电流截止负反馈转速1.1

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带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统建模与仿真

潇湘学院《课程设计报告》题目：带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统建模与仿真专业：电气工程及其自动化班级：姓名：学号：指导教师：陈敏初始条件：1．技术数据输出功率为:7.5Kw 电枢额定电压220V电枢额定电流 36A 额定励磁电流2A额定励磁电压110V 功率因数0.85电枢电阻0.2欧姆电枢回路电感100mH电机机电时间常数2S电枢允许过载系数1.5额定转速 1430rpm2．技术指标稳态指标：无静差（静差率s≤2%, 调速范围 D≥10 ）动态指标：系统稳定要求完成的主要任务:1．技术要求：(1) 该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机不可逆运行，具有较宽的调速范围（D ≥10），系统在工作范围内能稳定工作(2) 根据指标要求进行动态校正，选择调节器的参数，并确定电流截止负反馈环节的相关参数，(3) 系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续2．设计内容：(1) 根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构型式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图(2) 根据带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统原理图, 分析转速调节器和电流截止负反馈的作用,(3) 通过对调节器参数设计, 得到转速和电流的仿真波形，并由仿真波形通过MATLAB 来进行调节器的参数调节。

(4) 绘制带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统的电气原理总图（要求计算机绘图）(5) 整理设计数据资料，课程设计总结，撰写设计计算说明书目录摘要 (3)1.闭环调速控制系统构成 (5)1.1 主电路 (5)1.2 原理框图 (5)2带电流截止负反馈的转速负反馈的分析 (6)2.1电流截止负反馈的提出 (6)2.2 电流截止负反馈环节 (7)2.3 带电流截止负反馈调速系统结构框图和静特性 (8)3 参数设计 (10)3.1整体分析 (10)3.2稳定性参数计算和判断 (10)3.3 转速调节器校正 (11)3.3.1 PI调节器结构 (11)3.3.2 调节器的选择 (12)3.4 电流截止负反馈参数设计 (16)4. 电流MATLAB仿真 (17)4.1 将设计的参数进行仿真 (17)4.2 调节器参数调整 (18)5.电气总图 (19)6.结束语 (20)参考文献 (20)摘要为了提高直流调速系统的动态、静态性能，通常采用闭环控制系统（主要包括单闭环、双闭环）。

运动控制期末必考题

运动控制期末必考题⼀、填空题1、直流电动机有三种调速⽅案：（1）调节电枢供电电压U；（2）减弱励磁磁通Φ；（3）改变电枢回路电阻R。

2、当电流⼤到⼀定程度时才出现的电流负反馈，叫做电流截⽌负反馈。

3、额定励磁状态下的直流电动机电枢电流与直流电动机的电磁转矩成正⽐。

4、他励直流电动机的调速⽅法中，调压调速是从基速（额定转速）往下调，在不同转速下容许的输出恒定，所以⼜称为恒转矩调速。

调磁调速是从基速往上调，励磁电流变⼩，也称为弱磁调速，在不同转速时容许输出功率基本相同，称为恒功率调速。

5、直流调速系统的静态性能指标主要包括静差率和调速范围。

6、在⽐例积分调节调节过程中，⽐例部分的作⽤是迅速响应控制，积分部分的作⽤是消除稳态误差。

7、采⽤积分速度调节器的闭环调速系统是⽆静差的。

8、直流调速系统中常⽤的可控直流电源主要有旋转变流机组、静⽌式可控整流器和直流斩波器或脉宽调制变换器三种。

9、所谓稳态是指电动机的平均电磁转矩与负载转矩相平衡的状态。

10、在额定负载下，⽣产⼯艺要求电动机提供的最⾼转速和最低转速之⽐叫做调速范围。

11、负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降落与理想空载转速之⽐叫做静差率。

12、⼀个调速系统的调速范围，是指在最低转速时还能满⾜所需静差率的转速的可调范围。

13、反馈控制的作⽤是抵抗扰动、服从给定。

14、脉宽调制的⽅法是把恒定的直流电源电压调制成幅值相同、频率⼀定、宽度可变脉冲序列，从⽽可以改变平均输出电压的⼤⼩，以调节转速。

15、调速系统的要求有调速、稳速、加，减速。

16、直流电动机在调速过程中，若额定转速相同，则转速越低时，静差率越⼤。

17、在转速、电流双闭环直流调速系统中转速调节器的输出作为电流调节器的输⼊，再⽤电流调节器的输出去控制电⼒电⼦变换器。

18、双闭环调速系统在正常运⾏时， ACR 调节器是不会达到饱和的。

19、反馈控制系统所能抑制的知识被反馈环包围的前向通道上的扰动。

电流截止负反馈课程设计

电流截止负反馈课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解电流截止负反馈的基本概念，掌握其工作原理；2. 学生能掌握电流截止负反馈电路的组成，了解各部分功能；3. 学生能解释电流截止负反馈对放大器性能的影响，如稳定性、线性度等。

技能目标：1. 学生能够运用所学知识，分析实际电路中的电流截止负反馈现象；2. 学生能够设计简单的电流截止负反馈放大器电路，并进行性能分析；3. 学生能够通过实验验证电流截止负反馈的作用，提高实际操作能力。

情感态度价值观目标：1. 学生能够认识到电流截止负反馈在实际电路中的应用价值，培养学习兴趣；2. 学生能够养成团队协作、积极探索的学习态度，增强问题解决能力；3. 学生能够树立正确的科学观，认识到科学技术对社会发展的推动作用。

课程性质：本课程为电子技术基础课程，旨在帮助学生掌握电流截止负反馈的基本原理和应用，提高学生分析问题和实际操作能力。

学生特点：学生具备一定的电子技术基础知识，具有较强的学习兴趣和动手能力，但对电流截止负反馈的理解和应用尚不深入。

教学要求：结合学生特点，采用理论教学与实验相结合的方式，注重培养学生的实际操作能力和团队协作精神。

通过本课程的学习，使学生能够达到上述课程目标，为后续相关课程打下坚实基础。

二、教学内容本节教学内容主要包括以下三个方面：1. 电流截止负反馈基本原理- 引导学生回顾放大器的基本概念，引入电流截止负反馈的概念；- 讲解电流截止负反馈的工作原理，结合教材第3章第2节内容进行分析；- 解释电流截止负反馈对放大器性能的影响，如稳定性、线性度等。

2. 电流截止负反馈电路组成及功能- 介绍电流截止负反馈电路的组成部分，如输入级、反馈级、输出级等；- 分析各部分的作用，结合教材第3章第3节内容进行讲解；- 示例分析实际电路中的电流截止负反馈应用。

3. 电流截止负反馈实验及性能分析- 安排实验课，让学生动手搭建电流截止负反馈放大器电路；- 指导学生进行性能测试，分析实验结果，理解电流截止负反馈的实际作用；- 结合教材第3章第4节内容，让学生了解实验原理和操作方法。

运动控制系统思考题课后习题答案完整版 (1)汇总.

思考题答案1.1直流电动机有哪几种调速方式？各有那些特点？答：a改变电枢回路电阻调速法外加电阻Radd的阻值越大，机械特性的斜率就越大，相同转矩下电动机的转速越低b减弱磁通调速法减弱磁通只能在额定转速以上的范围内调节转速c调节电枢电压调速法调节电枢电压调速所得的人为机械特性与电动机的固有机械特性平行，转速的稳定性好，能在基速以下实现平滑调速。

1.2为什么直流PWM变换器-电动机系统比相控整流器-电动机系统能够获得更好的动态性能？答：a PWM变换器简单来讲调节的是脉冲串的宽度，直流成分没有受到破坏，也就是说其最大值=峰值是不变的，变的是平均值； b 相控整流，是由交流整流得到的直流，虽然也是平均值在变，但是其最大值、峰值也是随着导通角的大小时刻在变，且导通角越小波形的畸变越严重。

从而影响了电机的输出特性。

答：直流PWM变换器和晶闸管整流装置均可看作是一阶惯性环节。

其中直流PWM变换器的时间常数Ts 等于其IGBT控制脉冲周期（1/fc），晶闸管整流装置的时间常数Ts通常取其最大失控时间的一半（1/（2mf）。

因fc通常为kHz级，而f通常为工频（50或60Hz）为一周内），m整流电压的脉波数，通常也不会超过20直流PWM变换器间常数通常比晶闸管整流装置时间常数更小，从而响应更快，动态性能更好。

1.4简述直流PWM 变换器电路的基本结构。

答：直流PWM 变换器基本结构如图，包括IGBT 和续流二极管。

三相交流电经过整流滤波后送往直流PWM 变换器，通过改变直流PWM 变换器中IGBT的控制脉冲占空比，来调节直流PWM 变换器输出电压大小，二极管起续流作用。

1.5答：不会1.7静差率s与调速范围D有什么关系？静差率与机械特性硬度是一回事吗？答：关系见书上公式。

静差率与机械特性硬度是不同的概念，硬度是指机械特性的斜率，一般说硬度大静差率也大；但同样硬度的机械特性，随着起理想空载转速的降低，其静差率会随之增大。

带电流截止负反馈的转速单闭环可逆调速系统设计心得

带电流截止负反馈的转速单闭环可逆调速系统设计心得在设计带有电流截止负反馈的转速单闭环可逆调速系统时，我获得了一些有价值的心得。

这种系统通常用于电机控制，通过闭环反馈来实现对电机转速的精确控制。

首先，设计一个合适的电流截止负反馈环路非常重要。

电流截止是一种常用的控制策略，通过将电流与设定值进行比较，然后根据比较结果调整控制信号来实现对转速的控制。

在设计负反馈环路时，需要注意选择合适的比例和积分增益来实现稳定的控制。

其次，选择合适的转速控制策略也是至关重要的。

常见的转速控制策略包括PID 控制、模糊控制和神经网络控制等。

根据实际需求和系统特点，选择最适合的控制策略能够提高系统的控制性能和稳定性。

此外，设计合适的传感器和测量电路也是设计可逆调速系统的重要一环。

转速传感器的准确性对于精确控制转速至关重要。

在选择传感器时，需要考虑其测量范围、精度和响应速度等因素。

最后，合理设计控制回路，并对系统进行充分的仿真和实验。

通过仿真和实验可以验证设计的合理性和系统的性能。

在仿真和实验中，可以对系统进行各种工况的测试，以确保系统在各种条件下都能稳定工作。

总结起来，设计带有电流截止负反馈的转速单闭环可逆调速系统需要考虑多个因素，包括负反馈环路设计、转速控制策略选择、传感器选择和系统仿真与实验。

通过综合考虑这些因素，可以设计出高性能和稳定的转速控制系统。

带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统

实验八带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统一、实验目的(1)了解单闭环直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理。

(2)掌握晶闸管直流调速系统的一般调试方法及电流截止负反馈的整定。

(3)通过实验，加深理解负反馈原理及转速负反馈电流截止负反馈的在调速系统中的作用。

二、实验所需挂件及附件三、实验线路及原理为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环控制系统(包括单闭环系统和多闭环系统)。

对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速指标较高的则采用多闭环系统。

按反馈的方式不同可分为转速反馈，电流反馈，电压反馈等。

在单闭环系统中，转速单闭环使用较多。

在本装置中，转速单闭环实验是将反映转速变化的电压信号作为反馈信号，经“速度变换”后接到“速度调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较经放大后，得到移相控制电压U Ct，用作控制整流桥的“触发电路”，触发脉冲经功放后加到晶闸管的门极和阴极之间，以改变“三相全控整流”的输出电压，这就构成了速度负反馈闭环系统。

电机的转速随给定电压变化，电机最高转速由速度调节器的输出限幅所决定，速度调节器采用P（比例）调节对阶跃输入有稳态误差，要想消除上述误差，则需将调节器换成PI(比例积分)调节。

这时当“给定”恒定时，闭环系统对速度变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的转速能稳定在一定的范围内变化。

在电流单闭环中，将反映电流变化的电流互感器输出电压信号作为反馈信号加到“电流调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较，经放大后，得到移相控制电压U Ct，控制整流桥的“触发电路”，改变“三相全控整流”的电压输出，从而构成了电流负反馈闭环系统。

电机的最高转速也由电流调节器的输出限幅所决定。

同样，电流调节器若采用P（比例）调节，对阶跃输入有稳态误差，要消除该误差将调节器换成PI(比例积分)调节。

当“给定”恒定时，闭环系统对电枢电流变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的电枢电流能稳定在一定的范围内变化。

转速﹑电流双闭环直流调速系统

引言目前，转速﹑电流双闭环控制直流调速系统是性能很好﹑应用最广泛的直流调速系统。

我们知道采用转速负反馈和PI调节器的单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，例如：要求快速起制动，突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足需要。

故需要引入转速﹑电流双闭环控制直流调速系统，本文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。

首先介绍转速﹑电流双闭环调速系统的组成及其静特性，接着说明该系统的动态数学模型，并从起动和抗扰两个方面分析其性能和转速与电流两个调节器的作用。

在实际应用中，电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，一是要具有较高的机电能量转换效率；二是应能根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度。

电动机的调速性能如何对提高产品质量、提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。

因此，调速技术一直是研究的热点。

长期以来，直流电动机由于调速性能优越而掩盖了结构复杂等缺点广泛的应用于工程过程中。

直流电动机在额定转速以下运行时，保持励磁电流恒定，可用改变电枢电压的方法实现恒定转矩调速；在额定转速以上运行时，保持电枢电压恒定，可用改变励磁的方法实现恒功率调速。

采用转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。

在现代化的工业生产中，几乎无处不使用电力拖动装置。

轧钢机、电铲、提升机、运输机等各类生产机械都要采用电动机来传动。

随着对生产工艺，产品质量的要求不断提高和产量的增长，越来越多的生产机械能实现自动调速。

从20世纪60年代以来，现代工业电力拖动系统达到了全新的发展阶段。

这种发展是以采用电力电子技术为基础的，在世界各国的工业部门中，直流电力拖动系统至今仍广泛的应用着。

直流拖动的突出优点在于：容易控制，能在很宽的范围内平滑而精确的调速，以及快速响应等。

在一定时期以内，直流拖动仍将具有强大的生命力。

什么是电流截止负反馈

1、什么是电流截止负反馈？为什么在单闭环直流调速系统中要采用电流截止负反馈？1、什么是电流截止负反馈？为什么在单闭环直流调速系统中要采用电流截止负反馈？答：为了解决反馈控制单闭环调速系统起动和堵转时电流过大的问题，系统中必须设有自动限制电枢电流的环节。

根据反馈控制的基本概念，要维持某个物理量基本不变，只要引入该物理的负反馈就可以了。

由于电流负反馈的引入会使系统的静特性变得很软，不能满足一般调速系统的要求，电流负反馈的限流作用只应在起动和堵转时存在，在正常运行时必须去掉，使电流能自由地随着负载增减。

这种当电流大到一定程度时才起作用的电流负反馈叫做电流截止负反馈。

直流电动机全电压起动时，如果没有采取专门的限流措施，会产生很大的冲击电流，这不仅对电动机换向不利，对于过载能力低的晶闸管等电力电子器件来说，更是不允许的。

采用转速负反馈的单闭环调速系统（不管是比例控制的有静差调速系统，还是比例积分控制的无静差调速系统），当突然加给定电压U*n时，由于系统存在的惯性，电动机不会立即转起来，转速反馈电压Un仍为零。

因此加在调节器输入端的偏差电压，ΔUn=U*n，差不多是稳态工作值的（1+K）倍。

这时由于放大器和触发驱动装置的惯性都很小，使功率变换装置的输出电压迅速达到最大值Udmax，对电动机来说相当于全电压起动，通常是不允许的。

对于要求快速启制动的生产机械，给定信号多半采用突加方式。

另外，有些生产机械的电动机可能会遇到堵转的情况，例如挖土机、轧钢机等，闭环系统特性很硬，若无限流措施，电流会大大超过允许值。

如果依靠过电流继电器或快速熔断器进行限流保护，一过载就跳闸或烧断迷熔断器，将无法保证系统的正常工作。

2、画出单闭环有静差带电流截止负反馈直流调速系统的电路原理图及静态框图。

答：单闭环有静差带电流截止负反馈直流调速系统的电路原理图单闭环有静差带电流截止负反馈直流调速系统的静态框图。

带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统设计

一、绪论科学技术的发展日新月异，科技产品涵盖着我们生活的方方面面。

电动机作为一种便利的带动工具，是我们生活和工业生产中重要的不可缺少的一部分，人类的生产生活已经离不开它。

对于我们来说，如何高效精确地控制电机的运转，并且最低的成本去实现，才是我们最值得深入研究的课题。

直流电动机具有良好的起、制动性能，方便控制，易于实现，宜于在大范围内平滑调速，并且直流调速系统在理论和实践上都比较成熟，是研究其它调速系统的基础。

在直流电动机中，带电流截止负反馈直流调速系统应用也较为广泛，其广泛应用于轧钢机、冶金、印刷、金属切割机床等很多领域的自动控制中，虽然，在调速的高效性方面存在着局限性，但综合各方面来看，它任然有它独特的运用前景。

1.1设计的目的和意义（1）应用所学的直流调速系统的基本知识与工程设计方法，结合生产实际，确定系统的性能指标与实现方案，进行运动系统的初步设计。

（2）学会应用MATLAB 软件，建立数学模型对控制系统进行仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响；（3）在理论设计与仿真研究的基础上，应用Protel 进行控制系统的设计，为毕业设计打下基础。

1.2设计要求本课程设计的对象是：直流电机：2.2kW ，220V ，12.5A ，1500 转/分。

电枢电阻1.2Ω ，整流装置内阻1.5Ω，触发整流环节的放大倍数为35，堵转电流 N dbl I I 2≤，临界截止电流N dcr I I 2.1≥。

要求设计一个带直流截止负反馈的转速单闭环调速系统。

其主要内容为：（1）测定综合实验中所用控制对象的参数（由实验完成）；（2）根据给定指标设计带电流截止负反馈的转速调节器，并选择调节器参数和具体实现电路。

（3）按设计结果组成系统，以满足给定指标。

（4）研究参数变化对系统性能的影响。

（5）在时间允许的情况下进行调试。

1.3设计对象及有关数据（1）完成理论分析：a.调速范围D＝20，静差率S≤10％；b.转速超调σn≤10%(在额定转速时)；c.动态速降小于10％。

《电力拖动自动控制系统》习题答案

第一章闭环控制的直流调速系统1－1 为什么 PWM —电动机系统比晶闸管—电动机系统能够获得更好的动态性能？答：PWM —电动机系统在很多方面有较大的优越性：（1）主电路线路简单，需用的功率器件少。

（2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。

（3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达 1：10000 左右。

（4）若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强。

（5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高。

（6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。

1－2 试分析有制动通路的不可逆 PWM 变换器进行制动时，两个 VT 是如何工作的。

答：在制动状态中，i d 为负值，VT 2 就发挥作用了。

这种情况发生在电动运行过程中需要降速的时候。

这时，先减小控制电压，使U g 1 的正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而使平均电枢电压U d 降低。

但是，由于机电惯性，转速和反电动势还来不及变化，因而造成 E > U d ，很快使电流 i d 反向，VD 2 截止，在 t on δ t ＜Ｔ时，U g 2 变正，于是VT 2 导通，反向电流沿回路 3 流通，产生能耗制动作用。

在T δ t ＜Ｔ+ t on 时，VT 2 关断， i d 沿回路 4 经VD 1 续流，向电源回馈制动，与此同时，VD 1 两端压降钳住VT 1 使它不能导通。

在制动状态中，VT 2 和VT 1轮流导通，而VT 1 始终是关断的。

在轻载电动状态，这时平均电流较小，以致在VT 1 关断后 i d 经VD 2 续流时，还没有达到周期Ｔ，电流已经衰减到零，这时VD 2 两端电压也降为零，VT 2 便提前导通了，使电流反向，产生局部时间的制动作用。

１－３调速范围和静差率的定义是什么？调速范围、静差速降和最小静差率之间有什么关系？为什么说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了”？答：生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围，用字母Ｄ表示，即D =n max n min其中，n max 和 n min 一般都指电动机额定负载时的最高和最低转速，对于少数负载很轻的机械，可以用实际负载时的最高和最低转速。

运动控制系统思考题参考答案(-阮毅-陈伯时)-(7)

第二章思考题：2-1直流电动机有哪几种调速方法各有哪些特点1.电枢回路串电阻调速特点：电枢回路的电阻增加时，理想空载转速不变，机械特性的硬度变软。

反之机械特性的硬度变硬。

2.调节电源电压调速特点：电动机的转速随着外加电源电压的降低而下降，从而达到降速的目的。

不同电源电压下的机械特性相互平行，在调速过程中机械特性的硬度不变，比电枢回路串电阻的降压调速具有更宽的调速范围。

3.弱磁调速特点：电动机的转速随着励磁电流的减小而升高，从而达到弱磁降速的目的。

调速是在功率较小的励磁回路进行，控制方便，能耗小，调速的平滑性也较高。

2-2简述直流PWM 变换器电路的基本结构。

IGBT，电容，续流二极管，电动机。

2-3直流PWM 变换器输出电压的特征是什么直流电压2-4为什么直流PWM变换器-电动机系统比V-M系统能够获得更好的动态性能直流PWM变换器-电动机系统比V-M系统开关频率高，电流容易连续，谐波少，电动机损耗及发热都较小；低速性能好，稳速精度高，调速范围宽；若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强；电力电子开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适中时，开关损耗也不大，因而装置效率较高；直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。

2-5在直流脉宽调速系统中，当电动机停止不动时，电枢两端是否还有电压电路中是否还有电流为什么电枢两端还有电压，因为在直流脉宽调速系统中，电动机电枢两端电压仅取决于直流。

电路中无电流，因为电动机处已断开，构不成通路。

2-6直流PWM变换器主电路中反并联二极管有何作用如果二极管断路会产生什么后果反并联二极管是续流作用。

若没有反并联二极管，则IGBT的门极控制电压为负时，无法完成续流，导致电动机电枢电压不近似为零。

2-7直流PWM 变换器的开关频率是否越高越好为什么不是越高越好，因为太高的话可能出现电容还没充完电就IGBT关断了，达不到需要的输出电压。

带电流截止负反馈环节的单闭环直流调速系统设计

带电流截止负反馈环节的单闭环直流调速系统设计1设计目的（1）了解带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统的工作原理，熟悉组成环节及每个环节的作用。

（2）应用所学的交、直流调速系统的基本知识与工程设计方法，结合生产实际，确定系统的性能指标与实现方案，进行运动控制系统的初步设计。

（3）应用计算机仿真技术，通过在MATLAB软件上建立运动控制系统的数学模型，对控制系统进行性能仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响。

2设计参数采用晶闸管三相桥式全控整流电路供电，基本数据如下：直流电动机UN=220V， IN=65A，nN =1000r/min，电枢电阻Ra=0.15Ω，电枢电感La=0.0002H，励磁电压Uf=220V，励磁电流If=1.5A，电枢绕组和励磁绕组互感Laf=0.82H，供电电源电压U2=130V；晶闸管装置Ts=0.00167s，放大系数Ks=40；电枢回路总电阻R=0.5Ω；电枢回路总电感L=15mH；电动机轴上的总飞轮惯量GD2=12.5N·m2；转速调节器最大给定值*nmU=10V；3 设计任务(1)分析电流截止负反馈环节的工作原理，画出系统稳态结构图；(2)在MATLAB中建立带电流截止负反馈环节的单闭环直流调速系统；(3调节控制器参数，确定最佳调节参数。

将Simulink仿真模型，以及启动过程中的电流、转速波形图附在设计说明书中。

比较带电流截止负反馈环节和不带电流截止负反馈环节启动过程的差异。

4设计要求1.稳态指标：转速无静差；2.动态指标：启动电流的最大值150 A。

空载启动到额定转速的转速超调量σn≤15%。

4 设计基本内容4.1问题的提出在转速反馈控制直流调速系统中存在一个问题，在启动、制动过程和堵转状态时，电枢电流会过大。

为了解决反馈闭环调速系统的起动和堵转时电流过大的问题，系统中必须有自动限制电枢电流的环节。

引入电流负反馈，可以使它不超过允许值。

但这种作用只应在起动和堵转时存在，在正常的稳速运行时又得取消，让电流随着负载的增减而变化。

电力拖动与运动控制系统第一章课后答案

1-2有一V-M 调速系统，电动机参数为：PN=2.5kW ，UN=220V ，IN=15A ，nN=1500r/min,电枢电阻Ra=2Ω,整流装置内阻Rrec=1Ω，触发整流环节的放大倍数Ks=30。

要求系统满足调速范围D=20，静差率s ≤10%。

（1）计算开环系统的静态速降Δnop 和调速要求所允许的闭环静态速降Δncl 。

（2）采用转速负反馈组成闭环系统，试画出系统的原理图和静态结构框图。

（3）计算放大器所需的放大倍数。

解：（1）（2）r V n I R U C N N a N e min/127.01500152220•=⨯-=-=()()min /33.354127.01512r C I R R ne N rec a op =+=+=∆ ()()m in /33.81.01201.015001r S D s n n N cl =-⨯=-=∆（3）1-7 某直流调速系统，其额定数据如下：60kW ，220V ，305A ，1000r/min ，Ra=0.05，电枢回路总电阻R=0.18 ，如果要求调速范围 D = 20，静差率s<= 5%，问开环系统能否满足要求？解：如果要求D=20，S<=5%，所以，开环不能满足要求。

54.41133.833.3431=-=-∆∆=cl op n n K 79.802.030127.054.41=⨯⨯==αs e p K KC K 205.0100005.0305220=⨯-=-=∴-=N a N a N N n R I U Ce CeR I U n min /8.267205.018.0305r Ce R I n N N =⨯==∆m in /63.2)05.01(2005.01000)1(r D s s n n N N =-⨯≤-=∆1-8 带电流截止负反馈的转速负反馈单闭环有静差调速系统，已知：最大给定电压Unm=15v 。

直流电机额定数据如下：30kW ，220V ，160A ，1000r/min ，Ra=0.1，电枢回路总电阻R=0.4 ，Ks=40。

转速负反馈单闭环直流调速系统

Δnop = 275 r/min，但为了满足D = 20，s < 5%的调速要求，须
Δncl = 2.63 r/min，
由式：
ncl
nop 1 K
可得
Knop12751103.6
ncl
2.63
代入已知参数，则得
K
10 .63
K pK s/C e3 00.01 /0.5 246
即只要放大器的放大系数等于或大于46，闭环系统就能满足所需的稳态性能指标。
显然，失控制时间是随机的，它的大小随发生变化的时刻而改变，最大可能的失控时间就是两个相邻自然换相点之间的时间，与交流电源频率和整流电路形式有关，由下式确定
Ts max
1 mf
式中 f — 交流电流频率； m — 一周内整流电压的脉冲波数。
Ts值的选取
相对于整个系统的响应时间来说，Ts 是不大的，在一般情况下，可取其统计平均值 Ts = Tsmax /2，并认为是常数。也有人主张按最严重的情况考虑，取Ts = Tsmax 。下表列出了不同整流电路的失控时间。
scl
sop 1 K
(3) 静差率一定时，闭环系统调速范围大大提高
如果电动机的最高转速都是nmax；而对最低速静差率的要求相同，那么：
开环时，Dop
nnoms nop(1 s)
闭环时，Dcl
nnoms ncl (1 s)
再考虑Δnop和Δncl之间的关系，得
Dcl (1K)Dop
(4) 给定电压相同时，闭环系统空载转速大大降低
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

电力拖动自动控制系统-运动控制系统(_阮毅_陈伯时)课后参考答案第三四章(仅供参考)

第三章作业思考题3-1 在恒流起动过程中，电枢电流能否达到最大值 I dm ？为什么？答：不能达到最大值，因为在恒流升速阶段，电流闭环调节的扰动是电动机的反电动势，它正是一个线性渐增的斜坡扰动量，所以系统做不到无静差，而是I d 略低于I dm 。

3-2 由于机械原因，造成转轴堵死，分析双闭环直流调速系统的工作状态。

答：转轴堵死，则n=0，U n =α×n =0，∆U n =U n ∗−U n =U n ∗比较大,导致U i ∗=∆U n ×K ASE 比较大，U C =（U i ∗−U i ）×K ACR 也比较大，然后输出电压U d0=U C ×K S 较大，最终可能导致电机烧坏。

3-3 双闭环直流调速系统中，给定电压 Un*不变，增加转速负反馈系数 α，系统稳定后转速反馈电压 Un 和实际转速 n 是增加、减小还是不变？答：反馈系数增加使得U n =α×n 增大，∆U n =U n ∗−U n 减小，U i ∗=∆U n ×K ASE 减小，U C =(U i ∗−U i )×K ACR 减小，输出电压U d0=U C ×K S 减小，转速n 减小，然后U n =α×n 会有所减小，但是由于α增大了，总体U n 还是增大的。

3-4 双闭环直流调速系统调试时，遇到下列情况会出现什么现象？（1）电流反馈极性接反。

（2）转速极性接反。

答：（1）转速一直上升，ASR 不会饱和，转速调节有静差。

（2）转速上升时，电流不能维持恒值，有静差。

3-5 某双闭环调速系统，ASR 、均采用 PI 调节器，ACR 调试中怎样才能做到 Uim*=6V 时，Idm=20A ；如欲使 Un*=10V 时，n=1000rpm ，应调什么参数？答：前者应调节β=U im ∗Idm=0.3，后者应调节α=U n∗n=0.01。

运动控制第二章课后习题答案

课后思考题2.1转速单环调速系统有那些特点？改变给定电压能否改变电动机的转速？为什么？如果给定电压不变，调节测速反馈电压的分压比是否能够改变转速？为什么？如果测速发电机的励磁发生了变化，系统有无克服这种干扰的能力？答：1）闭环调速系统可以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，所需付出的代价是需增设电压放大器以及检测与反馈装置。

2）能。

因为)1()1(*k C RI k C U k k n e de ns p +-+=，由公式可以看出，当其它量均不变化时，n 随着*n U 的变化而变化3）能。

因为转速和反馈电压比有关。

4）不，因为反馈控制系统只对反馈环所包围的前向通道上的扰动起抑制作用，而测速机励磁不是。

2.2为什么用积分控制的调速系统是无静差的?在转速负反馈调速系统中,当积分调节器的输入偏差电压0=∆U 时,调节器的输出电压是多少?它取决于那些因素?答：使用积分控制时可以借助积分作用，使反馈电压n U 与给定电压*n U 相等，即使n U ∆为零C U 一样有输出，不再需要n U ∆来维持C U ，由此即可使输出稳定于给定值使调速系统无静差。

当0=∆n U 时调节器的输出为电压C U ，是对之前时刻的输入偏差的积累。

它取决于n U ∆的过去变化，当n U ∆为正C U 增加，当n U ∆为负C U 下降，当n U ∆为零时C U 不变。

2.3在无静差转速单闭环调速系统中,转速的稳态精度是否还受给定电源和测速发电机精度的影响?试说明理由;答：在无静差转速单闭环调速系统中，转速的稳态精度同样受给定电源和测速发电机精度的影响。

无静差转速单闭环调速系统只是消除了误差，使输出的转速基本稳定于给定的转速。

但是，这种系统依然属于反馈控制系统，只能抑制被反馈环包围的前向通道上的扰动，对于其他环节上的精度影响无可奈何。

2.4在电压负反馈单闭环有静差调速系统中，当下列参数发生变化时，系统是否有调节作用，为什么？（１）放大器的放大倍数Ｋｐ（２）供电电网电压（３）电枢电阻Ｒａ（４）电动机励磁电流（５）电压反馈系数a答：3）电枢电阻，４）电动机励磁电流，（５）电压反馈系数a 无调节作用。

电流截止负反馈自动调速控制电路设计

图２中从Ｒ引出反馈电压（＝ａＵ）而与给定电压是反向的，ｖ。，因而构成了电压负反馈环节．
在发电机、电动机换向绕组两端并联电阻，用以检测主回路电流从取部分电压作为电流正反馈信，号加到扩大机控制绕组ｃＩ，，叫与 Ⅳ ，动势方向相同，Ｉ上因叫Ⅳ ｃ磁故控制绕组ｃＩ电流正反馈附加电阻Ｉ和
路中设置了单独的截流绕组，目的是电流负反馈的限流作用只在起动和堵转时存在，其在正常运行时自动去掉，这样就能使电流自由地随着负载增减Ｊ这种当电流大到一定程度时才起作用的电流负反馈我们．称它为电流截止负反馈，电路如图２所示．
１电流截止负反馈调速系统电路及工作原理
基金项目：渭南师范学院科研计划项目（９Ｋ０５０ＹＦ０）
作者简介：金轶锋（９４）男，１５一，陕西潼关人，渭南师范学院物理与电气工程学院教授．研究方向：电气工程及电路系
统．
直流电动机调速控制系统有很多种，转速负反馈、如电压负反馈、电流正反馈和电动势负反馈系统，这些控制系统其共同点是静特性都比开环系统为硬，图１中曲线１当电动机负载突然变得如．
（渭南师范学院物理与电气工程学院，陕西渭南７４０）１００
摘
要：在电压负反馈和电流正反调速控制系统中增设了自动限制电枢电流的电路，并能实现在正常运行时限制电枢
电流电路与负反馈调速控制系统自动分离，当电流增大到一定程度时又能自动投入．既克服了由于电流负反馈使系统的静

电流截止负反馈的工作原理

电流截止负反馈的工作原理一、引言电流截止负反馈是一种常见的电路设计技术，它可以使得电路的性能更加稳定和可靠。

本文将详细介绍电流截止负反馈的工作原理。

二、什么是电流截止负反馈电流截止负反馈是一种通过控制放大器输入端的电流来实现对输出信号进行调节的技术。

当输出信号过大时，放大器输入端的电流会随之增加，从而使得输出信号减小；当输出信号过小时，放大器输入端的电流会随之减小，从而使得输出信号增大。

这种技术可以有效地控制输出信号的幅度，并且可以避免因为温度变化和元件参数漂移等因素导致的性能不稳定。

三、电流截止负反馈的基本原理在一个普通放大器中，输入信号经过放大后得到输出信号。

如果输入信号太弱或者元件参数发生变化，那么输出信号就会出现失真或者偏差。

而采用电流截止负反馈技术可以有效地解决这个问题。

在一个采用了电流截止负反馈技术的放大器中，输入信号被分成两个部分：一个部分通过放大器进行放大，另一个部分则流经一个电阻，并且被用来控制输入端的电流。

如果输出信号过大，那么控制输入端的电流就会随之增加，从而使得输出信号减小；如果输出信号过小，那么控制输入端的电流就会随之减小，从而使得输出信号增大。

这样一来，就可以实现对输出信号进行自动控制调节。

四、电流截止负反馈的具体实现在一个采用了电流截止负反馈技术的放大器中，有两个关键元件：一个是负载电阻，另一个是反馈电阻。

负载电阻用来产生输出信号，反馈电阻则用来将一部分输出信号送回到输入端。

当输入信号进入放大器时，它会被同时送到负载电阻和反馈电阻。

在这两个元件中间形成了一个节点，在这个节点上的电压就等于输入信号减去反馈信号（即由反馈电路产生的一部分信号）。

这个节点上的电压与控制输入端的电压之间存在着一定的关系。

当控制输入端的电压变化时，节点上的电压也会随之变化，从而控制输出信号的幅度。

五、电流截止负反馈的优点采用电流截止负反馈技术可以带来以下几个优点：1. 可以提高放大器的稳定性和可靠性，避免因为温度变化和元件参数漂移等因素导致的性能不稳定。

2.2具有电流截止负反馈的调速系统

IB—截止电流； Idm—n=0时的电流，称为堵转电流
A
n0
B
O
IB
Idm
Id
电流截止负反馈环节的实现
+ Ud 接放大器 Ui
+ Id Rc VD
接放大器 Ui
M
Ud -
Id Rc
VST
M
Uo -
Uo
+
a）利用独立直流电源作比较电压
b) 利用稳压管产生比较电压
电流截止负反馈环节的实现
+ Ud 接放大器 Ui
n0
—转速负反馈静特性 —转速电流负反馈静特性
0 O
Idm
Id
考虑到，限流作用只需在起动和堵转时起作用，所以我们希望只有当电流大到一定程度时系统才接入电流负反馈以限制电流，而电流正常时仅有转速负反馈起作用控制转速，以保证运行段具有硬的静特性。这样的当电流大到一定程度才出现的电流负反馈，叫做电流截止负反馈，简称截流反馈。
Kp
Ks
E
1/Ceφ
n

转速和电流负反馈系统稳态结构
3. 静特性方程
K pK sRcId RId n C e (1 K ) C e (1 K ) C e (1 K )
*
K pK sU s
与转速闭环控制调速系统特性方程相比，上式多了一项由电流反馈引起的转速降落。
4. 静特性从图中可以看出，静态速降很大，不能满足一般调速系统的要求。
从调速系统的稳态性能上看，希望稳态运行范围足够大，截止电流应大于电机的额定电流，一般取 IB ≥（1.1~1.2）IN

应用电流截止负反馈环节后，虽然限制了最大电流，但在主回路中，为防止短路还必须接入熔断器。为防止在截止环节出故障时把晶闸管烧坏，在要求较高的场合，还应增设过电流熔断器。带电流截止负反馈环节的转速单闭环调速系统只是初步解决了限流问题,但是启动特性并不理想,因此仅适用于小容量且对启动特性要求不高的场合。