3.4.3双闭环调速系统的工程设计(3)——转速超调量的计算
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。
双闭环调速系统设计
转速、电流双闭环调速系统是性能很好，应用最广的调速系统，采用转速、电流双闭环调速系统可获得优良的静、动态调速特性。
转速、电流双闭环调速系统的控制规律性能特点和设计方法是各种交、直流电力拖动自动控制系统的重要基础，所以掌握双闭环调速系统对于电力拖动控制系统的学习有很重要的作用。
从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环，这样形成了转速、电流反馈控制直流调速系统。
而合理地选择电流调节器和转速调节器的结构和参数则是为了使系统更好的满足生产工艺所要求的性能指标。
本次课设的目的就是利用matlab进行双闭环调速系统的仿真计算。
关键词：双闭环调速电流调节器转速调节器仿真摘要 (Ⅰ)双闭环调速系统设计及变负载扰动转速环突然断线matlab仿真 (1)1设计任务与分析 (1)1.1设计任务： (1)1.2任务分析： (1)2设计原理 (3)2.1双闭环系统简介 (3)2.1.1转速、电流反馈控制直流调速系统的组成 (3)2.1.2双闭环系统稳态结构图 (3)2.1.3双闭环系统动态结构图 (3)2.1.4转速调节环作用 (4)2.1.5电流调节环作用 (4)2.1.6 双闭环调速系统原理图 (4)2.2双闭环调速系统调节器的工程设计方法 (5)2.3典型系统结构 (6)2.3.1典型Ⅰ型系统 (6)2.3.2典型Ⅱ型系统 (8)3.系统调节器设计 (12)3.1电流环设计 (12)3.1.1电流环结构设计 (12)3.1.2电流环参数设计 (13)3.2转速环设计 (15)3.2.1转速环结构设计 (15)3.2.2转速环参数设计 (17)4.Matlab仿真 (19)4.1有ACR限幅值时的变负载扰动转速环突然断线仿真及结果分析错误!未定义书签。
4.2无ACR限幅值时的变负载扰动转速环突然断线仿真及结果分析错误!未定义书签。
5.小结 (21)6.参考文献 (25)双闭环调速系统设计及变负载扰动转速环突然断线matlab 仿真1设计任务与分析1.1设计任务：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半波整流电路，基本数据如下：直流电动机：U nom =220V ，I nom =308A ，n nom =1000r/min ，C e =0.196V ·min/r ；允许过载倍数λ=1.5,；时间常数：T L =0.012s T m =0.12s ；晶闸管放大倍数：K s =35,主回路总电阻：R=0.18Ω；额定转速时的给定电压*n U =10V ，调节器ASR ，ACR 饱和输出电压U im *=8V ，* 6.5cm V U =设计要求稳态指标：稳态无静差，D=10动态指标：电流超调量≤σi 5%，空载启动到额定转速时的转速超调量≤σn 15%。
(完整word版)双闭环直流调速系统课程设计.
直流拖动控制系统课程设计报告题目: 双闭环直流调速系统设计学院：沈阳工业大学工程学院专业：电气工程及其自动化班级：1101班姓名：孔令慧学号：120112724指导教师:佟维妍起止日期：2014年6月16日～2014年6月22日目录设计概述 (2)第一章系统总体设计 (3)1。
1 系统电路结构 (3)1。
2 两个调节器的作用 (4)第二章整体电路分析 (6)2。
1电流环设计 (6)2.2 转速环设计 (6)2。
3 典型I型系统介绍 (7)2.4 典型Ⅱ型系统介绍 (8)2。
5 转速调节器的实现 (9)2.6 电流调节器的实现 (10)2。
7校核转速超调量 (10)第三章参数计算 (10)3。
1 相关参数 (10)3。
2 主要参数计算 (11)3。
2。
1 电流环参数计算 (11)3。
2。
2 转速环参数的计算 (13)MATLAB仿真 (15)课程设计体会 (20)设计概述双闭环直流调速系统是目前直流调速系统中的主流设备，具有调速范围宽、平稳性好、稳速精度高等优点。
在理论和实践方面都是比较成熟的系统，在电力拖动领域中发挥着及其重要的作用。
由于直流电机双闭环调速是各种电机调速系统的基础，本人就直流电机调速进行了比较系统的研究，从直流电机的基本特性到单闭环调速系统，再进行双闭环直流电机设计方案的研究，用实际系统进行工程设计,并用所学的MATLAB进行仿真，分析了双闭环调速系统的工程设计方法中由于忽略和简化造成的误差。
在双闭环直流调速系统中，转速和电流调节器的结构选择与参数设计需从动态校正的需要来解决，设计每个调节器是，都必须先求该闭环的原始系统开环对数频率特性,再根据性能指标确定校正后系统的预期特性，对于经常正反转运动的系统，尽量缩短启、制动过程的时间是提高生产率的重要因素.为此,在电机最大允许电流和转矩受到限制的条件下,应该充分利用电机的过载能力,最好是在过渡过程中始终保持电流为允许的最大值，是电力拖动系统以最大的加速度启动，到达稳定转速时，立即让电流降下来,使转矩马上与负载相平衡,从而装入稳态运行。
双闭环直流调速系统设计的计算
单相全控桥
三相半波
三相全控桥
带平衡电抗器的双反星形
100
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。一般保护有快速熔断器，压敏电阻，阻容式。
4.1.2主电路交流变压器设计
一般情况下，晶闸管变流装置所要求的交流供电电压与电网电压是不一致的，所以需要变流变压器，通过变压器进行电压变换，并使装置于电网隔离，减少电网于晶闸管变流装置的互相干扰。
（2）直流侧电抗器的选择
直流侧电抗器的主要作用为限制直流电流脉动；轻载或空载时维持电流连续；在有环流可逆系统中限制环流；限制直流侧短路电流上升率。
限制输出电流脉动的电感量 的计算
式（3-2）
式中， -----电流脉动系数，取 ，本设计取10%。
-----输出电流的基波频率，单位为 ，对于三相全控桥
表2电感量的相关参数
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。
双闭环直流调速系统的课程设计
双闭环直流调速系统的课程设计————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：自动控制原理课程设计——双闭环直流调速系统课程设计班级电气自动化二班姓名程传伦学号110101225指导教师张琦2013年6月10日目录摘要第1章系统方案设计1.1 任务分析1。
2 方案比较论证1.3 系统方案确定第2章系统主电路设计及参数计算2。
1 主电路结构设计与确定2.2 主电路器件选择与计算2.2.1 整流变压器的参数计算和选择2.2.2 整流元件晶闸管的选型2.3 电抗器的设计2.4 主电路保护电路的设计2.4.1 过压保护设计2。
4.2 过流保护设计第3章双闭环调节系统调节器的设计3.1 电流调节器的设计3.2转速调节器的设计小结心得体会参考文献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。
第1章系统方案设计1。
1 任务分析本课题所涉及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.但电机的开环运行性能远远不能满足要求.按反馈控制原理组成转速闭环系统是减小或消除静态转速降落的有效途径。
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。
双闭环直流调速系统(课程设计)
4•仿真实验95•仿真波形分析13三、心得体会14四、参考文献161•课题研究的意义从七十年代开始，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。
双闭环直流调速系统就是一个典型的系统，该系统一般含晶闸管可控整流主电路、移相控制电路、转速电流双闭环调速控制电路、以及缺相和过流保护电路等。
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，在许多工业部门，如轧钢、矿山采掘、纺织、造纸等需要高性能调速的场合得到广泛的应用。
且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。
2•课题研究的背景电力电子技术是电机控制技术发展的最重要的助推器，电力电机技术的迅猛发展，促使了电机控制技术水平有了突破性的提高。
从20世纪60年代第一代电力电子器件-晶闸管(SCR)发明至今，已经历了第二代有自关断能力的电力电子器件-GTR、GTO、MOSFET，第三代复合场控器件-IGBT、MCT等，如今正蓬勃发展的第四代产品-功率集成电路(PIC)。
每一代的电力电子元件也未停顿，多年来其结构、工艺不断改进，性能有了飞速提高,在不同应用领域它们在互相竞争，新的应用不断出现。
同时电机控制技术的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、自动控制技术和微机应用技术的最新发展成就。
正是这些技术的进步使电动机控制技术在近二十多年内发生了天翻地覆的变化。
(3-16) 取：(3-17) ◎i=4.3%<5%，满足课题所给要求。
3.3速度调节器设计电流环等效时间常数1/K。
取KT乙=0.5,贝IJ：1二2X0.0067二0.0134K(3-15)转速滤波时间常数T on。
双闭环交流调速系统课程设计(DOC)
皖西学院课程设计任务书系别：机电学院专业：10电气课程设计题目：双闭环串级交流调速控制系统设计学生姓名：张诚学号：********** 起迄日期: 6月17日~ 6 月28日课程设计地点:电机与拖动控制实验室****:***下达任务书日期: 6 月17日摘要本设计介绍了交流调速系统的基本概况及其研究意义，同时提出了本设计所要研究解决的问题，接着对系统各部分所需元器件进行比较选择并进行总体设计，最后采用工程设计方法对双闭环交流调速系统进行辅助设计，进行参数计算和近似校验。
在调节器选择方面，本设计选择的PI调节器，使得线路大为简化，且性能优良、调试方便、运行可靠、成本降低。
触发电路则采用一种新型高性能集成移相触发器（MC787）设计的触发电路，它克服了分立元件缺点，抗干扰性优良，具有输入阻抗高、移相范围宽、装调简便、使用可靠、只需一片MC787就可以完成三相相移功能，使用效果较好。
目录1 绪论 (3)1.1研究交流调速系统的意义 (3)1.2本设计所做的主要工作 (3)2 交流调速系统 (3)2.1交流电机常用的调速方案及其性能比较 (3)2.2三相交流调压调速的工作原理 (4)2.3双闭环控制的交流调速系统 (5)2.3.1转速电流双闭环调速系统的组成 (6)2.3.2 稳态结构图和静特性 (6)3 电路参数计算 (9)3.1系统主电路的参数计算 .............................. .93.2根据系统方块图进行动态计算 (9)3.3调节器的设计参数计算 .......................... . (11)3.3.1 电流调节器的参数计算.......................... .123.3.2 转速调节器的参数计算.......................... .144 控制系统硬件电路设计............................. .164.1调节器的选择和调整 (16)4.2触发电路的设计 (16)4.3串级调速系统设计 (18)4. 4双闭环系统设计 ........................ (19)5 仿真........................................ .. (21)6设计体会 (22)1 绪论1.1 研究交流调速系统的意义随着电力电子器件，大规模集成电路和计算机控制技术的迅速发展，以及现代控制理论向交流电气传动领域的渗透，为交流调速系统的开发研究进一步创造了有利的条件。
(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。
直流电动机双闭环调速系统课程设计
直流电动机双闭环调速系统课程设计一、引言直流电动机是一种常见的电动机，广泛应用于工业生产和日常生活中。
在实际应用中，为了满足不同的工作要求，需要对电动机进行调速。
传统的电动机调速方法是通过改变电源电压或者改变电动机的极数来实现，但这种方法存在调速范围小、调速精度低、调速响应慢等问题。
因此，现代工业中普遍采用电子调速技术，其中双闭环调速系统是一种常用的调速方案。
二、直流电动机双闭环调速系统的原理直流电动机双闭环调速系统由速度环和电流环组成。
速度环是通过测量电动机转速来控制电动机的转速，电流环是通过测量电动机电流来控制电动机的负载。
两个环路相互独立，但又相互联系，通过PID控制器对两个环路进行控制，实现电动机的精确调速。
三、直流电动机双闭环调速系统的设计1.硬件设计硬件设计包括电源模块、电机驱动模块、信号采集模块和控制模块。
其中电源模块提供电源，电机驱动模块将电源转换为电机驱动信号，信号采集模块采集电机转速和电流信号，控制模块根据采集到的信号进行PID控制。
2.软件设计软件设计包括PID控制器设计和程序编写。
PID控制器是直流电动机双闭环调速系统的核心，其作用是根据采集到的信号计算出控制量，控制电机的转速和负载。
程序编写是将PID控制器的计算结果转换为电机驱动信号，实现电机的精确调速。
四、直流电动机双闭环调速系统的实现1.电路连接将电源模块、电机驱动模块、信号采集模块和控制模块按照设计要求连接起来。
2.参数设置根据电机的参数和工作要求，设置PID控制器的参数，包括比例系数、积分系数和微分系数等。
3.程序编写根据PID控制器的计算结果，编写程序将其转换为电机驱动信号，实现电机的精确调速。
五、直流电动机双闭环调速系统的应用直流电动机双闭环调速系统广泛应用于工业生产和日常生活中，如机床、风机、水泵、电梯等。
其优点是调速范围广、调速精度高、调速响应快、负载能力强等。
六、总结直流电动机双闭环调速系统是一种常用的电子调速方案，其原理是通过速度环和电流环相互独立但相互联系的方式，通过PID控制器对两个环路进行控制，实现电动机的精确调速。
直流电动机双闭环调速系统中转速超调量的分析研究
入 了饱和状态 。
图２起动过程的电流和转速波彩图
△ｎ Ｎ ＝ ０ ． ４ ｎ Ｎ ， ／ Ｔ ｍ ＝ Ｏ ． １ ，贝 ０ △ ｎ ｂ ： Ｏ ． １ ２ ｎ Ｎ ；当 选择ｈ ＝ ５ 时并起动到额定转速ｎ 时 ，退饱和超
） Ａ ｎ ｂ＿８ １ ２ ％×
。
统 的突卸负载扰 动的速升过渡过 程 ，同时按 ｔ 卜ｔ ２ ） 为 恒 流 升速 阶 段 ： 工程 设计 方法 设计Ａ Ｓ Ｒ 时 ，转速 环设 计可 设 Ａ Ｓ Ｒ 输 出恒 定在 限幅值 ，这时 转速环 相 当于 计为典 型 Ｉ Ｉ 型系 统 。双 闭环系统 调节器设 开环 ，整个系统 处于 电流无 静差调节 阶段 ，
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。
双闭环调速课程设计
双闭环调速课程设计一、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，掌握其组成部分及功能。
2. 学生能掌握双闭环调速系统中速度闭环和电流闭环的工作原理及其相互关系。
3. 学生能运用所学知识分析双闭环调速系统的性能，并对其进行优化。
技能目标：1. 学生能通过实际操作，搭建简单的双闭环调速系统，并对其进行调试。
2. 学生能运用相关软件（如MATLAB/Simulink）对双闭环调速系统进行仿真分析。
3. 学生能运用所学知识解决实际工程中与双闭环调速相关的问题。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对电气工程及自动化领域的兴趣，激发他们的学习热情。
2. 培养学生具备团队合作意识，提高他们在实际工程中的沟通与协作能力。
3. 培养学生严谨的科学态度，使他们认识到技术在现代社会中的重要作用。
课程性质：本课程为电气工程及其自动化专业的一门专业课程，旨在让学生掌握双闭环调速系统的原理及其在实际工程中的应用。
学生特点：学生已具备一定的电路分析、自动控制理论基础，具有一定的动手能力和问题解决能力。
教学要求：结合课程性质、学生特点，将课程目标分解为具体的学习成果，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力和创新能力。
在教学过程中，关注学生的个体差异，引导他们主动探究，培养他们解决问题的能力。
同时，注重培养学生的团队合作意识和科学态度。
二、教学内容1. 双闭环调速系统概述：介绍双闭环调速系统的基本概念、发展历程、应用领域及发展趋势。
教材章节：第一章2. 双闭环调速系统原理：讲解速度闭环和电流闭环的工作原理、参数设置及相互关系。
教材章节：第二章3. 双闭环调速系统性能分析：分析双闭环调速系统的稳态性能、动态性能及其影响因素。
教材章节：第三章4. 双闭环调速系统设计：介绍双闭环调速系统的设计方法、步骤和注意事项。
教材章节：第四章5. 双闭环调速系统仿真与实验：运用MATLAB/Simulink软件进行双闭环调速系统的仿真分析，以及实际操作搭建和调试双闭环调速系统。
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。
双闭环调速系统.
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第1章引言 (4)1.1设计目的 (4)1.2设计要求 (5)第2章系统总体设计 (6)2.1总体思路 (6)2.2总体设计 (6)第3章双闭环调速系统设计 (8)3.1系统的总体框图设计 (8)3.2 电流调节器的设计 (8)3.3转速调节器的设计 (10)第4章系统仿真 (12)第5章总结 (14)参考文献 (15)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊基于工程设计法的双闭环直流调速系统设计【摘要】本文按工程方法设计了一个直流电机的转速和电流双闭环调速系统。
该系统设计了电流检测环节，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，并通过Simulink进行系统仿真，分析双闭环直流调速系统的特性。
【关键词】双闭环电流调节器转速调节器 Simulink┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊Engineering design method based on doubleclosed-loop DC motor control system design【Abstract】This project designed by a DC moter speed and current dual-loop speed control 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 the system to the purpose of regulating the current and speed.Simulink for system through system simulation,finally display control system model and the results of anti-truth.【Keywords】Double-loop the speed regulator the current regulator Simulink┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第1章引言20世纪60年代以前，在电气传动领域中，我们曾广泛使用的是由机组供电的直流调速系统，但该系统需要旋转变流机组，至少包含两台与调速电动机容量相当的旋转电机，还要一台励磁发电机，因此，该系统所需设备多，体积大，费用高，效率低。
双闭环调速系统动态参数工程原理设计方法
4.5.1 基本思想 4.5.2 典型系统及其参数与性能指标的关系（预备知识） 4.5.3 非典型系统的典型化（预备知识） 4.5.4 工程设计方法在双环调速系统调节器设计中的应用
基本思想
4.5.1 基本思想
1 为什么要研究工程设计方法 ▪ 控制理论中的设计方法复杂,
截止频率ωc … .367/T .455/T .596/T …
相角余量γ
… 69.9o
65.6o 59.2o …
C(t)
结论：KT=0.5，
电子最佳调节原理中的
Cœ
“二阶最佳系统”
Cmax
±5%(or2%)Cœ
Cmax-Cœ
典型I型系统的抗扰性
2) 抗扰性能
例子:系统分为扰动点前后两部分
(用于4.5.4节电流环的抗扰分析)
选择调节器的结构，使系统能满足所需的稳态精度。由于Ⅲ型（ r
=3）和Ⅲ型以上的系统很难稳定，而0型系统的稳态精度低。因此
常把Ⅰ型和Ⅱ型系统作为系统设计的目标。
典型I型系统
1 典型I型系统
(1) 定义和特点: 以W(s)为开环传函的单位反馈系统。
W(S) K
(4.52)
S(TS1)
L()120lgK20(lgclg1)|1
K T 0 .5 ,N (S) N /S
±5%(or2%)Cœ2
C1
CmaxC2ຫໍສະໝຸດ tNtmtv
Nt
图 4.2.3 突加扰动的过渡过程和抗扰性能指标
典型I型系统
表4.5-2 (仅对图4.5.4的系统, KT=0.5,Cb=0.5K2N)
m=T/T1 ΔCmax/Cb (%) tm/T tv/T
双闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告
TGn ASR ACR U *n + -U n U i U *i + - U c TAV M + -U d I dUP E L- M T 双闭环直流调速系统的设计与仿真1、实验目的1．熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本原理。
2．掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。
3．掌握调节器的工程设计及仿真方法。
2、实验内容1．调节器的工程设计 2．仿真模型建立 3．系统仿真分析 3、实验要求用电机参数建立相应仿真模型进行仿真 4、双闭环直流调速系统组成及工作原理晶闸管直流调速系统由三相调压器，晶闸管整流调速装置，平波电抗器，电动机—发电机组等组成。
本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制回路可直接由给定电压U ct 作为触发器的移相控制电压，改变U ct 的大小即可改变控制角，从而获得可调的直流电压和转速，以满足实验要求。
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，如图4.1。
把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流的输出去控制电力电子变换器UPE 。
在结构上，电流环作为内环，转速环作为外环，形成了转速、电流双闭环调速系统。
为了获得良好的静、动态特性，转速和电流两个调节器采用PI 调节器。
图4.1 转速、电流双闭环调速系统 5、电机参数及设计要求5.1电机参数 直流电动机：220V ，136A ，1460r/min ， =0.192V ? min/r ，允许过载倍数=1.5，晶闸管装置放大系数： =40电枢回路总电阻：R=0.5 时间常数： =0.00167s, =0.075s电流反馈系数： =0.05V/A 转速反馈系数：=0.007 V ? min/r 5.2设计要求要求电流超调量 5%，转速无静差，空载起动到额定转速时的转速超调量 10%。
6、调节器的工程设计 6.1电流调节器ACR 的设计 （1）确定电流环时间常数1）装置滞后时间常数 =0.0017s ； 2）电流滤波时间常数 =0.002s ；3）电流环小时间常数之和 = + =0.0037s ； （2）选择电流调节结构根据设计要求5%，并且保证稳态电流无差，电流环的控制对象是双惯性型的，且=0.03/0.0037=8.11<10，故校正成典型?I?型系统，显然应采用PI型的电流调节器，其传递函数可以写成?式中—?电流调节器的比例系数；?—?电流调节器的超前时间常数。
按工程设计方法设计双闭环调速系统
2-4 按工程设计方法设计双闭环调速系统本节提要□ 双闭环调速系统的动态结构□ 双闭环调速系统电流调节器的设计□ 双闭环调速系统转速调节器的设计□ 转速调节器退饱和时转速超调量的计算一、双闭环调速系统的动态结构转速、电流双闭环调速系统。
双闭环调速系统的动态结构图双闭环调速系统的实际动态结构图与前面接触到的结构图的区别增加了滤波环节，包括电流滤波、转速滤波和两个给定信号的滤波环节。
其中反馈：测速发电机输出电压含有电机的换向纹波，需要滤波。
因而反馈信号带来延滞。
给定：使给定信号和反馈信号经过同样的延滞反馈：电流检测信号中常含有交流分量，需要低通滤波。
给定：道理同上。
（补偿反馈通道这一惯性作用。
）调速系统的其它部分与以前一样。
二、双闭环调速系统电流调节器的设计设计分为以下几个步骤：1.电流环结构图的简化2.电流调节器结构的选择3.电流调节器的参数计算4.电流调节器的实现1.电流环结构图的简化忽略反电动势的动态影响等效成单位负反馈系统小惯性环节近似处理① 忽略反电动势的动态影响及条件转速、电流双闭环调速系统：忽略反电势E电流调节过程比转速和反电动势的变化过程快得多，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ΔE≈0。
这时，电流环如下图所示。
忽略E条件：② 等效成单位负反馈系统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U*i(s) /β，则电流环便等效成单位负反馈系统：③ 小惯性环节近似处理最后，由于Ts 和 Toi 一般都比Tl 小得多，可以当作小惯性群而近似地看作是一个惯性环节，T∑i = Ts + Toi简化的近似条件为：电流环结构图最终简化成：2. 电流调节器结构的选择典型系统的选择对电流环的要求：(a) 希望其跟随性能好（快）(b) 具有保护特性(c) 对电网电压波动的及时抗扰作用已知：跟随性能好→ 选择典型 I 型系统抗扰性能好→ 选择典型Ⅱ型系统经查表知，典型 I和典型Ⅱ抗扰性能接近。
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（二）退饱和超调计算
退饱和超调计算表达式
% nmax
n*
Cmax n*
Cmax Cb Cb n*
Cmax Cb
2( z)nN
n*
Tn Tm
%
2( Cmax ) (
Cb
z)
nN n*
Tn Tm
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
（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
III
O
t
Id
Idm
IdL
O
t1
t2 t3 t4
t
② 转速达到给定转速之后，ASR退饱和，
典型II型系统在某一扰动作用下的动态结构图
典型II型系统最大动态偏差值与中频宽的关系
h
Cmax/Cb （%）
3 4 5 6 7 8 9 10 72.2 77.5 81.2 84.0 86.3 88.1 89.6 90.8
对于调速系统，最大动态偏差值就
是最大转速动态变化值 nmax。
（二）退饱和超调计算
（二）退饱和超调计算 基准值的计算：
Cb 2FK2T
U*n (s) + -
IdL (s)
ASR U*n(s)
/ Id (s)
-
Tns+1
+
R n (s) CeTms
（二）退饱和超调计算
基准值的计算：
Cb 2FK2T
0+ -
ASR U*n(s)
/ Tns+1
IdL (s)
转速、电流双闭环直流调速系统 转速超调量的计算
主讲人：张敬南 副教授
Id (s)
-
+
R CeTms
n (s)
K2
R CeTm
T Tn
F Idm Idl ( 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 。
h
Cmax/Cb （%）
3 4 5 6 7 8 9 10 72.2 77.5 81.2 84.0 86.3 88.1 89.6 90.8
（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 。
t
Id
Idm
IdL
O
t2
t
① 显然，如果负载电流始终为最大电流
不变，则转速不变。
（二）退饱和超调计算
n n*
O
t
Id
Idm
IdL
O
t2
t
假设新的初始条件： n(0) n* Id (0) Idm（二）退饱 Nhomakorabea超调计算
n n*
O
t
Id
Idm
IdL
O
t2 t3 t4
t
② 但是当负载改变了，转速就会发生对
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。
（一）转速的线性超调与退饱和超调 （1）线性超调
转速（单位：转/分）
1200 1000
800 600 400 200
最大超调的计算： % nmax
n*
典型II型系统最大动态偏差值与中频宽的关系
h
Cmax/Cb （%）
3 4 5 6 7 8 9 10 72.2 77.5 81.2 84.0 86.3 88.1 89.6 90.8
显然，只要表中的基准值Cb确定出 来就可以了确定最大动态偏差Cmax，也 就是最大转速动态偏差值 nmax 。
0 -2000
线性系统 实际系统
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
时间（单位：秒）
线性系统与实际系统转速的比较
（一）转速的线性超调与退饱和超调 （1）线性超调
转速（单位：转/分）
1200 1150 1100 1050 1000
950 9000.1
线性系统
实际系统
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
扰动引起的转速动态升高的计算。直接
参考典型II型的抗扰分析结论。
（二）退饱和超调计算
典型II型系统在某一扰动作用下的动态结构图
U*n (s) + -
IdL (s)
ASR U*n(s)
/ Id (s)
-
Tns+1
+
R n (s) CeTms
等效成转速单位负反馈的双闭环调速系统 动态结构图
（二）退饱和超调计算
（2）退饱和超调
n n*
I
II
III
O
t
Id
Idm
IdL
O
t1
t2 t3 t4
t
I dm |饱和值 I dm |线性系统
|饱和值 |线性系统
（一）转速的线性超调与退饱和超调 （3）线性超调与退饱和超调比较结论
起动过程的恒流升速阶段，转速调 节器处于饱和状态，转速调节器的饱和 状态限制了系统获得的电枢电流值，使 超调变小。
0.4
时间（单位：秒）
线性系统与实际系统转速的比较 （局部放大图）
（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 +
R
1n
Tms Ce E
Tois+1
Tons+1
Cb
2RTn ( z)IdN
CeTm
2Tn ( z) RIdN
Tm
Ce
2(
z)nN
Tn Tm
（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 。 ③确定最大动态偏差值Cmax，也就是最 大转速偏差值nmax 。
转速、电流双闭环直流调速系统 转速超调量的计算
主讲人：张敬南 副教授
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
电流Id从Idm开始下降，但仍然有Id>IdL ， 出现退饱和超调。
（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
显然，产生退饱和超调与产生线性 超调的区别在于：转速达到给定转速之 前，电流值是不同的。
（一）转速的线性超调与退饱和超调
应的变化，t2时刻，负载从Idm突变到IdL， 电流Id随之改变，转速n出现动态升高。
（二）退饱和超调计算
n n*
I
II
III
O
t
Id
Idm
IdL
O
t1
t2 t3 t4
t
到底是什么因素会引起转速上升呢？
（二）退饱和超调计算
n n*
O
t
Id
Idm
IdL
O
t2 t3 t4
t
结论：将退饱和超调的计算转变为负载
双闭环调速系统的动态结构图
起动时，如果转速达到给定转速之 后，仍然存在Id>IdL，则产生转速超调。
（一）转速的线性超调与退饱和超调 （1）线性超调
电枢电流（时间：安培）
250 200 150 100
50 00
线性系统 实际系统
0.1
0.2
0.3
0.4
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
1/R Id Tl s+1 +
R
1n
Tms Ce E
Tois+1
Tons+1
双闭环调速系统的动态结构图
电流环被设计成典型I型系统； 转速环被设计成典型II型系统。
（一）转速的线性超调与退饱和超调
（1）线性超调
典型II型系统阶跃输入跟随性能指标