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带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统建模与仿真

潇湘学院

《课程设计报告》

题目：带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统建模与仿真专业：电气工程及其自动化

班级：

姓名：

学号：

指导教师：陈敏

初始条件：

1．技术数据

输出功率为:7.5Kw 电枢额定电压220V

电枢额定电流 36A 额定励磁电流2A

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2S

电枢允许过载系数1.5

额定转速 1430rpm

2．技术指标

稳态指标：无静差（静差率s≤2%, 调速范围D≥10）

动态指标：系统稳定

要求完成的主要任务:

1．技术要求：

(1) 该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机不可逆运行，具有较宽的调速范围（D≥10），系统在工作范围内能稳定工作

(2) 根据指标要求进行动态校正，选择调节器的参数，并确定电流截止负反馈环节的相关参数，

(3) 系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续

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型式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图

(2) 根据带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统原理图, 分析转速调节器和电流截止负反馈的作用,

(3) 通过对调节器参数设计, 得到转速和电流的仿真波形，并由仿真波形通过MATLAB 来进行调节器的参数调节。

(4) 绘制带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统的电气原理总图（要求计算机绘图）

(5) 整理设计数据资料，课程设计总结，撰写设计计算说明书

摘要 (3)

1.闭环调速控制系统构成 (4)

1.1 主电路 (5)

1.2 原理框图 (5)

2带电流截止负反馈的转速负反馈的分析 (6)

2.1电流截止负反馈的提出 (6)

2.2 电流截止负反馈环节 (7)

2.3 带电流截止负反馈调速系统结构框图和静特性 (8)

3 参数设计 (10)

3.1整体分析 (10)

3.2稳定性参数计算和判断 (10)

3.3 转速调节器校正 (11)

3.3.1 PI调节器结构 (11)

3.3.2 调节器的选择 (12)

3.4 电流截止负反馈参数设计 (16)

4. 电流MATLAB仿真 (17)

4.1 将设计的参数进行仿真 (17)

4.2 调节器参数调整 (18)

5.电气总图 (19)

6.结束语 (20)

参考文献 (20)

摘要

为了提高直流调速系统的动态、静态性能，通常采用闭环控制系统（主要包括单闭环、双闭环）。而在对调速指标要求不高的场合，采用单闭环即可。闭环系统较之开环系统能自动侦测把输出信号的一部分拉回到输入端，与输入信号相比较，其差值作为实际的输入信号；能自动调节输入量，能提高系统稳定性。在对调速系统性能有较高要求

的领域常利用直流电动机，但直流电动机开环系统稳定性不能够满足要求，可利用转速单闭环提高稳态精度，而采用比例调节器的负反馈调速系统仍是有静差的，为了消除系统静差，可采用积分调节器代替比例调节器。

关键词：直流调速单闭环稳态精度比例调节

带电流截止负反馈转速单闭环直流调速

系统建模与仿真

1.闭环调速控制系统构成

1.1 主电路

本控制系统采用含电流截止负反馈的转速负反馈主电路结构，其原理图如图1所示。

+-U U ++

RP 2

RP 1

*n R 0

R 0

R bal

U i

I d R 1

C 1

U n

U d

图1 含电流截止负反馈的转速负反馈原理图

图中的电动机的电枢回路由晶闸管组成的三相桥式整流电路供电，通过与电动机同轴刚性连接的测速发电机TG 检测电动机的转速，并经转速反馈环节分压后取出合适的

转速反馈信号n U ，此电压与转速给定信号*

n U 经速度调节器ASR 综合调节，ASR 的输出作为移相触发器的控制电压c U ，由此组成转速负反馈单闭环直流调速系统。改变*n U 即

可调节电动机的转速。

在本系统中ASR 采用比例积分调节器，属于无静差调速系统。为了防止在起动和运行过程中出现过大的电流冲击，系统引入了电流截止负反馈以限止电流不超过其允许的最大值。

1.2 原理框图

将开环系统改为单闭环转速负反馈调速系统，并采用PI 调节器，就既保证动态性能，又能作到转速的无静差，较好的解决开环系统的不足，此闭环系统的工作原理是：将直流电动机转速变化信号反馈到触发环节，来自动增大或减小触发角α来自动调节整流输出电压Uds ，即可达到稳定,其系统结构框图与系统原理图如图2所示

图2 单闭环转速负反馈系统框图

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。

2带电流截止负反馈的转速负反馈的分析

2.1电流截止负反馈的提出

（1）起动的冲击电流---直流电动机全电压起动时，如果没有限流措施，会产生很大的冲击电流，这不仅对电机换向不利，对过载能力低的电力电子器件来说，更是不能允许的。

（2）闭环调速系统突加给定起动的冲击电流---采用转速负反馈的闭环调速系统突然加上给定电压时，由于惯性，转速不可能立即建立起来，反馈电压仍为零，相当于偏差电压，差不多是其稳态工作值的 1+K 倍。这时，由于放大器和变换器的惯性都很小，电枢电压一下子就达到它的最高值，对电动机来说，相当于全压起动，当然是不允许的。

转速反馈α

Un 给定 IdR

ΔUn Kp

1/Ce

Ud0

（3）堵转电流---有些生产机械的电动机可能会遇到堵转的情况。例如，由于故障，机械轴被卡住，或挖土机运行时碰到坚硬的石块等等。由于闭环系统的静特性很硬，若无限流环节，硬干下去，电流将远远超过允许值。如果只依靠过流继电器或熔断器保护，一过载就跳闸，也会给正常工作带来不便。

为了解决反馈闭环调速系统的起动和堵转时电流过大的问题，系统中必须有自动限制电枢电流的环节。根据反馈控制原理，要维持哪一个物理量基本不变，就应该引入那个物理量的负反馈。那么，引入电流负反馈，应该能够保持电流基本不变，使它不超过允许值。

2.2 电流截止负反馈环节

通过对电流负反馈和转速负反馈的分析。考虑到，限流作用只需在起动和堵转时起作用，正常运行时应让电流自由地随着负载增减，采用电流截止负反馈的方法，则当电流大到一定程度时才接入电流负反馈以限制电流，而电流正常时仅有转速负反馈起作用控制转速。

电流截止负反馈环节如图3和图4所示

图3 利用独立直流电源作比较电压图4 利用稳压管产生比较电压

图5 封锁运算放大器的电流截止负反馈环节图6 电流截止负反馈环节的I/O 特性

电流截止负反馈环节输入输出特性如图6所示。

图3中用独立的直流电源作为比较电压，其大小可用电位器调节，相当于调节截止电流。图4中利用稳压管VS 的击穿电压U br 作比较电压，线路要简单得多，但不能平滑的调节截止电流值。图5是反馈环节与运放的连接电路。

2.3 带电流截止负反馈调速系统结构框图和静特性

带电流截止负反馈的闭环直流调速系统结构框图如图7所示：

图7 带电流截止负反馈的闭环直流调速稳态系统结构框图

系统两段静特性的方程式：

当d dcr I I ≤时，电流负反馈被截止，静特性与转速负反馈相同

当d dcr I I >时，引入电流负反馈，静特性变为：

)

1()1(e d

e *

n s p K C RI K C U K K n +-

静特性的几个特点：

（1）电流负反馈的作用相当于在主电路中串入一个大电阻 KpKsRs ，因而稳态速降极大，使特性急剧下垂。

（2）比较电压 Ucom 与给定电压 Un* 的作用一致，好象把理想空载转速提高到

（3）两段式静特性常称作下垂特性或挖土机特性。当挖土机遇到坚硬的石块而过载时，电动机停下，电流也不过是堵转电流，在式（1）中，令 n = 0，得

一般p s s K K R R >>,因此（4）最大截止电流

dbl I 应小于电机允许的最大电流，一般取：I dbl =（1.5~2.0） I N

从调速系统的稳态性能上看，希望稳态运行范围足够大，截止电流大于电机的额定电流，一般取： I dcr ≥（1.1~1.2）I N

（5）调速系统的起动过程如图8图9所示

)

1()()1()(e d s s p e com *

n s p K C I R K K R K C U U K K n ++-

++=)

1()('e com *

n s p 0K C U U K K n ++=

s s p com *n

s p dbl )(R K K R U U K K I ++=

com *n dbl

R U U I +

≈

图8带电流截止负反馈单闭环调速系统图9理想的快速启动过程

3 参数设计

3.1整体分析

本题目要求设计带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统，为满足以上技术要求和性能指标的要求，选择以下方案设计系统：

1) 系统要求平滑调速，可采用调压调速方式。因为调压调速系统是在保持他励直流电动机的磁通为额定值的情况下，将电枢两端的电压（电源电压）降低为不同的值时，可以获得与电动机固有机械特性相互平行的人为机械特性，调速方向是基速以下，属于恒转矩调速方法。只要输出的电压是连续可调的，即可实现电动机的无级调速，调速范围可以达到很宽。

2) 系统静特性良好，无静差。在参数设置合理的情况下，带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统本身可以做到系统的稳定运行。

3) 本设计中的电力电子变换装置采用三相桥式控制的晶闸管整流装置，应用题目要求中给定的参数进行设计，其R rec =0.5Ω，K s =40。

4) 在带电流截止负反馈环中，截止电流的上限选择需要根据电机的品牌和参数论证，以保证电机不至于因电流过大而烧毁。

3.2稳定性参数计算和判断

为了满足D=10，s≤2%，额定负载时调速系统的稳态速降为：

22017.5 1.25

0.132min/1500N N a e N U I R C V r n --?=

==? ()17.5(1.25 1.3)

338/min 0.132

N a rec op e I R R n r C +?+?=

15000.02

/min 3.06/min (1)10(10.02)

N cl n s n r r D s ??=

≤=-?-

根据cl n ?，求出系统的开环放大系数：

338

11109.463.06

op cl

n K n ?=

-≥

-=? 计算测速反馈环节的放大系数和参数：

设在额定转速下稳态时的给定电压为*10n U V =，则须有*

10n n U U V ==

故转速反馈环节的放大系数10

0.006671500

n N U n α=

== 计算运算放大器的放大系数和参数：

109.460.132

54.160.0066740

e p s KC K K α?=

≥=? 验证系统在此控制器下的稳定性：电枢回路电磁时间常数

0.20.072.85

l L T s

R =

== 电力拖动机电时间常数

222.85 3.53

0.161303753750.132m e m GD R T s

C C π

?===??

三项桥式整流电路的失控时间常数 s T s 00167.0=

为保证系统稳定，开环放大系数应满足s

l s s l m T T T T T T K 2

)(++<

按动态性能指标，得98.73K <,而按稳态性能指标有109.46K ≥，说明比例控制闭环系统的动态稳定性和稳态性能要求是矛盾的，此系统不稳定。

3.3 转速调节器校正

3.3.1 PI 调节器结构

如图10所示是PI 调节器即比例积分调节器既结构图，用于实现系统的无静差调速

系统

图10 PI 调节器的结构图

比例积分调节器的控制传递函数为：

pi K =1R /0R ，pi K 为PI 调节器的比例放大系数，1C = τ/0R ，τ为PI 调节器超前时间常数。比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状，而积分调节器的输出则包含了输入偏差量的全部历史。积分调节器到稳态时ΔUn =0，只要历史上有过ΔUn ，其积分就有一定数值，足以产生稳态运行所需要的控制电压。如图11为采用PI 调节器单闭环调速系统动态校正特性

图11 采用PI 调节器单闭环调速系统

3.3.2 调节器的选择

在设计闭环调速系统时，常常会遇到动态稳定性与稳态性能指标发生矛盾的情况，这时，必须设计一个合适的动态校正装置，用它来改造系统，使它同时满足动态稳定性和稳态性能指标两方面要求。

s K s K s W K P pi pi P ττ1)(1

动态校正的方法很多，而且对于一个系统来说，能够符合要求的校正方案也不是唯一的。在电力拖动自动控制系统中，最常用的是串联校正和反馈校正。串联校正比较简单，也容易实现。对于带电力电子变换器的直流闭环调速系统，由于其传递函数的阶次较低，一般采用PID 调节器的串联校正方案就能完成动态校正的任务。

PID 调节器中有PD 、PI 和PID 三种类型。由于PD 调节器构成的超前校正，可提高系统的稳定裕度，并获得足够的快速性，但稳定精度可能受到影响；由PI 调节器构成的滞后校正，可以保证稳定精度，却是以对快速性的限制来换取系统稳定的。一般调速系统的要求以动态稳定性和稳态精度为主，对快速性要求差一些，所以采用PI 调节器。

现在我们利用PI 调节器来校正，原系统的传递函数如下

其中K 109.46=，s 0.00167T s =，m T 0.161s = T 0.07 l s =，由于s T 4T m > 因此分母中的二次项可以分解成两个一次项之积，1T 0.161 s =，2T 0.07 s =

编写Matlab 程序如下

k=109.46/(0.00167*0.161*0.07); z=[ ]; p=[-1/0.0067 -1/0.07 -1/0.161]; [num,den]=zp2tf(z,p,k); bode(num,den); margin(num,den); grid

校正前伯德图如图12所示：

)

1)(1()(m 2m s +++=

s T s T T s T K

s W l 109.46

()(0.1611)(0.071)0.001671)

W s s s s =

+++（

图12 校正前伯德图

s K s K s W K P pi pi P ττ1)(1

由于原始系统不稳定，表现为放大系数K 过大，截止频率过高，应该设法把他们压下来。因此，把校正环节的转折频率

pi K 1设置在远低于原始系统截止频率

W 处,令

T K pi =τ,使校正装置的比例微分项

+τpi K 与原始系统中时间常数最大惯性环节

()111+T 对消,从而选定1T K pi =τ。

其次，为了使校正后的系统具有足够的稳定裕度，它的对数幅频特性应以

dec dB 20-的斜率穿越dB 0线，将原始的对数幅频和相频特性压低，使校正以后系统的

对数幅频和相频特性的截止频率

T W C <

。这样，在

C W 处，应有

L L L 0321=-=或

根据以上两点，校正环节添加部分的对数特性就可以确定下来了：

212

212212lg

20)(lg 20lg 40lg 20lg 20W W W W W W W W W W W K cl cl cl ==+=

取Pi 1K T 0.161s τ==，为了使-1c221/T 14.3s ω<=，取-1c210s ω=，在伯德图上查得相应的1L 45.3dB =，因而2L -45.3dB =

因为）Pi P 2K / -20lg(K L =，P K 54.16= 所以 Pi K 0.294=，1Pi T /K 0.54s τ==

于是PI 调节器的传递函数为：

最后选择PI 调节器的阻容参数，选取Ω=40K R 0，则

1P 0R K 0.29440K 11.76K i R ==?Ω=Ω，取1R 10K =Ω 310C /R (0.54/40)10F 13.5F τμμ==?=，取1C 15F μ=

校正后系统开环传递函数为

编写Matlab 程序如下： k=372.3/(0.00167*0.54*0.07); z=[ ];

p=[-1/0.00167 -1/0.07 0]; [num,den]=zp2tf(z,p,k); bode(num,den); margin(num,den); grid

所得伯德图如图13所示：

Pi(s)0.161s 1W 0.54s

372.3

()0.54(0.071)0.001671)

W s s s s =

++（

图13 校正后伯德图

由图13可以看出，校正后系统的幅值裕度和稳定裕度都满足稳定的条件，但截至频率变低，快速性被压低，显然这是一个偏于稳定的方案，最终能使系统稳定。

综上所述，转速调节器的类型和参数选择是正确的，即选为PI 调节器，参数为

Ω=40K R 0，1R 10K =Ω，1C 15F μ=。

3.4 电流截止负反馈参数设计

其工作原理如图3，是利用独立的直流电源作为比较电压，其大小可用电位器调节，相当于可调截至（保护）电流值。当Ucom I s d >R 时，二极管导通，电流截止负反馈信号i U 加到放大器上去，从而使晶闸管系统输出电压d U 减小，机械特性呈下垂特性；当

Ucom I s d ≤R 时，二极管截止，i U 消失。

由所给的技术参数值可知，26.25A I 5.1N ==dcr I 。为了减小s R 所产生的功耗，选择

s R 为Ω 0.75，可得 V 9.619R I ==s dcr Ucom 。

4. 电流MATLAB仿真

4.1 将设计的参数进行仿真

仿真原理框图如图14所示：

图14 仿真原理图电流仿真波形如图15所示，扰动加在2秒时：

图15 电流仿真波形

转速波形如图16所示：

图16 转速仿真波形

在图15中可以看到电流经2秒时的给定扰动后后先波动了一下，然后迅速又回到稳态，电流初始输出值未超过在26.25A，即1.5In满足电流截止要求，系统转速最终稳定于1500r/min。

4.2 调节器参数调整

在控制系统中设置调节器是为了改变系统的静、动态性能。在采用了PI调节器后，构成的是无静差调速系统，改变比例系数和积分系数，可得到振荡、有静差、无静差、超调大、启动快等不同转速曲线。如图15,16的调节其参数是Kp=0.294,τ=0.54，系统转速响应无超调，但调节时间较长。若改为Kp=0.8,τ=0.06,则波形如图17所示，可见系统响应的超调较大，有扰动，但是启动快速性好。

图17 调节参数后转速波形

5.电气总图

带电流截止负反馈转速单闭环调速系统电气原理总图如图18所示：

图18 电气总图

6.结束语

通过本次课程设计,我学到了很多东西。我巩固了软件MATLAB的运用,对一些理论知识的实际运用有了更深的理解，特别是晶闸管、变压器等元件的综合运用。我锻炼了独立思考的能力,对电拖的基础知识和综合运用有了深层的理解，尤其是对带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统的设计。总之每一次的实践课实习学习都是在给我们将来积累经验，锻炼自主学习，独立思考，综合运用所学知识的能力。让我最深的体会便是学以致用，要把所学的知识联系起来，综合运用。通过知识的总结，实际的运用，设计出能够为人们所用的智能系统。努力提高自己的动手能力。思路即出路，课程设计发端之始，思绪全无，举步维艰，于是重拾教材与实验手册，对知识系统而全面进行了梳理，遇到难处先是苦思冥想再向同学请教，终于熟练掌握了基本理论知识，而且领悟诸多平时学习难以理解掌握的较难知识，学会了如何思考的思维方式，找到了设计的灵感。实践出真知，而且我们要有创新的精神，在课程设计中不忘在小处创新，希望我在下一次课程设计中能有更大的突破！你们是事实是时候四是实施生死时速事实是事实是事实上

通过本次设计，增加了我对电机控制知识的掌握，更巩固了我的专业课知识，使自己受益匪浅，总之，通过本次设计不仅进一步强化了专业知识，还掌握了设计系统的方法步骤等，为今后的工作和学习打下了坚实的基础。

参考文献

转速电流双闭环可逆直流调速系统仿真与设计方案

《运动控制》课程设计题目：转速，电流双闭环可逆直流宽频调速系统设计系部：自动化系专业：自动化班级：自动化1班学号：11423006 11423025 11423015 姓名：杨力强.丁珊珊.赵楠指导老师：刘艳日期：2018年5月26日-2018年6月13日

一、设计目的应用所学的交、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。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。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=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： ,，，电枢回路总电阻，机电时间常数，电动势转速比，Ks=40，，Ts=0.0017ms，电流反馈系数，转速反馈系数，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，电流超调量，空载起动到额定转速时的转速超调量。三、主电路方案和控制系统确定主电路选用直流脉宽调速系统，控制系统选用转速、电流双闭环控制方案。主电路采用25JPF40电力二极管不可控整流，逆变器采用带续流二极管的功率开关管IGBT构成H型双极式控制可逆PWM变换器。其中属于脉宽调速系统特有的部分主要是UPM、逻辑延时环节DLD、全控型绝缘栅双极性晶体管驱动器GD和PWM变换器。系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器，构成了电流环和转速环，前者通过电流元件的反馈作用稳定电流，后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消除转速偏差，从而使系统达到调节电流和转速的目的。该系统起动时，转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节起动电流保持最大值，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流内环跟随转速外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流原理图

自动控制系统习题

自动控制系统习题一、简述题 1. 简述转速、电流双闭环调速系统的启动过程。答：转速、电流双闭环调速系统的启动有三个阶段，即：强迫建流阶段、恒流升速阶段、稳速阶段。强迫建流阶段中，电枢电流由零上升到电机允许的最大电流，速度调节器ASR 饱和，其输出限幅，电流环线性调节；恒流升速阶段中，电机在允许的最大电流下，转速由零上升到给定速度，速度开环控制，电流为恒流系统；稳速阶段中，系统经退饱和超调后，速度调节器线性状态，系统为调速系统，调节电流、速度达到稳态。 2. 简述PWM 变换器中，泵升电压是怎样形成的？如何抑制。答：PWM 变换器的直流整流电源由整流二极管构成，不能反馈能量，能量只能单向传递。当主回路的能量反馈时，该能量储存在储能电容上，使电容上电压升高，该升高的电压为泵升电压。抑制泵升电压的措施有2：1是提高储能电容的容量，使上升的电压得到抑制；2是在主电路的母线上接电流分流器，当主电路电压过高时，通过分流器将能量释放，使主电路电压下降。 3. 简述自然环流电枢可逆转速、电流双闭环调速系统的正向制动过程分为几个阶段？各阶段的能量传递的特点。答：电枢可逆调速系统制动有四个过程，即本组逆变、反接制动（它组建流子阶段）、回馈制动（它组逆变子阶段）、它组逆变减流子阶段。本组逆变阶段中，主电路中电感电能传递给电网，电动机电动状态；反接制动阶段中，电网的电能以及电动机机械能传递给主回路的电阻和电感转化为热能和磁场能量，电动机反接制动；回馈制动中，电动机的机械能传递给电网，电动机回馈制动；它组逆变减流子阶段中，主电路中电感电能传递给电网。 4. 闭环控制系统的静特性和开环机械特性的主要区别是什么？ 5. 什么叫调速范围、静差率？它们之间有什么关系？怎样提高调速范围？答：调速范围：生产机械要求电动机提供的最高转速与最低转速之比。静差率：系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落与理想空载转速之比。调速范围与静差率的关系为： (1) nom nom n s D n s = ?-。从D 与s 的关系来看，提高电动机的额定转速（最高转速）、提高静差率s ，以及降低转速降均可以提高调速范围，但是，由于提高D ，牺牲静差率s ，以及提高电动机额定转速（最高转速）受限制，所以一般采用降低系统转速降来提高调速范围。具体降低转速降是通过采用转速负反馈控制。 6. 在转速－电流双闭环系统中，ASR 和ACR 均采用PI 调节器，输出限幅为10V ，主电路最大电流整定为 100A ，当负载电流由30A 增大到50A 时，ASR 输出电压如何变化？ 7. 简述随动系统的定义，并比较随动系统与调速系统的异同点。答：位置随动系统定义：输出以一定精度复现输入的自动控制系统。位置随动系统与调速系统均是反馈控制系统，即通过对系统的输出量和给定量进行比较，组成闭环控制，因此两者的控制原理是相同的。调速系统的给定量是恒值，系统的抗扰性能要求高。随动系统的输入量是变化的，系统要求输出响应快速性、灵活性、准确性较高，随动性能为主要指标。随动系统可以在调速系统的基础上增加一个位置环位置环是随动系统的主要特征，在结构上它比调速系统复杂一些。 8. 简述随动系统中，为什么常常采用复合控制？答：随动系统在系统设计和评价时，主要考虑系统的稳定性、系统的动态性能指标以及稳态误差和动态误差。同时，跟随性能对随动系统是很重要的。由于以上性能指标常常是相互制约的，系统在设计时若兼顾以上诸多方面是很困难的。因此，系统设计时，常常首先考虑系统的稳定性和动态性能，设计出较为满意的闭环系统，然后在闭环系统的基础上，增加针对给定和扰动的开环控制（前馈和顺馈），即采用闭环和开环的复合控制。由于采用复合控制中的开环控制不影响系统的稳定性，且顺馈和前馈可以通过

转速负反馈的单闭环直流调速系统的设计

学号：中州大学电机及拖动课程设计题目：转速负反馈的单闭环直流调速系统的设计姓名：专业：电气自动化班级：指导老师：赵静 2014年6月10号

摘要该设计是转速负反馈的单闭环直流调速系统，目前调速系统分为交流调速和直流调速系统，由于直流调速系统的调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能，因此在相当长的时间内，高性能的调速系统几乎都采用直流调速系统，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，对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，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，转速负反馈单闭环使用较多。在设计中用MATLAB 软件对电流环和转速环的设计举例进行了仿真，通过比较说明了直流调速系统的特性。关键字：转速负反馈动态性能

ABSTRAC The design speed negative feedback is single closed-loop dc speed regulating system, the current speed regulation system is divided into ac speed regulation and dc speed control system, due to the wide scope of speed control of dc speed regulating system, small static rate, good stability and has a good dynamic performance, so in a long time, almost all high performance speed control system using dc speed regulating system, in order to improve the dynamic and static performance of dc speed regulating system, usually adopts closed loop control system, the control of motor speed index requirements is not high, the single closed loop system, according to the feedback in different ways can be divided into the speed feedback, current feedback, voltage feedback, etc.In a single closed-loop system, speed closed-loop used more negative feedback https://www.wendangku.net/doc/126542751.html,ing MATLAB software in your design, for example, the design of current loop and speed loop are simulated, through comparing the characteristics of the dc speed control syste KEYWORDS:SPEED BACK MATLAB D

转速电流双闭环直流调速系统课程设计

课程设计任务书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，基本数据为：直流电动机：U N=220V，I N=205A，=575r/min , R a=0.1，电枢电路总电阻R=0.2，电枢电路总电感L=7.59mH，电流允许过载倍数，折算到电动机轴的飞轮惯量。晶闸管整流装置放大倍数，滞后时间常数电流反馈系数( 转速反馈系数() 滤波时间常数取，。；调节器输入电阻R0=40。设计要求：稳态指标：无静差；动态指标：电流超调量；空载起动到额定转速时的转速超调量。

目录课程设计任务书 (1) 第一章直流双闭环调速系统原理 (3) 1.1系统的组成 (3) 1.2 系统的原理图 (4) 第二章转速、电流双闭环直流调速器的设计 (6) 2.1 电流调节器的设计 (6) 2.2 转速调节器的设计 (13) 第三章系统仿真 (21) 心得体会 (26) 参考文献 (27)

第一章直流双闭环调速系统原理 1.1系统的组成转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能很好、应用最广的直流调速系统。采用PI调节的单个转速闭环调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。但是对系统的动态性能要求较高的系统，单闭环系统就难以满足需要了。为了实现在允许条件下的最快启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程。按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。所以，我们希望达到的控制：启动过程只有电流负反馈，没有转速负反馈；达到稳态转速后只有转速负反馈，不让电流负反馈发挥作用。故而采用转速和电流两个调节器来组成系统。为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可以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，如图1-1所示。把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再把电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速换在外边，称作外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。

电流转速双闭环直流调速系统matlab仿真实验

仿真设计报告

转速、电流双闭环直流调速系统的Simulink仿真设计一、系统设计目的直流调速系统具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在电气传动中获得了广泛应用。根据直流电动机的工作原理建立了双闭环直流调速系统的数学模型，并详细分析了系统的原理及其静态和动态性能。按照自动控制原理，对双闭环调速系统的设计参数进行分析和计算，利用Simulink对系统进行了各种参数给定下的仿真，通过仿真获得了参数整定的依据。在理论分析和仿真研究的基础上，设计了一套实验用双闭环直流调速系统。对系统的性能指标进行了实验测试，表明所设计的双闭环调速系统运行稳定可靠，具有较好的静态和动态性能，达到了设计要求。采用MATLAB 软件中的控制工具箱对直流电动机双闭环调速系统进行计算机辅助设计，并用SIMULINK进行动态数字仿真，同时查看仿真波形，以此验证设计的调速系统是否可行。二、系统理论分析 2.1双闭环直流调速系统工作原理电动机在启动阶段，电动机的实际转速低于给定值，速度调节器的输入端偏差信号，经放大后输出的电压保持为限幅值，速度调节器工作在开环状态，速度调节器的输出电压作为电流给定值送入电流调节器，此时以最大电流给定值使电流调节器输出移相信号直流电压迅速上升，电流也随即增大直到最大给定值，电动机以最大电流恒流加速启动。电动机的最大电流可通过整定速度调节器的输出限幅值来改变。在转速上升到给定转速后，速度调节器输入端的偏差信号减小到近于零，速度调节器和电流调节器退出饱和状态,闭环调节开始起作用。对负载引起的转速波动，速度调节器输入端偏差信号将随时通过速度调节器、电流调节器修正触发器的移相电压，使整流桥输出的直流电压相应变化校正和补偿电动机的转速偏差。另外电流调节器的小时间常数，还能对因电网波动引起的电枢电流的变化进行快速调节，可在电动机转速还未来得及发生改变时，迅速使电流恢

案例转速电流双闭环直流调速系统

案例转速、电流双闭环直流调速系统一、概述现以ZCC1系列晶闸管—电动机直流调速装置（简称ZCC1系列）为例，来阐述晶闸管—电动机直流调速系统分析、调试的一般方法与步骤。该装置的基本性能如下： (1)装置的负荷性质按连续工作制考核。 (2)装置在长期额定负荷下，允许150%额定负荷持续二分钟，200%额定负荷持续10秒钟，其重复周期不少于1小时。 (3)装置在交流进线端的电压为（0.9~1.05）380伏时，保证装置输出端处输出额定电压和额定电流。电网电压下降超过10%范围时输出额定电压同电源电压成正比例下降。 (4)装置在采用转速反馈情况下，调速范围为20∶1，在电动机负载从10%~100%额定电流变化时，转速偏差为最高转速的0.5%（最高转速包括电动机弱磁的转速）。转速反馈元件采用ZYS型永磁直流测速发电机。 (5)装置在采用电动势反馈（电压负反馈、电流正反馈）时，调速范围为10∶1，电流负载从10%~100%变化时，转速偏差小于最高转速的5%（最高转速包括电动机弱磁的转速）。 (6)装置在采用电压反馈情况下，调压范围为20∶1，电流负载从10%~100%变化时，电压偏差小于额定电压的0.5%。 (7)装置给定电源精度，在电源电压下降小于10%以及温度变化小于±10℃时，其精度为1%。二、系统的组成 1、主电路 ZCC1系列装置主电路采用三相桥式全控整流电路，交流进线电源通过三相整流变压器或者交流进线电抗器接至380V交流电源。为了使电机电枢电流连续并减小电流脉动以改善电动机的发热和换向，在直流侧接有滤波电抗器L。 2、控制系统 ZCC1系列晶闸管直流调速装置的控制系统采用速度（转速）电流双闭环控制系统，其原理方框图如图3-1所示

单闭环电压负反馈调速

单闭环电压负反馈调速系统的动态建模与仿真学院：姓名：学号：时间：

目录一、课题要求.............................................................................................................................. - 1 - 1．设计题目........................................................................................................................ - 1 - 2．设计内容........................................................................................................................ - 1 - 3．设计要求........................................................................................................................ - 1 - 4 . 控制对象参数................................................................................................................ - 1 - 二、设计方案.............................................................................................................................. - 2 - 1、概述................................................................................................................................ - 2 - 2、电压负反馈直流调速系统的原理................................................................................ - 2 - 三、参数计算.............................................................................................................................. - 3 - 四、单闭环电压负反馈调速系统的仿真模型.......................................................................... - 4 - 1. 单闭环电压负反馈调速系统的仿真模型的建立......................................................... - 4 - 2.开环带扰动无电压负反馈调速系统的仿真结果........................................................... - 5 - 3. 单闭环不带扰动电压负反馈调速系统的仿真结果..................................................... - 5 - 4. 单闭环带扰动电压负反馈调速系统的仿真结果......................................................... - 6 - 五、实训心得：.......................................................................................................................... - 8 -

带电流截至负反馈的转速单闭环直流调速系统

班级：10电气工程及其自动化三班姓名: 学号: 题目: 带电流截至负反馈的转速单闭环直流调速系统要求: 1.利用所学知识设计带电流截至负反馈的转速单闭环直流调速系统；（10%） 2.设计过程中详细说明系统组成,单闭环直流调速系统的调试方法和电流截至负反馈的整定；（10%） 3.使用MATLAB软件编写调试程序,分析调速系统的机械特性和转速单闭环调速系统的静特性；（30%） 4.要有详细原理说明和设计过程，方案以WORD文档的形式给出（30%） 5.课程总结,总结该课程的主要内容与相关实际应用。(20%) 作业成绩:

摘要带电流截止负反馈的闭环直流调速系统的在对调速精度要求不高的，大功率容量的电机中的应用是非常广泛的，它具有控制简单方便，调速性能较好，设备成本低等的优点。本次设计主要介绍了单闭环不可逆直流调速系统的方案比较及其确定，主电路设计；控制电路设计；绘制原系统的动态结构图；绘制校正后系统的动态结构图；应用MATLAB软件对带电流截至负反馈的转速单闭环直流调速系统进行仿真，完善系统。关键词：直流电机电流截止负反馈主电路控制电路

摘要 (1) 一、设计方案目的和意义 (3) 1.1设计的确定 (3) 1.2课程设计的目的和意义 (3) 二、课程设计内容 (4) 2.1设计要求 (4) 2.2设计主要内容 (4) 三、主电路设计 (4) 四、控制电路的设计 (6) 五、Matlab仿真及分析 (9) 5.1、matlab仿真图 (9) 5.2、仿真图分析 (14) 六、总结 (15)

题目: 带电流截至负反馈的转速单闭环直流调速系统一、设计方案目的和意义 1.1设计的确定控制电路采用转速单闭环调速系统控制，采用闭环系统可以比开环系统获得更硬的机械特性，而且静差率比开环是小得多，并且在静差率一定时，则闭环系统可以大大提高调速范围。但在闭环式必选设置放大器。如果只采用比例放大器的反馈控制系统，其被调量仍然是有静差的，这样的系统叫做有静差调速系统，它依赖于被调量的偏差进行控制，而反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定，但反馈控制系统所能抑制的知识被反馈环包围的前向通道上的扰动。普通闭环直流调速系统及其存在的起动的冲击电流---直流电动机全电压起动时，如果没有限流措施，会产生很大的冲击电流，这不仅对电机换向不利的问题。电流截止负反馈的作用是在电动机发生超载或堵转的时候电流截止负反馈和给定信号相比较抵消。使电动机处于停止运行状态，以保护电机 1.2课程设计的目的和意义通过本次课程设计了解单闭环不可逆直流调速系统的原理，组成及其各主要单元部件的原理。掌握晶闸管直流调速系统的一般调速过程。认识闭环反馈控制系统的基本特性。掌握交、直流电机的基本结构、原理、运行特性。掌握交、直流电动机的机械特性及起动、调速、制

直流电动机转速电流双闭环调速系统设计

直流电动机调速系统课程设计班级：电气0802 姓名：刘志勇学号： 08140218

目录第一章：设计内容 (2) 1.1设计内容： (2) 第二章：设计要求 (2) 2.1设计要求 (2) 2.2设计参数： (2) 第三章：双闭环直流调速系统设计 (3) 3.1转速、电流双闭环直流调速系统的成 (3) 3.2系统电路结构 (4) 3.3调节器的设计 (7) 第四章单闭环直流调速系统设计 (14) 4.1闭环系统调速的组成及其静特性 (14) 4.2 稳态参数计算 (16) 第五章相关原理图设计波形图 (19) 5.1.主电路图 (19) 5.2.控制电路图 (20) 第六章设计总结及参考文献 (23) 6.1设计总结 (23) 6.2 参考资料 (23) 1

第一章：设计内容 1.1设计内容：（1）根据给定参数设计转速电流双闭环直流调速系统（2）根据给定参数设计转速单闭环直流调速系统，使用模拟电路元件实现转速单闭环直流调速系统第二章：设计要求 2.1设计要求 2.1.1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 2.1.2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、绘系统动态结构图 2.1.3设计采用模拟调节器及MOSFET功率器件实现的转速单闭环调速系统，绘制控制电路及主电路电路图 2.1.4测试单闭环调速系统的PWM驱动信号波形、电压电流波形、转速反馈波形和直流电动机转速及控制电路各单元的相关波形。 2.2设计参数： =1.8Ω 2.2.1电枢电阻R a 电枢电感L =9.76mH、GD2=16.68N·cm2、Tm=35ms a 2

双闭环(电流环、转速环)调速系统

摘要此设计利用晶闸管、二极管等器件设计了一个转速、电流双闭环直流晶闸管调速系统。该系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器，构成了电流环和转速环，前者通过电流元件的反馈作用稳定电流，后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消除转速偏差，从而使系统达到调节电流和转速的目的。该系统起动时，转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节起动电流保持最大值，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流内环跟随转速外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流。并通过Simulink进行系统的数学建模和系统仿真，分析双闭环直流调速系统的特性。关键词：双闭环，晶闸管，转速调节器，电流调节器，Simulink

目录 1设计意义 (3) 2主电路设计 (4) 2.1设计任务 (4) 2.2电路设计及分析 (4) 2.2.1电流调节器 (5) 2.2.2转速调节器 (6) 2.3电路设计及分析 (7) 2.4电流调节器设计 (7) 2.4.1电流环简化 (8) 2.4.2电流调节器设计 (8) 2.4.3电流调节器参数计算 (9) 2.4.4电流调节器的实现 (10) 2.5转速调节器设计 (11) 2.5.1电流环等效传递函数 (11) 2.5.2转速调节器结构选择 (12) 2.5.3转速调节器参数计算 (13) 2.5.4转速调节器的实现 (14) 3系统参数计算和电气图 (15) 3.1电流调节器参数计算 (15) 3.2转速调节器参数计算 (15) 3.3电气原理图 (16) 4系统仿真 (18) 5小结体会 (20) 参考文献 (21)

单闭环转速负反馈直流调速系统

学号XXXXXXX 《电力拖动自动控制系统》课程设计（2008级本科）题目：单闭环转速负反馈直流调速系统系（部）院: 物理与机电工程学院专业: 电气工程及其自动化作者姓名： X X X 指导教师： X X X 职称： X X 完成日期： 2011 年 XX 月 XX 日

课程设计任务书学生姓名XXX 学号XXXXXX 专业方向电气工程及其自动化班级XXX 题目名称单闭环转速负反馈直流调速系统一、设计内容及技术要求：设计一个单闭环转速负反馈直流调速系统； 1.使用简易的晶闸管整流桥V—M方式； 2.使用同步六脉冲触发器控制晶闸管整流桥； 3.形成的冲击电流较小； 4能在MATLAB/simulink平台上建立模型； 5.能够正确的调整系统各个模块的参数使之兼容； 6.能够有较好的仿真波形；二、课程设计说明书撰写要求： 1.选用中小容量的电动机及其外围电路完成相应的功能。 2.用MATLAB/simulink实现软启动的功能。 3.给出设计思路、画出各程序适当的流程图。 4.给出所有参数确定的原因。 5.完成设计说明书（包括封面、目录、设计任务书、设计思路、硬件设计图、程序流程框图、程序清单、所用器件型号、总结体会、参考文献）。三、设计进度第一周讨论论文题目星期一上午查资料星期一下午查找分析资料，确定各程序模块的功能星期二至星期五第二周星期一至星期二完成硬件设计，算法流程图及建立模型星期三至星期四完成设计，进行，调试，仿真并分析合理性星期五答辩指导教师签字：

目录一、系统原理 (1) 二、系统仿真......................................... (2) 2.1系统的建模和模型仿真参数设置 (2) 2.1.1 6脉冲同步触发器子系统构建............................. (2) 2.1.2 主系统的建模和参数设置...................... . (4) 三、调试结果................................................ .. (14) 3.1示波器波形................................................ (14) 3.2比较波形................................................ .. (15) 四、总结 (17) 参考文献 (18) 电力拖动自动控制系统课程设计成绩评定表 (19)

转速电流双闭环直流调速系统仿真设计

转速电流双闭环直流调速系统仿真摘要：本设计主要研究了直流调速转速电流双闭环控制系统以及对MATLAB软件的使用。系统模型由晶闸管-直流电动机组成的主电路和转速电流调节器组成的控制电路两部分组成。主电路采用三相可控晶闸管整流电路整流，用PI调节器控制，通过改变直流电动机的电枢电压从而进行调压调速。控制电路设置两个PI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。二者实行嵌套连接，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，形成转速电流双闭环直流调速系统。在Simulink中建立仿真模型，设置各个模块的参数，仿真算法和仿真时间，运行得出仿真模型的波形图。通过对波形图的分析，说明直流调速转速电流双闭环控制系统具有良好的静态和动态特性。关键词：双闭环直流调速系统，MATLAB/SIMULINK仿真，ASR，ACR。课程概述：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。随着交流调速的迅速发展，交流调速技术越趋成熟，以及交流电动机的经济性和易维护性，使交流调速广泛受到用户的欢迎。但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场，并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。但如果对系统的动态性能要求较高，如要求快速起制动、突加负载动态速降时，单闭环系统就难以满足。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程中的电流或转矩。在单闭环系统中，只有电流截至负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只是在超过临界电流值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。实际工作中，在电机最大电流受限的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流转矩为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度启动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。实际上，由于主电路电感的作用，电流不能突跳，为了实现在允许条件下最快启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程，按照反馈控制规律，电流负反馈就能得到近似的恒流过程。问题是希望在启动过程中只有电流负反馈，而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器的输入端，到达稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不要电流负反馈发挥主作用，因此需采用双闭环直流调速系统。这样就能做到既存在转速和电流两种负反馈作用又能使它们作用在不同的阶段。其次并基于双闭环的电气原理图的SIMULINK的仿真，分析了直流调速系统的动态抗干扰性能。采用工程设计方法

转速电流双闭环直流调速系统

课程设计说明书课程名称：电力拖动自动控制系统设计题目：转速电流双闭环直流调速系统院系：学生姓名：学号：专业班级：指导教师：

2010年12 月30 日

转速电流双闭环直流调速控制系统摘要：此设计利用晶闸管、二极管等器件设计了一个转速、电流双闭环直流调速系统。该系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器，构成了电流环和转速环，前者通过电流元件的反馈作用稳定电流，后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消除转速偏差，从而使系统达到调节电流和转速的目的。该系统起动时，转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节起动电流保持最大值，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流内环跟随转速外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流。关键词：双闭环，晶闸管，转速调节器，电流调节器

目录第一章.直流拖动控制系统总体设计 (1) 一、直流调速系统拖动方案的对比 (1) 二、直流调速系统控制方案的确定 (2) 三、直流电动机的调速方式 (2) 第二章.主电路参数计算和保护环节设计 (3) 一、整流变压器额定参数的计算 (3) 二、主电路器件的计算与选择 (3) 三、主电路保护环节的设计与计算 (3) 四、电抗器参数计算与选择 (4) 第三章.调速系统控制单元的确定和调整 (4) 一、检测环节 (4) 二、调节器的选择与调整 (5) 三、系统的给定电源 (11) 第四章．触发电路的设计 (12) 第五章.调速系统动态参数的工程计 (12) 心得体会 (12) 参考文献 (13) 附件.课程设计要求 (13)

单闭环控制系统设计及仿真要点

单闭环控制系统设计及仿真班级电信2014 姓名张庆迎学号142081100079

摘要直流调速系统具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在电气传动中获得了广泛应用。本文从直流电动机的工作原理入手，建立了双闭环直流调速系统的数学模型，并详细分析了系统的原理及其静态和动态性能。然后按照自动控制原理，对双闭环调速系统的设计参数进行分析和计算，利用Simulink对系统进行了各种参数给定下的仿真，通过仿真获得了参数整定的依据。在理论分析和仿真研究的基础上，本文设计了一套实验用双闭环直流调速系统，详细介绍了系统主电路、反馈电路、触发电路及控制电路的具体实现。对系统的性能指标进行了实验测试，表明所设计的双闭环调速系统运行稳定可靠，具有较好的静态和动态性能，达到了设计要求。采用MATLAB软件中的控制工具箱对直流电动机双闭环调速系统进行计算机辅助设计，并用SIMULINK进行动态数字仿真,同时查看仿真波形,以此验证设计的调速系统是否可行。关键词直流电机直流调速系统速度调节器电流调节器双闭环系统一、单闭环直流调速系统的工作原理 1、单闭环直流调速系统的介绍单闭环调速系统的工作过程和原理：电动机在启动阶段，电动机的实际转速(电压)低于给定值,速度调节器的输入端存在一个偏差信号，经放大后输出的电压保持为限幅值,速度调节器工作在开环状态,速度调节器的输出电压作为电流给定值送入电流调节器, 此时则以最大电流给定值使电流调节器输出移相信号,直流电压迅速上升,电流也随即增大直到等于最大给定值, 电动机以最大电流恒流加速启动。电动机的最大电流(堵转电流)可以通过整定速度调节器的输出限幅值来改变。在电动机转速上升到给定转速后, 速度调节器输入端的偏差信号减小到近于零,速度调节器和电流调节器退出饱和状态,闭环调节开始起作用。 2、双闭环直流调速系统的介绍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。两者之间实行嵌套连接，如图1—1所示。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。从闭环结构上看，电流环在里面，称

传动教材第2章转速电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法

第2章转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法 2.1 转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性采用PI 调节的单个转速闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。但是，如果对系统的动态性能要求较高，单闭环系统就难以满足需要，这主要是因为在单闭环系统中不能控制电流和转矩的动态过程。电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，并不能很理想地控制电流的动态波形,图2-1a)。在起动过程中，始终保持电流（转矩）为允许的最大值，使电力拖动系统以最大的加速度起动，到达稳态转速时，立即让电流降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。这样的理想起动过程波形示于图2-1b 。为了实现在允许条件下的最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值dm I 的恒流过程。按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。应该在起动过程中只有电流负反馈，没有转速负反馈，达到稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不再让电流负反馈发挥作用。 2.1.1 转速、电流双闭环直流调速系统的组成系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，如图2-2所示。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 。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。转速和电流两个调节器一般都采用PI 调节器，图2-3。两个调节器的输出都是带限幅 + TG n ASR ACR U *n + - U n U i U * i + - U c TA M + - U d I d UPE - M T 图2-2 转速、电流双闭环直流调速系统结构 ASR —转速调节器 ACR —电流调节器 TG —测速发电机 TA —电流互感器 UPE —电力电子变换器内外 n i

转速反馈单闭环直流调速系统MATLAB仿真

直流调速系统仿真姓名：朱龙胜班级：电气1102 学号：11291065 日期： 2014年6月15日指导老师：郭希铮北京交通大学

直流调速系统仿真 ——计算机仿真技术大作业一、系统建模永磁直流电机参数如下：电枢电阻0.6Ω，电枢电感5mH，电动势系数0.2V/rpm，转动惯量0.003kg?m2。仿真中其余电机参数设置为0。电机负载情况如下： 0~1.5s 电机空载，负载转矩为0 1.5s~3s 电机负载，负载转矩为10N?m 将直流电机类型设置为永磁直流电动机 Figure 1将直流电机类型设置为永磁直流电动机

Figure 2电枢电阻0.6Ω，电枢电感5mH，电动势系数0.2V/rpm，转动惯量0.003kg?m2。仿真中其余电机参数设置为0

Figure 3 设置电机在1.5s 带负载，负载转矩为10N ?m 二、电机开环特性 (一) 、模型建立电机电枢联接300V 直流电源。画出转速n 的波形，根据仿真结果求出空载和负载时的转速n 以及静差率s 。静差率s =n nnnnnn ?n nnnnnn n nnnnnn ×100% 建立仿真模型如下图 A- dc TL DC Machine Step Speed Continuo wergui speed To Workspac To Workspace

(二) 、仿真结果 Figure 5 (a)开环仿真转速n 波形图;(b)开环仿真静差率s 波形图 (三) 、计算分析：空载时转速n n =1500rpm ，静差率为0，负载时转速n 2=1350rpm 负载载时静差率：s 2= n n ?n 2n n ×100%=10% 三、转速闭环控制 (一) 、模型建立为了改善电机调速性能，对该直流电机加入转速闭环控制。将电机电枢连接至受控电压源。转速控制器使用比例-积分控制器，转速指令为1000rpm 。调节控制器的比例和积分环节参数以实现较好的动、静态性能。画出转速n 的波形，测量超调量、动态响应时间。由R n =0.6Ω, L n =0.005H,J =0.003kg ?m 2,C e =0.2V/rpm ,得电枢电阻R a =0.6Ω，电枢电路时间常数T l =0.00833，电机机械时间常数T m =0.045，电势系数Ce =0.2。可以建立如下模型 time/s S p e e d /r p m Speed time/s S l i p Slip (a) (b)

单闭环双闭环仿真要点

运动控制系统仿真专业：电气工程及其自动化班级：041141 学号：04114067 姓名：何爽

1. 转速反馈控制直流调速系统各环节参数如下：直流电动机：额定电压U N=220V，额定电流I dN=55A，额定转速n N=1000r/min，电动机电动势系数C e=0.192Vmin/r 假定晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数Ks=44，滞后时间常数Ts=0.00167s 电枢回路总电阻R=1.0Ω，电枢回路电磁时间常数Tl=0.00167s，电力拖动系统机电时间常数Tm=0.075s 转速反馈系数α=0.01Vmin/r 对应额定转速时的给点电压U n*=10V 1、单闭环无静差转速负反馈调速系统的仿真 PI控制器在于被控对象串联时，相当于在系统中增加了一个位于原点的开环极点，同时也增加了一个位于s左半平面的开环零点。位于原点的极点可以提高系统的型别，以消除或减小系统的稳态误差，改善系统的稳态性能，而增加得负实部零点则可减小系统的阻尼程度。单闭环无静差转速负反馈调速系统的仿真模型：改变PI调节器的参数，单闭环无静差转速负反馈调速系统的仿真结果如下： Kp=0.25， 1/τ=3时

转速电流 Kp=0.56， 1/τ=11.43时转速电流 Kp=0.8， 1/τ=15时转速电流分析：若调节器参数是：Kp=0.25， 1/τ=3，系统转速的响应无超调，但调节时间很长；若是：Kp=0.8， 1/τ=15，系统转速的响应的超调较大，但快速性较好。和比例调节器相比，比例积分调节器能很好的消除静差。以下改变Kp，而 1/τ保持不变，仿真结果如下：

电力拖动自动控制系统第二章习题答案 (2)

第二章双闭环直流调速系统 2-1在转速、电流双闭环调速系统中，若要改变电动机的转速，应调节什么参数？改变转速调节器的放大倍数行不行？改变电力电子变换器的放大倍数行不行？改变转速反馈系数行不行？若要改变电动机的堵转电流，应调节系统中的什么参数？答：改变电机的转速需要调节转速给定信号Un※；改变转速调节器的放大倍数不行，改变电力电子变换器的放大倍数不行。若要改变电机的堵转电流需要改变ASR的限幅值。 2-2 （1 （2 （1 （2 （3 （4 2-3是多少？答：=βId=Ui，Uc=U d0 2-4如果转速、电流双闭环调速系统的转速调节器不是PI调节器，而是比例调节器，对系统的静、动态性能会有什么影响？答：若采用比例调节器可利用提高放大系数的办法使稳态误差减小即提高稳态精度，但还是有静差的系统，但放大倍数太大很有可能使系统不稳定。 2-5在转速、电流双闭环系统中，采用PI调节器，当系统带额定负载运行时，转速反馈线突然断线，系统重新进入稳态后，电流调节器的输入偏差电压△Ui是否为0，为什么？

答：反馈线未断之前，Id=In，令n=n1，当转速反馈断线，ASR迅速进入饱和，Un※=Un※max，Uc↑，Id↑至Idm，Te＞T l，n↑，Id↓，△Ui出现，Id↑至Idm，n↑，Id↓，此过程重复进行直到ACR饱和，n↑，Id↓，当Id=In，系统重新进入稳态，此时的速度n2＞n1，电流给定为Un※max=Idmaxβ＞电流反馈信号Un=Inβ，偏差△Ui不为0。 2-6在转速、电流双闭环系统中，转速给定信号Un※未改变，若增大转速反馈系数α，系统稳定后转速反馈电压Un是增加还是减少还是不变？为什么？答：Un不变，因为PI调节器在稳态时无静差，即：Un※=Un，Un※未改变，则，Un也不变。 2-7 Unm*试求：（1 （2 解：（1 α=Unm* （2 2-8Uim=8V （1）Ui （2）Uc 解：（1 电流为电流为（2）Uc增加。 2-9在双闭环直流调速系统中，电动机拖动恒转矩负载在额定工作点正常运行，现因某种原因电动机励磁下降一半，系统工作情况将会如何变化？（λ=1.5）答：设突发状况之前的磁通为?1，令此时的磁通为?2，之前的电磁力矩为Te1，此刻的电磁力矩为Te2，负载转矩恒为T l，电机励磁下降一半，则?2=0.5?1，Te2=Cm（?2）Id=0.5Te1＜T l，n↓，Id↑甚至到Idm，Te2=Cm（?2）Idm=0.75Te1＜T l，n会一直下降到0。