直流拖动控制系统
电力拖动自动控制系统实验报告
电⼒拖动⾃动控制系统实验报告电⼒拖动⾃动控制系统实验实验⼀转速反馈控制直流调速系统的仿真⼀、实验⽬的1、了解MATLAB下SIMULINK软件的操作环境和使⽤⽅法。
2、对转速反馈控制直流调速系统进⾏仿真和参数的调整。
⼆、转速反馈控制直流调速系统仿真根据课本的操作步骤可得到如下的仿真框图：图 1 仿真框图1、运⾏仿真模型结果如下：图2 电枢电流随时间变化的规律图3 电机转速随时间变化的规律2、调节参数Kp=0.25 1/τ=3 系统转速的响应⽆超调但调节时间长3、调节参数Kp=0.8 1/τ=15 系统转速的响应的超调较⼤，但快速性较好实验⼩结通过本次实验初步了解了MATLAB下SIMULINK的基本功能，对仿真图的建⽴了解了相关模块的作⽤和参数设置。
并可将其⽅法推⼴到其他类型控制系统的仿真中。
实验⼆转速、电流反馈控制直流调速系统仿真⼀、实验⽬的及内容了解使⽤调节器的⼯程设计⽅法，是设计⽅法规范化，⼤⼤减少⼯作计算量，但⼯程设计是在⼀定近似条件下得到的，⽤MATLAB仿真可根据仿真结果对设计参数进⾏必要的修正和调整。
转速、电流反馈控制的直流调速系统是静、动态性能优良、应⽤最⼴泛的直流调速系统，对于需要快速正、反转运⾏的调速系统，缩短起动、制动过程的时间成为提⾼⽣产效率的关键。
为了使转速和电流两种负反馈分别起作⽤，可在系统⾥设置两个调节器，组成串级控制。
⼀、双闭环直流调速系统两个调节器的作⽤1)转速调节器的作⽤（1）使转速n跟随给定电压*mU变化，当偏差电压为零时，实现稳态⽆静差。
（2）对负载变化起抗扰作⽤。
（3）其输出限幅值决定允许的最⼤电流。
2)电流调节器的作⽤（1）在转速调节过程中，使电流跟随其给定电压*iU变化。
（2）对电⽹电压波动起及时抗扰作⽤。
（3）起动时保证获得允许的最⼤电流，使系统获得最⼤加速度起动。
（4）当电机过载甚⾄于堵转时，限制电枢电流的最⼤值，从⽽起⼤快速的安全保护作⽤。
当故障消失时，系统能够⾃动恢复正常。
电力拖动系统的工作原理与组成结构
电力拖动系统的工作原理与组成结构电力拖动系统是一种常见的机电一体化控制系统，广泛应用于工业生产中。
本文将介绍电力拖动系统的工作原理与组成结构。
一、工作原理1.电力拖动系统采用电力驱动装置，通过电动机将电能转化为机械能，从而实现机械设备的运动。
2.电力拖动系统通过控制电动机的启停、转速、转向等参数，实现对机械设备的精确操控。
3.电力拖动系统的工作原理是基于电动机的产生转矩，在电动机的转动下，通过传动装置将转动力矩传递给被驱动部件，从而实现机械设备的运行。
二、组成结构1.电动机电动机是电力拖动系统的核心部件，通常采用交流电机或直流电机。
它负责将电能转化为机械能，提供驱动力矩。
2.传动装置传动装置是将电动机产生的转动力矩传递给被驱动部件的装置。
常见的传动装置包括齿轮传动、皮带传动、链条传动等。
传动装置的选择应根据具体应用场景和需求进行。
3.控制装置控制装置用于对电动机进行控制，实现对机械设备的精确操控。
控制装置一般由电气控制柜、电气元件组成，包括主控制器、变频器、电力调节器等。
4.监测装置监测装置用于对电力拖动系统的工作状态进行监测和检测，确保系统的安全可靠运行。
常见的监测装置包括温度传感器、压力传感器、转速传感器等。
5.辅助装置辅助装置包括润滑装置、冷却装置、防尘装置等，用于保护电力拖动系统的正常运行，延长其使用寿命。
三、应用范围电力拖动系统广泛应用于机械加工、电力工业、矿山冶金、石油化工等领域。
它的高效性和精确操控性使得机械设备的运行更加稳定和可靠，提高了生产效率。
总结：电力拖动系统是一种电力驱动装置，通过电动机将电能转化为机械能，实现机械设备的精确操控。
其组成结构包括电动机、传动装置、控制装置、监测装置和辅助装置。
电力拖动系统在工业生产中应用广泛，提高了生产效率，推动了工业自动化发展。
注：本文章为阐述电力拖动系统的工作原理与组成结构而编写，未涉及具体技术细节和实际应用案例。
如需更加详细的内容，请参考相关专业书籍或咨询专业人士。
电力拖动控制系统
★采用计算机控制电力传动系统的优越性在于：（1）可显著提高系统性能。
采用数字给定、数字控制和数字检测，系统精度大大提高可根据控制对象的变化，方便地改变控制器参数，以提高系统抗干扰能力（2）可采用各种控制策略。
可变参数PID和PI控制；自适应控制；模糊控制；滑模控制；复合控制。
（3）可实现系统监控功能。
状态检测；数据处理、存储与显示；越限报警；打印报表等。
★数字测速方法：1. 旋转编码器：光电转换；增量式旋转编码器；脉冲数字（P/D）转换方法：（1）M法—脉冲直接计数方法；（2）T 法—脉冲时间计数方法；（3）M/T法—脉冲时间混合计数方法M法测速：工作原理：由计数器记录PLG发出的脉冲信号；定时器每隔时间T c向CPU发出中断请求INTt；CPU响应中断后，读出计数值M1，并将计数器清零重新计数；根据计数值M 计算出对应的转速值n。
★计算公式：式中Z为PLG每转输出的脉冲个数；★M法测速的分辨率：★M法测速误差率：在上式中，Z 和T c均为常值，因此转速n 正比于脉冲个数。
高速时Z大，量化误差较小，随着转速的降低误差增大，转速过低时将小于1，测速装置便不能正常工作。
所以，M法测速只适用于高速段。
★T法测速：工作原理：计数器记录来自CPU的高频脉冲f0；PLG每输出一个脉冲，中断电路向CPU发出一次中断请求；CPU 响应INTn中断，从计数器中读出计数值M2，并立即清零，重新计数。
★计算公式：★T法测速的分辨率：★Ｔ法测速误差率：低速时，编码器相★邻脉冲间隔时间长，测得的高频时钟脉冲个数M2多，所以误差率小，测速精度高，故T法测速适用于低速段。
★两种测速方法的比较：M法测速在高速段分辨率强；T法测速在低速段分辨率强。
因此，可以将两种测速方法相结合，取长补短。
既检测T c时间内旋转编码器输出的脉冲个数M1，又检测同一时间间隔的高频时钟脉冲个数M2，用来计算转速，称作M/T法测速。
★M/T法测速：电路结构★工作原理：T0定时器控制采样时间；M1计数器记录PLG脉冲；M2计数器记录时钟脉冲。
电力拖动自动控制系统运动控制系统第5版
K)
n0cl
ncl
式中， n0cl 表示闭环系统的理想空载转速， ncl 表示闭环系统的稳态速降。
(3-3)
转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构框图
（1）闭环系统静特性可以比开环系统 机械特性硬得多
• 在同样的负载扰动下，
开环系统的转速降落 闭环系统的转速降落
nop
RI d Ce
• 它们的关系是
ncl
第3章 转速闭环控制的直流调速系 统
第3章 目录
• 3.1有静差的转速闭环直流调速系统（系统 结构与静特性分析，闭环直流调速系统的 反馈控制规律，稳定性分析）
• 3.2 无静差的转速闭环直流调速系统（比例 积分控制规律、稳态参数计算）
• 3.3 转速闭环直流调速系统的限流保护 • 3.4 转速闭环控制直流调速系统的仿真
RI d Ce (1
K)
ncl
nop 1 K
(3-4)
（2）闭环系统的静差率要比开环系统 小得多
• 闭环系统的静差率为
scl
ncl n0cl
• 开环系统的静差n0op n0cl 时，
scl
sop 1 K
（3-5）
（3）如果所要求的静差率一定，则 闭环系统可以大大提高调速范围
• 如 率果都电是s动，机可的得最高转速都是nN，最低速静差
开环时，
Dop
nN s nop (1 s)
闭环时，
Dcl
nN s ncl (1
s)
• 得到
Dcl (1 K )Dop （3-6）
• 结论:比例控制的直流调速系统可以获得比 开环系统硬得多的稳态特性,即负载引起的 转速降落减小了,从而保证在一定静差率的 要求下,能够获得更宽的调速范围.
(完整版)电力拖动自动控制系统(第三版)_陈伯时_习题答案(全部)
(完整版)电力拖动自动控制系统(第三版)_陈伯时_习题答案(全部)第一章：闭环控制的直流调速系统000001-1为什么PWM-电动机系统比晶闸管-电动机系统能够获得更好的动态性能？答：PWM系统与V-M系统相比，在很多方面有较大的优越性：1）主电路线路简单，需用的功率器件少；2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小；3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达1：10000左右；4）若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强；5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也大，因而装置效率较高；（6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高；1-2试分析有制动通路的不可逆PWM变换器进行制动时，两个VT是如何工作的。
答：如图P13，1-17，制动状态时，先减小控制电压，使Ug1的正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而使平均电枢电压Ud降低。
但是，由于机电惯性，转速和反电动势还来不及变化，因而造成E＞Ud，很快使电流id反向，VD2截止，在ton≤t＜T时，Ug2变正，于是VT2导通，反向电流沿回路3流通，产生能耗制动作用。
在T≤t＜T+ton(即下一周期的0≤t＜Ton)时，VT2关断，-id沿回路4经VD1续流，向电源回馈制动，与此同时，VD1两端压降钳住VT1使它不能导通。
在制动状态中，VT2和VD1轮流导通，而VT1始终是关断的。
有一种特殊状态，即轻载电动状态，这时平均电流较小，以致在VT1关断后id经VD2续流时，还没有达到周期Ｔ，电流已经衰减到零，这时VD2两端电压也降为零，VT2便提前导通了，使电流反向，产生局部时间的制动作用。
1-3调速范围和静差率的定义是什么？调速范围、静差速降和最小静差率之间有什么关系为什么说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了”答：生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围，用字母D表示,即：Dnma某nmin当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降落ΔnN与理想空载转速n0之比，称作静差率，即nNn0调速范围、静态速降和最小静差率之间的关系是：DnNminnN(1min)按上述关系可得出：D越小，越小，D越大，越大；D与相互制约，所以说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了”。
电力拖动控制系统第三章
第三章★微机数字控制系统：以微处理器为核心的数字控制系统（简称微机数字控制系统）★微型计算机数字控制的主要特点：微机数字控制系统的稳定性好，可靠性高，可以提高控制性能，此外，还拥有信息存储、数据通信和故障诊断等模拟控制系统无法实现的功能。
★由于计算机只能处理数字信号，因此，与模拟控制系统相比，微机数字控制系统的主要特点是离散化和数字化★数字控制直流调速系统的组成方式大致可分为三种： 1. 数模混合控制系统 2.数字电路控制系统 3. 计算机控制系统★数模混合控制系统特点：转速采用模拟调节器，也可采用数字调节器电流调节器采用数字调节器；脉冲触发装置则采用模拟电路★数字电路控制系统特点：除主电路和功放电路外，转速、电流调节器，以及脉冲触发装置等全部由数字电路组成★在数字装置中，由计算机软硬件实现其功能，即为计算机控制系统。
系统的特点：双闭环系统结构，采用微机控制；全数字电路，实现脉冲触发、转速给定和检测；采用数字PI 算法，由软件实现转速、电流调节。
★微机数字控制双闭环直流调速系统硬件结构系统由以下部分组成：主电路；检测电路；控制电路；给定电路；显示电路★主回路——微机数字控制双闭环直流调速系统主电路中的UPE 有两种方式：直流PWM 功率变换器；晶闸管可控整流器★检测回路——检测回路包括电压、电流、温度和转速检测，其中：电压、电流和温度检测由A/D 转换通道变为数字量送入微机；转速检测用数字测速★转速检测有模拟和数字两种检测方法。
对于要求精度高、调速范围大的系统，往往需要采用旋转编码器测速，即数字测速。
★故障综合——利用微机拥有强大的逻辑判断功能，对电压、电流、温度等信号进行分析比较，若发生故障立即进行故障诊断，以便及时处理，避免故障进一步扩大。
这也是采用微机控制的优势所在。
★数字控制器——数字控制器是系统的核心，可选用单片微机或数字信号处理器（DSP）★系统给定——系统给定有两种方式：（1）模拟给定：模拟给定是以模拟量表示的给定值，例如给定电位器的输出电压。
第五章 直流电动机调速控制系统
其中，R是电枢回路总电阻，为系统固有参数， Idnom是对应额定负载时的电流， 也是固定的。所以，一般开环系统无法满足一定调速范围和静差率性能指标要求。
如果在负载增加的同时设法增大系统的给定电压 Un，就会使电动机电枢两端的 电压Ud增大，电动机的转速就会升高。若Un增加量大小适度，就可以使因负载增加 而产生的 n被Ud升高而产生的速升所弥补，结果会使转速n接近保持在负载增加前的 值上。 这样，既能使系统有调速能力，又能减少稳态速降，使系统具有满足要求的调 速范围和静差率。 系统组成如图 我们可以在与调速电动机 同轴接一测速发电机TG，这 样就可以将电动机转速 n 的大 小转换成与其成正比的电压信 号Un，把Un与Un相比较后， 去控制晶闸管整流装置以控制 电动机电枢两端的电压Ud就可 以达到控制电动机转速 n 的目 的。
（5-5）
上式表明，同一系统的调速范围、静差率和额定转速降落三者之间有密不可 分的联系。对静差率值要求越小，能得到的调速范围也将越小。
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例题
某生产机械由他励直流电动机拖动，采用降压调速，额 定负载下电动机的额定转速为 ，理想空载转 速 。降低电压以后的转速为 ，理想 空载转速 。试求： （1）调速范围D和静差率 ； （2）如果生产工艺要求静差率 20% ，则此时的调速范 围是多少？
5.1.3 直流调速的基础知识
直流电动机 电动机 交流电动机 直流调速系统
交流调速系统
直流电动机优点： 转矩易于控制，具有良好的起制动性能，在相当长的时间内，一直在高性能调速 领域占有绝对的统治地位。此外，直流调速技术方面的理论相对成熟，其研究方法和 许多基本结论很容易在其它调速领域内推广，所以直流调速一直是研究调速技术的主 流。 由于直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制角度来看， 它又是交流拖动控制系统的基础。因此，为了保持由浅入深的教学顺序，本章将对 直流调速的基本理论做较详细的介绍。
电力拖动自动控制系统第五章PPT课件
吉林大学远程教育
通过坐标变换和电压补偿，实现了磁通和转 矩的解耦和闭环控制。由于磁场的定向使 得异步电机的机械特性和直流电机的机械
和速度。 3、电刷的火花限制了直流电机的安装和使用
环境。 4、直流电机的大部分功率通过换向器流入电
枢的转子发热多，电机效率低。（中大容 量电机需要强迫风冷或水冷）
5、换向器和电刷的磨损降低的可靠性。
交流电机控制比较复杂，但结构简单、成本 低，安装环境要求低适用于易燃易爆环境， 交流拖动取代直流可调拖动的呼声越来越 强烈，交流拖动控制系统已经成为当前电 力拖动控制的主要发展方向。实际应用中 交流调速系统在以下几个方面优于直流调 速系统。
吉林大学远程教育
电力电子器件的不断进步，为交流电机 控制系统的完善提供了物质保证，绝缘栅 双极性晶体管的实用化，为高频化PWM 技术成为可能，目前电力电子正向高压， 大功率、高频化、组合化、智能化发展。 2）应用矢量控制技术和现代控制理论 交流电机是一个多变量、非线性的被控
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对象，过去从电机稳态方程出发研究其 控制特性，动态效果不理想。20世纪70年
吉林大学远程教育
（6开发新型电机和无机械传感器技术 小功率运动控制中得到重视和应用的 永磁同步电机。目前研究和发展的开关磁阻
交流调速
1、大功率负载情况下，电力机车、卷扬机 等控制系统。
2、高速运行的场合，高速电钻、离心机等 控制转速达数千到上万。
3、易燃、易爆、多尘环境。 4、中压（6-10KV）调速系统可以节省变电
电力拖动自动控制系统课件汇总
电力拖动自动控制系统的发展
1971年，西门子F.Blaschke(布拉施克)提出了矢量 变换控制原理解决了转矩控制问题；1985年德国鲁尔大 学M.Depenbrock提出了直接转矩控制理论，简化了矢量 变换控制原理的复杂计算；各种现代控制理论的发展也 使得交流电机控制技术迅速发展。 微处理机引入控制系统，使模拟控制向数字化方向 发展，从单片机到DSP，从DSP到RISC（简单指令集计算 机），使各种算法得以快速实现，拓宽了交流调速的应 用领域，不但简化了控制系统的硬件结构，而且提高了 控制性能，降低了电机能耗，交流调速系统将成为电力 拖动系统的主要力量。
电力拖动自动控制系统的发展
电力电子技术的前身是汞整流器和晶闸管变流技术， 1957年晶闸管诞生标志着电力电子技术的问世。 第一代整流器时代：1960-1980，以晶闸管（SCR） 及其相控变流技术为代表。 第二代逆变时代：1980-1990，以大功率晶体管 （CRT）和可关断晶闸管（GTO）等自关断电力电子器件及 其逆变技术为代表。 第三代变频时代：1990后，以复合电力电子器件(主 要有绝缘栅双极晶体管IGBT、金属-氧化物-半导体型场效 应管- MOS场效应管)及其变频技术为代表，器件关断速度 快、工作频率高，使得变频和逆变技术空前发展。
电力拖动在国民经济中的作用
电力拖动自动控制系统由电动机、控制系统 和被拖动机械组成，还包括电源、传动机构等。 其特点是：功率范围大：几毫瓦至几百兆瓦；调 速范围宽：几转至几十万转每分；适用范围广： 几乎任何环境和任何负载。 电气传动在国民经济起着重要作用，广泛用 于冶金、轻工、矿山、石化、航空航天等行业， 以及日常生活中，用电量占我国总发电量的60%以 上，产品以每年15%的速度递增,市场前景广阔。
双闭环直流调速系统(课程设计)
4•仿真实验95•仿真波形分析13三、心得体会14四、参考文献161•课题研究的意义从七十年代开始，由于晶闸管直流调速系统的高效、无噪音和快速响应等优点而得到广泛应用。
双闭环直流调速系统就是一个典型的系统，该系统一般含晶闸管可控整流主电路、移相控制电路、转速电流双闭环调速控制电路、以及缺相和过流保护电路等。
直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。
就目前而言，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式，在许多工业部门，如轧钢、矿山采掘、纺织、造纸等需要高性能调速的场合得到广泛的应用。
且直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。
由于直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。
所以加深直流电机控制原理理解有很重要的意义。
2•课题研究的背景电力电子技术是电机控制技术发展的最重要的助推器，电力电机技术的迅猛发展，促使了电机控制技术水平有了突破性的提高。
从20世纪60年代第一代电力电子器件-晶闸管(SCR)发明至今，已经历了第二代有自关断能力的电力电子器件-GTR、GTO、MOSFET，第三代复合场控器件-IGBT、MCT等，如今正蓬勃发展的第四代产品-功率集成电路(PIC)。
每一代的电力电子元件也未停顿，多年来其结构、工艺不断改进，性能有了飞速提高,在不同应用领域它们在互相竞争，新的应用不断出现。
同时电机控制技术的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、自动控制技术和微机应用技术的最新发展成就。
正是这些技术的进步使电动机控制技术在近二十多年内发生了天翻地覆的变化。
(3-16) 取：(3-17) ◎i=4.3%<5%，满足课题所给要求。
3.3速度调节器设计电流环等效时间常数1/K。
取KT乙=0.5,贝IJ：1二2X0.0067二0.0134K(3-15)转速滤波时间常数T on。