电流转速双闭环系统的课程设计
转速电流双闭环控制直流调速系统的课程设计
转速电流双闭环控制直流调速系统的课程设计流程介绍如下：
1.确定系统参数和控制策略：根据具体需求和电机特性，确定系
统参数和控制策略，如电机额定电压、额定电流、最大转速、控制器采样周期、PID控制器参数等。
2.搭建硬件平台：根据系统参数和控制策略，搭建硬件平台。
硬
件平台包括电机、电源、传感器、控制器等。
3.编写程序：根据系统参数和控制策略，编写程序。
程序主要分
为两部分，一部分是转速闭环控制程序，另一部分是电流闭环控制程序。
程序需要实时读取电机转速和电流传感器的反馈信号，并根据PID控制器的输出值调节电机电压和电流。
4.调试和测试：在搭建好硬件平台和编写好程序后，进行调试和
测试。
测试可以分为两个部分，一部分是转速闭环控制测试，另一部分是电流闭环控制测试。
测试的主要目的是验证程序的正确性和系统的控制性能。
5.总结和分析：在测试完成后，对测试结果进行总结和分析。
分
析结果可以用于进一步改进控制策略和优化系统性能。
总之，转速电流双闭环控制直流调速系统的课程设计需要深入了解电机控制原理和PID控制器的设计方法，需要具备一定的电路设计和编程能力。
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。
电流转速双闭环系统的课程设计
一、目录摘要 (2)一、概述 (2)二、设计任务与要求 (3)2.1 设计任务 (3)2.2 设计要求 (4)三、理论设计 (4)3.1 方案论证 (4)3.2 系统设计 (4)3.2.1 电流调节器设计 (4)3.2.2 速度调节器设计 (8)四、系统建模及仿真实验 (13)4.1 MATLAB 仿真软件介绍 (13)4.2 仿真建模 (13)4.3 仿真波形分析 (16)五、总结与体会 (18)参考文献 (19)摘要从七十年代开始，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。
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高，例如要求快速启制动，突加负载动态速降等等，单闭环系统就难以满足需要。
这是因为单闭环系统不能随心所欲的控制电流和转矩的动态过程。
双闭环直流调速系统是一个典型的系统，该系统一般含晶闸管可控整流主电路、移相控制电路、转速电的流双闭环调速控制电路、以及缺相和过流保护电路等．给定信号为0～10V直流信号，可对主电路输出电压进行平滑调节。
采用双PI调节器，可获得良好的动静态效果。
电流环校正成典型I型系统。
为使系统在阶跃扰动时无稳态误差，并具有较好的抗扰性能，速度环设计成典型Ⅱ型系统。
根据转速、电流双闭环调速系统的设计方法，用Simulink做了带电流变化率内环的三环直流调速系统进行仿真综合调试，分析系统的动态性能，并进行校正，得出正确的仿真波形图。
另外本文还介绍了实物制作的一些情况。
关键词：MATLAB 直流调速双闭环转速调节器电流调节器干扰一、概述本章主要介绍典型系统的数学模型、参数和性能指标关系，系统结构的近似处理和非典型系统的典型化，速度、电流双闭环直流调速系统工程设计方法。
在双闭环调速系统中，电动机、晶闸管整流装置、触发的装置都可按负载的工艺要求来选择和设计。
根据生产机械和工艺的要求提出系统的稳态和动态性能指标，而系统的固有部分往往不能满足性能指标要求，所以需要设计合适的校正环节来达到。
转速、电流双闭环直流系统设计
电流、转速双闭环调速系统设计
任务要求：现有一转矩为20Nm（小型电扇）的负载，并且该电扇的扇叶可以瞬间伸展，即可以瞬间改变负载的转矩，以达到增大旋转面积，加大风力的目的。
已知扇叶打开后的转矩为30Nm。
现要求设计一个调速系统，可以达到如下要求：
1.电扇从静止开始，给定电压后，加速到规定速度并恒速旋转（恒转矩负载启动）。
2.恒速旋转时，要求系统保持速度不变（具有较好的抗干扰能力）。
3.恒速旋转时，要求扇叶展业后能自动调速到恒定速度（突加给定）。
4.要求电流超调量σi《5%。
5.要求空载启动到额定转速时的转速超调量σn《10%。
6.要求调速范围为D=10，静差率s《2%。
设计分析：对于任务要求，可以选择电流、转速双闭环调速系统来达到目的。
4、5、6可以调节电流调节器与转速调节器达到要求，相比于开环系统和转速闭环系统，电流、转速双闭环系统的抗干扰能力更好，因此选择电流、转速双闭环系统来设计该系统。
给定数据：
直流电动机：Pn=2kw，Un=200v，In=12A，nN=600r/min，Ce= ，GD²= ，允许过载倍数λ=2；
晶闸管装置：采用三相桥式整流电路，晶闸管触发整流装置放大倍数K=80，平均延迟时间Ts=0.0017s;
电枢回路总电感：L=10mH，电枢回路总电阻：R=1.0欧母，速度调节器和电流调节器饱和输出电压Ucm=±10V。
双闭环调速系统的动态结构图：
参数计算：
双闭环直流调速系统仿真模型:
请打开matlabwork.mdl观察仿真结果。
分析与计算：。
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，n N=575r/min , R a=0.1Ω，电枢电路总电阻R=0.2Ω，电枢电路总电感L=7.59mH，电流允许过载倍数λ=2，折算到电动机轴的飞轮惯量GD2=215Nm2。
晶闸管整流装置放大倍数K s=40，滞后时间常数T s=0.0017s电流反馈系数β=0.024V/A(≈10V/2I N)转速反馈系数α=0.017V min/r(≈10V/n N)滤波时间常数取T oi=0.001s，T on=0.01s。
U nm∗=U im∗=U cm=10V；调节器输入电阻R0=40kΩ。
设计要求：稳态指标：无静差；动态指标：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%。
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 (25)参考文献 (26)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I dm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。
电流与转速双闭环直流调速系统的设计
一、调速系统总体设计双闭环直流调速系统中设置了两个调节器, 即转速调节器(ASR)和电流调节器(ACR), 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，且都带有输出限幅电路。
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 。
由于调速系统的主要被控量是转速, 故把转速负反馈组成的环作为外环, 以保证电动机的转速准确跟随给定电压, 把由电流负反馈组成的环作为内环, 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 ，这就形成了转速、电流双闭环调速系统。
图1-1 双闭环调速系统框图为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用PI 调节器。
这样构成的双闭环直流调速系统。
二、电流、转速调节器的设计转速、电流双闭环调速系统的动态结构图如图2-1所示：图2-1 双闭环直流调速系统动态结构图由于电流检测信号中常含有交流分量，为了不使它影响到调节器的输入，需T 加低通滤波。
这样的滤波传递函数可用一阶惯性环节来表示，其滤波时间常数oi 按需要选定，以滤平电流检测信号为准。
然而，在抑制交流分量的同时，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等时间常数的惯性环节，称作给定滤波环节。
由测速发电机得到的转速反馈电T表示，根据和电流环一压含有换向纹波，因此也需要滤波，滤波时间常数用onT的给定滤波环节。
样的道理，在转速给定通道上也加入时间常数为on系统设计的一般原则是：先内环后外环。
在这里，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。
2.1电流调节器的设计1.电流环结构框图的化简在按动态性能设计电流环时，可以暂不考虑反电动势变化的动态影响，即 E≈0。
这时，电流环如图2-2所示。
双闭环调速系统课程设计
双闭环调速系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解双闭环调速系统的基本原理和组成部分；2. 学生能掌握双闭环调速系统中速度环和电流环的工作原理及其相互关系；3. 学生能了解双闭环调速系统在工业生产中的应用。
技能目标：1. 学生能运用所学知识，分析并设计简单的双闭环调速系统；2. 学生能通过实际操作，完成双闭环调速系统的调试和优化；3. 学生能运用相关软件或工具，对双闭环调速系统进行仿真和分析。
情感态度价值观目标：1. 学生对双闭环调速系统产生兴趣，培养主动学习和探究的精神；2. 学生认识到双闭环调速系统在工程技术领域的重要性，增强对相关职业的认同感；3. 学生在团队协作中，培养沟通、合作和解决问题的能力。
课程性质：本课程为电气工程及其自动化专业核心课程，旨在使学生掌握双闭环调速系统的基本原理和设计方法。
学生特点：学生具备一定的电路基础和自动控制理论，具有较强的动手能力和探究精神。
教学要求：结合理论教学和实践操作，注重培养学生的实际应用能力和创新意识。
通过分解课程目标为具体学习成果，使学生在掌握知识的同时，提高技能和情感态度价值观。
后续教学设计和评估将以此为基础，确保课程目标的实现。
二、教学内容1. 双闭环调速系统基本原理- 介绍双闭环调速系统的定义、分类及其在工业生产中的应用；- 分析双闭环调速系统的结构及工作原理。
2. 速度环和电流环的工作原理- 详细讲解速度环和电流环的组成、功能及相互关系；- 分析速度环和电流环的参数整定方法及其对系统性能的影响。
3. 双闭环调速系统设计- 介绍双闭环调速系统的设计步骤和方法；- 结合实际案例，分析并设计双闭环调速系统。
4. 双闭环调速系统的调试与优化- 讲解双闭环调速系统调试的原理和方法；- 介绍优化双闭环调速系统性能的途径。
5. 双闭环调速系统的仿真与分析- 介绍常用仿真软件及其在双闭环调速系统中的应用；- 结合实际案例，进行双闭环调速系统的仿真分析。
转速 电流双闭环直流调速系统的课程设计(MATLAB Simulink)
电力拖动自动控制系统课程设计电气工程及其自动化专业任务书1.设计题目转速、电流双闭环直流调速系统的设计2.设计任务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=440V，I n=365A，n N=950r/min，R a=0.04,电枢电路总电阻R=0.0825,电枢电路总电感L=3.0mH,电流允许过载倍数=1.5，折算到电动机飞轮惯量GD2=20Nm2。
晶闸管整流装置放大倍数K s=40，滞后时间常数T s=0.0017s电流反馈系数=0.274V/A (10V/1.5IN)转速反馈系数=0.0158V min/r (10V/nN)滤波时间常数取T oi=0.002s，T on=0.01s===15V；调节器输入电阻R a=40k3.设计要求(1)稳态指标:无静差(2)动态指标:电流超调量5%；采用转速微分负反馈使转速超调量等于0。
目录任务书 (I)目录 (II)前言 (1)第一章双闭环直流调速系统的工作原理 (2)1.1 双闭环直流调速系统的介绍 (2)1.2 双闭环直流调速系统的组成 (3)1.3 双闭环直流调速系统的稳态结构图和静特性 (4)1.4 双闭环直流调速系统的数学模型 (5)1.4.1 双闭环直流调速系统的动态数学模型 (5)1.4.2 起动过程分析 (6)第二章调节器的工程设计 (9)2.1 调节器的设计原则 (9)2.2 Ⅰ型系统与Ⅱ型系统的性能比较 (10)2.3 电流调节器的设计 (11)2.3.1 结构框图的化简和结构的选择 (11)2.3.2 时间常数的计算 (12)2.3.3 选择电流调节器的结构 (13)2.3.4 计算电流调节器的参数 (13)2.3.5 校验近似条件 (14)2.3.6 计算调节器的电阻和电容 (15)2.4 转速调节器的设计 (15)2.4.1 转速环结构框图的化简 (15)2.4.2 确定时间常数 (17)2.4.3 选择转速调节器结构 (17)2.4.4 计算转速调节器参数 (17)2.4.5 检验近似条件 (18)2.4.6 计算调节器电阻和电容 (19)第三章Simulink仿真 (20)3.1 电流环的仿真设计 (20)3.2 转速环的仿真设计 (21)3.3 双闭环直流调速系统的仿真设计 (22)第四章设计心得 (24)参考文献 (25)前言许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求具有良好的稳态、动态性能。
转速、电流双闭环调速系统的设计
课程设计题目转速、电流双闭环调速系统的设计学生姓名学生学号专业名称电气工程及其自动化指导教师2012年2月14日目录一、前言 (2)二、方案原理图 (2)（一）转速、电流双闭环直流调速系统的系统组成 (2)（二）转速、电流双闭环直流调速系统的原理图 (3)三、设计要求 (3)四、参数计算 (4)1、稳态参数计算 (4)2、电流调节器ACR的设计 (4)3、转速调节器ASR的设计 (5)4、阻容和参数，元件型号，封装形式 (7)五、总结与体会 (7)一、前言：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。
20世纪90年代前的大约50年的时间里，直流电动机几乎是唯一的一种能实现高性能拖动控制的电动机，直流电动机的定子磁场和转子磁场相互独立并且正交，为控制提供了便捷的方式，使得电动机具有优良的起动，制动和调速性能。
尽管近年来直流电动机不断受到交流电动机及其它电动机的挑战，但至今直流电动机仍然是大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制首选。
因为它具有良好的线性特性，优异的控制性能，高效率等优点。
直流调速仍然是目前最可靠，精度最高的调速方法。
本次设计的主要任务就是应用自动控制理论和工程设计的方法对直流调速系统进行设计和控制，设计出能够达到性能指标要求的电力拖动系统的调节器。
二、方案原理图（一）转速、电流双闭环直流调速系统的系统组成图1-1 转速、电流双闭环直流调速系统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 Un*---转速给定电压Un---转速反馈电压Ui*---电流给定电压Ui---电流反馈电压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。
(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课程设计报告书
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，n N=575r/min , R a=0.1Ω，电枢电路总电阻R=0.2Ω，电枢电路总电感L=7.59mH，电流允许过载倍数λ=2，折算到电动机轴的飞轮惯量GD2=215Nm2。
晶闸管整流装置放大倍数K s=40，滞后时间常数T s=0.0017s电流反馈系数β=0.024V/A(≈10V/2I N)转速反馈系数α=0.017V min/r(≈10V/n N)滤波时间常数取T oi=0.001s，T on=0.01s。
U nm∗=U im∗=U cm=10V；调节器输入电阻R0=40kΩ。
设计要求：稳态指标：无静差；动态指标：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%。
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 (25)参考文献 (26)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I dm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。
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，n N=575r/min,R a=0.1Ω，电枢电路总电阻R=0.2Ω，电枢电路总电感L=7.59mH，电流允许过载倍数λ=2，折算到电动机轴的飞轮惯量GD2=215Nm2。
晶闸管整流装置放大倍数K s=40，滞后时间常数T s=0.0017s电流反馈系数β=0.024V/A(≈10V/2I N)转速反馈系数α=0.017V min/r(≈10V/n N)滤波时间常数取T oi=0.001s，T on=0.01s。
U nm∗=U im∗=U cm=10V；调节器输入电阻R0=40kΩ。
设计要求：稳态指标：无静差；动态指标：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%。
目录课程设计任务书1第一章直流双闭环调速系统原理21.1系统的组成21.2 系统的原理图3第二章转速、电流双闭环直流调速器的设计42.1 电流调节器的设计42.2 转速调节器的设计11第三章系统仿真18心得体会22参考文献23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I dm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。
转速电流双闭环直流调速系统_课程设计
转速电流双闭环直流调速系统课程设计学生：xxx学号：xxxxxxxx专业：电气工程及其自动化学院：信息工程与科学学院目录 (1)摘要 (2)第〇章任务书 (3)（一）设计参数 (3)（二）设计要求 (3)第一章主电路设计 (4)（一）系统组成 (4)（二）主电路原理 (4)（三）主电路元器件参数计算及器件选型 (5)1.3.1整流元器件参数计算与选型 (5)1.3.2其它元器件参数计算与选取 (6)第二章调节器设计 (9)（一）电流调节器设计 (9)（二）转速调节器设计 (10)第三章触发器设计 (12)第四章反馈环节、保护电路及其它电路设计 (13)（一）反馈环节设计 (13)4.1.1转速反馈环节设计 (13)4.1.2电流反馈环节设计 (13)（二）保护电路设计 (14)4.2.1过电流保护电路设计 (14)4.2.2过电压保护电路设计 (14)（三）其它电路设计 (15)4.3.1转速给定器设计 (15)4.3.2零速封锁器设计 (15)第五章系统仿真 (16)（一）仿真模型建立 (16)（二）仿真参数输入 (16)（三）仿真结果输出 (18)总结 (19)附表1第一章用表 (20)附表1-1 整流参数计算用常数 (20)附表1-2 晶闸管型号及其参数 (20)附表2第二章用表 (21)附表2-1整流装置失控时间（f=50Hz） (21)附表2-2典型I型系统动态跟随性能指标和频域指标与参数的关系 (21)附表2-3典型II型系统阶跃输入跟随性能指标（按M准则确定参数关系） 21rm in附表2-4典型II型系统动态抗扰性能指标与参数的关系 (21)参考文献 (22)本文介绍了基于工程设计对直流调速系统的设计。
根据直流调速双闭环控制系统的工作原理，利用晶闸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反馈环节、电流调节器以及转速反馈环节、转速调节器，构成电流环和转速环——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。
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一、目录摘要 (2)一、概述 (2)二、设计任务与要求 (3)2.1 设计任务 (3)2.2 设计要求 (4)三、理论设计 (4)3.1 方案论证 (4)3.2 系统设计 (4)3.2.1 电流调节器设计 (4)3.2.2 速度调节器设计 (8)四、系统建模及仿真实验 (13)4.1 MATLAB 仿真软件介绍 (13)4.2 仿真建模 (13)4.3 仿真波形分析 (16)五、总结与体会 (18)参考文献 (19)摘要从七十年代开始，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。
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高，例如要求快速启制动，突加负载动态速降等等，单闭环系统就难以满足需要。
这是因为单闭环系统不能随心所欲的控制电流和转矩的动态过程。
双闭环直流调速系统是一个典型的系统，该系统一般含晶闸管可控整流主电路、移相控制电路、转速电的流双闭环调速控制电路、以及缺相和过流保护电路等．给定信号为0～10V直流信号，可对主电路输出电压进行平滑调节。
采用双PI调节器，可获得良好的动静态效果。
电流环校正成典型I型系统。
为使系统在阶跃扰动时无稳态误差，并具有较好的抗扰性能，速度环设计成典型Ⅱ型系统。
根据转速、电流双闭环调速系统的设计方法，用Simulink做了带电流变化率内环的三环直流调速系统进行仿真综合调试，分析系统的动态性能，并进行校正，得出正确的仿真波形图。
另外本文还介绍了实物制作的一些情况。
关键词：MATLAB 直流调速双闭环转速调节器电流调节器干扰一、概述本章主要介绍典型系统的数学模型、参数和性能指标关系，系统结构的近似处理和非典型系统的典型化，速度、电流双闭环直流调速系统工程设计方法。
在双闭环调速系统中，电动机、晶闸管整流装置、触发的装置都可按负载的工艺要求来选择和设计。
根据生产机械和工艺的要求提出系统的稳态和动态性能指标，而系统的固有部分往往不能满足性能指标要求，所以需要设计合适的校正环节来达到。
对于调速系统来说，闭环调速比开环调速具有更好的调速性能。
而双闭环调速系统又要比单环调速系统具有更好的动态性能和抗扰性能。
基本的双环就是转速环和电流环，相应的要运用转速调节器和电流调节器对转速和电流进行调节。
为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在V-M调速系统中设计两个调节器，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。
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。
从闭的环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环，形成转速、电流双闭环调速系统。
自动控制原理中，为了区分系统的稳态精度，按照系统中所含积分环节的个数，把系统分为0型、I 型、II 型…系统 。
系统型别越高，系统的准确度越高，但相对稳定性变差。
0型系统的稳态精度最低，而III 型及III 型以上的系统则不易稳定，实际上极少应用。
因此，为了保证一定的稳态精度和相对的稳定性，通常在I 型和II 型系统中各选一种作为典型，称为典型I 型和II 型系统，作为工程设计方法的基础。
在此实验中，则是将电流环设计成典型I 型，将转速外环设计成典型II 型系统，从而实现设计的最优控制。
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。
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。
因此，只有设计成转速、电流双闭环直流调速系统则能满足这个要求。
二、设计任务及要求 2.1设计任务设计一个转速、电流双闭环直流的调速系统，要求利用晶闸管供电，整流装置采用三相桥式电路。
直流电动机参数：● 额定功率25KW ，额定电压220V ，额定电流136A ， ● 额定转速 1600r/m ，e C =0.132Vmin/r ， ● 允许过载倍数λ=1.5。
● 晶闸管装置放大系数：s K =40 ● 电枢电阻：R a =0.5Ω ● 电枢回路总电阻：2Ra=1Ω● 时间常数：机电时间常数m T =0.18s ， 电磁时间常数l T =0.03s ● 电流反馈系数：β=0.05V/A ● 转速反馈系数：α=0.007v min/r● 转速反馈滤波时间常数：on T =0.005s ，oi T =0.005s ● 总飞轮力矩：GD 2=2.5N.m h=62.2设计要求⑴ 系统稳态无静差，电流超调量 σi ≤ 5%；启动到额定转速时的转速退饱和超调量 σn ≤ 10％。
⑵ 系统具有过流、过压保护。
三、理论设计 3.1方案论证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，逐步向外扩展设计原则（本课题设计先设计电流内环，后的设计转速外环,再设计电流变化率内环）。
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转速调节系统中的一个内环节，再设计转速调节器。
然后在此基础上加入电流变化率内环,这样的系统能够实现良好的静态和稳态性能，结构简单，工作可靠，设计和调试方便，达到本课程设计的要求。
现代的电力拖动自动控制系统，除电机外，都是由惯性很小的电力电子器件、集成电路等组成的。
经过合理的简化处理，整个系统一般都可以近似为低阶系统，而用运算放大器或数字式微处理器可以精确地实现比例、积分、微分等控制规律，于是就有可能将多种多样的控制系统简化或近似成少数典型的低阶结构。
如果事先对这些典型系统作比较深人的研究，把它们的开环对数频率特性当做预期的特性，弄清楚它们的参数与系统性能指括的关系，写成简单的公式或制成简明的图表，则在设计时，只要把实际系统校正或简化成典型系统，就可以利用现成的公式和图表来进行参数计的算，设计过程就要简便得多。
这样，就有了建立工程设计方法的可能性。
双闭环直流调速系统的结构框图:3.2系统设计3.2.1电流调节器设计1．电流环结构框图的化简在双闭环调速系统中，系统的电磁时间常数l T 远小于机电时间常数m T ，因此，转速的图3.1 双闭环直流调速系统的动态结构图U *nαU c -I dLnU d0 U n+- -β+- U iW ASR (sW ACR (s)K sT ss +1 1/R T l s+1R T m sU*iI d1/C e +ERK K K i s i I τβ=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,可认为反电动势基本不变，即0≈∆E 。
这样，在按动态性能设计电流环时，可以暂不考虑反电动势变化的动态影响。
如果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)(*s U i /β，则电流环的便等效成单位负反馈系统。
最后，由于s T 和oi T 一般比l T 小得多，可以当作小惯性群而近似地看作是一个惯性环节。
则电流环结构框图最终简化为图3-2。
图3-2 电流环最终简化动态结构框图2．电流调节器结构的选择首先考虑应把电流环校正成哪一类典型系统。
从稳态要求上看，希望电流无静差，再从动态要求看，实际系统不允许电枢电流在突加控制作用时有太大的超调，以保证电流在动态过程中不超过允许值，而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要的因素，为此，电流环应以跟随性能为主，即应选用典型Ⅰ型系统。
电流环的控制对象是双惯性型的，要校正成典型I 型系统，显然应采用PI 型的电流调节器。
其传的递函数可以写成ss K S W i i i ACR ττ)1()(+= (3-1)为了让调节器零点与控制对象的大时间常数极点对消，选择l i T =τ (3-2)则电流环的动态结构框图便成为图3-3所示的典型形式。
(3-3)图3-3 校正成典型Ⅰ性系统的的电流环动态结构框图图3-4绘出了校正后电流环的开环对数幅频特性。
上述结果是在一系列假定条件下得到的。
图3-4 校正后电流环的的开环对数幅频特性3．电流调节器的参数计算 （1）．确定时间常数① 整流装置滞后时间常数Ts ，三相桥式电路的平均失控时间：Ts=0.00167s ≈0.0017s ② 电流滤波时间常数oi T ：s T oi 005.0=③ 电流环小时间常数之和i T ∑,按小时间常数近似处理，取s s s T T T oi S i 0067.0005.00017.0=+=+=∑检查对电源电压的抗扰性能48.40067.003.0==∑i T T L 计算电流调节器参数① 电流调节器超前时间常数:s T L i 03.0==τ② 电流环开环增益：要求σi ≤5%，按附表1，应取I K i T ∑=0.5，因此163.740067.05.05.0-∑===s s T K i I （3-3）于是，ACR 的比例系数的为12.105.040103.063.74=⨯⨯⨯==βτS i I i K R K K （3-4）③ 代入数据得到电流调节器的的传递函数为s s s W ACR 03.0)103.0(12.1)(+=（4）．校验近似条件电流环截止频率：163.74-==s K I ci ω① 晶闸管整流装置传递函数的近似条件ciS s T ω>=⨯=-11.1960017.03131满足近似条件。
② 忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件ci L m s T T ω<=⨯⨯=-182.4003.018.01313满足近似条件。
③ 电流环小时间常数近似处理条件ci oi S T T ω>=⨯=33.114005.00017.0131131满足近似条件。
4．电流调节器的实现含给定滤波和反馈滤波的的模拟式PI 型电流调节器原理图如图3-5所示。
图中*i U 为电流给定电压,d I β-为电流负反馈电压,调节器的输出就是电力电子变换器的控制电压c U 。
根据运算放大器的的电路原理，可以容易的导出R R K ii =(3-5) i i i C R =τ (3-6)oi oi C R T 041=(3-7) 根据式3-5，3-6，3-7，取KΩ=400R ，各电阻和电容值为KΩ=KΩ⨯==8.444012.10R K R i i ，取KΩ=8.44i RF F R C iii μτ67.0108.4403.03=⨯==， 取uF C i 67.0= F F R T C oi oi μ5.01040005.04430=⨯⨯==，取F C oi μ5.0=图3-5 含给定滤波和反馈滤波的的PI 型电流调节器按照上述参数，电流环可以达到的的动态跟随性能指标为%5%3.4<=i σ，满足设计要求。