ACR 的比例系数为3.0300219.0)1.00382.0(012.005.119=⨯+⨯⨯==S i I i K R K K βτ （4）校验近似条件电流环截止频率：105.119-==s K I ci ω晶闸管装置传递函数近似条件Sci T 31≤ω ci S s T ω>=⨯=-11.1960017.03131 满足近似条件。
小时间常数近似条件 ois ci T T 131≤ω ci oi s s T T ω>=⨯⨯=-169.1610025.00017.0131131 满足近似条件。
忽略反电势对电流环影响的条件 113T T m ci ≥ω ci m s T T ω<=⨯⨯=-1106.79012.012.01313 （5）计算调节器电阻电容按所运用运算放大器取Ω=k R 200，则Ω=⨯==k R K R i i 2203.00由i i i C R =τ有 F R C i ii μτ210106012.063=⨯⨯== 由014oi oi T R C =得 F R T C oi oi μ5.010200025.04430=⨯⨯== 3.转速环的设计（1）转速环小时间常数s T T T on i n 0224.0014.00042.022=+⨯=+=∑∑（2）选择转速调节器结构根据稳态、动态性能指标的要求，应按典I 系统设计转速环，为此应选用PI 调节器，其传递函数为 ss K s W n n n ACR ττ1)(+= （3）选择转速调节器参数为了使转速环的跟随性能和抗扰性能都较好，应采用min Mr 准则选择参数，且取h=5，因此ASR 的超前时间常数为s hT n n 112.00224.05=⨯==∑τ转速环开环放大系数为 2390224.05215212222=⨯⨯+=+=∑n N T h h K 从而，转速调节器比例系数为11)1.00382.0(01.00224.055212.02083.00219.0)15(2)1(=+⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯+=+==∑R hT T C h R T C K K n m e m e n N n αβαβτ（4）校验近似条件转速环截止频率 1177.26112.0239-=⨯===s K K n N Ncn τωω电流环传递函数简化条件 icn T ∑≤51ω 而 cn i s T ω>=⨯=-∑162.470042.05151 满足近似条件。
小时间常数近似处理条件oni cn T T ∑≤2131ω cn on i s T T ω>=⨯⨯⨯=-∑174.30014.00042.021312131 满足近似条件。
（5）计算转速调节器电阻和电容取输入电阻Ω=k R 200，则Ω=⨯==k R K R n n 22020110 F R C n nn μτ51.01010220112.063=⨯⨯== F R T C on on μ8.2101020014.044630=⨯⨯⨯== (6)校核转速超调量因为当h=5时 %2.81%m ax =∆bC C 而 min /2023052083.01.00382.0r I C R R I C R n N e a N e N =⨯+=+==∆ 所以m n s N N L dm b T T n n I I I C C ∑⨯∆⨯-⨯∆=2%)(%max δ %10%2.912.00224.0100020230503055.12%2.81<=⨯⨯-⨯⨯⨯= 可见，所设计的系统能满足设计要求。
必须注意：因为)77.26(06.7913111--=>=s s T T cn cn m ωω，对转速环来说，忽略反电势的条件并不成立，所以转速超调量将比上面的计算值更小，更能满足设计要求。
五．硬件电路图设计1 系统主电路图绘制系统采用三相桥式全控整流电路。
如下图所示：图系统主电路连接示意图说明：该桥式全控整流电路有如下特点：（1）三相桥式全控整流电路必须有两只晶闸管同时导通才能构成电流回路，其中一只在共阴组，另外一只在共阳组，而且这两只导通的管子不在同一相。
因此，负载电压是两相电压之差，即线电压，一个周期有六次脉动，它为线电压的包络线。
（2）晶闸管在一个周期导通120°，关断240°，管子换流只在本组进行，每隔120°换流一次。
（3）出发脉冲需宽脉冲或双窄脉冲，共阴极组及共阳极组各管脉冲相位差为120°，接在同一相的不同管子脉冲相位差为180°。
晶闸管按顺序轮流导通，相邻顺序管子脉冲相位差为60°，即每隔60°换流一次。
（4）晶闸管承受的最大反向电压为变压器二次侧线电压的电压峰值。
2 系统触发电路图在中、大容量的变流器中广泛应用晶闸管组成的触发电路或集成化的触发电路，下图所示为同步信号是锯齿波的触发电路，电路由脉冲形成及放大、锯齿波形成和脉冲移相、同步三个环节组成。
同步信号为锯齿波的触发电路主电路图具体连接图如下：图同步信号为锯齿波的触发电路主电路图说明：（1）脉冲形成及放大环节在上图中，晶闸管V4、V5形成脉冲，V7、V8起放大作用。
uk 为直流控制信号，当uk ＝0时，V4截止，V5导通，使V7、V8截止，无脉冲输出。
此时，电容C3充电（＋E →R9→C3→V5→V6→VD10→－E ），uc3≈2E 。
当uk 升高，使V4导通，V5截止，V7、V8导通，经变压器TP 输出脉冲电压。
此期间C3先放电后反向充电，使B 点电位升高，直到uB ＞－E ，V5又导通，V7、V8变为截止，脉冲消失。
脉冲宽度由C3反向充电时间常数R11×C3决定。
（2）锯齿波形成和脉冲移相环节锯齿波的形成有自举式电路、恒流源电路等。
在上图中由V1、RP2和R3、R4等组成恒流源电路。
电容C2的冲放电形成锯齿波，锯齿波通过V3组成的设计跟随器输出。
锯齿波电压ue3、直流控制电压uk 、直流便宜电压up 经电阻R6、R7、R8与V4基极b4连接，着三个电压叠加决定V4的基极电位ub4的大小，即控制V4的工作状态。
Up 的作用是为了确定uk ＝0时脉冲的初始相位。
如感性伏在电流连续，三相全控桥（可逆系统）的脉冲初始相位应定在90＝α°，可通过调节up 与ue3叠加来实现，锯齿波过零变正点，即为脉冲产生的时刻，对应于90＝α°，此时变流器输出Ud ＝0。
Uk 与ue3叠加控制脉冲相位移动（up 固定在某值），当uk>0时，过零点N 点向左移动，90<α°，电路工作整流状态：当uk<0时，N 点向右移动，90>α°电路工作于逆变状态。
该电路要求锯齿波宽度大于180°，如选240°。
（3） 同步环节触发脉冲uG 必须与主电路的电源同步。
上图电路中，同步环节又由同步变压器TS 和晶体管V2等组成。
同步电压us 经TS 降压产生二次电压uTS 来控制V2的导通与关断，从而控制C2的冲放电过程，V2截止时C2充电，V2导通是C2放电，这样就形成了锯齿波。