小超调快过渡时间的电流环转速环设计

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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。

PMSM电流环速度环位置环设计与实现中的心得体会

一：电流环参数的调节1：PMSM传动控制系统中，电机运行速度范围很宽，电流频率范围从零到上百赫兹，要在这么宽的频率范围内准确地检测电机电流，常选用霍尔元件实现电机电流的检测。

霍尔检测方法优点：动态响应好，信号传输线性及频带范围宽等优点。

为保证电机对称运行，电流三相各反馈信道的反馈系数必须相等，这就要精心选择调理电路组件，仔细调整反馈回路参数。

信号调理电路使用模拟放大器时，放大器的零漂是影响电机低速运行性能的主要因素，要仔细调整放大器，将零点漂移控制在10mv以内。

2：PMSM调速系统需要电机有很宽的调速范围，达到10^4 ：1 以上，要在这么宽的速度范围内检测出电机的速度，以实现调速系统的控制确实是个很重要的问题。

尽管T法在低速时有很好的测速精度，但研究调速系统控制的论文极少见使用(T或M/T)法测速的，基本上都是采用M法测速。

实际上，当电机处于极低转速时，电机能否稳定运行不仅仅取决于位置传感器及其所送来的脉冲信号，还有速度调节器的作用，以及电流环与电机转子惯性环节的影响，所以，M法仍可用于低速范围内电机速度的检测与反馈。

3：电流调节器参数对电流环的动态响应具有决定性影响。

电流调节器比例系数越大，电流阶跃跟踪响应速度越快，响应的超调越大，振荡次数越多。

电流调节器的积分系数越大，电流阶跃跟踪响应的稳态误差越小，但太大会引起电流环振荡。

PMSM调速控制系统的电流环控制对象为PWM逆变器、电机电枢绕组、电流检测环节组成。

在实际系统运行过程中，电流环的相应受电机反电势的影响，电流环动态响应不好，为提高永磁同步电机调速系统电流环动态响应性能，抑制反电动势对电流环的影响，在实际系统电流调节器制作时，比例和积分系数均做了调整，增大比例系数，减小积分时间常数。

电流环响应若不加微分负反馈环节，电流环动态响应将会出现振荡与超调。

然而实际应用中，通常不加微分反馈环节，因为微分极易引起系统的振荡。

而且按照电流环I型系统的校正原则，采用PI控制才能实现电流环系统的稳定性和高动态响应。

双闭环不可逆直流调速系统设计

双闭环不可逆直流调速系统设计双闭环不可逆直流调速系统是一种常见的电机调速方案，在工业控制中被广泛应用。

该调速系统包含了两个闭环控制回路，分别是转速内环和电流外环。

转速内环负责控制电机的转速，电流外环负责控制电机的电流，通过合理设计控制器来提高电机的调速性能。

以下是双闭环不可逆直流调速系统的设计步骤：1.系统建模：首先根据电机的物理特性及参数，建立电机的数学模型。

常见的模型有电枢电机模型和电磁转矩模型。

根据实际需求，选择合适的模型进行建模。

2.转速内环设计：转速内环的目标是控制电机的转速，在不受外界负载扰动影响的情况下保持设定转速。

常见的转速内环控制器有PID控制器和模糊控制器。

通过调整控制器的参数，可以实现快速响应、较小的超调量和稳态误差。

3.电流外环设计：电流外环的目标是控制电机的电流，在既定转速下，保持电机的稳定工作。

电流外环通常采用PID控制器，通过调整控制器的参数，可以实现电机电流的精确控制和动态响应。

4.控制器参数整定：为了使控制系统能够良好地工作，需要对控制器的参数进行整定。

通常采用试探法或者现场试验法来确定控制器的参数，通过调整参数，使得系统具有良好的控制性能。

5.稳定性分析：在设计完成后，需要对系统进行稳定性分析，以确保系统的稳定性。

常用的方法有根轨迹法、频率响应法等。

通过稳定性分析，可以发现系统的不稳定因素，并采取相应的措施进行调整。

6.仿真和实验验证：对于设计完成的双闭环不可逆直流调速系统，可以通过仿真和实验验证来评估其性能。

利用现代控制工具和仿真软件，可以进行虚拟实验，通过调整控制器参数，不断优化系统性能。

实验验证则是在实际环境下进行，通过实际数据的采集和分析，评估系统的稳定性和鲁棒性。

在双闭环不可逆直流调速系统设计的过程中，需要综合考虑转速和电流的控制要求，并兼顾系统的稳定性和动态性能。

通过合理的设计和参数整定，可以实现电机的精确控制，并满足不同的实际应用需求。

双闭环调速系统的近似与解决方案

双闭环调速系统的近似与解决方案
1. 反电动势的忽略
实际系统中电磁时间常数远小于电机时间常数，因而电流的调节过程比转速的变化过程快得多，反电动势对电流环来说只是一个变化缓慢的扰动作用，在电流调节器的调节过程中近似的认为反电动势不变，这样在设计电流环时可以暂不考虑反电动势的动态作用，而降电动势反馈断开，从而得到忽略电动势影响的电流环近似结构。

2.电流环传递函数的近似与解决方案，小惯性环节的近似：
典型I型系统的恢复时间不算太慢，可按典型I型系统来设计，ACR选用PI调节器，可得到
电流环传递函数。

近似处理后的小时间常数满足条件，可设计转速环。

2.退饱和超调的近似
退饱和超调的超调量显然小于线性系统的超调量。

退饱和超调量要通过分析带饱和非线性的动态过程才能知道。

对于这一类非线性问题，可采用分段线性化的方法，按照饱和与退饱和两段，分别用线性系统的规律分析。

在转速调节器饱和阶段，电机基本上按恒加速启动，其加速度为
这一过程一直延续到t2时刻n=n*时为止。

如果忽略自动延迟时间T0和电流上升阶段的短暂过程，认为一开始就按恒加速度启动，则
在转速调节器退饱和阶段内，调速系统恢复到转速闭环系统线性范围内运行。

3.转速环设计：。

传动教材第2章转速电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法

第2章转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法2.1 转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性采用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较高，单闭环系统就难以满足需要，这主要是因为在单闭环系统中不能控制电流和转矩的动态过程。

电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，并不能很理想地控制电流的动态波形,图2-1a)。

在起动过程中，始终保持电流（转矩）为允许的最大值，使电力拖动系统以最大的加速度起动，到达稳态转速时，立即让电流降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。

这样的理想起动过程波形示于图2-1b 。

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。

2.1.1 转速、电流双闭环直流调速系统的组成系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，如图2-2所示。

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。

这就形成了转速、电流双闭环调速系统。

转速和电流两个调节器一般都采用PI 调节器，图2-3。

两个调节器的输出都是带限幅+TG nASRACRU*n+ -U nU iU*i+-U cTAM+-U dI dUPE-MT图2-2 转速、电流双闭环直流调速系统结构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 —电力电子变换器内外ni作用的，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 。

电流环调节器设计过程

电流环PID 调节器设计大致流程以下设计过程主要参考文献[1]，首先给出永磁同步电机参数表如下：电机的反电势会使电流输出与给定存在偏差，但低速时反电势较小，可通过调节器的控制消除，因此设计时可忽略不计。

电流环传函结构图如图1所示，其中，v K 是逆变器电压放大倍数，表示逆变器直流侧电压与三角载波电压幅值之比，v τ是逆变器时间常数，与开关频率有关，s R 是电枢绕组电阻，q L 是交轴电感，β 是反馈系数， oi T 是反馈滤波时间常数，ACR G 是电流调节器传递函数。

图1未加校正时的电流环开环传函如下:(1)()(1)v iob v q s oi K G S L S R T S βτ=+++ （1）式中: v τ、oi T 是小时间常数，因此可将控制对象等效:()[()1]v iob q s v oi K G L S R T S βτ=+++ （2）电流调节器可选用 PI 调节器进行设计: 1p i ACR i K K S G K S+= （3）用 PI 调节器的零点来抵消控制对象的大时间常数极点，如下: 11q p i s L K K S S R +=+ （4）得到电流环的开环传递函数:[()1]*v ik i oi v sK G K S T S R βτ=++ （5）系统要求电流环具有较快的响应速度，同时超调又不可过大，因此令:()0.5v oi v i sK T K R βτ+= （6）设定逆变器开关频率为f=18kHz ，于是逆变器时间常数155.6v us fτ==，将15.5dc v s U K U ==、0.6β=、0.11ms oi T =和表1的电机参数代入到式（4）、式（6）中，得 6.5p K =，0.0022i K =。

加入 PI 调节器之前的系统开环幅相频率特性曲线如图2 所示，系统明显不稳定; 加入 PI 调节器后得到的系统开环的幅相频率特性曲线如图 3 所示，可见所设计的电流环是稳定的，且有 45°左右的相角裕度。

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。

直流电动机的转速调节器和电流调节器设计毕业设计

摘要转速、电流双闭环控制的直流调速系统是性能很好的直流调速系统，更是一种当前应用广泛、经济、适用的电力传动系统，它具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，是各种交、直流电力拖动自动控制系统的重要基础，所以在电力传动系统中得到了广泛的应用。

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，调速系统的主电路采用了三相全控桥整流电路来供电。

本论文首先确定整个设计的方案和框图；然后确定主电路的参数以及框图中所需的电动机参数；本论文的重点设计是直流电动机的转速调节器和电流调节器的设计，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，在直流调速系统起动过程中只有电流负反馈，达到稳态转速后，只要转速负反馈，二者之间实行串级联接。

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。

转速和电流两个调节器都采用PI调节器，这样构成的双闭环直流调速系统就能获得良好的静、动态性能。

最后采用MATLAB/SIMULINK对整个调速系统进行了仿真分析，使其满足工程设计参数指标。

关键词：电力传动；双闭环；直流调速系统；电流调节器；转速调节器AbstractSpeed, current double closed loop control of DC speed regulation system is a very good performance of the DC motor speed control system, is also a kind of wide applications, economic, applicable to electric drive system, it has a wide speed range, high precision, good dynamic performance and easy to control, is all kinds of AC, DC electric drive automatic control system important basis, so in electric drive automatic control system has been widely used. Based on the design of the subject, the DC motor speed controller, the speed, current double closed loop speed control circuit, control system's main circuit adopts a three-phase full-bridge controlled rectifier circuit to supply power. This paper firstly determine the whole design scheme and block diagram; then to determine the parameters of the main circuit and the block diagram of the desired motor parameters; the focus of this paper is the design of DC motor speed regulator and current regulator design, respectively, to adjust the speed and current, which are respectively introduced into the speed negative feedback and current negative feedback, in DC control system start process only the current negative feedback, to achieve steady speed, as long as the speed negative feedback, two between implementation of cascade connection. From the closed loop structure, the current loop on the inside, known as the inner ring; the speed loop outside, called outer ring. This form of speed, current double closed loop speed regulation system. Speed and two current regulators have adopted PI regulator, the DC double loop speed control system can obtain good static, dynamic performance. Finally using the MATLAB / SIMULINK on the speed regulation system simulation and analysis are carried out, in order to meet the engineering design parameters.Key words:power transmission；double closed loop；DC speed control system；current regulator；speed regulator目录摘要 (I)Abstract (II)目录............................................................................................................................................... I II 第1章绪论.......................................................................................................................... - 1 -1.1 课题的背景、目的及意义......................................................................................... - 1 -1.2 课题研究的现状和发展趋势..................................................................................... - 1 -1.3 本课题采用的技术方案及技术难点......................................................................... - 2 -1.4 本设计的主要研究内容............................................................................................. - 3 -1.4.1 建立系统的数学模型...................................................................................... - 3 -1.4.2 经典控制部分.................................................................................................. - 3 -1.4.3仿真部分........................................................................................................... - 3 - 第2章双闭环调速系统的工作原理及数学模型.............................................................. - 4 -2.1 系统的参数测定......................................................................................................... - 4 -2.2 双闭环调速系统的工作原理..................................................................................... - 6 -2.2.1 转速控制的要求和调速指标.......................................................................... - 6 -2.2.2 调速系统的两个基本矛盾.............................................................................. - 7 -2.2.3 调速系统的双闭环调节原理.......................................................................... - 8 -2.2.4 双闭环调速系统的起动过程分析.................................................................. - 9 -2.2.5动态性能和转速、电流两个调节器的作用................................................. - 11 -2.3晶闸管—电动机主电路的设计................................................................................ - 12 -2.4 主电路参数计算....................................................................................................... - 13 -2.5 主电路的过电压和过电流保护............................................................................... - 14 -2.5.1 过电压保护.................................................................................................... - 14 -2.5.2 过电流保护.................................................................................................... - 14 - 第3章按工程设计方法设计双闭环调速系统的电流调节器和转速调节器.................. - 15 -3.1设计要求.................................................................................................................... - 15 -3.1.1基本数据（其中包括铭牌数据和测试数据）............................................. - 15 -3.1.2 设计指标........................................................................................................ - 16 -3.1.3 工程设计方法的基本思路............................................................................ - 16 -3.2电流调节器额定设计................................................................................................ - 17 -3.2.1电流环动态结构图的简化............................................................................. - 17 -3.2.2电流调节器结构的选择................................................................................. - 18 -3.2.3 电流调节器参数的计算................................................................................ - 19 -3.2.4电流环的动态性能指标................................................................................. - 20 -3.3转速调节器的设计.................................................................................................... - 21 -3.3.1电流环的等效闭环传递函数......................................................................... - 21 -3.3.2转速环的动态结构图及其近似处理............................................................. - 21 -3.3.3 转速调节器结构的选择.............................................................................. - 22 -3.3.4 转速调节器参数的计算................................................................................ - 24 -3.3.5 转速环的抗扰性能指标................................................................................ - 26 -3.4电流环、转速环开环对数幅频特性的比较............................................................ - 27 - 第4章调速系统性能指标的数字仿真.............................................................................. - 29 -4.1 基于工程设计的数字仿真....................................................................................... - 29 -4.2 时域分析................................................................................................................... - 30 - 参考文献.................................................................................................................................. - 31 - 结束语...................................................................................................................................... - 32 - 致谢.......................................................................................................................................... - 33 -第1章绪论1.1 课题的背景、目的及意义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。

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的设计

摘要直流调速系统具有调速范围广精度高动态性能好和易于控制等优点，因此本设计运用《电力拖动控制系统》的理论知识，利用晶闸管、二极管等器件设计出可行的转速、电流双闭环直流调速系统，该系统中设定了电流检测环节、电流调节器以及电流检测环节、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。

同时通过本次课程设计能够加强我们对一些常用单元电路的设计、常用集成芯片的使用以及对电阻、电容等元件的选择等的工程训练。

达到综合提高我们的工程设计与动手能力的目的。

各个仿真结果都基本上符合设计要求。

关键词：直流电机、双闭环调速系统、MATLAB仿真目录1 课程设计的目的与要求 (4)1.1本次课程设计（论文）应达到的目的 ................................... 4 1.2 本次课程设计（论文）任务的主要内容和要求 ................... 4 1.3 设计任务： .. (5)2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)2.1.1 电流环结构框图的化简 ........................................................................................... 6 2.2.2 电流调节器参数的计算 ........................................................................................... 7 2.1.3 . (8)2.2 转速调节器的设计 (9)2.2.1 电流环的等效闭环传递函数 ................................................................................... 9 2.2.2 转速调节器的参数计算 ......................................................................................... 10 2.2.3 转速调节器的实现 ................................................................................................. 11 3主电路的计算 (12)3.1整流变压器的计算 (12)3.1.1 整流变压器二次侧电压计算 ................................................................................. 12 3.1.2一次、二次侧电流计算 (12)3.1.3变压器容量的计算 (12)3.2 晶闸管元件的选择 (13)3.2.1额定电压U TN 的选择 (13)3.3晶闸管保护环节的计算 (13)3.3.1 交流侧过电压保护措施 ......................................................................................... 13 3.3.2 晶闸管及整流二极管两端的过电压保护 ............................................................. 14 3.3.3 过电流保护 ............................................................................................................. 14 3.3.4电压和电流上升率的限制 .. (15)3.4 平波电抗器的计算 (15)3.4.1 电动机电枢电感D L ............................................................................................... 15 3.4.2 变压器电感 ........................................................................................................ 15 3.4.3 平波电抗器的选择 . (15)T L3.5触发电路的选择 (16)3.5.1给定电源和给定环节的设计 (16)3.5.2转速检测环节和电流检测环节的设计与计算、调速系统的静态参数设计..164 MATLAB仿真 (17)4．1 系统的建模与参数设置 (17)1、单闭环物理模型的构建 (17)4.2系统动态仿真结果的输出及结果分析 (18)4.2.1 开环数学模型 (18)4.2.2 单闭环数学模型及其仿真结果 (19)4.2.3 双闭环数学模型及其仿真结果 (23)4.3系统仿真结果总体分析 (25)4.3.1.电机转速曲线 (25)4.3.2.电机电流曲线 (26)5心得及总结 (27)6 参考文献 (28)1 课程设计的目的与要求1.1本次课程设计（论文）应达到的目的电力拖动自动控制系统课程设计是自动化专业的一门专业课程，它是一次综合性的理论与实际相结合的训练，也是本专业的一次基本技能训练，其主要目的是：1、理论联系实际，掌握根据实际工艺要求，设计直流拖动自动控制系统的基本方法，2、对典型的直流拖动自动控制系统进行综合性的实验，掌握各部件和整个系统的调试步骤与方法，以及操作实际系统的方法，加强基本技能训练。

课程设计--直流脉宽调速系统设计

1 设计题目：直流脉宽调速系统设计2 设计内容和数据资料：某直流电动机拖动的机械装置系统。

主电动机技术数据为：,5.6,min 200,7.3,48A R r n A I V U a N N N ====电枢回路总电阻Ω=8R ,电枢回路时间常数ms T l 5=，机电时间常数ms T m 200=，电源电压V U s 60=，给定值和ASR 、ACR 的输出限幅值均为10V ，电流反馈系数,33.1A V =β转速反馈系数,min 05.0r V ⋅=α电动势转速比,min 18.0r V C e ⋅=试对该系统进行初步设计。

技术指标和要求：电动机可实现可逆运行。

要求稳态无静差。

动态过渡时间,1.0s T s ≤电流超调量%,5%≤i σ空载起动到额定转速时的转速超调量%10%≤n σ。

3 设计方法及步骤 3.1 系统设计的一般原则：按照“先内环后外环” 的设计原则，从内环开始，逐步向外扩展。

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.下图分别为双闭环直流调速系统的稳态结构图和双闭环调速系统的静态结构图.3.2 电流环设计电流环动态结构图及简化：)图 3 电流环的动态结构图1）确定时间常数脉宽调制器和PWM 变换器的滞后时间常数开关周期ms T s 4.0≈。

电流滤波时间常数oi T 取ms 5.0脉宽调制器和PWM 变换器的放大系数为8.4==nmNs U U K 可得电流环的小时间常数为图2 双闭环调速系统的静态结构图i T ∑=s T +oi T = 0.0004 s+0.0005 s = 0.0009 s2）选择电流调节器结构根据设计要求，%5%≤i σ，而且l i T T ∑=0009.0005.0= 5.55<10，因此可按典Ⅰ型系统设计。

电流调节器选用PI 型，其传递函数为()ss K s W i i i ACR ττ1+= 3）选择电流调节器参数积分时间常数 i τ=l T = 0.005 s为满足i δ%≤5%要求，取电流环开环增益I K 为I K =12iT ∑=0009.021⨯1s - = 555.56 1s - 又8.4=Ks ,则可得到电流调节器比例系数i K 为i K = i IsRK K τβ=555.568.433.18005.0⨯⨯⨯=3.48取调节器的输入电阻o R =20k Ω，则电流调节器的各参数为i R =i K o R =3.48⨯20k Ω=69.6 k Ωi C =i i R τ =36106.6910005.0⨯⨯F μ=0.072F μ oi C =4oi oT R =5340.002102010⨯⨯⨯F μ=0.4F μ，取0.47F μ4）校验近似条件电流环截至频率ci ω= I K =555.561s -，直流脉宽调至系统装置传递函数近似条件为 ci ω13sT ≤, 有13s T =0004.031⨯1s -=833.331s ->ci ω 故该近似条件满足。

3.4.3双闭环调速系统的工程设计(3)——转速超调量的计算

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
转速、电流双闭环直流调速系统转速超调量的计算
（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)
Id (s)
-
+
R CeTms
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。
有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）
（一）转速的线性超调与退饱和超调（1）线性超调
（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

转速、电流双闭环直流调速系统毕业设计

转速、电流双闭环直流调速系统毕业设计设计总说明在工业生产中,需要高性能速度控制的电力拖动场合, 直流调速系统，特别是双闭环直流调速系统发挥着极为重要的作用。

转速、电流双闭环调速系统是20世纪60年代在国外出现的一种新型调速系统。

70年代以来, 在我国的冶金、机械、制造以及印染工业等领域得到日益广泛的应用。

双闭环调速系统是由单闭环自动调速系统发展而来的。

它通过转速和电流两个调节器分别引入转速负反馈和电流负反馈，并构成双闭环系统。

从而有效的改善电机性能，使电机特性曲线变硬，以满足复杂环境下对电机性能的要求。

本设计主要采用三相全控桥式整流电路对直流电机供电，并通过工程设计法对转速调节器和电流调节器相关参数进行计算以达到对转速电流双闭环支流调速系统的整体实现。

关键词:直流调速,双闭环,三相全控桥,工程设计法Rotational speed, electric current double closed loop cocurrent velocity modulation system designDesign DescriptionIn the industrial production, needs the high performance speed control the electric drive situation, the direct-current velocity modulation system, specially the double closed loop cocurrent velocity modulation system is displaying the great importance the function. The rotational speed, the electric current double closed loop velocity modulation system was in the 1960s in one kind of new velocity modulation system which overseas appeared. Since the 70s, in domains and so on our country's metallurgy, machinery, manufacture as well as printing industry has obtained day by day the widespread application. The double closed loop velocity modulation system is comes by the single closed loop automatic velocity modulation system development. It introduces the rotational speed negative feedback and the electric current negative feedback separately through the rotational speed and the electric current two regulators, and constructs the doubling closed-loop system. Thus the effective improvement electrical machinery performance, causes the electrical machinery characteristic curve to stiffen, satisfies under the complex environment to the electrical machinery performance request.This design mainly uses three-phase all controls the bridge-type leveling circuit to the direct current machine power supply, and carries on the computation through the engineering design law to the RPM control and the current regulator related parameter to achieve to the rotational speed electric current double closed loop branch velocity modulation system's whole realizes.Key word: Direct-current velocity modulation; Double closed loop; Three-phase all controls the bridge; Engineering design law;目录1.绪论 (1)1.1直流调速系统发展 (1)1.2直流双闭环系统介绍 (1)1.3三相全控整流电路 (3)1.4双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析 (5)1.4.1双闭环直流调速系统的动态数学模型 (5)1.4.2启动过程分析 (6)1.4.3动态抗扰性能分析 (8)2.V-M调速系统主电路设计 (9)2.1V-M调速系统概述 (9)2.2晶闸管整流电路方案 (9)2.3主电路主要器件参数选择 (9)2.3.1可控整流变压器选择及计算 (9)2.3.2晶闸管选择 (10)2.4主电路保护措施 (12)2.4.1过电流保护 (12)2.4.2过电压保护 (13)3系统参数测定 (15)3.1主电路总电阻值得测定 (15)3.2电枢回路电感L的测定 (19)3.3直流电动机-发电机-测速发电机组的飞轮惯量GD2的测定 (21)3.4主电路电磁时间常数Td的测定 (22)3.5电动机电势常数Ce 和转矩常数CM的测定 (22)3.6系统机电时间常数TM的测定 (22)4.工程设计法设计双闭环系统的调节器 (23)4.1电流调节器设计 (23)4.1.1电流调节器在双闭环直流调速系统中的作用 (23)4.1.2电流调节器结构的选择 (23)4.1.3电流调节器的电路实现 (24)4.1.4电流调节器参数计算 (24)4.2转速调节器的设计 (26)4.2.1转速调节器在双闭环直流调速系统中的作用 (26)4.2.2转速调节器结构选择 (26)4.2.3转速调节器电路实现 (27)4.2.4转速调节器参数计算 (27)5系统调试 (29)5.1系统调试原则 (29)5.2各控制单元调试 (30)5.2.1移相控制电压Uct调节范围的确定 (30)5.2.2调节器的调零 (30)5.2.3调节器正、负限幅值的调整 (30)5.2.4电流反馈系数的整定 (30)5.2.5转速反馈系数的整定 (30)5.3系统调试 (31)5.3.1系统开环外特性测定 (31)5.3.2系统静特性测试 (31)6结果分析 (34)小结 (34)参考文献 (35)1.绪论1.1直流调速系统发展转速、电流双闭环调速系统是20世纪60年代在国外出现的一种新型调速系统。

转速、电流双闭环直流调速系统的设计Word版

第六组课程设计任务书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：，，，，Ω====48.3m in /14201.6220a N N N R r n A I V U 电枢电路总电阻Ω=4R ，电枢电路总电感=L 168mH ，电流允许过载倍数λ=1.5，折算到电动机轴的飞轮惯量Nm GD 88.12=。

晶闸管整流装置放大倍数，40s =K ，滞后时间常数s 0033.0s =T 电流反馈系数β=1.09A V / (N I V 5.1/10≈) 转速反馈系数α=0.007)/10(m in/N n V r V ≈ 滤波时间常数取s 02.0s 002.0on oi ==T T ，V U U U cm im nm10**===；调节器输入电阻Ω=k R 400 3.设计要求(1)稳态指标:无静差(2)动态指标:电流超调量%5i ≤σ；采用转速微分负反馈使转速超调量等于0。

目录第六组课程设计任务书 (1)目录 (2)第一章双闭环直流调速系统的工作原理 (3)1.1 双闭环直流调速系统的介绍 (3)1.2 双闭环直流调速系统的组成 (4)1.3 双闭环直流调速系统的稳态结构图和静特性 (6)1.4 双闭环直流调速系统的数学模型 (8)1.4.1 双闭环直流调速系统的动态数学模型 (8)1.4.2 启动过程分析 (8)第二章调节器的工程设计 (12)2.1 调节器的设计原则 (12)2.2 Ⅰ型系统与Ⅱ型系统的性能比较 (13)2.3 电流调节器的设计 (13)2.3.1 结构框图的化简和结构的选择 (14)2.3.2 电流环的设计 (15)2.4 转速调节器的设计 (18)2.4.1 结构框图的化简和结构的选择 (18)2.4.2 转速环的设计 (20)第三章Simulink仿真 (23)3.1 电流环的仿真设计 (23)3.2 转速环的仿真设计 (23)3.3 双闭环直流调速系统的仿真设计 (24)总结 (27)参考文献 (28)第一章双闭环直流调速系统的工作原理1.1 双闭环直流调速系统的介绍目前，需要高性能可控电力拖动的领域都采用直流调速系统。

转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法

在这个阶段中，ASR始终是饱和的，转速环相当于开环，系统成为在恒值电流 U*im 给定下的电流调节系统，基本上保持电流 Id 恒定且 I d I dm ，因而系统的加速度恒定，转速呈线性增长。
第 II 阶段（续）
n n*
I II
III
O Id Idm
t
IdL O t0 t1 t2 t3 t4 t
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。本章着重阐明其控制规律、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。我们将重点学习：
内容提要
转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性；双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析；调节器的工程设计方法；按工程设计方法设计双闭环系统的调节器弱磁控制的直流调速系统。
Ud0
1/R Tl s+1
Id
+
-IdL
R Tms
E
1/Ce
n

图2-6 双闭环直流调速系统的动态结构图
2. 数学模型图中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
n s 1 WASR ( s) K n ns
is 1 WACR ( s) Ki is
4. 两个调节器的作用

双闭环调速系统的静特性在负载电流小于Idm时
表现为转速无静差，这时，转速负反馈起主要调节作用。当负载电流达到 Idm 后，转速调节器饱和，电流调节器起主要调节作用，系统表现为电流无

静差，得到过电流的自动保护。
这就是采用了两个PI调节器分别形成内、外两个闭环的效果。这样的静特性显然比带电流截止负反馈的单闭环系统静特性好。然而实际上运算放大器的开环放大系数并不是无穷大，特别是为了避免零点飘移而采用 “准PI调节器”时，静特性的两段实际上都略有很小的静差，如上图中虚线所示。