基于水泵恒压供水的双闭环直流调速系统课程设计
(完整word版)双闭环不可逆直流调速系统课程设计
双闭环晶闸管不可逆直流调速系统设计一．设计目的一1了解双闭环不可逆直流调速系统的原理，组成及各主要单元部件的原理。
2．熟悉电力电子及教学实验台主控制屏的结构及调试方法。
3熟悉NMCL_18，NMCL_33的结构及调试方法。
4掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试步骤，方法及参数的整定。
二．实验内容1 各控制单元调试2 测试电流反馈系数3 测定开环机械特性及闭环静特性三．实验系统组成及工作原理双闭环晶闸管不可逆直流调速系统有电流和转速两个调节器综合调节，由于调速系统调节的主要是转速，故转速环作为主环放在外面，电流环作为副环放在里面，这样可拟制电网电压波动对转速的影响，试验系统的组成如图6-8所示。
系统工作时，先给电动机加励磁，改变给定电压的大小即可方便的改变电机的转速。
ASR,ACR均有限幅环节，ASR的输出作为ACR的给定，利用ASR的输出限幅可达到限制启动电流的目的，ACR的输出作为移向触发电路的控制电压，利用ACR的输出限幅可达到限制和的目的。
当加入给定Ug后，ASR即饱和输出，使电动机以限定的最大起动电流加速启动，直到电机转速达到给定转速（即Ug=Ufn），并出现超调后，ASR退出饱和，最后稳定运行在略低于给定转速的数值上。
四．实验设备及仪器1，NMCL系统教学实验台主控制屏。
2,。
NMCL—18组件（适合NMCL—Ⅱ）或那么长了组件（适合NMCL—Ⅲ）。
3．NMCL—33组件或NMCL—53组件。
4．NMCL—03A三相可调电阻（或自配滑线变阻器）。
5．电机导轨及测速装置、直流发电机M01。
6．直流电动机M03。
五．注意事项1．三相主电压源连线时需注意，不可换错相序。
2．电源开关闭合时，过流保护，过压保护的发光二极管可能会亮，只需按下对应的复位开关SB1、SB2即可正常工作。
3．系统开环连接时，不允许突加给定信号Ug启动电机。
4．启动电机时，需吧MEL —13的测功机加载旋钮逆时针旋到底，以免带负载启动。
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。
双闭环直流调速系统课程设计
SHi-MAML；皿;TI hlHI 门JI iljCi g ^iJtKJ-h直流拖动控制系统课程设计报告目: 双闭环直流调速系统设计院: 沈阳工业大学工程学院业: 电气工程及其自动化级: 1101 班名: 孔令慧号: 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2.4 典型n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.9..2.7 校核转速超调量9...第三章参数计算 1..03.1 相关参数 1...03.2 主要参数计算.1..03.2.1 电流环参数计算 1...03.2.2 转速环参数的计算 1..2 MATLAB 仿真 1..5课程设计体会 1...9.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MATLABS 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报告
1双闭环直流调速系统课程设计报告第一章主电路设计与参数计算调速系统方案的选择因为电机上网容量较大又要求电流的脉动小应采纳三相全控桥式整流电路供电方案。
电动机额定电压为220V 为保证供电质量应采纳三相减压变压器将电源电压降低。
为防止三次谐波电动势的不良影响三次谐波电流对电源的扰乱。
主变压器采纳 A/D 联络。
因调速精度要求较高应采纳转速负反应调速系统。
采纳电流截止负反应进行限流保护。
出现故障电流时过电流继电器切断主电路电源。
为使线路简单工作靠谱装置体积小宜采纳 KJ004 构成的六脉冲集成触发电路。
该系统采纳减压调速方案故励磁应保持恒定励磁绕组采纳三相不控桥式整流电路供电电源可从主变压器二次侧引入。
为保证先加励磁后加电枢电压主接触器主触点应在励磁绕组通电后方可闭合同时设有弱磁保护环节电动机的额定电压为 220V 为保证供电质量应采纳三相减 2 压变压器将电源电压降低为防止三次谐波电动势的不良影响三次谐波电流对电源的扰乱主变压器采纳D/Y 联络。
1.1 整流变压器的设计 1.1.1 变压器二次侧电压U2 的计算U2 是一个重要的参数选择过低就会没法保证输出额定电压。
选择过大又会造成延迟角α加大功率因数变坏整流元件的耐压高升增添了装置的成本。
一般可按下式计算即BAUUd2.112 1-1 式中 A-- 理想状况下α0°时整流电压 Ud0 与二次电压U2 之比即AUd0/U2B-- 延缓角为α时输出电压Ud 与 Ud0 之比即BUd/Ud0 ε——电网颠簸系数系数依据设计要求采纳公式11.2——考虑各样因数的安全BAUUd2.112 1-3由表查得A2.34 取ε 0.9 角α考虑 10°裕量则Bcosα 0.985222011.21061272.340.90.985UV 取 U2120V 。
电压比KU1/U2380/1203.2 。
1.1.2 一次、二次相电流 I1 、I2 的计算由表查得 KI10.816 KI20.816 考虑变压器励磁电流得取1.1.3 变压器容量的计算S1m1U1I1 1-4 S2m2U2I2 1-5S1/2S1S2 1-6 式中 m1、m2 -- 一次侧与二次侧绕组的相数表查得 m13m23 S1m1U1I13× 380×1415.6KVA由S2m2U2I23×110×44.914.85 KVA考虑励磁功率LP220×1.60.352kW 取 S15.6kvA 1.2 晶闸管元件的选择晶闸管的额定电压晶闸管实质蒙受的最大峰值电压TNU 乘以 23 倍的安全裕量参照标准电压等级即可确立晶闸管的额定电压 TNU 即 TNU 23mU 整流电路形式为三相全控桥查表得26UUm 则223236236110539808TNmUUUV 3-7 取晶闸管的额定电流选择晶闸管额定电流的原则是一定使管子同意经过的额定电流有效值TNI 大于实质流过管子电流最大有效值TI8 即 4 TNI 1.57AVTITI 或AVTI57.1TI57.1TIddIIKdI 1-8 考虑 1.52 倍的裕量AVTI1.52KdI 1-9 式中KTI/1.57dI-- 电流计算系数。
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。
双闭环直流调速系统课程设计_电气专业
《电力拖动与运动控制系统》课程设计姓名：周俊峰班级： 20100433 学号： 2010043319 组别：六专业：电气工程及其自动化专题：91.94kW电力拖动自动控制系统设计指导教师：张敬南任务下达日期：2013年11月4日设计日期：2013年11月4日至2013年11月17日目录1. 设计要求 (3)1.1 设计内容和要求 (3)1.2 摘要 (4)2. 逻辑无环流双闭环转速控制系统的设计 (5)2.1 相关参数运算 (5)2.2 设计思路及调试结果 (5)2.2.1双闭环调速系统的设计 (5)2.2.2逻辑无环流系统的设计 (6)2.2.3综合逻辑无环流双闭环调速系统设计 (9)2.2.4Matlab仿真波形及结论 (9)2.3 相关元件选型及过电压过电流保护装置 (12)3. 基于51单片机的控制系统设计 (13)3.1 设计思路 (13)3.2 设计思路 (13)3.2.1数码管显示模块 (13)3.2.2A/D输入模块 (13)3.2.3D/A输出模块 (14)3.2.4键盘输入模块 (14)3.3 C51程序设计 (15)3.3.1程序流程 (15)3.3.2程序分析 (16)3.3.3Protues仿真及结果 (22)3.4 控制系统的PCB草图 (23)4. 个人总结 (24)5. 附录：参考文献 (25)设计专题题目：91.94kW电力拖动自动控制系统设计一、设计主要内容和要求：针对Matlab中提供的直流电机参数，进行直流电机调速系统的设计。
要求该直流调速系统调速范围宽、起制动性能好、可四象限运行，具体设计内容如下。
1. 基本要求（1）调速系统能进行平滑地速度调节，负载电机可逆运行，具有较宽的转速调节范围（D>=10），系统在工作范围内能稳定工作；（2）系统静特性良好，理论上实现无静差；（3）转速超调量小于5%，电流超调量小于5%，动态最大转速降小于10%；（4）系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续；（5）调速系统中设置有过电流、过电压保护，并且能够实现制动运行；（6）给定信号对应范围控制在正负5V；（7）要求实现电流和转速值的显示，转速值的给定设置（具有启动、停止、加速、减速、突加给±V）；单定、正反转切换功能）电力拖动控制系统需要单片机控制系统提供转速给定模拟控制信号（5±V之间的转速和电流测量信号。
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。
双闭环直流调速系统课程设计方案
双闭环直流调速系统课程设计专业：应用电子技术班级：应用电子1班学号：32姓名：吴嘉鑫设计题目：双闭环直流调速系统2012年11月目录1 绪论...................................................................................................................................... - 1 -2 双闭环直流调速系统.......................................................................................................... - 2 - 一双闭环直流调速系统的组成结构与原理.......................................................................... - 4 - 二采用转速双闭环的理由...................................................................................................... - 4 - 三双闭环直流调速系统的动态数学模型................................................. 错误！未定义书签。
3课程设计任务与要求.......................................................................................................... - 4 - 一课程设计指标......................................................................................... 错误！未定义书签。
课程设计(论文)-双闭环直流调速系统[管理资料]
![课程设计(论文)-双闭环直流调速系统[管理资料]](https://img.taocdn.com/s3/m/c21ef9ff6c175f0e7dd13784.png)
综述采用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，例如要求快速制动，突加负载动态速降小等等，单闭环系统的动态性能就难以满足需要。
这主要是以为在单闭环系统中不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程。
为此本文提出一种将神经网络理论结合传统PID控制机理，构成单神经元PID控制器，并应用于直流调速系统。
通过在线边学习边控制的方式，解决了传统PID的不足，实现了调速系统的快速过程实时在线控制要求。
仿真结果表明，这控制方法具有良好的自适性，且系统鲁棒性优于传统双闭环控制。
1双闭环直流调速系统简介单闭环系统的劣势采用PI调节的单个转速闭环直流调速系统（以下简称单闭环系统）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，例如要求快速制动，突加负载动态速降小等等，单闭环系统的动态性能就难以满足需要。
这主要是以为在单闭环系统中不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程。
在单闭环直流调速系统中，电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，但是它只能在超过临界电流Idcr值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电机的动态波形。
带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统启动和转速波形如图1-1（a）所示，启动电流突破Idr以后，受电流负反馈的作用，电流只能升高一点，经过某一最大值Idr以后就降了下来，电机的电磁转矩也随之减小，因而加速过程必须延长。
对于经常正、反转的调速系统，例如龙门刨床，可逆轧钢机等，尽量缩短起制动过程的时间是提高生产效率的重要因素。
为此，在惦记最大准许电流和转矩受限制的条件下，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（转矩）为准许最大值，使电力拖动系统以最大的加速度起动，到稳态转速时，立即让电流降下来，使转矩马上与负载平衡，从而转入稳态运行。
这样的理想起动过程波形如图1-1（b）所示，这时，起动电流是方形波，转速按线性增长。
双闭环直流电机调速系统课程设计
学院: 专业班级: 姓名: 学号:双闭环直流调速系统的方案设计设计内容和要求设计内容：1. 根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构形式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图。
2. 调速系统主电路元部件的确定及其参数计算。
3. 驱动控制电路的选型设计。
4．动态设计计算：根据技术要求，对系统进行动态校正，确定ASR 调节器与ACR 调节器的结构形式及进行参数计算，使调速系统工作稳定，并满足动态性能指标的要求。
5． 绘制V —M 双闭环直流不可逆调速系统电器原理图，并研究参数变化时对直流电动机动态性能的影响。
设计要求（假想参数）：1. 该调速系统能进行平滑地速度调节，负载电机不可逆运行，具有较宽地转速调速范围（10D ≥），系统在工作范围内能稳定工作。
2. 系统静特性良好，无静差（静差率2S ≤）。
3. 动态性能指标：转速超调量8%n δ<，电流超调量5%i δ<，动态最大转速降810%n ∆≤~，调速系统的过渡过程时间（调节时间）1s t s ≤。
4. 系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续。
5. 调速系统中设置有过电压、过电流保护，并且有制动措施。
6. 主电路采用三项全控桥。
学院: 专业班级: 姓名: 学号:双闭环直流调速系统总设计框图在生活中，直接提供的是三相交流760V 电源，而直流电机的供电需要三相直流电， 因此要进行整流，本设计采用三相桥式整流电路将三相交流电源变成三相直流电源，最后达到要求把电源提供给直流电动机。
如图2-1设计的总框架。
双闭环直流调速系统设计总框架三相交流电路的交、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。
根据不同的器件和保护的不同要求采用不同的方法。
驱动电路是电力电子主电路与控制电路之间的接口，是电力电子装置的重要环节， 它将信息电子电路传来的信号按照其控制目标的要求，转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间，可以使其开通 或关断的信号。
双闭环直流调速系统课程设计
电力拖动自动控制系统课程设计报告题目：晶闸管双闭环直流调速系统摘要双闭环直流调速系统即速度和电流双闭环直流调速系统，是由单闭环直流调速系统发展起来的，调速系统使用比例积分调节器，可以实现转速的无静差调速。
又采用电流截止负反馈环节，限制了起（制）动时的最大电流。
这对一般的要求不太高的调速系统，基本上已经能满足要求。
但是由于电流截止负反馈限制了最大电流，加上电动机反电势随着转速的上升而增加，使电流到达最大值后迅速降下来，这样，电动机的转矩也减小了，使起动加速过程变慢，起动的时间比较长。
在这些系统中为了尽快缩短过渡时间，所以就希望能够充分利用晶闸管元件和电动机所允许的过载能力，使起动的电流保护在最大允许值上，电动机输出最大转矩，从而转速可直线迅速上升，使过渡过程的时间大大的缩短。
另一方面，在一个调节器的输出端有综合几个信号，各个参数互相调节比较困难。
为了克服这一缺点就应用转速，电流双闭环直流调速系统。
关键词：双闭环直流调速系统 ASR ACR1.设计要求直流电动机设计双闭环直流晶闸管调速系统，技术要求如下：1.1直流电动机的额定参数P N=1.1KW、U N=110V、I N=1.2A、n N=1500r/min，电枢电阻R=1a Ω，电枢绕组电感L a=28mH，系统飞轮矩GD2=0.1375Kg·m2，电流过载倍数λ=1.5。
1.2电压参数电网电压：线电压U=380V采用三相晶闸管桥式整流电路供电1.3设计要求稳态无静差，电流超调量σi≤5%；转速超调量σn≤10％。
2.双闭环直流调速系统系统总设计为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级连接，如下图所示，即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晶闸管整流器的触发装置。
该双闭环调速系统的两个调节器ASR和ACR一般都采用PI调节器。
因为PI调节器作为校正装置既可以保证系统的稳态精度，使系统在稳态运行时得到无静差调速，又能提高系统的稳定性；作为控制器时又能兼顾快速响应和消除静差两方面的要求。
双闭环直流系统课程设计
双闭环直流系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解双闭环直流系统的基本原理与结构，掌握其数学模型及运行特性；2. 学会分析双闭环直流系统中各环节的作用及其相互关系，掌握参数设计方法；3. 了解双闭环直流系统在实际工程中的应用及发展趋势。
技能目标：1. 能够运用所学知识，构建双闭环直流系统的数学模型，并进行仿真分析；2. 掌握双闭环直流系统参数的设计方法，具备一定的系统调试与优化能力；3. 能够结合实际工程案例，提出双闭环直流系统的应用方案，并进行初步的技术评估。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对电力电子技术领域的兴趣，激发其探索精神与创新意识；2. 增强学生的团队协作意识，培养其在项目实践中的沟通与协作能力；3. 提高学生对我国电力电子技术发展现状的认识，培养其社会责任感和使命感。
本课程针对高年级学生，课程性质为专业核心课程。
结合学生特点，课程目标注重理论与实践相结合，强调知识的应用性和实践性。
在教学过程中，要求学生具备一定的电力电子基础知识，通过本课程的学习，使学生在掌握双闭环直流系统基本原理的基础上，能够运用所学知识解决实际问题，为未来从事相关领域工作打下坚实基础。
同时，课程目标分解为具体的学习成果，以便进行后续的教学设计和评估。
二、教学内容1. 双闭环直流系统原理及结构：介绍双闭环直流系统的基本概念、组成结构及其工作原理，对应教材第1章。
- 系统结构及其运行特性- 双闭环控制策略2. 双闭环直流系统的数学模型：讲解系统的数学建模方法，对应教材第2章。
- 系统状态方程与传递函数- 各环节参数对系统性能的影响3. 双闭环直流系统参数设计：分析系统参数设计方法，对应教材第3章。
- 电流环与速度环参数设计- 系统稳定性分析4. 双闭环直流系统仿真与实验：结合仿真软件与实验设备，开展双闭环直流系统仿真与实验，对应教材第4章。
- 仿真模型构建与调试- 实验方案设计及实施5. 双闭环直流系统应用案例分析：分析实际工程案例，了解双闭环直流系统在电力电子领域的应用，对应教材第5章。
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摘要本文实现了用转速电流双闭环直流调速系统控制水泵恒压供水的设计. 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。
具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点,在电气传动系统中得到了广泛的运用. 转速、电流双闭环调速系统，使电流环作为控制系统的内环，转速环作为控制系统的外环，以此来提高系统的动态和静态性能。
本文是按照工程设计的方法来设计转速和电流调节器的。
使电动机满足所要求的静态和动态性能指标。
电流环应以跟随性能为主，即应选用典型Ⅰ型系统，而转速环以抗扰性能为主，即应选用典型Ⅱ型系统为主。
关键词：水泵直流双闭环调速系统电流调节器转速调节器引言在现代工业中，为了实现各种生产工艺过程的要求，需要采用各种各样的生产机械，这些生产机械大多采用电动机拖动。
随着工艺技术的不断发展，各种生产机械根据其工艺特点，对生产机械和拖动的电动机也不断提出各种不同的要求，这些不同的工艺要求，都是靠电动机及其控制系统和机机械传动装置实现的。
可见各种拖动系统都是通过控制转速来实现的，因此，调速控制技术是最基本的电力拖动控制技术。
在调速控制技术中，电流、转速双闭环调速系统又有着非比寻常的作用。
所以对电流、转速双闭环调速系统的研究尤为的重要。
第一章主电路方案的确定1.1主电路方案的确定通过恒压水泵实现恒压供水的工作原理：通过安装在出水管网上的压力传感器，测得水管所受压力，再通过压敏电阻与给定电压的分压从而改变水泵的给定信号，通过电流、转速双闭环调速系统实现水泵转速的调节，最后使水泵恒压供水。
直流电动机：P N=3KW , U N=220V , I N=17.5A , n N=1500r/min , R a=1.25Ω堵转电流 I dbl=2.2I N , 截止电流 I dcr=1.6I N，GD2=3.57N.m2三相全控整流装置：K s=40 , R rec=1. 3Ω平波电抗器：R L=0. 3Ω电枢回路总电阻 R=2.85Ω，总电感 L=200mH ,电动势系数： (C e = 0.132V.min/r)系统主电路：(T m =0.16\0.18s ，T l =0.07\0.08s) 滤波时间常数：T oi =0.002s , T on =0.01s,其他参数：U nm *=12V , U im *=12V , U cm =12V ，σi ≤5% , σn ≤10。
图1-11.2主电路接线方式的确定第二章 整流变压器的选择2.1整流变压器的参数计算变压器副边电压采用如下公式进行计算：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=N shTd I I CU A nU U U 2min max cos αβVU C I I U A n V U V U N sh T d 110)105.05.09848.0(9.034.2122205.0105.0109.034.221,220222min max =⨯⨯-⨯⨯+==========则取已知αβ因此变压器的变比近似为：45.311038021===U U K 一次侧和二次侧电流I 1和I 2的计算I1=1.05×287×0.861/3.45=75AI2=0.861×287=247A变压器容量的计算S 1=m1U1I1=3×380×75=85.5kVAS 2=m2U2I2=3×110×247=81.5kVAS=0.5×(S1+S2)=0.5×(85.5+81.5)=83.5kVA因此整流变压器的参数为：变比K=3.45，容量S=83.5kVA2.2整流变压器的选择根据2.1整流变压器参数的计算可选择以下三相整流变压器：额定功率：90(KVA)电压比：380/110(V)绕组数目：双绕组第三章可控硅原件的选择晶闸管的额定电压通常选取断态重复峰值电压UDRM 和反向重复峰值电压URRM中较小的标值作为该器件的额定电压。
晶闸管的额定电流一般选取其通态平均电流的1.5-2倍。
在桥式整流电路中晶闸管两端承受的最大正反向电压均为22U，晶闸管的额定电压一般选取其最大正反向电压的2-3倍。
带反电动势负载时，变压器二次侧电流有效值I2是其输出直流电流有效值I d 的一半，而对于桥式整流电路，晶闸管的通态平均电流IVT=22I.则在本设计中晶闸管的额定电流IVT(AV)=（1.5-2）12.37A,额定电压UN=（2-3）*311V第四章 平波电抗器的选择4.1平波电抗器的参数计算U d =2.34U 2cos α U d =U N =220V, 取α=0° U 2=V U d 0171.9434.22200cos 34.2==I dmin =(5%-10%)I N ,这里取10% 则 L=0.693mH I U d 2308.375.171.00171.94693.0min 2=⨯⨯=⨯4.2平波电抗器的选择第五章 可控硅的保护5.1过电压的保护计算对于过电压保护本设计采用RC 过电压抑制电路，该装置置于供电变压器的两侧或者是电力电子电路的直流上，如图5-1所示。
图5-1 过压保护电路5.2过电流的保护计算对于过电流保护本设计采用在电力变压器副边每相母线中串接快速熔断器的方法来保护电路第六章静动态参数计算及两个调节器的设计6.1静态结构图及参数计算如图6-1所示,为系统的静态结构图,其具体参数如下6.2动态结构图及参数计算如图6-2所示,为系统的动态结构框图,其参数如下6.3ACR设计电流环结构图的简化分为忽略反电动势的动态影响、等效成单位负反馈系统、小惯性环节的近似处理等环节。
电流环参数的计算(1)确定时间常数1)整流装置滞后时间常数 T s ，三相桥式电路的平均失控时间T s =0.0017s 。
2)电流滤波时间常数本设计初始条件已给出，即T oi =0.002s 。
3)电流环小时间常数之和T ∑=T s +T oi =0.0037s(2)电流调节器结构的选择从稳态要求上看，希望电流无静差，以得到理想的堵转特性，采用 I 型系统就够了。
从动态要求上看，实际系统不允许电枢电流在突加控制作用时有太大的超调，以保证电流在动态过程中不超过允许值，而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要的因素，为此，电流环应以跟随性能为主，应选用典型I 型系统。
电流环的控制对象是双惯性型的，要校正成典型 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检查对电源电压的抗扰性能：621.210037.008.0==∑i l T T ，参照典型Ⅰ型系统动态抗扰性能指标与参数的关系表格，可以看出各项指标都是可以接受的。
(3)计算电流调节器参数电流调节器超前时间常数：τi =T l =0.08s 。
电流环开环增益：要求δi ＜5%时，应取K I T ∑i =0.5，因此于是，ACR 的比例系数为：1617.23117.04085.207.01.135=⨯⨯⨯==βτs i I i K R K K 11.1350037.05.05.0-∑===s T K i I ss K s W i i i ACR )1()(ττ+=(4)校验近似条件电流环截止频率：ωci =K I =135.1s -1。
晶闸管整流装置传递函数的近似条件： 1.1960017.03131=⨯=s T 满足近似条件 忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件999.2408.018.01313=⨯=l m T T 满足近似条件 电流环小时间常数近似处理条件8.180002.00017.01131=⨯=ois T T 满足近似条件(5)计算调节器电阻和电容由图9，按所用运算放大器取R 0=40k Ω，各电阻和电容值为ΩΩ=Ω⨯==k k k R K R i i 86468.86401617.20取F F F R C iii μμτ95.09302.0108608.03取=⨯==F F F R T C oi oi μμ2.02.01040002.04430取=⨯⨯==按照上述参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标为δi =4.3%<5%,满足设计要求6.4ASR 设计(1)确定时间常数1)电流环等效时间常数1/K I 。
由电流环参数可知K I T ∑i =0.5，则s T K i I0074.00037.0221=⨯==∑ 2)转速滤波时间常数T on 。
根据已知条件可知T on =0.01s 3)转速环小时间常数T ∑n 。
按小时间常数近似处理，取s T K T on In 0174.001.00074.01=+=+=∑(2)选择转速调节器结构为了实现转速无静差，在负载扰动作用点前面必须有一个积分环节，它应该包含在转速调节器 ASR 中，现在在扰动作用点后面已经有了一个积分环节，因此转速环开环传递函数应共有两个积分环节，所以应该设计成典型 Ⅱ 型系统，这样的系统同时也能满足动态抗扰性能好的要求。
由此可见，ASR 也应该采用PI 调节器，其传递函数为(3)计算转速调节器参数按跟随和抗扰性能都较好的原则，取h=5，则ASR 的超前时间常数为s hT n n 087.00174.05=⨯==∑τ 转速环开环增益为 222224.3960174.052621-∑=⨯⨯=+=s T h h K n N ss K s W n n n ASR )1()(ττ+=ASR 的比例系数为888.110174.085.20067.05216.0132.03117.062)1(=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=+=∑n m e n RT h T C h K αβ(4)检验近似条件转速环截止频率为 115.34087.04.396-=⨯===s K K n N Ncn τωω1) 电流环传递函数简化条件为17.630037.01.1353131-∑==s T K i I满足近似条件2) 转速环小时间常数近似处理条件为17.3801.01.1353131-==s T K on I满足近似条件(5)计算调节器电阻和电容根据图12，取R0=40k Ω，则；取ΩΩ=Ω⨯==k k k R K R n n 47552.47540888.110；取F F F R C nnn μμτ2.01832.010475087.03=⨯==F F F R T C on on μμ11104001.04430取=⨯⨯==图12 含给定滤波与反馈滤波的PI 型转速调节器(6)校核转速超调量当h=5时，查询典型Ⅱ型系统阶跃输入跟随性能指标的表格可以看出%6.37=n σ，不能满足设计要求。
实际上，上述表格是按照线性系统计算的，而突加阶跃给定时，ASR 饱和，不符合线性系统的前提，应该按ASR 退饱和的情况重新计算超调量。