双闭环直流调速系统设计的计算要点
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。
双闭环直流调速系统课程设计要点
2、转速调节器饱和
这时， ASR输出达到限幅值
U
* im
，转速外环呈开环状态，
转速的变化对
系统不再产生影响。双闭环系统变成一个电流无静差的单电流闭环调节系统。 稳态时
图1-4双闭环直流调速系统的动态结构图
双闭环直流调速系统突加给定电压
U
* n
由静止状态启动时，转速和电流的
动态过程如图 1-5 所示。 由于在起动过程中转速调节器 ASR经历了不饱和、 饱 和、退饱和三种情况，整个动态过程就分成图中标明的 I 、II 、Ⅲ三个阶段。
图 1-5 双闭环直流调速系统启动时转速和电流的波形
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 1-1 双闭环直流调速系统电路原理
第二节 系统的稳态结构图
转速电流双闭环调速系统的稳态结构图如图 1-2 所示，PI 调节器的稳态 特性一般存在两种状况： 饱和—输出达到限幅值， 不饱和—输出未达到限幅值， 在实际运行时， 电流调节器是不会达到饱和状态的， 因此对于静特性来说， 只 有转速调节器饱和与不饱和两种状况。
1、转速调节器不饱和 稳态时，两个调节器的输入偏差电压都是零，因此
U
* n
Un
n
n0
U
* i
Ui
Id
式中 ， —— 转速和电流反馈系数 由第一个关系式可得
双闭环直流调速系统设计
双闭环直流调速系统设计1.电机数学模型的建立首先要建立电机的数学模型，这是设计双闭环直流调速系统的基础。
根据电机的参数和运动方程，可以得到电机的数学模型，一般为一组耦合的非线性微分方程。
2.速度内环设计速度内环负责实现期望速度的跟踪控制。
常用的设计方法是采用比例-积分(PID)控制器。
PID控制器的输出是速度的修正量，通过与期望速度相减得到速度误差，然后根据PID算法计算控制器输出。
PID控制器的参数调节是一个关键问题，可以通过试探法、经验法或优化算法等方法进行调节，以实现最佳的速度跟踪性能。
3.电流外环设计电流外环的作用是保证电机的电流输出与速度内环控制输出的一致性。
一般采用PI调节器进行设计。
PI调节器的参数通过试探法、经验法或优化算法等方法进行调节，以实现电流输出的稳定性。
4.稳定性分析与系统稳定控制设计好速度内环和电流外环后，需要对系统的稳定性进行分析。
稳定性分析可以通过线性化方法、根轨迹法、频率响应法等方法进行。
分析得到系统的自然频率、阻尼比等参数后，可以根据稳定性准则进行系统稳定控制。
常用的控制方法包括模型预测控制、广义预测控制、滑模控制等。
5.鲁棒性设计在双闭环直流调速系统设计中，鲁棒性是一个重要的指标。
通过引入鲁棒性设计方法，可以提高系统对参数扰动和外部干扰的抑制能力。
常用的鲁棒性设计方法包括H∞控制、μ合成控制等。
以上是双闭环直流调速系统设计的一般步骤，具体的设计过程可能因实际应用和控制要求的不同而有所差异。
设计双闭环直流调速系统需要深入了解电机的特性和系统的控制需求，综合运用控制理论和工程方法，通过模拟仿真和实验验证来不断调整和优化控制参数，以实现系统的高性能调速控制。
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。
直流电机双闭环调速系统设计要点
目录1 绪论 (1)1.1课题研究背景 (1)1.2研究双闭环直流调速系统的目的和意义 (1)2 直流电机双闭环调速系统 (3)2.1直流电动机的起动与调速 (3)2.2直流调速系统的性能指标 (3)2.2.1静态性能指标 (3)2.2.2动态的性能指标 (4)2.3双闭环直流调速系统的组成 (6)3 双闭环直流调速系统的设计 (8)3.1电流调节器的设计 (8)3.2转速调节器的设计 (10)3.3闭环动态结构框图设计 (12)3.4设计实例 (12)3.4.1设计电流调节器 (13)3.4.2设计转速调节器 (15)4.Matlab仿真 (17)4.1仿真结果分析 (19)5 结论 (20)参考文献 (21)1 绪论1.1课题研究背景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，电机自动控制系统广泛应用于机械，钢铁，矿山，冶金，化工，石油，纺织，军工等行业。
这些行业中绝大部分生产机械都采用电动机作原动机。
有效地控制电机，提高其运行性能，对国民经济具有十分重要的现实意义。
以上等等需要高性能调速的场合得到广泛的应用。
然而传统双闭环直流电动机调速系统多数采用结构比较简单、性能相对稳定的常规PID控制技术，在实际的拖动控制系统中，由于电机本身及拖动负载的参数(如转动惯量)并不像模型那样保持不变，而是在某些具体场合会随工况发生改变；与此同时，电机作为被控对象是非线性的，很多拖动负载含有间隙或弹性等非线性的因素。
因此被控制对象的参数发生改变或非线性特性，使得线性的常参数的PID控制器往往顾此失彼，不能使得系统在各种工况下都保持与设计时一致的性能指标，常常使控制系统的鲁棒性较差，尤其对模型参数变化围大且具的非线性环节较强的系统，常规PID调节器就很难满足精度高、响应快的控制指标，往往不能有效克服模型参数变化围大及非线性因素的影响。
1.2研究双闭环直流调速系统的目的和意义双闭环直流调速系统是性能很好，应用最广的直流调速系统。
双闭环直流调速系统设计要点资料
2.3.2 典型系统
一般来说，许多控制系统的开环传递函数 都可表示为
R(s) W (s)
C(s)
m
K ( js 1)
W (s)
j 1 n
sr (Tis 1)
i 1
(2-8)
上式中，分母中的 sr 项表示该系统在原点处有 r 重极点，或者说，系统含有 r 个积分环节。根 据 r=0，1，2，…等不同数值，分别称作0型、I 型、Ⅱ型、…系统。
• K 与开环对数频率特性的关系
图2-13绘出了在不同 K 值时典型 I 型系统的 开环对数频率特性，箭头表示K值增大时特性 变化的方向。
• K 与截止频率 c 的关系
当c < 1 / T时，特性以–20dB/dec斜率穿
越零分贝线，系统有较好的稳定性。由图 中的特性可知
20 lg K 20(lg c lg1) 20 lg c
C
能指标有
– tr — 上升时间 – — 超调量
– ts — 调节时间
O0
tr
ts
t
图2-11 典型阶跃响应曲线和跟随性能指标
• 突加扰动的动态过程和抗扰性能指标
C
N
C1
±5%（或±Cb2%）
N Cmax C2
2. 抗扰性能指标
抗扰性能指标标志着控制系 统抵抗扰动的能力。常 用的抗扰性能指标有
– Cmax — 动态降落 – tv — 恢复时间
调整的方向；
（4）能考虑饱和非线性控制的情况，同样给出 简单的计算公式；
（5）适用于各种可以简化成典型系统的反馈控 制系统。
*** 2.3.1 工程设计方法的基本思路
1.选择调节器结构，使系统典型化并满足稳定和稳 态精度。
3.4.3双闭环调速系统的工程设计(3)——转速超调量的计算
0.5
0.6
时间（单位：秒）
线性系统与实际系统电枢电流的比较
（一）转速的线性超调与退饱和超调
（2）退饱和超调
n n*
I
II
III
O
t
Id
Idm
IdL
O
t1
t2 t3 t4
t
① 转速达到给定转速之前，ASR饱和， 电流被限制在IdIdm。
（一）转速的线性超调与退饱和超调
（2）退饱和超调
n n*
I
II
（二）退饱和超调计算 退饱和超调计算步骤
①查表获得动态偏差的相对值Cmax/Cb 。 ②计算输出偏差的基准值Cb 。
Cb 2FK2T R
K2 CeTm T Tn
F ( z)IdN
（二）退饱和超调计算
退饱和超调计算步骤
①查表获得动态偏差的相对值Cmax/Cb 。 ②计算输出偏差的基准值Cb 。
转速、电流双闭环直流调速系统 转速超调量的计算
主要内容
01 转速的线性超调与退饱和超调 02 转速的退饱和超调计算表达式
（一）转速的线性超调与退饱和超调
（1）线性超调
-IdL
U*n 1 Tons+1
+
1
ASR
-
Tois+1
Un
U*i
+ ACR
Ks
-
-
Tss+1 Ud0
Ui
Uc
1/R Id Tl s+1 +
结论：
按照线性系统计算的超调称之为线 性超调，典型II型系统的线性超调很大。
但是，目前系统不是线性系统，超调 为退饱和超调。
所以，双闭环调速系统中转速超调 量的考核不适合采用表中数据。
pwm直流双闭环调速系统设计
PWM直流双闭环调速系统设计引言PWM（Pulse Width Modulation）直流双闭环调速系统是一种常用于电动机调速的控制系统。
在许多应用中，需要对电动机的速度进行精确控制，以满足不同的工作需求。
PWM直流双闭环调速系统通过不断调整电动机输入电压的占空比，使电动机保持稳定的转速，具有快速响应、良好的稳定性和较大的负载适应能力等优点。
本文将介绍PWM直流双闭环调速系统的设计原理、硬件电路和控制算法，并提供代码示例和性能分析。
设计原理闭环控制系统PWM直流双闭环调速系统由两个闭环控制回路组成：速度闭环和电流闭环。
速度闭环通过反馈电动机的实际转速来调整电动机输入电压，以使其达到期望转速。
电流闭环通过反馈电动机的实际电流来调整PWM信号的占空比，以使电动机输出的扭矩与负载要求相匹配。
速度闭环控制速度闭环控制由速度传感器、比例积分控制器和电动机驱动器组成。
速度传感器通常采用编码器或霍尔传感器来测量电动机转速，并将其转换为电压信号。
比例积分控制器根据速度误差和积分误差来计算控制器输出，并将其输入给电动机驱动器。
电流闭环控制电流闭环控制由电流传感器、比例积分控制器和PWM模块组成。
电流传感器用于测量电动机的电流，并将其转换为电压信号。
比例积分控制器计算电流误差和积分误差，并生成控制器输出，将其输入给PWM模块。
硬件电路设计PWM直流双闭环调速系统的硬件电路设计包括电源模块、电流传感器、速度传感器、比例积分控制器、PWM模块和电动机驱动器等。
电源模块电源模块用于提供系统所需的直流电压。
它可以采用稳压稳流电路来稳定输出电压和电流。
电流传感器电流传感器用于测量电动机的电流。
常用的电流传感器包括霍尔传感器和电阻传感器。
它将电动机的电流转换为电压信号，并输入给比例积分控制器。
速度传感器速度传感器用于测量电动机的转速。
常用的速度传感器有编码器、霍尔传感器和光电传感器等。
比例积分控制器比例积分控制器是PWM直流双闭环调速系统的核心控制模块。
双闭环直流调速系统设计的计算
双闭环直流调速系统设计的计算一、速度环设计计算：1.确定速度环的控制策略，常用的策略有比例控制、比例-积分控制和比例-积分-微分控制。
根据实际需求选择合适的控制策略。
2.根据转速测量元件的特性，确定传感器的增益系数Kv和反馈系数Kp。
一般选择测速电机进行转速测量，测速电机的输出转速与被控电机的转速成正比。
3.根据控制策略和转速测量元件的特性，计算速度环的比例增益Kp 和积分增益Ki。
比例增益决定了响应速度和超调量，积分增益决定了静态误差。
二、电流环设计计算：1.确定电流环的控制策略，常用的策略有比例控制、比例-积分控制和比例-积分-微分控制。
根据实际需求选择合适的控制策略。
2.根据电流测量元件的特性，确定传感器的增益系数Kc和反馈系数Kh。
电流测量元件一般采用霍尔效应传感器或电流互感器。
3.根据控制策略和电流测量元件的特性，计算电流环的比例增益Kh 和积分增益Kc。
比例增益决定了响应速度和超调量，积分增益决定了静态误差。
三、双闭环系统设计计算：1.根据转速和电流的关系，确定速度调节器和电流调节器之间的动态响应。
转速调节器负责根据速度误差输出转矩指令，电流调节器负责根据电流误差输出电压指令。
2.确定速度调节器的转矩指令增益K1和电流调节器的电压指令增益K2、转矩指令增益决定了速度环和电流环的耦合程度。
3.检查系统是否存在不稳定问题，例如震荡或超调。
如果存在不稳定问题，可调整速度环和电流环的参数来修正。
以上是双闭环直流调速系统设计的基本计算步骤和要点。
在实际应用中，还需要考虑其他因素，如系统的稳定性、鲁棒性和抗干扰性等。
因此，双闭环系统的设计是一个复杂的过程，需要综合考虑各种因素进行优化和调整。
双闭环直流电机调速系统设计
双闭环直流电机调速系统设计嘿，大家好！今天咱们聊聊一个挺酷的话题：双闭环直流电机调速系统。
虽然听起来有点像外星人的科技，但是其实它就是咱们日常生活中的一些电机背后的“聪明脑袋”。
没错，电动工具、电动汽车，甚至是你家那台洗衣机，都可能用到这种技术。
别担心，我会用简单易懂的语言，把这个“高大上”的话题聊得通俗易懂，让你像喝水一样轻松明白。
1. 什么是双闭环系统？首先，咱们得搞清楚什么是双闭环系统。
你可以把它想象成一辆高科技的赛车。
车上有两个智能系统，一个负责控制车速，另一个负责检查车速是不是正好。
第一个环节，叫做“速度闭环”，就像是车里的加速器，它根据你给的油门信号来调整速度。
第二个环节，叫做“电流闭环”，就是车上的仪表盘，它会实时监控实际速度和预定速度的差异，确保车速始终如你所愿。
两个环节相互配合，就像是赛车手的左右手，协作得天衣无缝。
1.1 速度闭环的作用速度闭环系统，简单来说，就是确保电机转得刚刚好。
你可以把它想成是你的车速表，告诉你车速到底快不快。
当你设定了目标速度后，速度闭环就会一直“盯着”电机的实际速度，看是不是达到了你想要的。
要是电机转得快了或者慢了，速度闭环会发出“警报”，让电机调整到正确的速度。
就像你开车的时候，如果超速了，车上的警报器就会提醒你：“嘿，慢点！”1.2 电流闭环的作用而电流闭环呢，就是确保电机在运行时不会超负荷。
你可以把它想象成你的车载电脑，时刻监控电机的“健康状态”。
如果电机的电流过大，就像是车上的发动机超负荷一样，电流闭环会自动调整电流，防止电机“过劳”工作，保障电机的长寿命和稳定性。
这就像车上的“健康检查”，时刻关注电机的“身体状况”，让它保持在最佳状态。
2. 如何设计双闭环系统？说到设计双闭环系统，那可不是简单的“煮熟的鸭子嘴里跑”，而是要细心雕琢的“工艺品”。
设计时，你需要考虑到很多细节，就像调配一杯完美的鸡尾酒一样，必须把每个成分都搭配得恰到好处。
2.1 控制器的选择首先，你得挑选一个靠谱的控制器。
双闭环直流调速系统设计
双闭环直流调速系统摘要直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。
从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。
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，SimulinkAbstract:The design uses thyristors, diodes and other devices designs a speed, current double-loop SCR DC converter system. The system sets up the current detecting aspect, the current regulator ACR and the speed detecting link, speed regulator ASR, composes the current central and the speed central, the former through the feedback of the current components to level off the current, the latter through the feedback of speed detecting device to maintain the speed stably and finally eliminates the deviation of speed bias.，thus allowing thpose of regulating the current and speed. when the system starts, the speed outer ring saturats non-functional, the currentner ring plays a major role to regulate the starting current to maintain the maximum so that the speed linear change, to reach a given value; when it operates steadily, the speed negative feedback from the outer ring plays a major role ,to let the speed changes with the given speed voltage , at the same time the current inner ring regulates the armature current of motor adjustment to balance the load current. Simulink for system through mathematical modeling and system simulation. Finally display control system model and the results of anti-truth. Keywords: Double-loop, thyristors, the speed regulator, the current regulator，Simulink目录前言 (1)1 绪论 (3)1.1课程的背景、目的及意义 (3)1.2 本课题国内、外研究应用情况 (3)1.2.1 采用新型电力电子器件 (3)1.2.2 应用现代控制理论 (4)1.2.3 采用总线技术 (4)1.4 本设计的主要研究内容 (5)1.4.1 建立能够的数学模型 (5)1.4.2 经典控制部分............................. 错误！未定义书签。
双闭环调速系统设计计算
一．题目要求设一转速、电流双闭环直流调速系统，采用双极式H 桥PWM 方式驱动，已知电动参数为：额定功率200W ，额定电压48V ，额定电流4A ，额定转速500r/min,电枢回路总电阻R=8Ω，允许电流过载倍数λ=2，电势系数e C =0.04Vmin/r ，电磁时间常数l T =0.008s ，机电时间常数s T m 5.0=，电流反馈滤波时间常数ms T oi 2.0=，转速反馈滤波时间常数ms T on 1=，要求转速调节器和电流调节器的最大输入电压V U U ni nm10**==，两调节器的输出限幅电压为10V ，PWM 功率变换器的开关频率f =10KHz ，放大倍数8.4=s K 。
试对该系统进行动态参数设计，设计指标：稳态无静差，电流超调量%5i ≤σ，空载起动到额定转速时的转速超调量%25≤σ，过渡过程时间s t s 5.0=。
二、设计过程1．稳态参数计算电流反馈系数：)/(25.14210*A V I U nom im =⨯==λβ转速反馈系数：)min/(02.050010*r V n U nom nm ===α2．电流环设计（1）确定时间常数按电流小时间时间常数环节的近似处理方法，取 s f T s 0001.01000011===s T T T oi s i 0003.00002.00001.0=+=+=∑（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s s K s G i i ACR ττ1)(i +=（3）选择调节器参数超前时间常数: s T L i 008.0==τ按题目要求，电流环按超调%5i ≤σ•考虑，电流开环增益：取5.0=∑i I T K ，则667.16660003.05.05.0===∑i I T K 则电流调节器的比例系数为 778.178.425.18008.0667.1666=⨯⨯⨯==s i Ii K R K K βτ （4）检验近似条件电流环的截止频率667.1666==l ci K ω 1/s 近似条件一：sci T 31≤ω 则ci s T ω>=⨯=33.33330001.03131，满足近似条件。
双闭环直流调速系统的设计
信息科学与工程学院课程设计2010-2011 学年第二学期课程名称：双闭环直流调速系统的设计班级：学号：姓名：指导教师：2011 年6月双闭环直流调速系统的组成结构与原理双闭环调速系统是建立在单闭环自动调速系统上的，实际的调速系统除要求对转速进行调整外, 很多生产机械还提出了加快启动和制动过程的要求,这就需要一个电流截止负反馈系统。
为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行嵌套连接。
即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晶闸管整流器的触发装置。
从闭环结构上看，电流环在里面称内环；转速环在外面称外环。
这就构成了转速、电流双闭环调速系统。
原理：电动机在启动阶段①突加给定电压*n U ，d I 随着上升，当d dl I I ≥后电机开始转动,转速调节器的输入端存在偏差信号*n nn U U U ∆=-,经放大后输出的电压保持为限幅值*im U ,使d I 迅速上升到*,d dm i im I I U U ≈≈，转速调节器工作在开环状态。
② 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)可以通过整定转速调节器的输出限幅值来改变。
③在电动机转速上升到给定转速*0n n =后, 转速调节器输入端的偏差信号减小到近于零,但其输出由于积分作用，是转速超调，转速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,转速调节器输入端产生的偏差信号将随时通过转速调节器、电流调节器来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,从而校正和补偿电动机的转速偏差。
·采用转速电流双闭环的理由在要求较高的调速系统中，一般有两个基本要求：一是能够快速启动制动；二是能够快速克服负载、电网等干扰。
通过分析发现，如果要求快速起动，必须使直流电动机在起动过程中输出最大的恒定允许电磁转矩，即最大的恒定允许电枢电流，当电枢电流保持最大允许值时，电动机以恒加速度升速至给定转速，然后电枢电流立即降至负载电流值。
双闭环直流调速系统的设计
运动控制期中作业--- 转速双闭环直流调速系统的设计电气与操纵工程学院自动化1003班王义23转速电流双闭环直流调速系统设计1. 已知参数有一专转速电流双闭环直流调速系统，主电路采纳三相桥式整流。
已知电动机参数为：P N =500KW ，U N =750V ，I N =760A ，n N =375r/min 电动势系数Ce=·min/r ，电枢回路总电阻R=Ω,许诺电流过载倍数λ=，触发整流环节的放大倍数Ks=75,电磁时刻常数Tl=,机电时刻常数Tm=,电流反馈滤波时刻常数Toi=，转速反馈滤波时刻常数Ton=。
设调剂器输入输出电压U *nm=Uim=Uom=10V,调剂器输入电阻Ro=40K Ω。
稳态无静差，电流超调量σi ≤5%；空载起动到额定转速时的转速超调量σn ≤10%。
3. 设计要求1）运用调剂器工程设计法设计ASR 和ACR,达到系统的设计指标，取得ASR 和ACR 的机构与参数。
电流环设计为典1系统，并取参数KT=，转速换设计为典2系统；2）用MATLAB 对上述设计的直流双闭环调速系统进行仿真，给出仿真结果； 3）设计出上述设计的直流双闭环调速系统的完整硬件实现原理图，原理图采纳Protel 软件画图；4）说明原理图实现上诉直流调速系统的原理；5）给出原理图每一个元件的型号和值，并说明选择依据；6）系统操纵部份能够采纳模拟电路或微处置器实现。
假设采纳微处置器实现，要说明软件实现流程和核心软件的算法；7）整个设计报告采纳A4纸打印，题目采纳宋体四号，正文采纳宋体小四。
设计内容一. 双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析 1. 双闭环直流调速系统的动态数学模型双闭环直流调速系统的动态结构图，如图1所示。
图中)(s W ASR 和)(s W ACR 别离表示转速调剂器和电流调剂器的传递函数。
图2双闭环直流调速系统的动态结构图2. 起动进程分析双闭环直流调速系统突加给定电压*n U 由静止状态起动时，转速和电流的动态进程示于图2。
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双闭环直流调速系统设计的计算要点摘要转速、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。
根据晶闸管的特性，通过调节控制角α大小来调节电压。
基于设计题目，直流电动机调速控制器选用了转速、电流双闭环调速控制电路。
在设计中调速系统的主电路采用了三相全控桥整流电路来供电。
本文首先确定整个设计的方案和框图。
然后确定主电路的结构形式和各元部件的设计，同时对其参数的计算，包括整流变压器、晶闸管、电抗器和保护电路的参数计算。
接着驱动电路的设计包括触发电路和脉冲变压器的设计。
最后，即本文的重点设计直流电动机调速控制器电路，本文采用转速、电流双闭环直流调速系统为对象来设计直流电动机调速控制器。
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，二者之间实行嵌套联接。
从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称做外环。
这就形成了转速、电流双闭环调速系统。
先确定其结构形式和设计各元部件，并对其参数的计算，包括给定电压、转速调节器、电流调节器、检测电路、触发电路和稳压电路的参数计算,最后画出了调速控制电路电气原理图。
关键词：双闭环；转速调节器；电流调节器双闭环直流调速系统设计的计算1 双闭环直流调速系统分析为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级连接，如图2所示，即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晶闸管整流器的触发装置。
从闭环结构上看，电流调节环在里面，叫做内环；转速环在外面，叫做外环。
这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。
该双闭环调速系统的两个调节器ASR和ACR一般都采用PI调节器。
因为PI调节器作为校正装置既可以保证系统的稳态精度，使系统在稳态运行时得到无静差调速，又能提高系统的稳定性；作为控制器时又能兼顾快速响应和消除静差两方面的要求。
一般的调速系统要求以稳和准为主，采用PI调节器便能保证系统获得良好的静态和动态性能。
图1 双闭环直流调速系统原理图为了分析双闭环调速系统的静特性，必须先绘出它的稳态结构框图，如图2所示。
因为设计要求系统在负载和电网电压的扰动下稳态无静差，所以电流、转速调节器均使用PI调节器。
图2 双闭环调速系统稳态结构框图应用工程方法来设计转速、电流双闭环调速系统的两个调节器。
按照设计多环控制系统先内环后外环的一般原则，从内环开始，逐步向外扩展。
在双闭环系统中，应该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。
图3 双闭环调速系统动态结构框图双闭环调速系统的实际动态结构框图如图1所示，由于电流检测信号中常含有交流分量，为了不使它影响调节器的输入，需加低通滤波。
这样的滤波环节传递函数可用一阶惯T按需要选定，以滤平电流检测信号为准。
然而，在抑制性环节来表示，其滤波时间常数ois s K W ii I ACR ττ)1(+=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同等时间常数的惯性环节，称作给定滤波环节。
其意义是，让给定信号和反馈信号经过相同的延时，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换向横波，因此也需要滤波，滤波时间常数用on T 表示。
根据和电流环一样的道理，在转速给定通道上也加入时间常数为on T 的给定滤波环节。
2 电流调节器的设计2.1 初始条件不可逆的生产设备，采用双闭环调速系统，其整流装置采用三相桥式全控整流电路。
系统基本数据如下：直流电动机：nom U =220V , nom I =136A ，nom n =1460r/min ，e C =0.132Vmin/r ，允许过载倍数λ=1.5；时间常数L T =0.03S, m T =0.18S ；晶闸管装置放大倍数：S K =40;电枢回路总电阻：R=0.5Ω；电流反馈系数：β=0.049V/A(≈10V/1.5nom I )，取β=0.5；转速反馈系数：α=0.0068Vmin/r(≈10V/nom n )，取α=0.007。
2.2 确定时间常数整流装置滞后时间常数Ts 。
流装置用的是三相桥式全控整流电路的平均失控时间Ts =0.0017s 。
电流滤波时间常数oi T 。
三相桥式电路每个波头的时间是3.3s ，为了基本滤平波头，应有（1~2）oi T =3.33ms ，因此取oi T =2ms=0.002s 。
电流环小时间常数之和i T ∑。
按小时间常数近似处理，取i T ∑=Ts +oi T =0.0037s 。
2.3 选择电流调节器结构根据设计要求i σ≤5%，并保证稳态电流无差，可按典型I 型系统设计电流调节器。
电流环控制对象是双惯性型的，因此可用PI 型电流调节器，其传递函数为：（2-1）11.80037.003.0==∑s s T T il 11.1350037.05.05.0-∑===s sT K i I 013.105.0405.003.01.135=⨯⨯⨯==βτs i I i K R K K ci s s sT ω〉=⨯=-11.1960017.03131ci l m s ss T T ω〈=⨯⨯=-182.4003.018.01313cioi s s s s T T ω〉=⨯⨯=-18.180002.00017.0131131检查对电源电压的抗扰性能：（2-2）由式（2-2）可知，系统抗扰性能，各项指标都是可以接受的。
2.4 计算电流调节器参数电流调节器超前时间常数：i τ=l T =0.03s 。
电流超调量%5≤i σ，则应取5.0=∑i I T K ，因此（2-3）于是，ACR 的比例系数为（2-4）2.5 校验近似条件电流环截止频率：11.135-==s K I ci ω 晶闸管整流装置传递函数的近似条件（2-5）满足近似条件。
忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件（2-6） 满足近似条件。
电流环小时间常数近似处理条件（2-7）FF R C i i i μτ75.01075.06=⨯==-F F R T C oi oi μ2.0102.0460=⨯==-满足近似条件。
2.6 计算调节器电阻和电容由图4，按所用运算放大器取Ω=k R 400，各电阻和电容值为 Ω=Ω⨯==k k R K R i i i 52.4040013.1，取40Ωk，取0.75F μ，取0.2F μ图4 含给定滤波与反馈滤波的PI 型电流调节器图5 校正成典型I 型系统的电流环动态结构框图按照上述参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标为i σ=4.3%<5%,满足设计要求。
I K1sT K i I 0074.021==∑sT K T on I n 0174.01=+=∑)1()1()1()1()(2++=+⋅+=∑∑s T s T C s R K s T s T C Rs s K s W nme nn n nme nn n n βτταβαττs hT nn087.0==∑τ3 转速调节器的设计3.1 确定时间常数电流环等效时间常数 。
因为已取5.0=∑i I T K ，则（3-1）转速滤波时间常数on T 。
根据所用测速发电机纹波情况，取on T =0.01s 。
转速环小时间常数n T ∑。
按小时间常数近似处理，取（3-2）3.2 选择转速调节器结构图6 转速环动态结构框图按照设计要求，选用PI 调节器，其传递函数为（3-3）3.3 计算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 的超前时间常数为 （3-4）2221n N T h h K ∑+=nme n haRT T C h K ∑+=2)1(β1115.34087.04.396--=⨯==s s K Kn N N cn τωωcn i I s s T K ω>==--∑117.630037.01.1353131cn on I s s T K ω>==--117.3801.01.1353131由式（3-5） 可求得转速环开环增益24.396-=s K N 于是，由式（3-6）可得ASR 的比例系数为7.11=n K3.4 检验近似条件转速环截止频率为（3-7）电流环传递函数简化条件为（3-8）满足简化条件。
转速环小时间常数近似处理条件为（3-9）满足近似条件。
3.5 计算调节器电阻和电容F F R C nn n μτ185.010185.06=⨯==-F F R TC on on μ1101460=⨯==-%2.81max =∆bC C mn N b b b n T T n n z C C n n C C ∑**∆-∆=∆∆=))((2)(max max λσ图7 含给定滤波与反馈滤波的PI 型转速调节器根据图7，取Ω=k R 400，则Ω==k R K R n n 4680，取470Ωk, 取0.2F μ，取1F μ3.6 校核转速超调量当h=5时， ，由式（3-10） 可得%10%31.8<=n σ，满足设计要求。
4 系统电路设计4.1系统主电路设计4.1.1主电路结构设计在直流调速系统中，我们采用的是晶闸管-电动机调速系统(简称V-M 系统)的原理图如图3-1所示。
它通过调节处罚装置GT 的控制电压c U 来移动触发脉冲的相位，即可改变平均整流电压d U ，从而实现平滑调速。
与旋转变流机组及离子拖动变流装置相比，晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都很大提高，而且在技术性能上也显现出较大的优越性。
对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主，根据晶闸管的特性，可以通过调节控制角α大小来调节电压。
当整流负载容量较大或直流电压脉动较小时应采用三相整流电路，其交流侧由三相电源供电。
三相整流电路中又分三相半波和全控桥整流电路，因为三相半波整流电路在其变压器的二次侧含有直流分量，故本设计采用了三相全控桥整流电路来供电，该电路是目前应用最广泛的整流电路，输出电压波动小，适合直流电动机的负载，并且该电路组成的调速装置调节范围广，能实现电动机连续、平滑地转速调节、电动机不可逆运行等技术要求。
图8 V-M 系统主电路原理图图9 主电路原理图三相全控制整流电路由晶闸管VT1、VT3、VT5接成共阴极组，晶闸管VT4、VT6、VT2接成共阳极组，在电路控制下，只有接在电路共阴极组中电位为最高又同时输入触发脉冲的晶闸管，以及接在电路共阳极组中电位最低而同时输入触发脉冲的晶闸管，同时导通时，才构成完整的整流电路。
为了使元件免受在突发情况下超过其所承受的电压电流的侵害，在三相交流电路的交、直流侧及三相桥式整流电路中晶闸管中电路保护有电压、电流保护。