4.1 直流电动机转速电流双闭环控制系统设计
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。
转速、电流双闭环直流系统设计
电流、转速双闭环调速系统设计
任务要求：现有一转矩为20Nm（小型电扇）的负载，并且该电扇的扇叶可以瞬间伸展，即可以瞬间改变负载的转矩，以达到增大旋转面积，加大风力的目的。
已知扇叶打开后的转矩为30Nm。
现要求设计一个调速系统，可以达到如下要求：
1.电扇从静止开始，给定电压后，加速到规定速度并恒速旋转（恒转矩负载启动）。
2.恒速旋转时，要求系统保持速度不变（具有较好的抗干扰能力）。
3.恒速旋转时，要求扇叶展业后能自动调速到恒定速度（突加给定）。
4.要求电流超调量σi《5%。
5.要求空载启动到额定转速时的转速超调量σn《10%。
6.要求调速范围为D=10，静差率s《2%。
设计分析：对于任务要求，可以选择电流、转速双闭环调速系统来达到目的。
4、5、6可以调节电流调节器与转速调节器达到要求，相比于开环系统和转速闭环系统，电流、转速双闭环系统的抗干扰能力更好，因此选择电流、转速双闭环系统来设计该系统。
给定数据：
直流电动机：Pn=2kw，Un=200v，In=12A，nN=600r/min，Ce= ，GD²= ，允许过载倍数λ=2；
晶闸管装置：采用三相桥式整流电路，晶闸管触发整流装置放大倍数K=80，平均延迟时间Ts=0.0017s;
电枢回路总电感：L=10mH，电枢回路总电阻：R=1.0欧母，速度调节器和电流调节器饱和输出电压Ucm=±10V。
双闭环调速系统的动态结构图：
参数计算：
双闭环直流调速系统仿真模型:
请打开matlabwork.mdl观察仿真结果。
分析与计算：。
运控课设转速、电流双闭环直流调速系统控制器设计说明书
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控制器设计一、设计目的1、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。
2、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。
3、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λ=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：V U N 220=,A I N 30=，m in 970r n N =，电枢回路总电阻Ω=2.0R ，机电时间常数s T m 1=，电动势转速比r V C e m in 221.0•=，Ks=40，ms T l 5.0=，Ts=0.0017ms ，电流反馈系数A V 85.0=β，转速反馈系数r V m in 5.1•=α，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s T s 1.0≤，电流超调量%5%≤i σ，空载起动到额定转速时的转速超调量%30%≤n σ。
电流与转速双闭环直流调速系统的设计
一、调速系统总体设计双闭环直流调速系统中设置了两个调节器, 即转速调节器(ASR)和电流调节器(ACR), 分别调节转速和电流, 即分别引入转速负反馈和电流负反馈。
两者之间实行嵌套连接，且都带有输出限幅电路。
转速调节器ASR 的输出限幅电压*im U 决定了电流给定电压的最大值；电流调节器ACR 的输出限幅电压cm U 限制了电力电子变换器的最大输出电压dm U 。
由于调速系统的主要被控量是转速, 故把转速负反馈组成的环作为外环, 以保证电动机的转速准确跟随给定电压, 把由电流负反馈组成的环作为内环, 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UPE ，这就形成了转速、电流双闭环调速系统。
图1-1 双闭环调速系统框图为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用PI 调节器。
这样构成的双闭环直流调速系统。
二、电流、转速调节器的设计转速、电流双闭环调速系统的动态结构图如图2-1所示：图2-1 双闭环直流调速系统动态结构图由于电流检测信号中常含有交流分量，为了不使它影响到调节器的输入，需T 加低通滤波。
这样的滤波传递函数可用一阶惯性环节来表示，其滤波时间常数oi 按需要选定，以滤平电流检测信号为准。
然而，在抑制交流分量的同时，滤波环节也延迟了反馈信号的作用，为了平衡这个延迟作用，在给定信号通道上加入一个等时间常数的惯性环节，称作给定滤波环节。
由测速发电机得到的转速反馈电T表示，根据和电流环一压含有换向纹波，因此也需要滤波，滤波时间常数用onT的给定滤波环节。
样的道理，在转速给定通道上也加入时间常数为on系统设计的一般原则是：先内环后外环。
在这里，首先设计电流调节器，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。
2.1电流调节器的设计1.电流环结构框图的化简在按动态性能设计电流环时，可以暂不考虑反电动势变化的动态影响，即 E≈0。
这时，电流环如图2-2所示。
直流电动机转速电流双闭环调速系统设计
直流电动机转速电流双闭环调速系统设计班级电气0701姓名学号同组人1目录1.设计内容及要求 3 (4)2.双闭环直流调速系统设计 4 (16)3.单闭环直流调速系统设计 16 (21)4.相关原理图设计波形图 21 (25)5.设计总结及心得 262第一章.设计内容及要求1.设计内容：1.1根据给定参数设计转速电流双闭环直流调速系统1.2根据给定参数设计转速单闭环直流调速系统，并利用模拟电路元件实现转速单闭环直流调速系统2.设计要求：根据设计要求完成双闭环系统的稳态参数设计计算、判断系统的稳定性、绘制系统的稳态结构图2.1直流调速系统的调节器，选择调节器结构、利用伯德图完成系统动态校正、计算系统的稳定余量γ及GM、计算调节器参数、绘3.设计参数：3.1直流电动机参数：PN =20W、UN=24V、IN=1.5A、nN =3000r/min、电枢电阻Ra=4.5Ω电枢电感La=6.76mH、GD2=15.68N·cm2、Tm=30ms3.2测速发电机参数：Un =80V，nN=3000r/min，PN=16W，IN=200mA，负载电阻R=400Ω3.3PWM主电路：驱动频率f≥10kHz3.4设计指标转速单闭环直流调速系统：D=20，s≤5%；转速电流双闭环直流调速系统：U *n =5V，Uim=5V，Idm=1.5IN，σi≤5%，σn≤10%。
第二章.双闭环直流调速系统设计3转速、电流双闭环控制的直流调速系统是应用最广性能很好的直流调速系统。
本章着重阐明其控制规律、性能特点和设计方法，是各种交、直流电力拖动自动控制系统的重要基础。
2.1转速、电流双闭环直流调速系统的成为了实现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，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。
二者之间实行嵌套（或称串级）联接如下图所示。
图中，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UPE。
转速电流双闭环直流调速系统设计
转速电流双闭环直流调速系统设计一、引言直流调速系统是控制直流电机转速的一种常用方法。
在实际应用中，为了提高系统性能，通常采用双闭环控制结构，即转速环和电流环。
转速环用于控制电机转速，电流环用于控制电机电流。
本文将对转速、电流双闭环直流调速系统进行详细设计。
二、转速环设计转速环的主要功能是通过控制电机的转矩来实现对转速的精确控制。
转速环设计步骤如下：1.系统建模：根据电机的特性曲线和转矩方程，建立电机数学模型。
通常采用转速-电压模型，即Tm=Kt*Ua-Kv*w。
2.设计转速环控制器：选择适当的控制器类型和参数，比如PID控制器。
根据电机数学模型，可以使用根轨迹法、频域法等进行控制器参数设计。
确定控制器增益Kp、Ki和Kd。
3.闭环仿真：使用仿真软件，进行闭环仿真，验证控制器的性能。
4.实际系统调试：将设计好的转速环控制器实施到实际系统中，进行调试和优化。
根据实际情况对控制器参数进行微调。
三、电流环设计电流环的主要功能是控制电机的电流，以确保电机输出的转矩能够满足转速环的要求。
电流环设计步骤如下：1.系统建模：根据电机的特性曲线和电流方程，建立电机数学模型。
通常采用电流-电压模型，即Ia=(Ua-R*Ia-Ke*w)/L。
2.设计电流环控制器：选择适当的控制器类型和参数，比如PID控制器。
根据电机数学模型，可以使用根轨迹法、频域法等进行控制器参数设计。
确定控制器增益Kp、Ki和Kd。
3.闭环仿真：使用仿真软件，进行闭环仿真，验证控制器的性能。
4.实际系统调试：将设计好的电流环控制器实施到实际系统中，进行调试和优化。
根据实际情况对控制器参数进行微调。
四、双闭环控制系统设计在转速环和电流环都设计好的基础上，将两个闭环控制器连接起来，形成双闭环控制系统。
具体步骤如下：1.控制系统结构设计：将电流环置于转速环的前端，形成串级控制结构。
2.系统建模：将转速环和电流环的数学模型进行串联，建立双闭环控制系统的数学模型。
直流电动机转速电流双闭环调速系统设计
目录第一章.设计内容及要求第二章：转速闭环直流调速系统设计第三章.调速系统硬件设计第四章.调速系统软件设计第五章．调速系统性能分析及总结1第一章.设计内容及要求一直流电动机，额定电枢电压为220V,额定转速1500r/min，额定电流1.1A，电枢绕组电阻Ra=0.11 。
设计一个直流电机转速闭环调速系统。
该调速系统的调速方式为降压调速，既在励磁不变的情况下，降低电枢电压调速。
电机直流供电电源可用三相桥式不可控整流电路整流后经稳压滤波得到，通过全控型电力电子器件——IGBT对直流电源进行斩波调压。
转速给定采用电位器给定，系统控制单元采用单片机，PWM波产生采用单片机产生方式，转速检测用测速发电机或者光电编码器。
第二章.转速闭环直流调速系统设计2.1转速闭环直流调速系统设计为了实现转速闭环调速设计系统，需要设计一个转速反馈环节。
通过速度传感器对直流电机的转速进行检测，并且对转速输出信号、转速设定电位器电压信号，用单片机进行采集并且进行滤波处理，通过并且通过PID算法实现对速度的调节控制。
2.1闭环调速系统结构图见陈伯时电力自动拖动控制系统P21图1-242.2闭环调速系统的设计方案本系统使用电位器进行转速设置，采用（1）旋转编码器/（2）直流测速发电机/进行转速检测。
使用单片机对两个输入信号进行采集和滤波，并且使用PID控制算法处理后输出pwm调制波形驱动由IGBT搭建H桥全桥电路，对三相不可控整流电2路整流后的直流电源进行斩波降压，对直流电机进行调速。
直流电机励磁电压由不可控两相整流电路提供。
第三章闭环调速系统的硬件设计3.1系统电源模块设计3.1.1直流电机励磁电压电路设计由于直流电机对励磁电压的电压质量要求不高，并且不要求励磁可变。
故励磁电源使用单相桥式不可控整流电路经滤波后提供。
电路图如下:图3-1单相整流桥式电路在自耦调压器的原边加入220v单相交流电源，由桥式不可控整流电路输出110v直流电压，位直流电机提供励磁。
(完整word版)转速、电流双闭环直流调速系统设计
在转速闭环直流调速系统中,只有电流截止负反馈环节对电枢电流加以保护，缺少对电枢电流的精确控制，也就无法充分发挥直流伺服电动机的过载能力，因而也就达不到调速系统的快速起动和制动的效果.通过在转速闭环直流调速系统的基础上增加电流闭环，即按照快速起动和制动的要求，实现对电枢电流的精确控制,实质上是在起动或制动过程的主要阶段，实现一种以电动机最大电磁力矩输出能力进行启动或制动的过程。
一、设计要求设一个转速、电流双闭环直流调速系统，采用双极式H桥PWM方式驱动，已知电动机参数为：二、电流环、转速环设计仿真过程双闭环直流调速系统的设计及其他多环控制系统的设计原则一样:先设计内环（即电流环），在将内环看成外环的一个环节，进而设计外环（即转速环）。
1. 稳态参数计算电流反馈系数：*im 10= 1.25/24nom U V A I βλ==⨯转速反馈系数:*nm 10=0.02min/500nom U V r I αλ==2. 电流环设计1) 确定时间常数s 110.110T ms f kHz ===由电流滤波时间常数0.0002oi T s =，按电流环小时间常数环节的近似处理方法,取i 0.00010.00020.0003s oi T T T s =+=+=∑2) 选择电流调节器结构电流环可按典型Ⅰ型系统进行设计。
电流调节器选用PI 调节器，其传递函数为1(s)i ACR ii s G K sττ+= 3) 选择调节器参数超前时间常数: i 0.008l T s τ== 由于i 5%σ≤，故l 0.5i K T =∑故1l 0.50.51666.66670.0003i K s T -==≈∑电流调节器比例系数为：i 0.00881666.717.781.25 4.8i lS R K K K τβ⨯==⨯≈⨯ 4) 检验近似条件电流环的截止频率：11666.6667ci l w K s -==i.近似条件一:113333.3333330.0001ci s w T =≈>⨯（满足近似条件) ii.近似条件二：3ci w =（满足近似条件） iii.近似条件三：13ci =（满足近似条件）3. 转速环设计1) 确定时间常数电流环等效时间常数：20.0006i T s =∑小时间常数近似处理：0.00060.0010.0016on i T T s +=+=∑2) 选择转速调节器结构由于转速稳态无静差要求，转速调节器中必须包含积分环节，又根据动态要求,应按典型Ⅱ型系统校正转速环，因此转速调节器应选择PI 调节器，其传递函数为：1()n ASR nn s G s K sττ+= 3) 选择调节器参数按跟随型和抗扰性能均比较好的原则，取h=5，则转速调节器的超前时间常数为：50.00160.008n nhTs τ==⨯=∑转速环开环增益:22222151468752250.0016N n h K s h T -++==≈⨯⨯∑于是,转速调节器比例系数为：(1)6 1.250.040.558.592250.0280.0016e m n n h C T K h RT βα+⨯⨯⨯==≈⨯⨯⨯⨯∑4) 校验近似条件转速环开环截止频率：11468750.008375Ncn N n K K s ωτω-===⨯≈i. 近似条件一：15cn iT ω>∑11666.67550.0003cn i T ω=≈>⨯∑（满足近似条件） ii. 近似条件二：1132cn oni T T ω>∑1111430.333230.00060.001cn on i T T ω==>⨯∑(满足近似条件）三、 MATLAB 仿真1. 电流环仿真 1) 频域分析在matlab/simulink 中建立电流环动态结构图及校正成典型Ⅰ型系统的电流环开环动态结构图（如图1—1、1-2、所示），建模结果如下：2) 图1-1 经过小参数环节合并近似后的电流开环动态结构图3)图1-2 未经过小参数环节合并近似处理的电流开环动态结构图命令窗口分别输入以下命令分别得到Bode图%MATLAB PRGRAM L584。
直流电动机双闭环调速系统课程设计
直流电动机双闭环调速系统课程设计一、引言直流电动机是一种常见的电动机，广泛应用于工业生产和日常生活中。
在实际应用中，为了满足不同的工作要求，需要对电动机进行调速。
传统的电动机调速方法是通过改变电源电压或者改变电动机的极数来实现，但这种方法存在调速范围小、调速精度低、调速响应慢等问题。
因此，现代工业中普遍采用电子调速技术，其中双闭环调速系统是一种常用的调速方案。
二、直流电动机双闭环调速系统的原理直流电动机双闭环调速系统由速度环和电流环组成。
速度环是通过测量电动机转速来控制电动机的转速，电流环是通过测量电动机电流来控制电动机的负载。
两个环路相互独立，但又相互联系，通过PID控制器对两个环路进行控制，实现电动机的精确调速。
三、直流电动机双闭环调速系统的设计1.硬件设计硬件设计包括电源模块、电机驱动模块、信号采集模块和控制模块。
其中电源模块提供电源，电机驱动模块将电源转换为电机驱动信号，信号采集模块采集电机转速和电流信号，控制模块根据采集到的信号进行PID控制。
2.软件设计软件设计包括PID控制器设计和程序编写。
PID控制器是直流电动机双闭环调速系统的核心，其作用是根据采集到的信号计算出控制量，控制电机的转速和负载。
程序编写是将PID控制器的计算结果转换为电机驱动信号，实现电机的精确调速。
四、直流电动机双闭环调速系统的实现1.电路连接将电源模块、电机驱动模块、信号采集模块和控制模块按照设计要求连接起来。
2.参数设置根据电机的参数和工作要求，设置PID控制器的参数，包括比例系数、积分系数和微分系数等。
3.程序编写根据PID控制器的计算结果，编写程序将其转换为电机驱动信号，实现电机的精确调速。
五、直流电动机双闭环调速系统的应用直流电动机双闭环调速系统广泛应用于工业生产和日常生活中，如机床、风机、水泵、电梯等。
其优点是调速范围广、调速精度高、调速响应快、负载能力强等。
六、总结直流电动机双闭环调速系统是一种常用的电子调速方案，其原理是通过速度环和电流环相互独立但相互联系的方式，通过PID控制器对两个环路进行控制，实现电动机的精确调速。
直流电机转速电流双闭环PLC控制系统设计
龙门刨床PLC控制系统设计摘要：传统的龙门刨床控制系统可靠性差，维护困难，成产效率低。
如今PLC技术不断发展。
本文针对传统的龙门刨床的控制系统进行数字化的改进，主要研究了基于PLC的直流电机逻辑无环流双环可逆调速系统，根据直流调速理论及自动控制系统的理论，介绍了PLC控制的双闭环调速系统的组成、工作原理和动态性能。
本系统实现对直流电机双闭环调速系统进行全数字化的改造,使电流环和速度环控制器都由PLC系统来实现．重点讨论了用FX2N系列PLC及其两个扩展模块来实现直流电机双闭环调速系统。
应用PLC的PID功能指令来实现直流电机速度的闭环控制。
系统具有人机接口，系统易于扩展，便于扩展各种I/O模块和功能模块。
关键词：直流电机；双闭环；可编程控制器Double housing planer machine PLC control system designAbstract：The traditional double planer control system reliability is poor, maintenance is difficult with the production of low efficiency. Now the PLC technology develop continuously .In this paper introduces the dc motor based on PLC double closed-loop speed regulation system, according to the dc speed control theory and the theory of automatic control system, this paper introduces the PLC control of double closed-loop speed regulation system composition, working principle and the dynamic performance. This system implement a digital reform to the double closed-loop speed regulation system of the dc machine and make current loop and speed loop controller by PLC system are discussed to realize. The key is to discuss to realize dc motor double closed loop speed regulation system with FX2N PLC and both extension module. Application of PLC PID commands to realize dc machine speed closed-loop control. This system is easy to expand all kinds of I/O modules and function modules.Keywords：DC. machine；Double closed loop；Programmable LogicController(PLC)目录第一章绪论 (1)1.1 选题的目的与意义 (1)1.2 龙门刨床简介 (1)1.3 龙门刨床的发展趋势 (1)1.4 本课题主要讨论问题 (2)第二章系统总体设计方案 (3)2.1系统总体设计 (3)2.1.1 理想的速度运行曲线 (3)2.1.2实现理想速度运行的方法 (4)2.2双闭环调速系统常用控制方法介绍 (5)2.3系统参数计算 (7)2.3.1主电路参数计算 (7)2.3.2电流环节（ACR）的设计 (7)2.3.4转速环（ASR）的设计 (9)第三章硬件设计 (11)3.1可编程控制器（PLC）介绍 (11)3.1.1PLC基本原理 (11)3.1.2PLC输入输出端口 (12)3.1.3 FX2N输入输出模块 (13)3.2执行机构变频器 (14)3.2.1变频器基本原理 (14)3.2.2变频器的控制方式 (14)3.3 检测单元 (15)3.3.1电流检测单元 (15)3.3.2速度检测单元 (16)3.4可控硅主回路的设计 (17)3.4.1反并联可逆电路 (17)3.4.2逻辑控制的无环流可逆系统 (18)3.5电路保护 (19)3.5.1过电压保护 (19)3.5.2过电流保护 (20)3.5.3整流器件的选择 (20)第四章系统软件设计 (22)4.1主程序设计 (22)4.2 PLC中的PID功能 (23)4.2.1 PID控制的结构 (23)4.2.2 PID参数的整定 (24)4.2.3 FX2N的PID指令 (25)4.3速度初始化子程序 (26)结束语 (28)致谢 (29)参考文献 (30)附录1 主程序梯形图 (31)附录2 英文文献及译文 (33)第一章绪论1.1 选题的目的与意义龙门刨床因有一个由顶梁和立柱组成的龙门式框架结构而得名，工作台带着工件通过龙门框架作直线往复运动，多用于加工大平面工件。
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4.1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
晶闸管触发与整流装置可以看成是一个具有纯 滞后的放大环节，其滞后作用是由晶闸管装置的 失控时间引起的。考虑到失控时间很小，忽略其 高次项，则其传递函数可近似成一阶惯性环节， 如下式所示
U d 0 (s) U ct ( s )
Ks Ts s 1
系统建模与仿真
系统建模与仿真
4.1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
图4-9 V-M系统的动态结构图
系统建模与仿真
4.1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
通过仿真实验，对于图4-10，4-11，4-12所示的系统工作过程可概括 成如下几点： 1．ASR从起动到稳态运行的过程中，经历了两个状态，即饱和限幅 输出与线性调节状态。 2．ACR从起动到稳态运行的过程中只工作在一种状态，即线性调 节状态。 3．图4-10所示的电动机起动特性已十分接近理想特性，所以，该系 统对于起动特性来说，已达到预期目的。 4．对于系统性能指标来说，起动过程中电流的超调量为5.3%，转 速的超调量达21.3%，显然这一指标与理论最佳设计尚有一定的差距， 尤其是转速的超调量略高一些。
22
1600
电动机电流
电 动 机 电 流 /A
转速 6 800
-2
400
-10
0
0.14
0.28 t/s
0.42
0.56
0 0.7
图4-12 电动机起动特性
转 速 n/r/min
14
1200
系统建模与仿真
4.1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
一、系统建模
1.1 电动机的数学模型
1.2 晶闸管整流装置的数学模型 1.3双闭环调速系统的数学模型
3.1 起动特性 3.2 抗扰性能
四、结论
系统建模与仿真
4.1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
自70年代以来，国内外在电气传动领域里，大量地采 用了“晶闸管整流电动机调速”技术（简称V-M调速 系统）。尽管当今功率半导体变流技术已有了突飞猛 进的发展，但在工业生产中V-M系统的应用还是占有 相当比重的。
三、仿真实验
3.1 起动特性 3.2 抗扰性能
四、结论
系统建模与仿真
4.1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
在图4-7中给出了控制系统的PI控制规律动态过程，从中我们可知：
U
给定
U
+ -
PI调节器
UC
t
被控对象
输出
O
uc pu (t ) I u (t )dt
0
UC
t
O
t
(a) 图4-7 比例积分调节器结构及其输入输出动态过程
取:
n 5 T n
ns 1 ns
Kn ( h 1) C e T m 2 h R T n
T n 2 T i T on
系统建模与仿真
4.1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
一、系统建模
1.1 电动机的数学模型
1.2 晶闸管整流装置的数学模型 1.3双闭环调速系统的数学模型
_
I dL ( s )
R E (s) 1 Tm s Ce
U d 0 ( s) +
_
1/ R I d ( s ) Tl s 1 +
n( s )
其中
Tl
Tm
L R
2
为电枢回路电磁时间常数 为电机系统机电时间常数
GD R 3 7 5C eC m
系统建模与仿真
4.1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
4.1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
一、系统建模
1.1 电动机的数学模型
1.2 晶闸管整流装置的数学模型 1.3双闭环调速系统的数学模型
二、电流环与转速环调节器设计
2.1 双闭环控制的目的 2.2 关于积分调节器的饱和非线性问题 2.3 ASR与ACR的工程设计方法
三、仿真实验
3.1 起动特性 3.2 抗扰性能
系统建模与仿真
4.1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
根据额定励磁下他励直流电动机的等效 电路，可以写出回路中电压和转矩平衡 的微分方程
U d 0 RId L
2
dId dt
E
Te T L
GD
dn dt
375
系统建模与仿真
4.1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
通过对上面两式进行拉氏变换后，可 以得到电动机的数学模型（动态传递 函数形式）
3.1 起动特性 3.2 抗扰性能
四、结论
系统建模与仿真
4.1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
对于直流电动机调速控制系统，通常调节器均 按PI形式设计，将对象设计成典型系统。 电流环调节器的设计: 在稳态上希望电流控制无 静差，以得到理想的堵转特性，而且要求电流 的跟随性能要好.因此，把电流环设计校正成典 型I型系统。 转速环调节器设计: 按系统综合成典型II型系统 来设计，这样既可以保证转速无静差，又有较 强的抗扰性。
(b)
系统建模与仿真
4.1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
1．只要偏差△U存在，调节器的输出控制电压Uc 就会不断地无限制地增加。因此，必须在PI调节器 输出端加限幅装置。 2．当△U =0时，Uc=常数。若要使Uc下降，必须 使△U <0。因此，在直流调速控制系统中，若要使 ASR退出饱状态（进入线形控制状态），就一定要 产生超调现象。 3．对于前向通道带有惯性环节的控制系统，若控 制器存在“积分作用”，则在给定作用下，系统输 出一定会出现超调。
系统建模与仿真
4.1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
6
2000
4
1600
转速 0 800
-2
400
-4
0
0.14
0.28 t/s
0.42
0.56
0 0.7
图4-10 ASR的输出特性
转 速 n/r/min
ASR输 出 /V
2
ASR输 出
1200
系统建模与仿真
4.1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
这里我们借助Simulink来分析一下双闭环V-M系统的动态性能
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4.1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
系统建模与仿真
4.1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
图4-8给出了基于上述理论设计的系统仿真结果， 我们发现：转速有很大的超调（并不是8.3%）。
理论设计条件下输出转速曲线 3000
二、电流环与转速环调节器设计
2.1 双闭环控制的目的 2.2 关于积分调节器的饱和非线性问题 2.3 ASR与ACR的工程设计方法
三、仿真实验
3.1 起动特性 3.2 抗扰性能
四、结论
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4.1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
系统中采用三相桥式晶闸管整流装置，基本参数如下： 直流电动机：220V，13.6A，1480r/min，Ce=0.131V/（r/min），允许 过载倍数λ=1.5；晶闸管装置：Ks=76；电枢回路总电阻：R=6.58Ω；时 间常数：Tl=0.018s，Tm=0.25s；反馈系数：α=0.00337V/（r/min）， β=0.4V/A；反馈滤波时间常数：Toi=0.005s，Ton=0.005s 。
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4.1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
一、系统建模
1.1 电动机的数学模型 1.2 晶闸管整流装置的数学模型 1.3双闭环调速系统的数学模型
二、电流环与转速环调节器设计
2.1 双闭环控制的目的
2.2 关于积分调节器的饱和非线性问题 2.3 ASR与ACR的工程设计方法
三、仿真实验
5 2000
4
1600
ACR输 出
转 速 n/r/min ACR输 出 /V
3 转速 2
1200
800
1
400
0 0
0.14
0.28 t/s
0.42
0.56
0 0.7
图4-11 ACR的输出特性
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30 δ=21.3% δ=5.3% 2000
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4.1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
一、系统建模
1.1 电动机的数学模型
1.2 晶闸管整流装置的数学模型 1.3双闭环调速系统的数学模型
二、电流环与转速环调节器设计
2.1 双闭环控制的目的 2.2 关于积分调节器的饱和非线性问题 2.3 ASR与ACR的工程设计方法
三、仿真实验
I dL 2
I dL1
tf
t1
t2
t
图4-6 双闭环控制直流调速系统负载扰动特性
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4.1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
一、系统建模
1.1 电动机的数学模型
1.2 晶闸管整流装置的数学模型 1.3双闭环调速系统的数学模型
二、电流环与转速环调节器设计
2.1 双闭环控制的目的 2.2 关于积分调节器的饱和非线性问题 2.3 ASR与ACR的工程设计方法
2500
2000
转速
n/r/min
1500
1000
500
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5 t/s
3
3.5
4
4.5
5
图4-8 理论设计条件下输出转速曲线
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