案例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一．实验系统原理图：直流电机主回路二．实验内容及步骤： 1． 脉冲触发单元零位整定：（同实验一）。
2．电流环调试：1） 电流调节器ACR 的限幅整定：（不加强电）g u cu PI调电流调节器ACR 的RP1，使触发角︒︒=30~15α2）电流反馈系数β整定及反馈极性判定：开环，g c u u +→ 不加励磁，Rm 最大，负载开路。
合上强电后，增加g u ，使1.1Id A =，调整FBC 的RP1，使电流反馈*5i im U U V ==。
此时，UiIdβ=。
判定0Ui >。
3）电流闭环运行（接入Rm ）：g u -cu PIiu +不加励磁，合上强电。
增大g u -，使 1.0Id A =，调Rm ，Id 应不变。
3． 转速环调试：1） 转速调节器ASR 的输出限幅整定：（不加强电）g u*i u PI-ASR 接成PI 调节器，不通强电。
正给定u g +接ASR 的输入端, 用万用表测量ASR 的输出：调ASR 的电位器RP2（对应负输出），使*5i u V =-。
2） 转速反馈系数α整定及极性判定：u g + -> u c ，开环运行，加强电，加励磁，Rm 最大。
调正给定u g ，开环运行至min /1500r n =。
调转速反馈单元FBS 中的电位器RP,使转速反馈电压5n u V =-(用万用表测量)。
由于ASR 、ACR 是反相器，故双闭环时转速反馈电压端极性应取负。
4. 系统双闭环调试：按原理图双闭环接线，检查无误后，合强电，测机械静特性。
（方法步骤同实验一）。
5. 突加给定，观察转速和电流的波形：在4.基础上，空载1400/min n r =，将给定打至零，再突加给定，用慢扫描示波器观察转速和电流的波形。
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一、实验目的1．了解转速、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。
SL 实验图2-1 转速、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，改变转速给定电压*n U 可方便地调节电动机的转速。
速度调节器ASR 、电流调节器ACR 均设有限幅电路，ASR 的输出*i U 作为ACR 的给定，利用ASR 的输出限幅*im U 起限制起动电流的作用；ACR 的输出c U 作为触发器TG 的移相控制电压，利用ACR 的输出限幅cm U 起限制αmin 的作用。
当突加给定电压*n U 时，ASR 立即达到饱和输出*im U ，使电动机以限定的最大电流I dm 加速起动，直到电动机转速达到给定转速(即*n n U U )并出现超调，使ASR 退出饱和，最后稳定运行在给定转速（或略低于给定转速）上。
三、实验设备及仪器1.主控制屏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起始移相控制角，检查和调整ASR 、ACR ，整定其输出正负限幅值。
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.研究电流环和转速环的动态特性，将系统调整到可能的最佳状态，画出)(t f I d =和)(t f n =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）。
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。
转速﹑电流双闭环直流调速系统
引言目前，转速﹑电流双闭环控制直流调速系统是性能很好﹑应用最广泛的直流调速系统。
我们知道采用转速负反馈和PI调节器的单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，例如：要求快速起制动，突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足需要。
故需要引入转速﹑电流双闭环控制直流调速系统，本文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。
首先介绍转速﹑电流双闭环调速系统的组成及其静特性，接着说明该系统的动态数学模型，并从起动和抗扰两个方面分析其性能和转速与电流两个调节器的作用。
在实际应用中，电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，一是要具有较高的机电能量转换效率；二是应能根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度。
电动机的调速性能如何对提高产品质量、提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。
因此，调速技术一直是研究的热点。
长期以来，直流电动机由于调速性能优越而掩盖了结构复杂等缺点广泛的应用于工程过程中。
直流电动机在额定转速以下运行时，保持励磁电流恒定，可用改变电枢电压的方法实现恒定转矩调速；在额定转速以上运行时，保持电枢电压恒定，可用改变励磁的方法实现恒功率调速。
采用转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。
在现代化的工业生产中，几乎无处不使用电力拖动装置。
轧钢机、电铲、提升机、运输机等各类生产机械都要采用电动机来传动。
随着对生产工艺，产品质量的要求不断提高和产量的增长，越来越多的生产机械能实现自动调速。
从20世纪60年代以来，现代工业电力拖动系统达到了全新的发展阶段。
这种发展是以采用电力电子技术为基础的，在世界各国的工业部门中，直流电力拖动系统至今仍广泛的应用着。
直流拖动的突出优点在于：容易控制，能在很宽的范围内平滑而精确的调速，以及快速响应等。
在一定时期以内，直流拖动仍将具有强大的生命力。
(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。
转速、电流双闭环直流调速系统主电路设计.
转速、电流双闭环直流调速系统主电路设计0 前言采用比例积分调节器的转速负反馈单闭环调速系统，既保证了系统的稳定性，又能实现转速无静差，引入电流截止负反馈环节后，能够限制启动和堵转时的冲击电流。
但是系统的动态性能还不能令人满意。
这是因为电流截止负反馈只能限制最大电流，系统起动时，随着转速的上升，反馈电压的增加及电机反电动势的增长，会使电枢电流达到最大值后迅速降低下来，电动机转矩亦迅速减小，使起动加速过程变长。
对于经常处于起动、制动、反转运行的产机械，为了提高生产效率和加工质量，要求尽量缩短过渡过程时间。
一个比较理想的办法是，在整个起动过程中，充分利用电动机的过载能力，将电枢电流保持在最大允许值上，电动机输出最大转矩，转速直线迅速上升，使过渡过程时间大大缩短，得到理想起动过程。
根据反馈控制规律可知，采用某一物理量的负反馈构成闭环控制，可以近似地保持该量恒定不变。
显然，采用电流负反馈便能得到近似的恒流过程。
为了避免在一个调节器的输入端综合几个信号造成各个参数间的互相影响，经过研究与实践，出现了转速、电流双闭环调速系统。
1 转速、电流双闭环直流调速系统的系统组成为实现转速和电流两种负反馈分别作用，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。
1.1 电流调节器的选择和作用1.1.1 电流调节器结构的选择转速的变化往往比电流变化慢得多，对电流环来说，反电动势是一个变化较慢的扰动，在电流的瞬变过程中，可以认为反电动势基本不变，即△E≈0。
把给定滤波和反馈滤波两个环节都等效地移到环内，同时把给定信号改成ui (s)/β，则电流环便等效成单位负反馈系统。
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)1设计意义双闭环（电流环、转速环）调速系统是一种当前应用广泛，经济，适用的电力传动系统。
它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。
我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。
采用转速负反馈和PI调节器的单闭环的调速系统可以再保证系统稳定的条件下实现转速无静差。
(完整word版)双闭环直流调速系统(精)
直流双闭环调速系统设计1设计任务说明书某晶闸管供电的转速电流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：V U N 750=,A I N 780=,min375rn N =，04.0=a R ,电枢电路总电阻R=0.1Ω，电枢电路总电感mH L 0.3=，电流允许过载倍数5.1=λ，折算到电动机轴的飞轮惯量224.11094Nm GD =. 晶闸管整流装置放大倍数75=s K ,滞后时间常数s T s 0017.0= 电流反馈系数⎪⎭⎫ ⎝⎛≈=N I V A V5.11201.0β 电压反馈系数⎪⎭⎫ ⎝⎛=N n V r V 12min 032.0α 滤波时间常数.02.0,002.0s T s T on oi ==V U U U cm im nm12===**；调节器输入电阻Ω=K R O 40。
设计要求： 稳态指标：无静差动态指标：电流超调量005≤i σ；空载起动到额定转速时的转速超调量0010≤n σ。
目 录1设计任务与分析 ....................................................................................................................................... 2调速系统总体设计 ................................................................................................................................... 3直流双闭环调速系统电路设计 .............................................................................................................. 3。
第二章转速、电流双闭环直流调速系统
如采用自适应控制、鲁棒控制等策略，提 高系统对负载扰动的抵抗能力。
加入滤波器
优化系统结构
在系统中加入适当的滤波器，以滤除高频 噪声和干扰信号，提高系统稳定性。
通过改进系统结构或采用先进的控制算法 ，提高系统的稳定性和动态性能。
05
双闭环直流调速系统动态性能分 析
动态性能指标评价
跟随性
系统输出跟随输入指令变化的快速性和准确性，通常由上升时间、 超调量和调节时间等指标来评价。
工程整定法
基于经验公式或实验数据，通过 试凑法调整参数，使系统满足性 能指标要求。
解析法
02
03
仿真法
通过建立系统数学模型，利用控 制理论求解满足性能指标的参数 值。
利用计算机仿真技术，模拟系统 实际运行情况，通过调整参数优 化系统性能。
性能指标评价
稳态误差
反映系统稳态精度，要求稳态误差小 于允许值。
为企业带来了显著的经济效益和 市场竞争力提升。
THANKS
感谢观看
解析法
02
通过建立系统数学模型，利用优化算法求解最优参数。
智能优化算法
03
如遗传算法、粒子群算法等，可自动寻优得到最佳参数组合。
性能指标评价
稳态误差
反映系统稳态精度，越小越好。
调节时间
反映系统从扰动发生到重新达到稳态所需的 时间，应尽可能短。
超调量
反映系统动态过程中的最大偏离量，应尽可 能小。
鲁棒性
传统调速系统存在的问题
传统单闭环调速系统存在调速精度低、动态响应慢等问题， 无法满足现代工业生产的需要。
系统设计方案及实施过程
设计方案：采用转速 、电流双闭环控制策 略，其中转速环为外 环，电流环为内环， 通过PI调节器实现对 电机转速和电流的高 精度控制。
转速与电流双闭环直流调速自动系统
ｉ 周节器来发挥调节作 的， 堋 而转速调节器的作用却 小 著 ，往 往在 电动 机转 速还 没有 发 生显 著 变化 由式 ｆ町 见 ， 定 电流 反馈 系数 Ｂ（ 电 位 时，电流调节器已经使电动机恢复了转矩平衡 ， ３ ） 整 调节 达 器 Ｒ 减 调节 Ｓ Ｐ Ｒ的限幅值 Ｕ ｉ 即可 整定最 大 电 到 了使 转速 稳定 的 目的。 ｓ ｍ， 流Ｉ 的数 值 ， 一般 整定 Ｉ＝２ ．５ 为 电动机 （～２ ） ｌ ３ 结论 的额定 电涧 。系数的取 值是 由设 计者选 定的 ， 取决 综 上所 述 ，车 速调节 器 和电流 调节 器在 双闭 々 于 电机 的 容 许过载 能 力 和拖 动 系统允 许 的最 大加 环调速 系统 中的作 用可 以归纳 如下 ： 速 度 。 ！出现 ｌ 时 ， 环将 立即进 干凋 节 ， ｄ ＞Ｉ 电流 『 使 ３ 车 速州 傣 的作用 ．々 １ ｊ 电流涮 回到 ／ 数 值上 ，从 而 自动 地 限制 了最 Ｂ ３ ．使转速跟随给定 电压变化，并实现稳态 ．１ １ 大电流。 此当电机过载甚至于堵转时， 可限制电 无静差 。 枢电流最大值 ， Ｊ 决速的安全的保护作用。 从而走 ３ ２对 负载 变化起 抗扰 作用 。 ． １ ２ ２电流测 整器 在起动 过程 中的主 导作用 ３ ．其输“限幅值确定允许的最大电流。 ．３ １ ｝ 突加给 定 电压 Ｕ ｎ ， ｓ 后 由于机 电惯 性作 用 ， 转 ３ ２电流 渊节器 的作用 速增 长不会 决， 因而转速润节器 Ｓ Ｒ的输入偏差 ３ ．对 电网电 波动起 及时 坑扰作用 。 ．１ ２ 电压△ｌ 【 Ｕ 数值较大， ＩＪ ＝ 其输出很 陕达到限幅 ３ ２起 动时 保证获 得允 许的最 大 电流 。 ． ２ 值 强迫电流 Ｉ 迅速 ｆ 升。由于转速调节器 Ｓ Ｒ ３ ．在转速调 ．３ ２ 中，使电流跟随其给定 是 Ｐ凋节器， 所以只要 ＡＵ￣０其输出电压就会保 电压 变化 ： ＞ ， 持 在 限幅值 Ｕ 不变 。也 就是说 ， 电动机 速度 达 到 ３． ２４当电机 过载甚 至堵 转时 ，限制 电枢 电流 给定 蔓之前 ，Ｒ 起调节作用 ， Ｓ 相当 于转速环处 的最大 值 ， 而起 到怏速 的安 全保护 作用 。 从 予 开环 状态 。 起 动过 程的绝 大多 数时 间里 ， 流 电 双［环调速系统由两个涮节器分别调节转速 ｉ ＿ ｊ 调节器 （｛ 发挥主导作用 ， ｆ 它使电动机电流在很短 和电流， 这两个调节器可以分别设计 ， 分别调整硒 Ｈ１ ｌ 岫 ４ｕｑ ＇ Ｊ 大值 并维 持基本 不变 ， 因而拖动 系统 常 ；内环 ， 环） ｌ 己 后外 ， 结构合 理 ， 调整方 便 。由于采用 的ｌｌ Ｉ ｌ ， 速 旱线 性 增 长 ， Ｊ述 定 转 Ｊ ｊ 以保 汪 电动 机 的 Ｐ 调节器， Ｉ 町实现静态无静差 ， 因此具有 良好的稳 起动时『最短． “ Ｊ ．只足存起动过程 ｝结束前 ， 央 当转速 陛能 。 同时 也 有 良好 的动态 性能 。 系统 还能 较 达到给定值 ， 此时转速渊节器 Ｓ Ｒ的输入 ＡＵ ０但 好地抑制负载变化、 ＝， 电网电压波动等扰动对转速的 系统Ａ 扰能力强。因此双闭环调速系统获 埘充 此刻其输出仍维持在 Ｕ ，所以电动机仍在 Ｉ 作 影响． 用下加速， 必然使转速超调。超凋后出现ＡＵ＜ ， Ｏ使 得 了广泛 的应 用， ， Ｓ Ｒ退出饱和， 转速环才参 与转速调节， 使电动机转 速 稳定 下来 ， 许保 持在 给定速 度下运 转 。 ２ ３突加负载时系统的］作 ： 电动机突加负载时，轴上转矩的平衡遭到 责任编 辑 ： 丽敏 赵 ｒ 坏， 破 从 产牛 ｒ电动机 转速的降 落 。在这 个 系
转速、电流双闭环直流调速系统毕业设计
转速、电流双闭环直流调速系统毕业设计设计总说明在工业生产中,需要高性能速度控制的电力拖动场合, 直流调速系统，特别是双闭环直流调速系统发挥着极为重要的作用。
转速、电流双闭环调速系统是20世纪60年代在国外出现的一种新型调速系统。
70年代以来, 在我国的冶金、机械、制造以及印染工业等领域得到日益广泛的应用。
双闭环调速系统是由单闭环自动调速系统发展而来的。
它通过转速和电流两个调节器分别引入转速负反馈和电流负反馈，并构成双闭环系统。
从而有效的改善电机性能，使电机特性曲线变硬，以满足复杂环境下对电机性能的要求。
本设计主要采用三相全控桥式整流电路对直流电机供电，并通过工程设计法对转速调节器和电流调节器相关参数进行计算以达到对转速电流双闭环支流调速系统的整体实现。
关键词:直流调速,双闭环,三相全控桥,工程设计法Rotational speed, electric current double closed loop cocurrent velocity modulation system designDesign DescriptionIn the industrial production, needs the high performance speed control the electric drive situation, the direct-current velocity modulation system, specially the double closed loop cocurrent velocity modulation system is displaying the great importance the function. The rotational speed, the electric current double closed loop velocity modulation system was in the 1960s in one kind of new velocity modulation system which overseas appeared. Since the 70s, in domains and so on our country's metallurgy, machinery, manufacture as well as printing industry has obtained day by day the widespread application. The double closed loop velocity modulation system is comes by the single closed loop automatic velocity modulation system development. It introduces the rotational speed negative feedback and the electric current negative feedback separately through the rotational speed and the electric current two regulators, and constructs the doubling closed-loop system. Thus the effective improvement electrical machinery performance, causes the electrical machinery characteristic curve to stiffen, satisfies under the complex environment to the electrical machinery performance request.This design mainly uses three-phase all controls the bridge-type leveling circuit to the direct current machine power supply, and carries on the computation through the engineering design law to the RPM control and the current regulator related parameter to achieve to the rotational speed electric current double closed loop branch velocity modulation system's whole realizes.Key word: Direct-current velocity modulation; Double closed loop; Three-phase all controls the bridge; Engineering design law;目录1.绪论 (1)1.1直流调速系统发展 (1)1.2直流双闭环系统介绍 (1)1.3三相全控整流电路 (3)1.4双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析 (5)1.4.1双闭环直流调速系统的动态数学模型 (5)1.4.2启动过程分析 (6)1.4.3动态抗扰性能分析 (8)2.V-M调速系统主电路设计 (9)2.1V-M调速系统概述 (9)2.2晶闸管整流电路方案 (9)2.3主电路主要器件参数选择 (9)2.3.1可控整流变压器选择及计算 (9)2.3.2晶闸管选择 (10)2.4主电路保护措施 (12)2.4.1过电流保护 (12)2.4.2过电压保护 (13)3系统参数测定 (15)3.1主电路总电阻值得测定 (15)3.2电枢回路电感L的测定 (19)3.3直流电动机-发电机-测速发电机组的飞轮惯量GD2的测定 (21)3.4主电路电磁时间常数Td的测定 (22)3.5电动机电势常数Ce 和转矩常数CM的测定 (22)3.6系统机电时间常数TM的测定 (22)4.工程设计法设计双闭环系统的调节器 (23)4.1电流调节器设计 (23)4.1.1电流调节器在双闭环直流调速系统中的作用 (23)4.1.2电流调节器结构的选择 (23)4.1.3电流调节器的电路实现 (24)4.1.4电流调节器参数计算 (24)4.2转速调节器的设计 (26)4.2.1转速调节器在双闭环直流调速系统中的作用 (26)4.2.2转速调节器结构选择 (26)4.2.3转速调节器电路实现 (27)4.2.4转速调节器参数计算 (27)5系统调试 (29)5.1系统调试原则 (29)5.2各控制单元调试 (30)5.2.1移相控制电压Uct调节范围的确定 (30)5.2.2调节器的调零 (30)5.2.3调节器正、负限幅值的调整 (30)5.2.4电流反馈系数的整定 (30)5.2.5转速反馈系数的整定 (30)5.3系统调试 (31)5.3.1系统开环外特性测定 (31)5.3.2系统静特性测试 (31)6结果分析 (34)小结 (34)参考文献 (35)1.绪论1.1直流调速系统发展转速、电流双闭环调速系统是20世纪60年代在国外出现的一种新型调速系统。
闭环-转速电流双闭环直流调速系统
§2.2 转速、电流双闭环直流调速系统
一、双闭环调速系统的控制规律
转速单闭环系统被调节的是n，检测的误差是n， 要消除的也是扰动对n的影响。故不能控制电流（转 矩）的动态过程。
电流截止负反馈环节只能限制电流的冲击，不 能控制电流保持为某一所需值。
经常正、反转运行的调速系统，希望尽量缩短 启动、制动和反转过渡过程的时间，即要求系统动 态性能好，单闭环就不能满足要求了。
整个系统的本质由外环速度调节器来决定。即： 当ASR不饱和时，电流负反馈使静特性可能产生的 速降完全被ASR的积分作用所抵消了；一旦ASR饱 和，当负载电流过大，系统实现保护作用使n下降 过大时，转速环即失去作用，只剩下电流环起作用， 这时系统表现为恒流调节系统，静特性便会呈现出 很陡的下垂特性。
各变量的稳态工作点和稳态参数计算:
C
IdN
Idm
Id
BC段：描述ASR饱和后（ACR不饱和）的电流单闭环
系统的静特性，转速外环呈开环状态，表现为电流
无静差。
Id
U
* im
Idm
(n < n0 )
ASR的限幅值Uim由设计者选定——限定了最大电 流值Idm。
2、稳态参数：
转速调节器输出：
U
* i
Ui
Id
I dL
电流调节器输出：Uc
加快动态过程。 （4）电机过载/堵转时，限制Idlmax，起快速自动保护作用。
调节器的输出限幅作用
转速调节器ASR的输出限幅电压U*im决定
电流给定电压的最大值Idm；
电流调节器ACR的输出限幅电压Ucm限制 了电力电子变换器的最大输出电压Udm。
当ASR饱和时，相当于电流单闭环系统,实现 “只有电流负反馈，没有转速负反馈”
转速电流双闭环直流调速系统PPT课件
转速电流双闭环直流调速系统通常由 转速调节器、电流调节器、直流电机 、测速装置和功率电子装置等组成。
工作原理简介
工作原理
转速电流双闭环直流调速系统通过采集电机的转速和电流信号，经过调节器的处理，输出相应的控制信号来调节 电机的输入电压或电流，从而实现对电机速度的控制。
控制流程
转速调节器根据实际转速与设定转速的差值，输出一个转速调节电压；电流调节器根据实际电流与设定电流的差 值，输出一个电流调节电压。这两个调节电压共同作用，通过功率电子装置控制电机的输入电压或电流，实现电 机的精确调速。
抗扰动能力强
转速环调节器能够有效地抑制外部扰动和内部参数变化对系统稳定性的影响。
转速环的抗干扰性能
抗噪声干扰
采用滤波算法等手段减小噪声对转速检测的影响，提高转速 检测的准确性。
抗负载扰动
通过优化调节器设计，减小负载扰动对转速环稳定性的影响 ，提高系统的鲁棒性。
03
电流控制环
电流检测与调节器设计
02
转速控制环
转速检测与调节器设计
转速检测
采用光电编码器等传感器实时检 测电机转速，并将转速信号转换 为电信号传输给调节器。
调节器设计
根据转速偏差和转速变化率等信号， 采用比例、积分、微分（PID）等 控制算法计算出控制量，实现对电 机转速的调节。
转速环的动态特性
快速响应
转速环调节器具有较快的响应速度，能够快速地调节电机转速，减小超调量。
测试方案制定
根据系统要求，搭建测试平台，包括电源 、电机、测速装置、数据采集系统等。
根据系统性能指标，制定详细的测试方案 ，包括测试项目、测试步骤、测试数据记 录等。
测试数据采集与分析
验证与改进
转速电流双闭环直流调速系统
运动控制系统题目:转速电流双闭环直流调速系统设计学院电信学院专业自动化班级08级2班学号2008学生姓名指导老师谭日期2011.6.15转速电流双闭环直流调速系统一、已知参数：Ω=5.6a R 电动机的参数：nom P =0.2kw ，nom U =48v ，nom I =3.7A ，nomn =200r/min，，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。
转速、电流双闭环直流调速系统
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 nASRACRU*n+ -U nU iU*i+-U cTAM+-U dI dUPE-MT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ni2作用的，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 。
转速电流双闭环直流调速系统
双闭环系统的静特性为两段特性： 恒转速调节----水平段① ：电流 增加，但转速不变。 因为转速由转速给定值决定，转速 给定没变，所以转速不变。 恒电流调节----竖直段②：该段可 看作电机的起动和堵转过程。
起动时，转速从零升到给定值；堵转时，转速从给定值降为零。
恒流调节阶段，ASR饱和，电流给定和电枢电流均达到最大值，电流调 节器起主要调节作用，系统主要表现为恒电流调节，起到自动过电流保 护作用。 两段静特性是用PI调节器构成内、外两个闭环的控制效果。
2.1.1 转速、电流双闭环直流调速系统的组成 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。
1. 系统的组成
TA L
+
U*n + -
ASR
Un
U*
Ui
i
内环 ACR Uc
asracrunuiuctaudidupetg图22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电力电子变换器内环图23双闭环直流调速系统电路原理图r0r0ucuiricir0r0rncnasracrlmrp1untaidudtgupe双闭环直流调速系统的稳态结构框图asr未饱和转速反馈系数电流反馈系数ks1ceucidud0unuiupe图26双闭环直流调速系统的动态结构框图ucidlud0unuiwasrkstss1tls1id1ce图27双闭环直流调速系统起动时的转速和电流波形idmidlidiiiiit4t3t2t11ceud0untls1tmskstss1acrid1ceud0untls1tmsidkstss1acrdbdecdbdectrts5或2tmtvcb典型i型系统idluiacrtls1kstss1idt0is1asrt0ns1tons1电流环图222双闭环调速系统的动态结构框图
2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)、电流环的设计：1.确定时间常数(1)整流装置滞后时间常数：s fT s 0005.021==(2)电流滤波时间常数：s T oi 001.0=(3)电流环小时间常数∑iT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 型系统，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： 35.110==nomI λβV/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 Ii 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：sci T 31≤ω即：ci sT ω 7.6660005.03131=⨯=，满足近似条件。
2）忽略反电动势对电流环影响的条件：lm ci T T 13≥ω即：ci lm s l T T ω≤=77.5413，满足近似条件。
3）小时间常数近似处理条件：ois ci T T 131≤ω。
即：ci ois s l T T ω≥=40.471131。
满足近似条件。
4．计算调节器的电阻电容：按所用运算放大器取Ω=K R 400，则Ω==K R K R i i 8.2460 ΩK 247取uF R C ii i 06.0==τ 取uF 06.0uF R T C oi oi 1.040==取uF 1.0（二）、转速 环的设计1．确定时间常数电流环等效时间常数为2s Ti003.0=∑转速滤波时间常数s T on 005.0=转速环小时间常数按小时间常数近似处理，取s T TT on in008.0005.0003.02=+=+∑=∑2．选择转速调节器的结构和参数根据设计要求，应按照典II 系统设计转速环节，故ASR 选择PI 调节传递函数为：ss K s W n n nasr ττ1)(+=转速调节器参数：按跟随和抗扰性能都较好的原则，取h=5，则ASR 的 时间常数为shTnn 04.0008.05=⨯=∑=τ 转速环开环增益222187521-=∑+=sTh h K nN转速反馈系数：rv n nommin .05.010==α所以，ASR 的比例系数为()075.6032.01944.021==∑+=nme n haRTT C h K β3．校验近似条件：转速环截止频率为7504.01875=⨯==n N cn K τω1-s 1) 电流环传递函数简化条件：∑≤icn T 51ω即：cn is l T ω≥=⨯=∑3.1330015.05151，满足简化条件。
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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
ZCC1系列晶闸管直流调速装置各单元的电气原理图如图3-2至图3-9所示。
三、直流调速系统简单工作原理
下面结合整个系统对不可逆直流调速系统停车、正向启动、减速各种运行工作过程进行分析。
(1)停车状态电动机停车时，开关S打开，给定电压U
gn
=0，速度（转速）调节器单元中
A
1
速度比较器输出一个大于+8V的推β信号电压，使速度（转速）调节器输出电压为负向限幅
值-U
gi ，电流调节器输出电压为正向限幅值U
Kmax
，通过触发输入单元CSR、触发器CF，使晶闸管
变流器控制角处于最小逆变角β
min
，电动机处于停车状态。
(2)电动机正向启动运行当开关S闭合，给出负的正向速度给定电压（U
gn
=-），当速度
给定电压U
g >0.2时A
1
速度比较器迅速翻转输出为负电压，使速度（转速）调节器迅速退出负限
幅值-U
gi 并开始按速度偏差信号进行P、I调节。
经积分给定器使给出负的给定电压'
gn
U变成线
性变化的负的给定电压U
gn 。
速度（转速）调节器的输入偏差△U
n
=U
gn
-U
fn
，其极性为负。
由于
转速反馈电压U
fn 受机械惯性影响，增加较慢，所以速度（转速）调节器的输出U
gi
为正的限幅
值。
该输出电压U
gi 是电流调节器的电流给定电压，电流调节器输入电压△U
i
=U
gi
-U
fi
,极性为正，
因而电流调节器的输出电压U
K
为负。
经过触发输入单元CSR-1，触发器CF-1使晶闸管变流器的
控制角从β
min
向前移动使α<90°，晶闸管变流器工作于整流状态，电动机正向启动。
以后启动过程和前面所述的速度电流双闭环调速系统启动过程一样，不再重复。
稳态运行时，速度
反馈电压U
fn 基本上等于速度给定电压U
gn
，速度（转速）调节器的输出电压U
gi
基本上与负载电
流反馈电压U
fi
相等。
(3)减速（或停车）正向减速时速度给定值减小，极性不变仍为负给定电压，而电动机
转速来不及改变，所以速度（转速）调节器的输入端偏差△U
n =U
gn
-U
fn
为正，速度（转速）调
节器ASR的输出U
gi 为负的限幅值，使电流调节器的输出电压U
C
为正，经过触发输入单元CSR，
触发器CF使晶闸管变流器的控制角从α<90°迅速后移至β
min
，主回路电流经本桥逆变后很快衰减到零。
对于不可逆系统由于晶闸管变流器只能提供一个方向的电流，电动机只在负载阻力矩作用下减速，直至电动机转速降至接近新的给定值时，由于速度微分反馈的提前作用使
速度给定值U
gn 重新大于速度反馈值U
fn
，速度（转速）调节器输出开始退出负的限幅值，电流
调节器输出从正的最大值向负电压变化，触发器CF的触发脉冲从β
min
开始前移，电流环和速度（转速）环相继投入闭环工作，晶闸管变流器控制角α<90°工作在整流状态，电动机在新的给定值下运行。
当正向停车时速度给定电压U
gn =0（<0.2V时），速度（转速）调节器单元中A
1
速度比较
器输出一个大于+8v的推β信号电压，使速度（转速）调节器输出为负向限幅值-U
gi
，电流调
节器输出为正向限幅值+U
cmax ，使晶闸管变流器控制角迅速后移到β
min
，电动机在阻力矩作用
下减速至停车。