直流电机双闭环调速系统 自动化专业毕业论文 PPT答辩用.ppt
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转速电流双闭环直流调速系统的工程设计之答辩ppt
U*
-
Id
+
+
UPE
Ud
-
M M n
TG TG
外 环
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
系统的动态性能
系统动态结构图
图中WASR(s)和WACR(s)分别表示转速调节器和电流调节器的传递函 数。如果采用PI调节器，则有 s 1 s 1 WACR ( s) K i i WASR ( s ) K n n is ns
转速电流双闭环直流不可逆调速 系统的工程设计
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
指导教师：XXX 答辩人：XXX 时间：2014.6.16
双闭环介绍
选择双闭环的原因
• 单闭环调速的缺点 • 双闭环调速的优点
Id Idm Idcr n
Id Idm
n
IdL
IdL
O
tO
t
系统结构图
TA Ui
i
L
+
内环 ACR Uc
V
U*n + -
ASR Un
抗电网电压扰动
±∆Ud U*n
+
-IdL Id
ASR
Ks Tss+1
Ud0
1/R
-U n
-
Tl s+1
E n R 1/Ceϕ Tms
在单闭环调速系统中，电网电压扰动的作用点 离被调量较远，调节作用受到多个环节的延滞， a)单闭环系统 因此单闭环调速系统抵抗电压扰动的性能要差 一些
抗电网电压扰动
C M 9.55C e=1.0534
• 系统机电时间常数 T M GD 2 R
Pid控制直流双闭环调速系统ppt课件
比例部分
比例部分的数学式表示是：Kp*e(t)
在模拟 PID 控制器中，比例环节的作用是对偏差瞬间作 出反应。偏差一旦产生控制器立即产生控制作用，使控制量 向减少偏差的方向变化。控制作用的强弱取决于比例系数 Kp ，比例系数Kp越大，控制作用越强，则过渡过程越快， 控制过程的静态偏差也就越小；但是Kp越大，也越容易产生 振荡，破坏系统的稳定性。故而，比例系数Kp选择必须恰当， 才能过渡时间少，静差小而又稳定的效果。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
直流双闭环调速系统
单闭环直流调速系统 同开环调速系统一样，转速闭环调速系统
中电机的转速大小受转速给定电压Un*控制， 给定电压为零时，电机停止；给定电压增大 时，电机转速升高；给定电压减小时，电机 转速下降。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
整定方法
凑试法 临界比例法 经验法
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
这种算法的缺点是：由于全量输出，所以每次 输出均与过去状态有关，计算时要对ek进行累加，工作 量大；并且，因为计算机输出的uk对应的是执行机构的 实际位置，如果计算机出现故障，输出的u将大幅度变 化，会引起执行机构的大幅度变化，有可能因此造成严 重的生产事故，这在实生产际中是不允许的。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
转速电流双闭环直流调速系统PPT课件
组成
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
毕业设计方案直流双闭环调速
1.2.2设计要求……………………………………………………………………….
第二章... 双闭环直流调速系统设计框图
第三章 系统电路的结构形式和双闭环调速系统的组成
3.1主电路的选择…………………………………………………………………….
3.2双闭环调速系统的组成…………………………………………………………
关键词：电流环、转速环
前言……………………………………………………………………………………
第一章绪论
1.1直流调速系统的概述……………………………………………………………...
1.2设计内容和要求………………………………………………………………….
1.2.1设计内容………………………………………………………………………...
1.2设计内容和要求
1.2.1 设计内容
1.运用调解器工程设计法设计ASR与ACR；
2调速系统主电路元部件的选择与参数计算；
3.驱动控制电路的选型设计；
4.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
1.2.2设计要求
电流超调量
第二章双闭环直流调速系统设计框图
直流电机的供电需要三相直流电，在生活中直接提供的是三相交流380V电源，因此要进行整流，故本设计用三相全桥将交流整流成直流，最后达到要求电源供给直流电动机。
1957年，晶闸管问世，它是一种大功率半导体可控整流元件，俗称可控硅整流元件，简称“可控硅”，20世纪60年代起就已生产出成套的晶闸管整流装置。晶闸管问世以后，变流技术出现了根本性的变革。目前，采用晶闸管整流供电的直流电动机调速系统（即晶闸管－电动机调速系统，简称V-M系统，又称静止Ward-Leonard系统）已经成为直流调速系统的主要形式。
第二章... 双闭环直流调速系统设计框图
第三章 系统电路的结构形式和双闭环调速系统的组成
3.1主电路的选择…………………………………………………………………….
3.2双闭环调速系统的组成…………………………………………………………
关键词：电流环、转速环
前言……………………………………………………………………………………
第一章绪论
1.1直流调速系统的概述……………………………………………………………...
1.2设计内容和要求………………………………………………………………….
1.2.1设计内容………………………………………………………………………...
1.2设计内容和要求
1.2.1 设计内容
1.运用调解器工程设计法设计ASR与ACR；
2调速系统主电路元部件的选择与参数计算；
3.驱动控制电路的选型设计；
4.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
1.2.2设计要求
电流超调量
第二章双闭环直流调速系统设计框图
直流电机的供电需要三相直流电，在生活中直接提供的是三相交流380V电源，因此要进行整流，故本设计用三相全桥将交流整流成直流，最后达到要求电源供给直流电动机。
1957年，晶闸管问世，它是一种大功率半导体可控整流元件，俗称可控硅整流元件，简称“可控硅”，20世纪60年代起就已生产出成套的晶闸管整流装置。晶闸管问世以后，变流技术出现了根本性的变革。目前，采用晶闸管整流供电的直流电动机调速系统（即晶闸管－电动机调速系统，简称V-M系统，又称静止Ward-Leonard系统）已经成为直流调速系统的主要形式。
双闭环控制的直流调速系统PPT课件
。
0 Id Idm
t
IdL 0 t1 t2 t3 t4 t
第Ⅱ阶段:恒流升速阶段（t1~t2）
n n
*
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Id基本保持在Idm,电动机加速
到了给定值n*。
ASR调节器始终保持在饱和状
0 Id Idm
t
态，转速环仍相当于开环工作。 系统表现为使用PI调节器的电 流闭环控制
电流调节器的给定值就是ASR
2.2 转速、电流双闭环直流调速系统
双闭环问题的引入 双闭环调速系统的稳态结构与稳态
参数计算 双闭环直流调速系统的动态数学模 型与动态性能分析
* 知 识 回 顾 *
n
堵转电 流过大
* K p Ks (U n U com )
Ce (1 K )
( R K p Ks Rs ) I d Ce (1 K )
1、 原理图
I 内环 Un* Un n 外环 n
TG
~
TA
ASR
Ui*
Ui ACR Uc UPE Ud
Id
M
ASR-转速调节器
ACR-电流调节器
TA-电流互感器
转速、电流双闭环的优势： 将电流、转速调节器分开，分别用两个调节器； 转速环为外环，转速环的输出作为电流环的给定。
2、 稳态结构
转速无静差 系统（PI）
开 环
特性 太软
转速闭环 （ P）
加电流截 至负反馈
系统有 静差
考虑转速单闭环调速系统的局限性：
仅考虑了静态性能，没考虑启、制动过程（动态性能） 未考虑对负载扰动的电流控制问题
启、制动波形
•理想的启、制动波形
双闭环直流调速系统毕业设计答辩PPT课件
电枢回路的电压平衡方程式为
Ud0
RId
L
dId dt
E
（2）电动机轴上的转矩和转速服从电力拖动系统的运动方程式，在忽
略粘性摩擦的情况下，可得到转矩平衡方程
GD2 dn Te TL 375 dt
上式中 TL—包括电动机空载转矩在内的负载转矩，单位为N·m；
GD2 —电力拖动系统运动部分折算到电机轴上的飞轮惯量，单位N·m2；
A B
(1 ~ 1.2)
220V
2.34 0.9
3 120V ~ 145V（取U2 =130V）
2
A—理想情况下，α=0°时整流电压 Ud0与二次侧电压 U2之比 ；
B—控制角为α时，输出电压 Ud和Ud0之比；
ε—电网波动系数，通常取ε=0.9 ；
1～1.2—考虑各种因素的安全系数 。
第7页/共40页
为了把电流环校正成典型I型系统，由“对消原理”应该采用PI调
节器，其传递函数为
WACR ( s )
K（i
s+1）
i
is
式中:
Ki— 电流调节器的比例系数;
i — 电流调节器的超前时间常数
以调节器的零 点对消掉控制 对象的大惯性 环节的极点
第21页/共40页
3.8 电流调节器（ACR）（续）
参数
τi、Ki的计算
1）为了将电流环校正为典型I系统，电流调节器的领先时间常数 应对消控制对象中的大惯性环节时间常数，即取
τi=Tl=0.017s
2）取电流超调量σi≤5%，则取KiT∑i=0.5,因此
KI
1 2Ti
1 2 0.00367
136.2s1
根据式KI=KiKsβ/τi,可以求得ACR的比例放大系数为
直流电机双闭环调速系统--自动化专业毕业-ppt答辩用教学提纲
双闭环直流调速系统的仿真与分析
第四部分
图5 电流环超调量大仿真结果
本次设计的仿真结 果 只是基上本再升上按时符照间合K和起T=超动1调要, 再量求， 有次差修距改，仿由真系模统型阶中跃的响 应PI主调要节由器P部I控分制，器同进样行 调得节到，左本侧图仿所真示图的。仿真 是按照设计结果中设定 的KT=0.5.
双闭环直流调速系统的仿真与分析
第四部分
图6 电流转速双闭环仿真结果
果 只 有 应 调 是 的应 可 真 够 良 静是 差 主 节 按 K基差系实， 以 好T给上 距 要 ， 照本本。=统现从 看 跟定0升 ， 由 本 设上次的对左出 随.输5时 由 图 计P符设.实给图， ，I入控间 系 所 结合计际定仿稳 且为制和 统 示 果起的转转真态 稳阶器超 阶 的 中动仿速速结时 态跃进调 跃 仿 设要真能的果仿 无响行量 响 真 定求结，
双闭环直流调速系统的仿真与分析
第四部分
对比以上三幅仿真图可知，与KT=0.5的基本设定相 比，当KT=0.25时，系统无超调但上升时间比第一幅图长 ，当KT=1时，系统超调变大，上升时间也有所缩短。
究其原因，实则还是电流调节器系统受到电动机反 电动势的影响，对于按照典型I系统设计的ACR PI调节器 来说，当出现阶跃扰动时，能够实现无静差，而若出现斜 坡扰动时，则无法消除其所产生的系统静差。在电流恒升 速阶段出现的扰动即电动机的反电动势，正是一个线性递 增的斜坡扰动，因此，系统无法做到无静差。
第二部分
直流电动机双闭环直流调速系统原理 第二部分
（1）饱和——输出达到了限幅值 。即当调节器饱和时，输出是恒 定不变的，此时输出量不会受到 输入量变化的影响。
（2）不饱和——输出未达到限幅 值。当调节器处于不饱和状态， 由于PI的存在，使得稳定状态下的 输入偏差电压恒为零
《双闭环调速系统》课件
在电动汽车控制系统中，双闭环调速系统主要用于控制电机的转速和车辆的行驶速度，确 保车辆的稳定性和安全性。
实际应用效果
在电动汽车控制系统中应用双闭环调速系统，可以提高车辆的能源利用效率，延长续航里 程，同时提高车辆的操控性能和行驶安全性。
06 双闭环调速系统的未来发 展与展望
技术发展趋势
数字化
随着数字化技术的不断发展，双闭环调速系统将更加依赖于数字信号处理，实现更快速 、更精确的控制。
电流环的控制方式
通常采用比例控制器（P）或比例积分控制器（PI），根据电流偏 差进行调节。
PI调节器
PI调节器的定义
PI调节器是一种线性调节器，由比例（P）和积分（I）两部分组 成。
PI调节器的作用
根据输入的偏差信号，输出相应的控制信号，以减小偏差。
PI调节器的参数调整
需要根据实际情况调整比例和积分系数，以获得最佳的控制效果。
各种设备的速度进行精确控制，确保生产流程的稳定性和高效性。
03
实际应用效果
在工业自动化生产线上应用双闭环调速系统，可以提高生产效率，降低
人工干预，减少生产成本。
案例三：电动汽车控制系统中的应用
电动汽车控制系统概述
电动汽车控制系统是指通过电子控制技术实现对电动汽车的能源管理和行驶控制。
双闭环调速系统的应用方式
触发电路
触发电路的定义
01
触发电路是用于控制电机换相的电路。
触发电路的工作原理
02
根据电流环的输出和实际电流的偏差，调整触发脉冲的相位，
以控制电机的换相时刻。
触发电路的控制方式
03
通常采用锯齿波或正弦波控制方式，根据需要选择合适的控制
方式。
保护电路
实际应用效果
在电动汽车控制系统中应用双闭环调速系统，可以提高车辆的能源利用效率，延长续航里 程，同时提高车辆的操控性能和行驶安全性。
06 双闭环调速系统的未来发 展与展望
技术发展趋势
数字化
随着数字化技术的不断发展，双闭环调速系统将更加依赖于数字信号处理，实现更快速 、更精确的控制。
电流环的控制方式
通常采用比例控制器（P）或比例积分控制器（PI），根据电流偏 差进行调节。
PI调节器
PI调节器的定义
PI调节器是一种线性调节器，由比例（P）和积分（I）两部分组 成。
PI调节器的作用
根据输入的偏差信号，输出相应的控制信号，以减小偏差。
PI调节器的参数调整
需要根据实际情况调整比例和积分系数，以获得最佳的控制效果。
各种设备的速度进行精确控制，确保生产流程的稳定性和高效性。
03
实际应用效果
在工业自动化生产线上应用双闭环调速系统，可以提高生产效率，降低
人工干预，减少生产成本。
案例三：电动汽车控制系统中的应用
电动汽车控制系统概述
电动汽车控制系统是指通过电子控制技术实现对电动汽车的能源管理和行驶控制。
双闭环调速系统的应用方式
触发电路
触发电路的定义
01
触发电路是用于控制电机换相的电路。
触发电路的工作原理
02
根据电流环的输出和实际电流的偏差，调整触发脉冲的相位，
以控制电机的换相时刻。
触发电路的控制方式
03
通常采用锯齿波或正弦波控制方式，根据需要选择合适的控制
方式。
保护电路
直流电动机转速电流双闭环控制系统的设计-PPT精选文档
系统建模与仿真
1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
一、系统建模
1.1 电动机的数学模型 1.2 晶闸管整流装置的数学模型 1.3双闭环调速系统的数学模型
二、电流环与转速环调节器设计
2.1 双闭环控制的目的
2.2 关于积分调节器的饱和非线性问题 2.3 ASR与ACR的工程设计方法
三、仿真实验
3.1 起动特性 3.2 抗扰性能
四、结论
系统建模与仿真
1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
自70年代以来，国内外在电气传动领域里，大量地 采用了“晶闸管整流电动机调速”技术（简称V-M调 速系统）。尽管当今功率半导体变流技术已有了突 飞猛进的发展，但在工业生产中V-M系统的应用还是 占有相当比重的。
三、仿真实验
3.1 起动特性 3.2 抗扰性能
四、结论
系统建模与仿真
1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
晶闸管触发与整流装置可以看成是一个具有纯滞后 的放大环节，其滞后作用是由晶闸管装置的失控时间 引起的。考虑到失控时间很小，忽略其高次项，则其 传递函数可近似成一阶惯性环节，如下式所示
U d 0 ( s) Ks Uct (s) Ts s 1
三、仿真实验
3.1 起动特性 3.2 抗扰性能
四、结论
系统建模与仿真
1 直流电动机转速/电流双闭环控制系统设计
在图4-7中给出了控制系统的PI控制规律动态过程，从中我们可知：
U
给定
U
+ -
PI调节器
UC
t
被控对象
输出
O
uc pu (t ) I u (t )dt
0
UC
t
最新双闭环直流电动机调速系统ppt课件
脉宽调制器是一个电压—脉冲变换装置。由控制 电压Uct进行控制，为PWM变换器提供所需的脉 冲信号。
脉宽调制器的基本原理是将直流信号和一个调制 信号比较，调制信号可以是三角波，也可以是锯 齿波。锯齿波脉宽调制器电路如图4-42所示， 由锯齿波发生器和电压比较器组成。锯齿波发生 器采用最简单的单结晶体管多谐振荡器4-42a)， 为了控制锯齿波的线性度，使电容器Ｃ充电电流 恒定，由晶体管VT1和稳压管VST构成恒流源。
图4-35所示的简单不可逆变换器中， 电流ia不能反向，因此不能产生制动作用， 只能作单象限运行。需要制动时必须具有 反向电流—ia的通路，因此应该设置控制 反向通路的第二个IGBT，如图 4-36a)所 示。这种电路组成的PWM伺服系统可在一、 二两个象限运行。
可逆PWM变换器
可逆PWM变换器电路的结构形式有H 型和T型等类，这里主要讨论常用的H型变 换器，它是由四个功率管和四个续流二极 管组成的桥式电路。如图4-38a)所示，图 中功率管选用IGBT。H型电路在控制方式 上分双极式、单极式两种工作制。下面着 重分析双极式工作制，然后再简述单极式 工作制的特点。
变化的）
Uct (s) U(s)
Kp
4、测速发电机传函（输出响应可认为是瞬时 变化的）
Un(s)
n(s)
将上述四个环节按系统中的相互关系连接在 一起，便得到单闭环调速系统动态结构图。
IL(s)
R(TLs1)
U
* n
U K P
Un
Uct
K s Ud0(s) -
1 Tss
1
Ce
n(s)
Tm s(TL s 1) 1
转速、电流双闭环调速系统的组成 转速、电流双闭环调速系统的工作原理
脉宽调制器的基本原理是将直流信号和一个调制 信号比较，调制信号可以是三角波，也可以是锯 齿波。锯齿波脉宽调制器电路如图4-42所示， 由锯齿波发生器和电压比较器组成。锯齿波发生 器采用最简单的单结晶体管多谐振荡器4-42a)， 为了控制锯齿波的线性度，使电容器Ｃ充电电流 恒定，由晶体管VT1和稳压管VST构成恒流源。
图4-35所示的简单不可逆变换器中， 电流ia不能反向，因此不能产生制动作用， 只能作单象限运行。需要制动时必须具有 反向电流—ia的通路，因此应该设置控制 反向通路的第二个IGBT，如图 4-36a)所 示。这种电路组成的PWM伺服系统可在一、 二两个象限运行。
可逆PWM变换器
可逆PWM变换器电路的结构形式有H 型和T型等类，这里主要讨论常用的H型变 换器，它是由四个功率管和四个续流二极 管组成的桥式电路。如图4-38a)所示，图 中功率管选用IGBT。H型电路在控制方式 上分双极式、单极式两种工作制。下面着 重分析双极式工作制，然后再简述单极式 工作制的特点。
变化的）
Uct (s) U(s)
Kp
4、测速发电机传函（输出响应可认为是瞬时 变化的）
Un(s)
n(s)
将上述四个环节按系统中的相互关系连接在 一起，便得到单闭环调速系统动态结构图。
IL(s)
R(TLs1)
U
* n
U K P
Un
Uct
K s Ud0(s) -
1 Tss
1
Ce
n(s)
Tm s(TL s 1) 1
转速、电流双闭环调速系统的组成 转速、电流双闭环调速系统的工作原理
直流PWM电机调速毕业论文答辩ppt
课题方向
毕业设计课题的任务和要求 本课题从直流PWM调速原理出发完成基于单片机的直 流PWM可逆调速系统的设计主要包括三部分组成，包 括控制部分、功率部分、直流电动机。设计思路清晰， 写出整体设计框图；单元电路设计，具体设计思路和电 路；绘制总电路图。 毕业设计课题的具体工作内容（包括原始数据、技术要 求、工作要求等）： 1、 查阅PWM调速的相关资料； 2、 完成系统设计； 3、 硬件设计与分析； 4、 控制程序的设计与分析； 5、 调试电路； 6、 撰写毕业论文。
毕业设计论文答辩
直流PWM可逆调 速系统的设计
导 师: 答辩人: 专 业:
论文框架
1 2 3 4
研究背景 课题方向
论文要点
结论
研究背景
现代工业生产中，电动机是主要的驱动设备，目前 在直流电动机拖动系统中已大量采用晶闸管(即可控硅) 装置向电动机供电的KZ—D拖动系统，取代了笨重的发 电动一电动机的F—D系统，又伴随着电子技术的高度 发展，促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变， 特别是单片机技术的应用，使直流电机调速技术又进入 到一个新的阶段，智能化、高可靠性已成为它发展的趋 势[1]。直流电机调速基本原理是比较简单的（相对于交 流电机），只要改变电机的电压就可以改变转速了。改 变电压的方法很多，最常见的一种PWM脉宽调制，调 节电机的输入占空比就可以控制电机的平均电压，控制 转速。
论文要点
系统仿真图
结论 本系统以89C51芯片为核心部件， 利用软件编程实现了对键盘的识别、 完成各种不同PWM 信号的输出，以 驱动电机的运转。尽量做到线路简单， 充分节省cpu的资源，以备扩展，充分 利用软件编程弥补硬件的不足。本方 案实现了基于单片机的PWM直流电机 的转速调节，对于认识单片机和PWM 调速的原理和实现具有理论和现实意 义。
第三章 双闭环直流调速系统PPT幻灯片课件
转 电(电流速流2)流电调调在内互压节节交环感，器器流U：器可的的测ct电输输、作检流出出二为测环限限极电：，幅幅管流UU交i对值值i正反*流电((流馈侧电控枢器电电流制电可压流给电UU流得，大定压nn* 起到只小最最调与反与大大节交映电值值控流电枢))决决制侧 枢电定定作电电流了了用流流成。正的正比大比例小，的。利；。直用4
双闭环原理图
电流转速波形图
25
起动过程总结 阶段I---电流上升阶段 特点：(1)电流从零升到最大允许值；(2)ASR达到饱和状态
阶段II---恒流升速阶段 特点：(1)电流不变，转速直线上升；(2)ASR维持饱和状态
阶段III---转速调整阶段。 特点：(1)转速超调，ASR退饱和；(2)电枢电流下降到负载
(1)电枢电流和电机转速的变化； (2)ASR和ACR的工作状态。
21
一、起动过程的三个阶段
系统从静止突加给定起动， 起动过程中电流、转速波 形图如右图示。过程分为 三个阶段：
阶段I---电流上升阶段
电流从零升到最大值。
阶段II---恒流升速阶段 电枢电流保持恒定， 电机升速到给定值。
阶段III---转速调整阶段。 ACR退出饱和，电流从最大值下降到与负载电流相等。 22
§3 双闭环直流调速系统
学习目标： 1. 理解单闭环直流调速系统的局限性及其改进方法。 2. 掌握双闭环直流调速系统的组成及其特点，能画出其原理
图。 3. 掌握双闭环直流调速系统静特性分析方法，能进行相关静
态计算。 4. 理解双闭环直流调速的启动过程及其特点。 5. 理解转速调节器和电流调节器的作用。 6. 能在实验室熟练完成双闭环调速系统的接线和基本单元的
(1)不能全压起动，否则电流过大。
(2)当电机过载或堵转时，没有过电流保护作用。
双闭环原理图
电流转速波形图
25
起动过程总结 阶段I---电流上升阶段 特点：(1)电流从零升到最大允许值；(2)ASR达到饱和状态
阶段II---恒流升速阶段 特点：(1)电流不变，转速直线上升；(2)ASR维持饱和状态
阶段III---转速调整阶段。 特点：(1)转速超调，ASR退饱和；(2)电枢电流下降到负载
(1)电枢电流和电机转速的变化； (2)ASR和ACR的工作状态。
21
一、起动过程的三个阶段
系统从静止突加给定起动， 起动过程中电流、转速波 形图如右图示。过程分为 三个阶段：
阶段I---电流上升阶段
电流从零升到最大值。
阶段II---恒流升速阶段 电枢电流保持恒定， 电机升速到给定值。
阶段III---转速调整阶段。 ACR退出饱和，电流从最大值下降到与负载电流相等。 22
§3 双闭环直流调速系统
学习目标： 1. 理解单闭环直流调速系统的局限性及其改进方法。 2. 掌握双闭环直流调速系统的组成及其特点，能画出其原理
图。 3. 掌握双闭环直流调速系统静特性分析方法，能进行相关静
态计算。 4. 理解双闭环直流调速的启动过程及其特点。 5. 理解转速调节器和电流调节器的作用。 6. 能在实验室熟练完成双闭环调速系统的接线和基本单元的
(1)不能全压起动，否则电流过大。
(2)当电机过载或堵转时，没有过电流保护作用。
双闭环直流调速系统ppt课件
被控对象的时间常数较小。
△U因Uout的迅速增长而急剧下降，Ucp衰减很快。Uci仍使Uc增长，但△U衰减 过快， △U下降至零时Uc未达限幅值精U选cpmpt。此时调节器不饱和，Uc=Uci<Ucm1。7
结论
• PI调节器一旦饱和，只有当△U 极性变反，才有可能使 调节器退出饱和而进人线性工作状态。因此，只要调节 器饱和，系统的输出Uout就必然超调。
• 此后，电动机开始在负载的阻力下减 速，Id<IdL，直到稳定。
• ASR、ACR都不饱和，同时起调节作
用。ASR处于主导地位，它使转速迅
速趋于给定值，并使系统稳定；ACR
的作用是使Id尽快地跟随ASR的输出
由静止状态开始启动时，转速和电流
Ui变化，是一个电流随动子系统。
随时间变化的波形
精选ppt
• 电机的反电动势E也按线性增长， 对电流调节系统来说，E是一个线 性渐增的扰动量，为了克服它的 扰动，Udo和Uc也必须基本上按 线性增长，才能保持恒定。ACR 采用PI调节器，Id应略低于Idm。
• ASR饱和，转速环相当于开环。
• ACR不能饱和，保证电流环的恒
由静止状态开始启动时，转速和电流
• 若被控对象W(s)中含有积分环节，则不论调节器是否饱 和，系统输出Uout也一定会超调。由于W(s)中含有积分 环节，若Uc不等于零，则Uout将一直积累下去，只有当 Uc=0时，Uout才可能达稳态值。△U改变极性，才能把调 节器输出Uc拉回到零，因此，即使调节器不饱和，系统 输出Uout也会超调。
– 在外环转速的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压 变化。
– 对电网电压的波动起及时抗扰的作用。
– 在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态 过程。
△U因Uout的迅速增长而急剧下降，Ucp衰减很快。Uci仍使Uc增长，但△U衰减 过快， △U下降至零时Uc未达限幅值精U选cpmpt。此时调节器不饱和，Uc=Uci<Ucm1。7
结论
• PI调节器一旦饱和，只有当△U 极性变反，才有可能使 调节器退出饱和而进人线性工作状态。因此，只要调节 器饱和，系统的输出Uout就必然超调。
• 此后，电动机开始在负载的阻力下减 速，Id<IdL，直到稳定。
• ASR、ACR都不饱和，同时起调节作
用。ASR处于主导地位，它使转速迅
速趋于给定值，并使系统稳定；ACR
的作用是使Id尽快地跟随ASR的输出
由静止状态开始启动时，转速和电流
Ui变化，是一个电流随动子系统。
随时间变化的波形
精选ppt
• 电机的反电动势E也按线性增长， 对电流调节系统来说，E是一个线 性渐增的扰动量，为了克服它的 扰动，Udo和Uc也必须基本上按 线性增长，才能保持恒定。ACR 采用PI调节器，Id应略低于Idm。
• ASR饱和，转速环相当于开环。
• ACR不能饱和，保证电流环的恒
由静止状态开始启动时，转速和电流
• 若被控对象W(s)中含有积分环节，则不论调节器是否饱 和，系统输出Uout也一定会超调。由于W(s)中含有积分 环节，若Uc不等于零，则Uout将一直积累下去，只有当 Uc=0时，Uout才可能达稳态值。△U改变极性，才能把调 节器输出Uc拉回到零，因此，即使调节器不饱和，系统 输出Uout也会超调。
– 在外环转速的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压 变化。
– 对电网电压的波动起及时抗扰的作用。
– 在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态 过程。
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双闭环直流调速系统的仿真与分析
第四部分
图6 电流转速双闭环仿真结果
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设计指标 (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。
双闭环直流调速系统的设计
电流环仿真模型
第三部分
双闭环直流调速系统的设计
第三部分
双闭环直流调速系统仿真模型
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
双闭环直流调速系统的仿真与分析
第四部分
图4 电流环仿真结果
本次设计的仿真结 果基本上符合起动要求， 只是上升时间和超调量 有差距，由系统阶跃响 应主要由PI控制器进行 调节，本图所示的仿真 是按照设计结果中设定 的KT=0.5.
双闭环直流调速系统的设计
双闭环直流调速系统的仿真与分析
绪论
第一部分
本设计的调速方案本质上是改变电枢电压调速，该 调速方法可以实现大范围平滑调速，是目前直流调速系统 采用的主要调速方案。但其中的开环运行性能远远不能满 足电动机在具体工作环境中的要求。
由PI调节器控制的转速单闭环直流调速系统，就能够 得到较好的稳定性和静差率。但如果对系统的动态性能要 求较高，例如要求起制动、突加负载动态速降小的机械， 并不能充分按照理想指标来控制电流和转矩的动态过程。
基于MATLAB直流电机双闭环 调速系统的设计
班 级：自11-12 班 姓 名： 隋 岩 指导教师： 杨 莉
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。而直流调速系统调速范围广、静差率小、 稳定性好以及具有良好的动态性能，在高性能的拖动技术领域中，相当 长时期内几乎都采用直流电力拖动系统。
直流电动机双闭环直流调速系统原理
直流调速系统性能指标 一 、稳态性能指标 （1） 调速范围 （2） 静差率 二、动态性能指标 （1） 上升时间 （2） 超调量与峰值时间 （3） 调节时间 三、抗扰性能指标 （1） 动态降落 （2） 恢复时间
第二部分
直流电动机双闭环直流调速系统原理 第二部分
（1）饱和——输出达到了限幅值 。即当调节器饱和时，输出是恒 定不变的，此时输出量不会受到 输入量变化的影响。
结论
在本次设计中，通过对直流调速系统中的开环直流调速系统和单 闭环直流调速系统的简介和存在问题的剖析，引出双闭环直流调 速系统的可行性和重要性。
通过对双闭环直流调速系统原理的分析，得出本次设计的基本目 标和采用的方法--工程设计法。
在工程设计的过程中，通过对系统进行典型化处理，得到在本次 设计中电流环典型 I 的PI调节器和转速环典型 II 型PI调节器，然后 再根据给出的设计参数来计算出两个调节器的具体参数。
直流调速系统根据发展和具体形式可分为开环调速系统、转速单闭 环控制系统、和本次设计所采用的双闭环控制系统。
速度给定 反向控制器 控制电压 可控直流电源
电流互感器 可控直流电压
电流反馈 电流检测装置 转速反馈 转速检测装置
图1 直流调速系统的组成
转速
M
目录
1.
绪论
2
直流电动机双闭环直流调速系统原理
3
双闭环直流调速系统的仿真与分析
第四部分
图5 电流环无超调仿真结果
本次设计的仿真结 果基若本以上K符T=合0起.2动5的要关求， 只系是式上按升照时典间型和I 型超系调统量 有的差设距计，方由法系，统则阶得跃到响新 应的主如要图由所P示I控的制仿器真进图行。 调节，本图所示的仿真 是按照设计结果中设定 的KT=0.5.
双闭环直流调速系统的仿真与分析
第四部分
对比以上三幅仿真图可知，与KT=0.5的基本设定相 比，当KT=0.25时，系统无超调但上升时间比第一幅图长 ，当KT=1时，系统超调变大，上升时间也有所缩短。
究其原因，实则还是电流调节器系统受到电动机反 电动势的影响，对于按照典型I系统设计的ACR PI调节器 来说，当出现阶跃扰动时，能够实现无静差，而若出现斜 坡扰动时，则无法消除其所产生的系统静差。在电流恒升 速阶段出现的扰动即电动机的反电动势，正是一个线性递 增的斜坡扰动，因此，系统无法做到无静差。
双闭环直流调速系统的仿真与分析
第四部分
图5 电流环超调量大仿真结果
本次设计的仿真结 果 只是基上本再升上按时符照间合K和起T=超动1调要, 再量求， 有次差修距改，仿由真系模统型阶中跃的响 应P主I调要节由器P部I控分制，器同进样行 调得节到，左本侧图仿所真示图的。仿真 是按照设计结果中设定 的KT=0.5.
最后就是校验设计结果能否满足要求。最后是在MATLAB 矩阵设计 中的SIMULIK环境下进行仿真。
16
谢谢 That’s all for today. Please supp未o完rt待m续e…!
（2）不饱和——输出未达到限幅 值。当调节器处于不饱和状态， 由于PI的存在，使得稳定状态下的 输入偏差电压恒为零
图2 双闭环直流调速系统稳态图
直流电动机双闭环直流调速系统原理 第二部分
图3 双闭环直流调速系统动态结构图
双闭环直流调速系统的设计
第三部分
工程设计
设计要求及指标
采用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，其基本数据为： 直流电动机：=440V，=365A，=950r/min，=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=40，滞后时间常数=0.0017s 电流反馈系数=0.0274V/A (10V/1.5IN) 转速反馈系数=0.0158V min/r (10V/) 滤波时间常数取=0.002s，Ton=0.01s 调节器输入电阻Ra=40k