原版单闭环直流调速系统
(完整版)转速负反馈单闭环直流调速系统.
例2.2 对于例2.1所示的开环系统，采用转 速负反馈构成单闭环系统，且已知晶闸管
整流器与触发装置的电压放大系数 Ks = 30，
= 0.015V·min/r，为了满足给定的要求，
计算放大器的电压放大系数KP 。
IdR
U*n +
_
∆Unn
Uct Kp
Ud0 + _ E Kss
1/Ce
n
Un
解：在例2.1中已经求得
IdR
U*n +
_
∆Unn
Uct Kp
Ks
Ud0 + _ E
1/Ce
n
Un
n
开环机械特性
闭环静特性
B
C
A
A’
D
Ud4 Ud3 Ud2 Ud1
O
Id1
Id2
Id3
Id4
Id
图2.19 闭环系统静特性和开环机械特性的关系
由此看来，闭环系统能够减少稳态速 降的实质在于它的自动调节作用，在于它 能随着负载的变化而相应地改变电枢电压， 以补偿电枢回路电阻压降。
运动控制系统
第2 章
直流调速系统
2.3 转速负反馈单闭环直流调速系统
2.3.1 单闭环调速系统的组成及静特性 2.3.2 单闭环调速系统的动态分析 2.3.3 无静差调速系统的积分控制规律 2.3.4 单闭环调速系统的限流保护
2.3.1 单闭环调速系统的组网 功率驱动装置 电动机
3. 开环系统机械特性 和闭环系统静特性的关系
比较一下开环系统的机械特性和闭环系统的静 特性，就能清楚地看出反馈闭环控制的优越性。如
果断开反馈回路，则上述系统的开环机械特性为
n Ud0 IdR Ce
单闭环直流调速系统实验报告
单闭环直流调速系统实验报告单闭环直流调速系统实验报告一、引言直流调速系统是现代工业中常用的一种电机调速方式。
本实验旨在通过搭建单闭环直流调速系统，探究其调速性能以及对电机转速的控制效果。
二、实验原理单闭环直流调速系统由电机、编码器、电流传感器、控制器和功率电路等组成。
电机通过功率电路接受控制器的指令，实现转速调节。
编码器用于测量电机转速，电流传感器用于测量电机电流。
三、实验步骤1. 搭建实验电路：将电机、编码器、电流传感器、控制器和功率电路按照实验原理连接起来。
2. 调试电机：通过控制器设置电机的运行参数，如额定转速、最大转矩等。
3. 运行实验：根据实验要求，设置不同的转速指令，观察电机的响应情况。
4. 记录实验数据：记录电机的转速、电流等数据，并绘制相应的曲线图。
5. 分析实验结果：根据实验数据，分析电机的调速性能和控制效果。
四、实验结果分析1. 转速响应特性：通过设置不同的转速指令，观察电机的转速响应情况。
实验结果显示，电机的转速随着指令的变化而变化，且响应速度较快。
2. 稳态误差分析：通过观察实验数据，计算电机在不同转速下的稳态误差。
实验结果显示，电机的稳态误差较小，说明了系统的控制效果较好。
3. 转速控制精度：通过观察实验数据，计算电机在不同转速下的控制精度。
实验结果显示，电机的转速控制精度较高，且随着转速的增加而提高。
五、实验总结本实验通过搭建单闭环直流调速系统，探究了其调速性能和对电机转速的控制效果。
实验结果表明，该系统具有较好的转速响应特性、稳态误差较小和较高的转速控制精度。
然而，实验中也发现了一些问题，如系统的抗干扰能力较弱等。
因此，在实际应用中，还需要进一步优化和改进。
六、展望基于本实验的结果和问题，未来可以进一步研究和改进单闭环直流调速系统。
例如，可以提高系统的抗干扰能力，提升转速控制的稳定性和精度。
同时，还可以探索其他调速方式，如双闭环调速系统等，以满足不同的工业应用需求。
单闭环直流调速系统介绍课件
智能化：引入 人工智能技术， 实现系统的自 适应控制和自 学习能力
网络化：通过 互联网和物联 网技术，实现 远程监控和故 障诊断
集成化：将多 个子系统集成 为一个整体， 提高系统的集 成度和可靠性
节能和环保的发展趋势
01
提高能源利用率：通过优化控制策略和算法，降低能耗，提高能源利用率
02
减少污染排放：采用环保材料和工艺，减少生产过程中的污染排放
单闭环直流调速 系统介绍课件
目录
01. 单闭环直流调速系统的基本 概念
02. 单闭环直流调速系统的控制 方式
03. 单闭环直流调速系统的应用 领域
04. 单闭环直流调速系统的发展 趋势
1
单闭环直流调速 系统的基本概念
直流调速系统的组成
01
整流器：将交流 电转换为直流电
02
滤波器：去除直 流电中的交流成
04
应用场合：适用于对转速要求不高，但对响应速度要求较高的场合
电流控制方式
STEP1
STEP2
STEP3
STEP4
电压控制方式： 通过控制电压 来调节电流， 实现调速
电流控制方式： 通过控制电流 来调节电压， 实现调速
速度控制方式： 通过控制速度 来调节电流， 实现调速
位置控制方式： 通过控制位置 来调节电流， 实现调速
网络化：实现远程监控 和控制，提高系统的可 维护性和可扩展性
谢谢
速度控制方式
1
电压控制方式：通过调节直流电源的输出电压来控制电机的转速
2
电流控制方式：通过调节直流电源的输出电流来控制电机的转速
3
转速控制方式：通过调节电机的转速来控制电机的转速
4
位置控制方式：通过调节电机的位置来控制电机的转速
单闭环直流调速系统课程设计
《单闭环直流调速系统课程设计》摘要：本课程设计旨在深入研究单闭环直流调速系统的原理、设计方法和实现技术。
通过对系统的理论分析和实际设计，掌握直流调速系统的基本特性和性能指标的优化方法。
课程设计包括系统的方案选择、参数计算、硬件电路设计、软件编程以及系统调试与性能测试等环节。
通过本次课程设计，培养学生的工程实践能力、创新思维和解决实际问题的能力，为今后从事相关领域的工作打下坚实的基础。
一、概述直流调速系统在工业生产、交通运输、电力电子等领域具有广泛的应用。
它能够实现对直流电动机转速的精确控制，满足不同工况下对转速稳定性和调速精度的要求。
单闭环直流调速系统是一种常见的调速系统结构，具有简单可靠、性能稳定等优点。
本课程设计将围绕单闭环直流调速系统展开，深入探讨其设计与实现的相关技术。
二、单闭环直流调速系统的工作原理单闭环直流调速系统主要由直流电动机、转速反馈环节、放大器、触发器和晶闸管整流装置等组成。
其工作原理如下：转速反馈环节将直流电动机的实际转速转换为电信号反馈到放大器输入端，与给定转速信号进行比较，得到偏差信号。
放大器对偏差信号进行放大处理后，输出触发脉冲信号控制晶闸管整流装置的导通和关断，从而改变直流电动机的电枢电压，实现对电动机转速的调节。
通过转速反馈环节的作用，系统能够使电动机的实际转速跟随给定转速变化，保持系统的稳定性和良好的调速性能。
三、系统方案的选择在进行单闭环直流调速系统课程设计时，首先需要进行系统方案的选择。
根据设计要求和实际应用场景，可以选择不同的调速方案。
常见的方案有转速负反馈单闭环调速系统、电流负反馈单闭环调速系统等。
转速负反馈单闭环调速系统具有结构简单、稳定性好、调速范围广等优点，适用于大多数调速控制场合；电流负反馈单闭环调速系统则能够提高系统的动态性能，适用于对动态响应要求较高的系统。
在本课程设计中，选择转速负反馈单闭环调速系统作为设计方案。
四、系统参数的计算系统参数的计算是单闭环直流调速系统设计的重要环节。
直流调速系统单闭环
sn N n N n 0min n m inn N
,
n m inn sNn N(1ss)n N
D n ma xn N n N s
n minn minn N (1s)
单闭环直流调速系统 -- 有静差系统
单闭环直流调速系统 -- 有静差系统
在假设忽略各种非线性因素等条件下，系统中各环节
ans = 2.3391
单闭环直流调速系统 -- 一般概念
对主电路微分方程右侧在相同区间积分，有：
21 6 6 23EidRLd ditddt
3
式中方括号内， 第一项平均值为：E = Cen = Cen ； 第二项平均值为：IdR ； 第三项平均值为：零。
单闭环直流调速系统 -- 一般概念
系统开环稳态特性：
n U d 0 C e I d R K p C K e s U n * I C d R e n 0 o p n op
单闭环直流调速系统 -- 有静差系统
注意：
1. 当 U*n 不变时，闭环系统的理想空载转速下降为
开环时的
1/(1+K)
：
n0cl
n0op 1K
2. 闭环时：ΔUn = Un* - Un ，开环时： ΔUn = Un* 。 开环时 Un 较大，闭环时 Un 较小。为保证理想 空载转速 n0 基本不变，系统闭环后应将 Un 放大 （1+K）倍。
若将输入、输出之间的放大倍数视为常数，则晶 闸管触发和整流装置就是一个具有纯滞后的放大环节， 其滞后作用是晶闸管整流装置的失控时间引起的。
单闭环直流调速系统 -- 有静差系统
晶闸管触发整流装置控制 电压的变化时刻 t2 到自然 换相点（即可以触发下一 相的起点，也就是输出电 压的变化点）的时间 Ts 称为失控时间。
实验一转速单闭环直流调速系统
实验一 转速单闭环直流调速系统一．开环直流调速系统１．原理图：220VUg励磁回路直流电机主回路２．接线：主回路、励磁回路、负载回路。
３．调整触发脉冲零位：给定电位u g ，双脉冲产生单元输入电位u c ，当0==c g u u 时，调双脉冲产生单元电位器RP ，观察示波器波形显示，使触发角︒︒=120~90α。
(由于电机电枢电阻，非纯电感负载，α应大于90°)4.开环机械特性测试：加励磁，给定0=gu，闭合主回路，强电交流输入电压调到220V。
若电机爬行，适当调双脉冲产生单元电位器RP，确保触发脉冲零位正确。
1) 负载Rg 开路（空载），调节正给定ug，使得电机转速min/1400rn=，记录直流电动机电流Id2) 给定ug保持不变，将负载电阻Rg放在最大，闭合负载回路。
逐步减小Rg，增大电机负载，测试电机静特性。
记录转速ｎ和对应电流Id，并作图。
二．转速单闭环调速系统 1．原理：直流电机主回路2．转速反馈整定：u g + -> u c ，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V u n 5=(用万用表测量)。
由于转速调节器ASR 是反相器，故转速反馈电压端极性取正。
3．转速调节器ASR 的限幅整定：ASR 接成PI 调节器，不通强电。
负给定u g -（ug<0）接ASR 的输入端,ASR 的输出端连接u c 。
ug<0，调ASR 的电位器RP1（对应正输出），观察示波器波形变化，使触发角︒︒=30~15α。
4．测闭环静特性：负给定u g -和u n 接ASR 的输入端，ASR 的输出端连接u c ，连接成闭环。
方法步骤同开环测试。
1)．有静差：ASR 为P 调节器（电容二端短路），测试静特性，并作图。
2)．无静差：ASR 为PI 调节器，测试静特性，并作图。
单闭环直流调速系统
第十七单元 晶闸管直流调速系统第二节单闭环直流调速系统一.转速负反馈宜流调速系统转速负反馈直流调速系统的原理如图17-40所示。
转速负反馈直流调速系统由转速给左、转速调节器ASR 、触发器CF 、晶闸管变流器U 、 测速发电机TG 等组成。
直流测速发电机输出电压与电动机转速成正比。
经分圧器分圧取出与转速n 成正 比的转速反馈电压Ufn 0转速给定电压Ugn 与Ufn 比较，其偏差电压A U=Ugn-Ufn 送转速调节器ASR 输入 端。
ASR 输出电圧作为触发器移相控制电压Uc,从而控制晶闸管变流器输出电压Udo 本闭环调速系统只有一个转速反馈环，故称为单闭环调速系统.1. 转速负反馈调速系统工作原理及其静特性设系统在负载T L 时，电动机以给定转速nl 稳定运行，此时电枢电流为Idl,对应 转速反馈电圧为Ufnl,晶闸管变流器输出电压为Udi 。
当电动机负载T L 增加时，电枢电流Id 也增加，电枢回路压降增加，电动机转速下 降，则Ufn 也相应下降， 而转速给定电压Ugn 不变，A U=Ugn-Ufn 加。
转速调节器ASR 输出电压Uc 增加，使控制角a 减小，晶闸管整流装置输出电压Ud 增加，于是电动机转速便相应自动回升，其调节过程可简述为：T L t — Id t — ld （R 》+Rd ） t I -*Ufn I U t — Uc t -* a | —Ud t -*n t 。
图17-41所示为闭坏系统静特性和开环机械特性的关系。
n亠 =H o + A//图17—41闭环系统静特性和开环机械特性的关系.图中①②③④曲线是不同Ud之下的开环机械特性。
假设当负载电流为Idl时，电动机运行在曲线①机械特性的A点上。
当负载电流增加为Id2时，在开环系统中由于Ugn不变，晶闸管变流器输出电压Ud 也不会变，但由丁•电枢电流Id增加，电枢回路压降增加，电动机转速将由A点沿着曲线①机械特性下降至&点，转速只能相应下降。
单闭环直流调速系统
单闭环直流调速系统简介单闭环直流调速系统是一种常见的电气传动系统，广泛应用于工业生产和机械控制领域。
该系统通过调节直流电机的电压和电流来实现对电机转速的精确控制。
本文将介绍单闭环直流调速系统的原理、主要组成部分以及工作原理。
原理单闭环直流调速系统的基本原理是通过调节电机的励磁电流和电压来改变电机的转速。
系统的闭环反馈控制可以实现对电机转速的精确控制。
具体的原理如下：1.转速测量：系统中通过安装转速传感器来测量电机的实时转速，并将测量值反馈给控制器。
2.错误计算：系统将设定的目标转速与实际转速进行比较，计算出误差值。
3.控制信号产生：根据误差值，系统控制器生成相应的调节信号。
4.调节信号传递：调节信号通过控制器输出，传递给电机的调速装置。
5.电机调速：电机的调速装置根据控制信号调整电机的电压和电流，从而实现对电机转速的控制。
组成部分单闭环直流调速系统主要包含以下几个组成部分：1.电机：直流电机是该系统的驱动设备，通过调整电机的电压和电流来实现转速控制。
2.电源：系统需要一个恒定的直流电源供应电机运行，并提供所需的电压和电流。
3.调速装置：调速装置是控制电机电压和电流的关键设备，通过改变输出电压和电流的大小来实现对电机转速的控制。
4.转速传感器：转速传感器用于测量电机的实际转速，并将测量值反馈给控制系统。
5.控制器：控制器是系统的核心部分，负责计算误差值并生成相应的调节信号。
6.显示器：显示器用于实时显示电机的转速和控制参数。
工作原理当系统启动时，电机会按照设定的初始转速开始运行。
转速传感器会实时测量电机的转速，并将测量值传递给控制器。
控制器根据设定的目标转速和实际转速计算出误差值。
控制器通过对误差值进行计算和处理，生成相应的调节信号。
调节信号经过控制器输出，传递给电机的调速装置。
调速装置根据调节信号调整电机的电压和电流，使电机的转速向目标转速靠近。
系统会周期性地重复上述过程，不断进行误差计算和调节信号生成，从而实现对电机转速的精确控制。
单闭环直流调速系统
调速范围 生产机械在额定负载时要求电动机提供的最高转速nmax 与最低转速nmin之比称为调速范围，用D表示。即： 静差率（表征转速的稳定程度） 调速系统在某一转速下稳定运行时，负载由理想空载增 加到规定负载时，所对应的转速降落Δn与理想转速n0 之比，用s表示。即： 两者之间的关系是：
带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统
带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统的框图
Us（S）
N（S）
-
+
K p
+
T(s),负载变化
+
电流载止
-
Ufn
Ufi
由于电流截止负反馈环节在正常工作状况下不起作用，所以系统框图上可以省去。
在如图所示的调速系统中，已知负载变化为： 求：负载变化所产生的转速降。 若此时系统的给定量为： ，此时系统的稳 态输出nN。 该系统是否能满足5%的静差率。
降低速降的实质是什么?
结论： 闭环调速系统可以获得比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而在保证一定静差率的要求下，能够提高调速范围，为此所需付出的代价是，须增设电压放大器以及检测与反馈装置。
转速单闭环调速系统结构图
0
闭环静特性
开环机械特性
0
Id1
Id3
Id2
Id4
O
A
B
C
A′
D
Ud4
Ud3
Ud2
Ud1
n
系统调节过程
闭环系统能够减少稳态速降的实质在于它的自动调节作用，在于它能随着负载的变化而相应地改变电枢电压，以补偿电枢回路电阻压降。
闭环系统减小速降的物理意义
章节一
例题
思路:根据
在上例中，龙门刨床要求, D = 20，s ≤5%， 已知 Ks = 30， = 0.015V·min/r， Ce = 0.2V·min/r,采用闭环系统,如何设计放大器以满足此要求？
单闭环pwm直流调速系统分析及校正
调速响应速度：系统的调速响应速度决定了系统的性能
调速精度：系统的调速精度决定了系统的性能
系统的动态特性分析
动态特性：系统的响应速度和稳定性
添加标题
响应速度：系统对输入信号的响应速度
添加标题
稳定性：系统在受到干扰后能否保持稳定
添加标题
动态特性分析方法：使用数学模型和仿真软件进行分析
添加标题
驱动电路：设计驱动电路，实现对电机的驱动和控制
添加标题
反馈电路：设计反馈电路，实现对电机转速的实时监测
添加标题
电源电路：设计电源电路，为系统提供稳定的电源供应
添加标题
保护电路：设计保护电路，防止过流、过压等异常情况对系统的损坏
软件实现
软件部署：将软件部署到硬件平台上，实现系统的运行和调速功能
校正效果：提高系统的稳定性和响应速度，降低误差和振荡
校正方法：采用PID控制器进行校正，包括比例、积分、微分三个部分
校正原理：通过调整闭环系统的参数，使系统达到稳定状态
系统的PID校正
PID控制器的设计：根据系统特性选择合适的PID参数
校正方法：采用Ziegler-Nichols方法、Tyreus-Luyben方法等
优化目标：提高系统的稳定性和响应速度
优化方法：采用自适应控制算法，如PID控制、模糊控制等
优化效果：提高系统的动态性能和抗干扰能力
优化参数：根据系统特性和优化目标，调整控制参数，如PID控制器的参数等
优化目标的确定
优化系统的控制参数和算法，提高系统的性能和效率
提高系统的精度和可靠性
降低系统的功耗和发热量
软件测试：对软件进行测试，确保其正确性和稳定性
单闭环直流调速系统的基本工作原理
单闭环直流调速系统的基本工作原理系统的基本原理是根据电机的实际转速和设定转速之间的误差，通过调节电源电压来控制电机的转速，使实际转速与设定转速保持一致。
具体工作过程可以分为以下几个阶段：
1.电源输入：将交流电源转换为直流电源供给电机。
交流电源经过整流电路，将交流电转换为直流电。
2.电流控制：通过变阻器来改变电压，调节电阻的大小，从而控制直流电机的输入电流。
当电阻增大时，电机的输入电流减小，反之亦然。
3.转速检测：通过转速传感器测量电机的实际转速，并将测量值与设定值进行比较，计算出转速的误差。
转速传感器通常是使用光电传感器或霍尔传感器等。
4.控制器：根据转速误差来调节电机输入电压。
控制器可以是模拟控制器或数字控制器，根据系统的要求来选择。
控制器通过与电机控制电路相连，从而控制电机的输出。
5.输出功率：经过调整电源电压后，电机输出的功率与实际负载相匹配。
控制电路会根据设定值和转速误差来调节电机输出的功率，使其尽可能接近设定值。
总结起来，单闭环直流调速系统的基本原理是通过将交流电源转换为直流电源，通过调节电压来控制电机的输入电流，利用转速传感器测量实际转速并与设定值比较，然后通过控制器调节电机的输入电压，使实际转速与设定转速之间的误差尽可能减小。
通过这种方式，可以实现对直流电机的调速控制，适应不同负载要求和工作条件。
单片机控制的单闭环直流调速系统方案
单片机控制的单闭环直流调速系统方案一、引言二、系统框图单闭环直流调速系统的框图如下所示：```+---------++---------+Reference Signal -------> ，， --------->PI Controller ，， DSensor Signal ------> ，， <-------- ， Motor ，Motor，+---------++---------+```三、系统原理单闭环直流调速系统的原理是通过测量电机转速并与期望转速进行比较，通过控制电机的电压来实现转速的调节。
具体步骤如下：1.设置期望转速作为参考信号，并通过PI控制器处理。
2.从电机中获取实际转速信号，并进行采样与处理。
3.将期望转速信号和实际转速信号比较，并通过PI控制器生成控制电压信号。
4.控制电压信号经过放大器和功率电路后，输出给电机，从而改变电机的转速。
5.通过调节PI控制器的参数，使得实际转速逐渐接近期望转速，以实现闭环控制。
四、硬件设计硬件设计主要包括传感器、单片机、PI控制器、功率电路和电机模块。
1.传感器：通常使用霍尔传感器或光电传感器测量电机的转速，并将转速信号传输给单片机进行处理。
2.单片机：负责处理采集到的转速信号，并通过PI控制器生成相应的控制电压信号，控制电机的转速。
3.PI控制器：根据参考信号和实际信号的差异来调节电机的转速。
通常使用PID控制器或PI控制器进行电机转速控制。
4.功率电路：负责将单片机输出的控制电压信号放大，并对电机施加相应的驱动电压，从而改变电机的转速。
5.电机模块：包括直流电机本体和电机驱动器，用于转换电能为机械能，并通过传动装置实现负载的转动。
五、软件设计软件设计主要包括单片机程序的编写、PID控制算法的实现以及参数的调节。
1.单片机程序：通过编写单片机程序，实现对转速信号的采集、处理和输出控制信号等功能。
应根据具体的单片机型号选择相应的开发平台和编程语言。
第1章 单闭环直流调速系统
TL ↑→ n ↓→ E ↓→ I d ↑→ I d R ↑
Ufin ↓→∆Un(=Un −Ufin) ↑→ c ↑→ d ↑ U U
Spring 2011
华南理工大学
15
n B (开环机械特性）
1 2 3 4 Ud4 5 Ud3 Ud2 U d1 Id A（闭环机械特性）
图1－6 闭环系统静特性与开环机械特性的关系
Spring 2011
华南理工大学
17
1.2.2.3 系统的静特性方程 为便于分析,先作如下假定： （1）忽略各种非线性因素，认为各环节 的输入输出关系是线性的。 （2）假定只工作在V－M系统开环机械特 性的连续段。 （3）忽略直流电源和电位器的内阻，且 认为电动机的磁场不变。
Spring 2011
Spring 2011
U
华南理工大学
19
Id R n= = − = nob − ∆nb （1-4） Ce (1+ Kp Ksα / Ce ) Ce (1+ K) Ce (1+ K)
Kp KsUn − Id R
Kp KsUn
Un +
-
∆Un
-IdR +
E
-
Kp
Ufn
Ks
1 Ce
n
1 Ce
n
Ufn
α
α
第一章 单闭环直流调速系统
华南理工大学
Spring 2011
内容提要
本章着重讨论基本的单闭环控制系 统及其分析与设计方法。 统及其分析与设计方法。 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
Spring 2011
直流调速系统的构成 单闭环调速系统的稳态分析与设计 单闭环调速系统的动态分析与设计 无静差调速系统 电压反馈电流补偿控制的调速系统
单闭环直流调速系统(终稿)
目录一、摘要 (2)二、总体方案设计 (3)1、控制原理2、控制结构图三、参数计算 (5)1、静态参数设计计算2、动态参数设计计算四、稳定性分析 (8)1、基于经典自控理论得分析2、利用MATLAB辅助分析A、利用根轨迹分析B、在频域内分析奈氏曲线：bode图利用单输入单输出仿真工具箱分析用Simulink仿真五、系统校正 (14)1、系统校正的工具2、调节器的选择3、校正环节的设计4、限流装置的选择六、系统验证 (15)1、分析系统的各项指标2、单位阶跃响应3、Simulink仿真系统验证系统运行情况七、心得体会 (20)八、参考文献 (20)一、摘要运动控制课是后续于自动控制原理课的课程，是更加接近本专业实现应用的一门课程。
直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。
由于直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。
所以加深直流电机控制原理理解有很重要的意义。
本设计首先进行总体系统设计，然后确定各个参数，当明确了系统传函之后，再进行稳定性分析，在稳定的基础上，进行整定以达到设计要求。
另外，设计过程中还要以matlab为工具，以求简明直观而方便快捷的设计过程。
二、总体方案设计1、控制原理根据设计要求，所设计的系统应为单闭环直流调速系统，选定转速为反馈量，采用变电压调节方式，实现对直流电机的无极平滑调速。
所以，设计如下的原理图：图1、单闭环直流调速系统原理图转速用与电动机同轴相连的测速电机产生的正比于转速的电压信号反馈到输入端，再与给定值比较，经放大环节产生控制电压，再通过电力电子变换器来调节电机回路电流，达到控制电机转速的目的。
这里，电压放大环节采用集成电路运算放大器实现，主电路用晶闸管可控整流器调节对电机的电源供给。
所以，更具体的原理图如下：图2、单闭环直流调速系统具体原理图2、控制结构图有了原理图之后，把各环节的静态参数用自控原理中的结构图表示，就得到了系统的稳态结构框图。
3.单闭环直流调速系统
闭环系统的开环放大系数K为
K
K p K s Ce
它相当于在测速反馈电位器输出端把反馈回路断开后，从放大器输 入起直到测速反馈输出为止总的电压放大系数，是各环节单独的放大系 数的乘积。 电动机环节放大系数为
E Ce n
闭环系统的稳态结构框图
- IdR
U*n
+
∆Un
-
Kp
Uc
Ks
Ud
0
+
E
1/Ce
例题 1-2
某龙门刨床工作台拖动采用直流电动机， 其额定数据如下： 60kW 、 220V 、 305A 、 1000r/min ， 采用 V-M 系统，主电路总电阻，电动机电动势系数。 如果要求调速范围 D = 20 ，静差率 5% ，采用开环 调速能否满足？若要满足这个要求，系统的额定速 降最多能有多少？
机械特性为
* U d 0 I d R K p KsU n RId n n0op nop Ce Ce Ce
(1-3-2)
而闭环时的静特性可写成
RId n n0cl ncl Ce (1 K ) Ce (1 K )
* K p KsU n
(1-3-3)
系统特性比较
n
Un
图1-3-2 转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构图
b）只考虑给定作用时的闭环系统
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单闭环直流调速系统的设计与仿真单回路的直流调速系统的设计和仿真内容摘要：在对调速性能有较高要求的领域，如果直流电动机开环系统稳态性能不满足要求，可利用速度负反馈提高稳态精度，而采用比例调节器的负反馈调速系统仍是有静差的，为了消除系统的静差，可利用积分调节器代替比例调节器。
通过对单闭环调速系统的组成部分可控电源、由运算放大器组成的调节器、晶闸管触发整流装置、电机模型和测速电机等模块的理论分析，比较原始系统和校正后系统的差别，得出直流电机调速系统的最优模型。
然后用此理论去设计一个实际的调速系统，并用MATLAB仿真进行正确性的验证。
关键词：稳态性能稳定性开环闭环负反馈静差The design and simulation ofSingle loop dc speed control systemAbstract :In the higher demand for performance of speed, if the open loop dc system's steady performance does not meet the requirements, can use speed inverse feedback to improve steadystate precision, but although the speed inverse feedback system adopts proportion regulator,it still have off, in order to eliminate static, can use integral regulator to replace proportion regulator.Based on the theoretical analysis of the single closed loop system which is made up of controllable power, the regulator which is made up of operational amplifier, a rectifier triggered by thyristor , motor model and tachogenerators module, compare the difference of the open loop system and the closed loop system,the original system and the this paper compares the theory of open loop system and the closed-loop system, the difference of primitive system and calibrated system, conclude the optimal model of the dc motor speed control system. Then use this theory to design a practical control system, and verify the validity with MATLAB simulation.Key words: steady-statebehaviour stability open loop Close-loop feedback offset目录1绪论 (1)1.1直流调速系统概述 (1)1.2 MATLAB简介 (1)2 单闭环控制的直流调速系统简介 (2)2.1 V—M系统简介 (2)2.2转速控制闭环调速系统的调速指标 (2)2.3闭环调速系统的组成及静特性 (3)2.4反馈控制规律 (4)2.5主要部件 (5)2.5.1 比例放大器 (5)2.5.2 比例积分放大器 (5)2.5.3额定励磁下直流电动机 (7)2.6稳定条件 (8)2.7稳态抗扰误差分析 (8)3 单闭环直流调速系统的设计及仿真 (10)3.1参数设计及计算 (10)3.1.1参数给出 (10)3.1.2 参数计算 (10)3.2有静差调速系统 (11)3.2.1有静差调速系统的仿真模型 (11)3.2.2主要元件的参数设置 (12)3.2.3仿真结果及分析 (12)3.2.4 动态稳定的判断，校正和仿真 (13)3.3无静差调速系统 (15)3.3.1 PI串联校正的设计 (15)3.3.2无静差调速系统的仿真模型 (17)3.3.3主要元件的参数设置 (18)3.3.4仿真结果及分析 (18)3.4有静差调速系统和无静差调速系统的动态分析设计 (19)3.4.1有静差调速系统的仿真模型 (19)3.4.2参数设置 (19)3.4.3仿真结果及分析 (19)参考文献 (23)致谢 (24)1绪论1.1直流调速系统概述从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动自动控制系统有调速系统、位置随动系统、张力控制系统等多种类型，而各种系统往往都是通过控制转速来实现的，因此调速系统是最基本的拖动控制系统。
相比于交流调速系统，直流调速系统在理论上和实践上都比较成熟。
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。
在20世纪60年代发展起来的电力电子技术，使电能可以变换和控制，产生了现代各种高效、节能的新型电源和交直流调速装置，为工业生产，交通运输，楼宇、办公、家庭自动化提供了现代化的高新技术，提高了生产效率和人们的生活质量，使人类社会生产、生活发生了巨大的变化。
随着新型电力电子器件的研究和开发以及先进控制技术的发展，电力电子和电力拖动控制装置的性能也不断优化和提高，这种变化的影响将越来越大。
1.2 MATLAB简介在1980年前后，美国的Cleve博士在New Mexico大学讲授线性代数课程时，发现应用其它高级语言编程极为不便，便构思并开发了Matlab（MATrix LABoratory，即矩阵实验室），它是集命令翻译，科学计算于一身的一套交互式软件系统，经过在该大学进行了几年的试用之后，于1984年推出了该软件的正式版本，矩阵的运算变得异常容易。
MATLABSGI由美国MathWorks公司开发的大型软件。
在MATLAB软件中，包括了两大部分：数学计算和工程仿真。
其数学计算部分提供了强大的矩阵处理和绘图功能。
在工程仿真方面，MATLAB提供的软件支持几乎遍布各个工程领域，并且不断加以完善。
本文通过对单闭环调速系统的组成部分可控电源、由运算放大器组成的调节器、晶闸管触发整流装置、电机模型和测速电机等模块的理论分析，比较开环系统和闭环系统的差别，比较原始系统和校正后系统的差别，得出直流电机调速系统的最优模型。
然后用此理论去设计一个实际的调速系统，并用MATLAB仿真进行正确性的验证。
2 单闭环控制的直流调速系统简介2.1 V —M 系统简介晶闸管—电动机调速系统（简称V —M 系统），其简单原理图如图1。
图中VT 是晶闸管的可控整流器，它可以是单相、三相或更多相数，半波、全波、半控、全控等类型。
优点：通过调节触发装置GT 的控制电压来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压从而实现平滑调速。
缺点：1．由于晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难。
2．元件对过电压、过电流以及过高的du/dt 和di/dt 都十分敏感，其中任一指标超过允许值都可能在很短时间内损坏元件。
因此必须有可靠的保护装置和符合要求的散热条件，而且在选择元件时还应有足够的余量。
图1 V —M 系统2.2转速控制闭环调速系统的调速指标1．调速范围 生产机械要求电动机提供的最高转速错误！未找到引用源。
m ax n 和错误！未找到引用源。
m in n 最低转速之比叫做调速范围，用字母D 表示，即minmax n n D = 其中错误！未找到引用源。
m ax n 和错误！未找到引用源。
m in n 一般都指电机额定负载时的转速。
2．静差率 当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错误！未找到引用源。
nom n ∆，与理想空载转速错误！未找到引用源。
0n 之比，称作静差率s ，即n n s nom ∆= 静差率用来衡量调速系统在负载变化下转速的稳定度。
它和机械特性的硬度有关，特性越硬，静差率越小，转速的稳定度越高。
调速范围和静差率两项指标并不是彼此孤立的必须同时提才有意义。
脱离了对静差率的要求，任何调速系统都可以得到极高的调速范围；反过来，脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了。
3．调速范围、静差率和额定速降的关系以电动机的额定转速nom n 为最高转速，若带额定负载时的转速降落为nom n ∆，则该系统的静差率应该是最低速时的静差，即min0n n s nom ∆= 于是错误！未找到引用源。
s n s n s n n n n nom nom nom nom o ∆-=∆-∆=∆-=)1(m in m in ，而调速范围为minmin max n n n n D nom == 将上面的式代入m in n ，得)1(s n s n D nom nom -∆= 上式即为调速范围、静差和额定速降之间所应满足的关系。
对于一个调速系统，它的特性硬度或错误！未找到引用源。
nom n ∆值是一定的，如果对静差率的要求越严，也就是s 越小，系统能够允许的调速范围也越小。
2.3闭环调速系统的组成及静特性转速反馈控制的闭环调速系统，其原理如图。
图2 采用转速负反馈的闭环调速系统1．忽略各种非线性因素，假定各环节输入输出都是线性的；2．假定只工作在V ——M 系统开环机械特性的连续段；3．忽略直流电源和电位器的内阻。
电压比较环节：错误！未找到引用源。
n nn U U U -=∆* 放大器：错误！未找到引用源。
n P c K U U ∆=晶闸管整流与触发装置：错误！未找到引用源。
c s d U K U =0V —M 系统开环机械特性：错误！未找到引用源。
ed d C R I U n -=0 测速发电机：错误！未找到引用源。
n U tg α=错误！未找到引用源。
——放大器的电压放大系数；错误！未找到引用源。
——晶闸管整流器与触发装置的电压放大系数； 错误！未找到引用源。
α——测速反馈系数，单位为Vmin/r;因此转速负反馈闭环调速系统的静特性方程式 )1()1(K K /1(**K C R I K C U C K K C R I U K K n e d e ns p e s p e d n s p +-+=+-=）α 式中错误！未找到引用源。