2、4按工程方法设计双闭环系统的调节器

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《电力拖动自动控制系统》课程综述

电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统简介电力拖动自动控制系统包括：直流调速系统和交流调速系统。

直流调速系统包括：直流调速方法、直流调速电源和直流调速控制。

交流调速系统包括：交流调速系统的主要类型、交流变压调速系统、交流变频调速系统、绕线转子异步电机双馈调速系统——转差功率馈送型调速系统和同步电动机变压变频调速系统。

电力拖动自动控制系统课程内容介绍第一篇直流调速系统闭环反馈直流调速系统1.1 直流调速系统用的可控直流电源根据前面分析，调压调速是直流调速系统的主要方法，而调节电枢电压需要有专门向电动机供电的可控直流电源。

常用的可控直流电源有以下三种:旋转变流机组——用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压。

静止式可控整流器——用静止式的可控整流器，以获得可调的直流电压。

直流斩波器或脉宽调制变换器——用恒定直流电源或不控整流电源供电，利用电力电子开关器件斩波或进行脉宽调制，以产生可变的平均电压。

1.2 晶闸管-电动机系统（V-M系统）的主要问题本节讨论V-M系统的几个主要问题：（1）触发脉冲相位控制；（2）电流脉动及其波形的连续与断续；（3）抑制电流脉动的措施；（4）晶闸管-电动机系统的机械特性；（5）晶闸管触发和整流装置的放大系数和传递函数。

1.3 直流脉宽调速系统的主要问题自从全控型电力电子器件问世以后，就出现了采用脉冲宽度调制（PWM）的高频开关控制方式形成的脉宽调制变换器-直流电动机调速系统，简称直流脉宽调速系统，即直流PWM 调速系统。

（1）PWM变换器的工作状态和波形；（2）直流PWM调速系统的机械特性；（3）PWM 控制与变换器的数学模型；（4）电能回馈与泵升电压的限制。

1.4反馈控制闭环直流调速系统的稳态分析和设计本节提要:转速控制的要求和调速指标；开环调速系统及其存在的问题；闭环调速系统的组成及其静特性；开环系统特性和闭环系统特性的关系；反馈控制规律；限流保护——电流截止负反馈1.5 反馈控制闭环直流调速系统的动态分析和设计反馈控制闭环直流调速系统的动态数学模型;反馈控制闭环直流调速系统的稳定条件; 动态校正——PI调节器的设计;系统设计举例与参数计算转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法内容提要：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。

直流调速系统复习题库

1．双闭环的调速系统的特点是：利用（ASR 的饱和非线性）实现了（“准时间最优”）控制，同时带来了（转速超调）。

2．在设计双闭环系统的调节器时，先设计（内环的ACR ），然后设计（外环的ASR ）。

3．在双闭环调速系统中，电流调节器主要是对（电网电压波动）起调解作用；而转速调节器主要是对（负载扰动）起抗扰调节作用。

4．变电压调速是直流调速系统用的主要方法，调节电枢电压常用的三种可控制电源分别为（旋转变流机组）、（静止可控整流器）及（脉宽调制器和直流斩波变换器）。

5．直流电动机的调速方法有三种，即为（改变电枢电压调速）、（弱磁调速）和（电枢回路串电阻）调速。

6．直流调速系统的静态技术指标有（调速范围D ）和（静差率S ），它们的表达式分别为（max min n D n =）和（min cl o n s n ∆=），它们之间的关系式为（(1)nom nomn s D s n =-∆）。

7．脉中宽度调制简称(PWM)，它是通过功率管开关作用，将（恒定直流电压）转换成频率一定，宽度可调的（方波脉冲电压），通过调节（脉冲电压的宽度），改变输出电压的平均值的一种变换技术。

8．调速控制系统是通过对（电动机）的控制，将（电能）转换成（机械能），并且控制工作机械按（给定）的运动规律运行的装置。

9．用（直流电动机）作为原动机的传动方式称为直流调速，用（交流电动机）作为原动机的传动方式称为交流调速。

10．电气控制系统的调速性能指标可概括为（静态）和（动态）调速指标。

11．在电动机微机控制系统中，电动机是（被控对象），微型计算机则起（控制器）的作用。

12．总的来说，在电动机微机控制系统中，计算机主要完成（实时控制）、（监控）和（数据处理）等工作。

13．模拟信号到数字信号转换包括（采样）和（量化）两个过程。

14．PID 控制中P 、I 、D 的含义分别是（比例）、（积分）和（微分）。

15．脉冲式传感器检测转速的方法有（M 法测速）、（T 法测速）和（M/T 法测速）。

双闭环系统的最佳工程设计

双闭环系统的最佳工程设计双闭环系统是一种工程控制系统的设计方式，它采用了两个控制回路，分别对应着速度和位置控制。

这种系统在很多领域都应用广泛，比如机器人控制、电机控制和汽车转向等。

它的优点在于可以提高控制系统的精度、响应速度和稳定性，并且可以在一定程度上减少系统失控的风险。

因此，要想做到双闭环系统的最佳工程设计，就需要考虑以下几个方面。

一、系统结构的设计系统结构是整个双闭环系统最基础的设计要素之一。

在设计时，需要考虑到系统的控制目标、进给机构及反馈机制等因素，以确保系统的可靠性、稳定性、高效性。

此外，系统结构的设计还需要考虑到简化性、可调性和可拓展性等因素，在设计过程中需要充分考虑这些因素，才能最终实现系统的最佳设计。

二、传感器的选择和安装在双闭环系统中，传感器的选择和安装也是非常重要的一环。

传感器通常用于实现位置和速度的反馈，在系统中起到了至关重要的作用。

在传感器选择方面，需要考虑到传感器的准确性、响应速度、寿命以及成本等因素。

在安装方面，需要保证传感器的位置和朝向都正确，以确保反馈的准确性和及时性。

三、控制算法的设计控制算法是双闭环系统设计中不可缺少的一部分，它直接决定了系统的控制精度和响应速度。

在设计时，需要根据实际应用的情况，选择合适的控制算法，比如PID控制算法、模糊控制算法、LQR控制算法等。

此外，还需要考虑如何对控制算法进行参数优化和调试，以确保系统的最佳控制性能。

四、电机驱动控制器的选择和设计电机驱动控制器是双闭环系统中控制力矩的关键部分。

在选择和设计电机驱动控制器时，需要考虑到电机的类型、功率、控制方式和响应速度等因素。

此外，还需要关注控制器的电源和保护功能，以确保系统的稳定性和安全性。

五、软件系统的设计和实现软件系统的设计和实现是双闭环系统中非常重要的一部分。

在设计时，需要考虑到系统的可扩展性、可调试性、可靠性和可重用性等因素。

同时，还需要根据实际应用的需求，灵活地选择控制算法、传感器驱动和通信方式等要素，以实现系统的最佳性能。

双闭环直流调速系统的设计与仿真毕业设计论文

本科毕业设计（论文）题目：双闭环直流调速系统的设计与仿真研究Graduation Design (Thesis)Design and Simulation of Double Loop DC Motor Control SystemByWu JieSupervised byAssociate Prof. Zhang zhenyanDepartment of Automation EngineeringNanjing Institute of TechnologyMay, 2014摘要为了提高运动控制系统在实际工程中的应用效率，本文介绍了直流调速系统的工程设计方法[1]，利用 MATLAB软件，对直流调速系统进行数学建模和系统仿真的研究。

所给出的仿真方法，可以灵活地调节系统的参数，从而获得理想的设计结果，并对设计出的系统进行分析。

建立调节器工程设计方法所遵循的原则是:1）概念清楚、易懂。

2）计算公式简明、好记。

3）不仅给出参数计算公式，而且指明参数调节方向。

4）能考虑饱和非线性控制的情况，同时给出简单的计算公式。

5）适合于各种可以简化成典型系统的反馈控制系统[2]。

由于这个课题相对简单，我在里面加入了相关性的内容以丰富本课题的广度和深度。

在本设计中，我加入了三种简单的单闭环直流调速系统，并且通过对它们进行仿真分析，比较找出了它们的不足之处，从而更明显地体现了双闭环直流调速系统的优越性。

并且通过对两种典型的双闭环直流调速系统进行仿真分析，从而更好地理解和运用双闭环直流调速系统[3]。

关键词：直流电动机；双闭环调速；MATLAB；仿真；直流调速系统；直流脉宽调制；工程设计方法ABSTRACTIn order to raise application efficiency of the motion control system in actual project ,this article discussed the engineering design methods of the speed-governing system of DC motor. The mathematical modeling and system simulation of direct current governor system are researched by means of MATLAB platform . The simulation method can adjust the system controller parameters flexibly, so as to achieve the ideal design results, and the design of the system are analyzed.A controller design method is the principles of:（1）The concept of clear, easy to understand.（2）Simple formula, easy to remember.（3）Not only gives the parameter calculation formula, and indicates the parameter adjustment direction.（4）Can consider the saturation nonlinear control, and gives a simple formula.（5）Suitable for all kinds of feedback control systems can be simplified into a typical system.Because this subject is relatively simple, I joined the correlation content inside to enrich the breadth and depth of the subject. In this design, I added three simple single loop DC speed regulation system, and then analyze them, compared to find their deficiencies, and thus more clearly showed the superiority of double closed loop DC speed regulating system. And through the simulation analysis of two kinds of typical double loop DC speed control system, so as to better understand and use the double loop DC speed control system.Keywords: DC motor, double closed loop，MATLAB，Simulation，V-M，PWM-M，The engineering design method目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第一章绪论 (1)1.1 课题研究背景 (1)1.2 直流调速系统国内外研究现状 (1)1.3 研究双闭环直流调速系统的意义 (2)1.4 论文的主要研究内容 (2)第二章仿真软件以及相关硬件简介 (3)2.1 MATLAB/Simulink仿真平台 (3)2.2 仿真的数值算法 (3)2.3 工程设计法 (4)2.4 直流电动机 (4)第三章简单闭环调速系统的设计与仿真 (5)3.1 单闭环有静差转速负反馈调速系统的设计与仿真 (5)3.2 单闭环无静差转速负反馈调速系统的设计与仿真 (11)3.3 带电流截止负反馈的转速反馈系统的设计与仿真 (13)3.4 简单闭环调速系统的优缺点比较 (15)第四章转速、电流双闭环直流调速系统的设计与仿真 (17)4.1 转速、电流双闭环调速系统的设计与仿真 (17)4.2 V-M直流调速系统的设计与仿真 (19)4.3 PWM-M直流调速系统的设计与仿真 (26)第五章总结与展望 (34)致谢 (35)参考文献 (36)第一章绪论1.1 课题研究背景在现代化的工业生产过程中，许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求有良好的稳态、动态性能[4]。

转速电流双闭环直流调速系统仿真与设计

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仿真与设计转速电流双闭环直流调速系统仿真与设计1. 设计题目转速电流双闭环直流调速系统仿真与设计2. 设计任务已知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,基本数据如下：1）直流电动机：160V、120A、1000r/min、C e=r,允许过载倍数λ=2）晶闸管装置放大系数：K s=303）电枢回路总电阻：R=Ω4）时间常数：T l=,T m=,转速滤波环节时间常数T on取5）电压调节器和电流调节器的给定电压均为10V试按工程设计方法设计双闭环系统的电流调节器和转速调节器,并用Simulink建立系统模型,给出仿真结果;系统要求：1）稳态指标：无静差2）动态指标：电流超调量σi ≤5%；空载起动到额定转速时超调量σn ≤10%3. 设计要求根据电力拖动自动控制理论,按工程设计方法设计双闭环调速系统的步骤如下：1）设计电流调节器的结构和参数,将电流环校正成典型I型系统；2）在简化电流环的条件下,设计速度调节器的结构和参数,将速度环校正成典型II型系统；3）进行Simulink仿真,验证设计的有效性;4.设计内容1 设计思路：带转速负反馈的单闭环系统,由于它能够随着负载的变化而相应的改变电枢电压,以补偿电枢回路电阻压降的变化,所以相对开环系统它能够有效的减少稳态速降;当反馈控制闭环调速系统使用带比例放大器时,它依靠被调量的偏差进行控制的,因此是有静差率的调速系统,而比例积分控制器可使系统在无静差的情况下保持恒速,实现无静差调速;对电机启动的冲击电流以及电机堵转时的堵转电流,可以用附带电流截止负反馈作限流保护,但这并不能控制电流的动态波形;按反馈的控制规律,采用某个物理量的负反馈就可以保持该基本量基本不变,采用电流负反馈就应该能够得到近似的恒流过程;另外,在单闭环调速系统中,用一个调节器综合多种信号,各参数间相互影响,难于进行调节器的参数调速;例如,在带电流截止负反馈的转速负反馈的单闭环系统中,同一调节器担负着正常负载时的速度调节和过载时的电流调节,调节器的动态参数无法保证两种调节过程均具有良好的动态品质;按照电机理想运行特性,应该在启动过程中只有电流负反馈,达到稳态转速后,又希望只有转速反馈,双闭环调速系统的静特性就在于当负载电流小于最大电流时,转速负反馈起主要作用,当电流达到最大值时,电流负反馈起主要作用,得到电流的自动保护;2双闭环调速系统的组成：a.系统电路原理图图2-1为转速、电流双闭环调速系统的原理图;图中两个调节器ASR和ACR 分别为转速调节器和电流调节器,二者串级连接,即把转速调节器的输出作为电流调节器的输入,再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置;电流环在内,称之为内环；转速环在外,称之为外环;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2－1 双闭环调速系统电路原理图b.系统动态结构图图2-2为双闭环调速系统的动态结构框图,由于电流检测信号中常含有交流分量,须加低通滤波,其滤波时间常数T oi按需要选定;滤波环节可以抑制反馈信号中的交流分量,但同时也给反馈信号带来了延滞;为了平衡这一延滞作用,在给定信号通道中加入一个相同时间常数的惯性环节,称作给定滤波环节;其作用是：让给定信号和反馈信号经过同样的延滞,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电机的换向纹波,因此也需要滤波,滤波时间常数用T on表示;根据和电流环一样的道理,在转速给定通道中也配上时间常数为T on的给定滤波环节;T oi—电流反馈滤波时间常数T on—转速反馈滤波时间常数图2－2双闭环调速系统的动态结构图3）按工程设计方法设计双闭环系统的ACR：设计多环控制系统的一般原则是：从内环开始,一环一环地逐步向外扩展;在这里是：先从电流环入手,首先设计好电流调节器,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;a.确定时间常数整流滤波时间常数T s,三相桥式电路的平均失控时间T s=；电流滤波时间常数T oi,三相桥式电路每个波头的时间是,为了基本虑平波头,应有1～2Toi=,因此取Toi=2ms=；电流环小时间常数T∑i,按小时间常数近似处理,取T∑i=T s+T oi=;b.选择电流调节器结构由设计要求：σi%≤5%,并保证系统稳态电流无误差,因此可按典型I型系统设计,电流调节器选用PI 型,其传递函数为: W ACR s =isis Ki ττ1+ c.校验近似条件电流环截止频率11.135-==s KI ci ω；晶闸管装置传递函数近似条件为：13ci sw T ≤=,满足近似条件；忽略反电动势对电流环影响的条件为：ci w ≥满足近似条件；小时间常数近似条件处理条件为：ci w ≤=, 满足近似条件;d.计算调节器电阻和电容电流调节器原理如图3－1所示,按所用运算放大器取R 0=40kΩ,各电阻和电容值计算如下：,取30k; ,取;-图3－1含给定滤波与反馈滤波的PI 型电流调节器按照上述参数,电流环可以达到的动态指标为：σi %=%<5%,满足设计4按工程设计方法设计双闭环系统的ASR ：a.确定时间常数电流环等效时间常数为20.0074i T s ∑=；转速滤波时间常数Ton ,根据所用测速发电机波纹情况,取Ton=；转速环小时间常数n T ∑ 按小时间常数近似处理,取n T ∑=20.0174i T Ton s ∑+=;b ．选择转速调节器结构由于设计要求无静差,转速调节器必须含有积分环节；又根据动态要求,应按典型Ⅱ型系统设计速度环,故ASR 选用PI 调节器,其传递函数为：1()n ASR nn s W s K sττ+= c.计算速度调节器参数按跟随和抗干扰性能较好的原则,取h=5,则ASR 的超前时间常数为：50.01740.087n n hT s τ∑==⨯=,转速环开环增益： 2224.39621-∑=+=s T h h K nN 于是,ASR 的比例系数: =d.校验近似条件由转速截止频率：15.341-===s n KN KNcn τωω; 电流环传递函数简化条件： ,满足简化条件; 转速环小时间常数近似条件为： ,满足近似条件;e.计算调节器电阻和电容转速调节原理图如图3－2所示,取040R k =Ω,则,取550k; ,取;图3－2含给定滤波与反馈滤波的PI 型转速调节器-按照上述参数,电流环可以达到的动态指标为：当h=5时,查表得%,虽然不满足设计要求,而实际上,突加阶跃给定时,ASR 饱和,应按退饱和的情况重新计算超调量,实际%,满足设计要求;5内、外开环对数幅频特性的比较图4－1把电流环和转速环的开环对数幅频特性画在一张图上,其中各转折频率和截止频率依次为：13.2700037.011-==∑s i T ,151.570174.011-==∑s n T , 151.34-=s cn ω,15.11087.011-=s n τ; 以上频率一个比一个小,从计算过程可以看出,这是必然的规律;因此,这样设计的双闭环系统,外环一定比内环慢;一般来说,1150~100-=s ci ω,150~20-=s cn ω;从外环的响应速度受到限制,这是按上述方法设计多环控制系统时的缺点;然而,这样一来,每个环本身都是稳定的,对系统的组成和调试工作非常有利;总之,多环系统的设计思想是：以稳为主,稳中求快;L/dBO1/-s ωiT ∑1ciωnT ∑1cn ωnτ1InI-电流内环 n-转速外环图4－1又闭环系统内环和外环的开环对数幅频特性－20－40－20－406 晶闸管的电压、电流定额计算a.晶闸管额定电压U N晶闸管额定电压必须大于元件在电路中实际承受的最大电压Um ,考虑到电网电压的波动和操作过电压等因素,还要放宽2～3倍的安全系数,即按下式选取U N ＝2～3Um ,式中系数2～3的取值应视运行条件,元件质量和对可靠性的要求程度而定;b.晶闸管额定电流I N为使晶闸管元件不因过热而损坏,需要按电流的有效值来计算其电流额定值;即必须使元件的额定电流有效值大于流过元件实际电流的最大有效值;可按下式计算：I N =~2K fb I MAX ;式中计算系数K fb =Kf/由整流电路型式而定,Kf 为波形系数,Kb 为共阴极或共阳极电路的支路数;当α=0时,三相全控桥电路K fb =,故计算的晶闸管额定电流为I N =~2K fb I MAX =~2 ××220×=～,取200A;7平波电抗器计算由于电动机电枢和变压器存在漏感,因而计算直流回路附加电抗器的电感量时,要从根据等效电路折算后求得的所需电感量中,扣除上述两种电感量;a.电枢电感量L M 按下式计算)(2103mH I Pn U K L NN N D M ⨯=P —电动机磁极对数,K D —计算系数,对一般无补偿电机：K D =8~12; b.整流变压器漏电感折算到次级绕组每相的漏电感L B 按下式计算)(100%2mH I U U K L dK BB •= U 2—变压器次级相电压有效值,I d —晶闸管装置直流侧的额定负载电流,K B —与整流主电路形式有关的系数;c.变流器在最小输出电流I dmin 时仍能维持电流连续时电抗器电感量L 按下式计算min2d I U K L •=, K 是与整流主电路形式有关的系数,三相全控桥K 取则L ＝mH.6）进行Simulink 仿真,验证设计的有效性a. 电流闭环的仿真如下图：为了研究系统的参数对动态性能的影响,分别取K I T ∑i =、、、,此时K I 的值也会随之变化,运行仿真,即可得不同K I 值的阶跃响应曲线：图6-1 KT=的阶跃响应曲线图6-2KT=的阶跃响应曲线图6-3 KT=的阶跃响应曲线图6-4 KT=的阶跃响应曲线由曲线可以看出如果要求动态响应快,可取KT=；如果要求系统超调小,则应把KT 的值取小些,可取KT<;无特殊要求,取折中值KT=,,称为最佳二阶系统;图6-1~图6-4反映了PI 调节器的参数对系统品质的影响趋势,在工程设计中,可以根据工艺的要求,直接修改PI 调节器的参数,找到一个在超调量和动态响应快慢上都较满意的电流环调节器;b. 转速环的仿真设计在增加转速环调节后,转速环开环传递函数如下： )1()1()(n 2n N n ++=∑s T s s K s W τ 校正后的调速系统动态结构框图如下所示：其中me n n N T C R K K βτα=;在matlab中搭建好系统的模型,如下图：转速环的仿真设计为满足系统在不同需求下的跟随性与抗扰行能要求,取h的之分别为：3、5、7、9. 用matlab仿真结果如下：图7-1h=3时的阶跃响应曲线图7-2h=5时的阶跃响应曲线图7-3h=7时的阶跃响应曲线图7-4h=9时的阶跃响应曲线由图可以看出：h值越小,动态降落也越小,恢复时间、调节时间也短,抗扰性能也越好,但是,从h<5以后,由于震荡剧烈h越小,恢复时间反而延长,综合起来看,h=5是最佳选择,也即最佳三阶系统;对电流环与转速环都是根据实际需要调节参数的,对比Ⅰ型、Ⅱ型系统可以发现：Ⅰ型系统可以在跟随性上做到超调小,但抗扰性能差；而Ⅱ型系统超调却相对较大,抗扰性能较好;5.设计心得a.通过该次设计,更加熟悉掌握了电流转速双闭环直流调速系统的结构组成以及它的工作原理,加深了对开环、闭环有静差、无静差调速的理解---闭环结构保证系统的稳定性与抗干扰能力；无静差调速则保证系统有较低的稳态误差;b.由此也初步掌握双闭环调节器的整个设计过程,其基本思想是先内环再外环;在结构框图的处理过程中有多处近似处理,简化了传递函数,从而使问题得到简化,因此称为被称为“工程设计方法”,这意味着在实际的应用中,在可以大大简化分析过程却很小影响分析结果的方法是很有价值的;从开环到闭环、从闭环无静差到有静差、从单环到双环着一些列的变化显示人们人知的渐进性;仿真是自己临时捡起matlab课本重新回顾才完成的,仿真的直观的证明了最佳二阶、三阶系统的参数,并再一次体现了matlab在控制中的重要作用,的确是一个很强大的仿真工具;整个仿真过程也加深了自己对电力拖动控制相关知识理解程度,相当于也许经过证明的才是最可靠的;d.由于水平有限,设计中肯定有许多错误和不足的地方,敬请老师指正;6．参考文献【1】陈伯时,电力拖动自动控制系统;机械工业出版社;【2】李荣生,电气传动控制设计指导;;。

自控系统课程设计课件-双闭环直流调速系统设计

起動過程
Id n Idcr Idm n IdL O t O 理想的快速起動過程 Id n Idm n IdL t
帶電流截止負回饋的單閉環調速系統
希望能實現的控制
– 在起動過程的主要階段，只有電流負回饋，沒有轉速負回饋。 – 達到穩態後，只要轉速負回饋，不讓電流負回饋發揮主要作用。
轉速、電流雙閉環直流調速系統
1. 抗負載擾動
±∆IdL
U*n
+
U*i Un
ASR
Ui
ACR
Ks Tss+1
Ud0 -
1/R
Id
Tl s+1
R Tms
E
1/Ce
n

2. 抗電網電壓擾動
±∆Ud U*n
+
-IdL
U*i Un
ASR
Ui
ACR
Ks Tss+1
Ud0 -
1/R
Id
Tl s+1
R Tms
E
1/Ce
n

轉速和電流兩個調節器的作用
1 c T
1
或
T
保證系統足夠穩定
控制系統的動態性能指標
1.跟隨性能指標 2.抗擾性能指標調速系統的動態指標以抗擾性能為主，而隨動系統的動態指標則以跟隨性能為主。
系統典型的階躍回應曲線
C (t )
Cmax C
Cmax
±5%（或±2%）
C
C
O 0
tr
ts
t
階躍回應跟隨性能指標
調節器結構的選擇
選擇調節器，將控制對象校正成為典型系統。
輸入
調節器系統校正

运动控制系统专业选修课教学大纲

《运动控制系统》课程教学大纲Motion Control Systems适用于四年制本科电气工程及其自动化专业学分：2.5 总学时：40 理论学时：36 实验/实践学时：4 /0一、课程作用与目的本课程（运动控制系统）是电气工程及其自动化专业的一门专业选修课，在学生学习过多门专业基础课的基础上开设，是对电气工程及其自动化本科阶段所学知识的总结和提高。

课程涵盖知识的内容多，范围广，难度大，实用性强，能够培养学生对知识融会贯通的能力，提高学生综合应用理论知识解决实际问题的能力。

二、课程基本要求1. 第一篇（直流调速系统）重点在于掌握以直流电动机为对象组成的运动控制系统，包括单闭环调速系统、多环调速系统、可逆调速系统和直流脉宽调速系统的基本组成和控制规律、静态、动态性能分析及工程设计方法；2. 第二篇（交流调速系统）重点在于掌握以交流电动机为对象组成的运动控制系统，包括调压调速系统、串级调速系统和变频调速系统的基本组成、工作原理和性能特点及系统设计方法；并了解国内国际自动控制领域的前沿科技。

三、教材及主要参考书1. 使用教材《电力拖动自动控制系统——运动控制系统》（第四版），机械工业出版社，阮毅.2010.2. 参考书[1]李宁.运动控制系统. 北京:高等教育出版社,2004[2]宋书中. 交流调速系统. 北京:机械工业出版社,2002[4]王成元. 现代电机控制技术. 北京:机械工业出版社,2009四、教学内容第一章绪论主要内容：运动控制系统的组成，运动控制系统的历史与发展，转矩控制规律，生产机械的负载转矩特性。

重点和难点：转矩控制规律。

第二章转速反馈控制的直流调速系统主要内容：直流调速的基本类型，直流调速系统用的可控直流电源，反馈控制闭环直流调速系统的稳态分析和设计，动态分析和设计，比例积分控制规律和无静差调速系统。

重点和难点：掌握反馈控制系统的稳态和动态分析与设计。

第三章转速、电流反馈控制的直流调速系统主要内容：双闭环直流调速系统的组成，静特性，数学模型和动态性能分析，调节器1的工程设计方法，按工程设计方法设计双闭环系统调节器，按离散控制系统设计数字控制器。

电力拖动自动控制系统_哈尔滨工程大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年

电力拖动自动控制系统_哈尔滨工程大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.相对于直流PWM调速系统，V-M系统（）。

答案:功率更高2.某直流降压调速系统的额定转速为1430r/min，额定转速降为115r/min，如果希望静差率不超过20%，则能满足的调速范围为（）。

答案:3.13.按工程设计方法设计转速、电流双闭环直流调速系统的调节器，设计原则是（）。

答案:先内环后外环4.可逆直流调速系统中，电动机工作于反转电动状态时，整流装置为（）。

答案:反组桥整流5.可以消除可逆V-M系统的瞬时脉动环流的方法包括（）。

答案:采用逻辑无环流控制6.采用a=b配合工作制的可逆V-M系统，正、反组桥控制电压是（）。

答案:正组桥由电流调节器输出给定7.采用a=b配合工作制的可逆V-M系统，当正组桥处于逆变状态，反组桥处于待整流状态，电动机工作在（）时。

答案:反向回馈制动8.转速、电流反馈控制直流可逆调速系统在正反转切换的过渡过程中，实现电动机能量回馈电网的过程是（）阶段。

答案:它组逆变9.桥式可逆直流PWM调速系统在电动机工作于（）状态可能会引起泵升电压。

答案:回馈制动10.离散化是（）控制系统的主要特点之一。

答案:数字11.异步电动机按转子（）的矢量控制系统的数学模型等效为直流电动机模型，可以仿照直流电动机的控制方法控制电磁转矩与磁链。

答案:磁链定向12.转速闭环直流调速系统不能够有效抑制的扰动包括（）。

答案:测速误差13.转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统可以通过控制转差角频率来控制转矩的前提是（）。

答案:保持气隙磁通不变14.相对于模拟控制系统，微机数字控制系统（）。

答案:稳定性好15.桥式可逆直流PWM调速系统在主电路上设置制动电阻的原因是（）。

答案:抑制泵升电压16.转速、电流反馈控制直流可逆调速系统在停车的过渡过程中，实现电动机正向电流衰减到零的是（）阶段。

答案:本组逆变17.a=b配合工作制的可逆V-M系统需要设置最小逆变角（）最小触发角。

2-4-按工程设计方法设计双闭环系(新3版)1

此外，如果对电流环的抗扰性能也有具体的要求，还得再校验一下抗扰性能指标是否满足。
4. 电流调节器的实现 • 模拟式电流调节器电路
图中 U*i —为电流给定电压；
–Id —为电流负反馈电压；
Uc —电力电子变换器的
控制电压。
图2-25 含给定滤波与反馈滤波的PI型电流调节器
• 电流调节器电路参数的计算公式
比普通转速调节器
Rn
Cn
增加了电容Cdn和电阻Rn 在转速负反馈的基础上叠加
了一个转速微分负反馈信号
Un* R0/2
R0/2
Ui*
τ dn=RoCdn
转速微分时间常数
Todn=RdnCdn
转速微分滤波时间常数
Con
+
R0/2
R0/2
Con
Cdn
Rdn
-an
带转速微分负反馈的转速动态结构图
Uct
U n *( s )
电流环经简化后可视作转速环中的一个环
节，为此，须求出它的闭环传递函数。由图2-24a可知
KI
Wcli
(
s)

U
Id (s)
* i
(
s)
/

s(Tis 1) 1 KI
1
Ti s2 1 s 1
s(Tis 1) KI
KI
(2-65)
• 传递函数化简
忽略高次项，上式可降阶近似为
1
+
K nτ n S + 1
1/β
TonS+1
τ nS
2 T ?i S + 1
IdL(S)
R
n (s)
CeCmS
-

转速电流双闭环直流调速系统和调节器工程设计方法

调节器结构的选择
选择调节器，将控制对象校正成为典型系统。
输入
调节器
输出
控制对象
系统校正
输入
典型系统
输出
典型I型系统
R(s)
K
C(s)
s(Ts 1)
T — 系统的惯性时间常数； K — 系统的开环增益。
选择参数，保证稳定。
c
1 T
或
cT 1，使系统足够
典型Ⅱ型系统
R(s)
K (s 1) C(s)
K 值成反比；在加速度输入下稳态误差为。
因此，I型系统不能用于具有加速度输入的随动系统。
（2）动态跟随性能指标
参数关系KT
阻尼比超调量
上升时间 tr 峰值时间 tp
相角稳定裕度截止频率c
0.25 0.39
0.5
0.69
1.0
0.8 0.707
0.6
0 % 1.5% 4.3 % 9.5 %
反馈系数计算
转速反馈系数
U
* nm
nm ax
电流反馈系数
U
* im
I dm
二、数学模型和动态性能分析
-IdL
U*n
+-
Un
U*i
WASR(s)
-
Ui
WACR(s) Uc
Ks Tss+1
-
Ud0
1/R Tl s+1
Id
+
R
n
Tms
1/Ce E
起动过程分析 n
n* I
II
III
按转速调节器ASR
不饱和、饱和、退
定义中频宽： h 2
T 1

双闭环直流调速系统_毕业设计论文

毕业设计（论文）双闭环直流调速系统设计双闭环直流调速系统设计摘要本文对微机控制的直流调速系统进行了较深入的研究，从直流调速系统的原理出发，建立了双闭环直流调速系统的数学模型，用MATLAB进行系统仿真，实现了控制器参数整定。

在此基础上以数字信号处理器(DSP)为控制器，通过对系统硬件和软件的设计实现了直流电动机双闭环调速系统的设计。

结果表明，此调速系统具有较强的鲁棒性。

关键词：微机控制，双闭环，直流调速，数字信号处理器The Design of the Double Closed LoopsDC Timing System ControllerAbstractIn this paper, DC timing system controlled by microcomputer had been researched deeply. Beginning with the theory of the DC timing system, the math model of the double closed loops DC timing system had been build up, the controller parameter had been adjusted after the system had been simulated with MATLAB,Based on the result of the simulation, digital signal processor (DSP) is taken as the controller, the design of the double closed loops timing system of the DC motor has been realized through the design of the system’s hardware and software. The result shows that this timing system has strong robust.Keywords: microcomputer control, double closed loops, DC timing, DSP第一章绪论1.1 研究背景和意义1.2 国内外研究现状和应用前景1.3 本研究课题的主要研究内容1.4 本章小结第二章课程的设计和要求2.1主要技术指标（1）静态：无静差（2）动态：电流超调量≤5%2.2设计要求（1）选择可控硅直流电动机调速系统的方案。

《电力拖动自动控制系统》教学大纲

《电力拖动自动控制系统》教学大纲一、课程基本信息1、课程英文名称：Automation Control System by Power Driving2、课程类别：专业方向课程3、课程学时：总学时64，实验学时84、学分：45、先修课程：《电路原理》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《电力电子技术》、《电机学》、《控制电机》、《自动控制原理》、《电力拖动基础》等专业基础课程6、适用专业：电气工程及其自动化二、课程的目的与任务课程的教学目的：本课程是电气工程及其自动化专业的专业特色课程。

通过本课程的学习，了解和掌握电力拖动自动控制系统的设计、校正和综合方法，为今后的工作打下专业基础。

课程教学的任务：了解直流电力拖动自动控制系统的特点，调速方法，调速系统的静态动态性能指标。

掌握直流转速单闭自动控制系统和转速、电流双闭环自动控制系统的静、动态设计方法，深刻领会和掌握控制系统的工程设计方法，能够熟练应用典型Ⅰ型、典型Ⅱ系统的设计和校正方法，了解可逆直流调速系统和位置随动系统的特点和设计方法。

了解交流电力拖动自动控制系统的特点，调速方法，特别是重点了解和掌握笼型异步电动机变压变频调速系统的原理、特点和设计方法，了解矢量控制技术在异步电动机变压变频调速系统的应用，了解同步电动机变压变频调速系统的特点和设计方法。

三、课程的基本要求本课程是所有专业基础课程的综合应用，特别是对《电力电子技术》、《电机学》、《控制电机》、《自动控制原理》、《电力拖动基础》以及《模拟电子技术》、《数字电子技术》的基础知识应用较多，学生必须在这些专业基础课程学习过后，才能开设本课程。

教师在授课中必须引导学生对专业基础课程的综合应用，按照系统的控制规律为主线，由简入繁、由低及高的循序深入，思路必须清楚，引导学生学习和掌握系统设计与分析的方法，培养学生对工程问题的处理方法，同时要认真进行和完成课程实验，并且通过课程设计，要求学生能够对简单的电力拖动自动控制系统进行性能分析和设计。

基于内模控制的双闭环直流调速系统的调节器设计

收稿日期：０ｌ０— ７２０－９２作者简介：渊深（９２）读博士生，教授，周１６－，在副主要从事电力电子与电力传动等方面的研究．
维普资讯
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２・０
连云港化工高等专科学校学报
维普资讯
第１卷５
第２期
连云港化工高等专科学校学报
ＪｕｎｌｏｆＬａｙｎａｇＣｏｌｇｆＣｈｍｉａＴｃｎｌｇｏｒａｉｎｕｇｎｌｅｏｅｃｌｅｈｏｏｙｅ
于转速调节器的设计口】但还没有形成１完整设计方法。本文参照多环系统的设计原则，，套形
成了１用内模控制原理设计电流调节器和速度调节器的方法，别设计了电流和转速调节器。套分理论分析和计算机仿真结果表明，此法设计的转速、流用电
略。１８９２年Ｇｒｉｃａ和Ｍｏａ提出的内模控制方法，计原理简单、数整定直观、统鲁棒性ｒｌ设参系
（ｏｕｔ强、制性能好，年来已在许多控制领域得到广泛应用。在直流调速系统中，已应用Ｒｂｓ）控近也
调节器参数调整方便，能优于按工程设计方法设计的常规性
Ｐ调节器，满足高性能传动系统的要求。Ｉ能

调节器的工程设计方法

调节器的工程设计方法一、掌握系统的动态性能指标自动掌握系统的动态性能指标包括：跟随性能指标抗扰性能指标1. 对给定输入跟随力量的性能指标：在给定信号或参考输入信号的作用下，系统输出量的变化状况可用跟随性能指标来描述。

常用的阶跃响应跟随性能指标有:·tr — 上升时间·σ — 超调量·ts — 调整时间2. 对扰动输入反抗力量的性能指标系统：稳态运行→受扰→稳态抗扰性能指标标志着掌握系统反抗扰动的力量。

常用的抗扰性能指标有·Cmax — 动态降落·tv — 恢复时间一般来说，调速系统的动态指标以抗扰性能为主，而随动系统的动态指标则以跟随性能为主。

二、突加扰动的动态过程和抗扰性能指标1. 典型I型系统① 结构图与传递函数式中T — 系统的惯性时间常数（系统固有，不变）；K — 系统的开环增益（可变）。

② 开环对数频率特性③ 性能特性典型的I型系统结构简洁，其对数幅频特性的中频段以–20 dB/dec 的斜率穿越0dB 线，只要参数的选择能保证足够的中频带宽度，系统就肯定是稳定的，且有足够的稳定裕量，即选择参数满意或于是，相角稳定裕度对于给定作用的跟随性是一阶无静差，σ%较小，但抗扰力量稍差。

2.典型Ⅱ型系统① 结构图和传递函数是Ⅱ型系统中最简洁且稳定的结构。

很多采纳PI调整器的调速系统和随动系统都可以成这种结构形式。

② 开环对数频率特性或对于给定作用的跟随性是二阶无静差，而且可以得到比较好的抗扰性能，但σ% 较大。

典型I型系统跟随性能指标和频域指标与参数的关系（ξ与KT的关系听从于式（*））详细选择参数时，应依据系统工艺要求选择参数以满意性能指标。

典型I型系统抗扰性能指标与参数的关系（1）稳态抗扰性能指标：由于扰动输入为阶跃信号，其输出为无静差。

即，系统受扰后可完全恢复。

（2）动态抗扰性能指标典型I 型系统扰动F 作用下的典型I 型系统a）上图是在扰动F 作用下的典型I 型系统，其中，W1 (s)是扰动作用点前面部分的传递函数，后面部分是W2 (s) 。