单闭环电压负反馈调速
单闭环不可逆直流调速系统设计
单闭环不可逆直流调速系统设计1.方案分析与认证1.1转速控制调速指标与要求直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大X围内实现平滑调速，在许多需要调速的电力拖动领域中得到了广泛的应用。
从控制的角度来看，直流拖动控制系统又是交流拖动控制系统的基础，所以应该首先掌握直流拖动控制系统。
为了进行定量的分析，可以针对前两项要求定义两个调速指标，叫做“调速X围”和“静差率”。
这两个指标合成调速系统的稳态性能指标。
一个调速系统的调速X围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调X围。
在直流电动机变压调速系统中，一般以电动机的额定转速作为最高转速，若额定负载下的转速降落为，则按照上面分析的结果，该系统的静差率应该是最低速时的静差率，即，于是，最低转速为，而调速X围为，将上式的式代入，得，表示变压调速系统的调速X围、静差率和额定速降之间所满足的关系。
晶闸管-电动机系统是开环系统，调节控制电压就可以改变电动机的转速，如果负载的生产工艺对运行时的静差率要求不高，这样的开环调速系统都能实现一定X围内的无级调速，但是，许多需要调速的生产机械常常对静差率有一定的要求，例如龙门刨床，由于毛坯表面粗糙不平，加工时负载大校场有波动，但是，为了保证共建的加工精度和加工后的表面光洁度，加工过程中的速度却必须稳定，也就是说，静差率不能太大，一般要求，调速X围D=20~30，静差率s≤5%。
又如热连轧机，各机架轧辊分别由单独的电动机拖动，钢材在几个机架内连续轧制，要求各机架出口线速度保持严格的比例关系，使被轧金属的每秒流量相等，才不致造成钢材拱起或拉断，根据工艺要求，须使调速X围D=3~10时，保证静差率s≤0.2%~0.5%。
在这些情况下，开环调速系统往往不能满足要求。
任何一台需要控制转速的设备，其生产工艺对消速性能都有一定的要求。
例如，最高转速与最低转速之间的X围，是有级调速还是无级调速，在稳态运行时允许转速波动的大小，从正转运行变到反转运行的时间间隔，突加或突减负载使得允许的转速波动，运行停止时要求的定位精度等等。
单闭环直流调速系统
第十七单元 晶闸管直流调速系统第二节 单闭环直流调速系统一、转速负反馈直流调速系统转速负反馈直流调速系统的原理如图l7-40所示。
转速负反馈直流调速系统由转速给定、转速调节器ASR 、触发器CF 、晶闸管变流器U 、测速发电机TG 等组成。
直流测速发电机输出电压与电动机转速成正比。
经分压器分压取出与转速n 成正比的转速反馈电压Ufn 。
转速给定电压Ugn 与Ufn 比较，其偏差电压ΔU=Ugn-Ufn 送转速调节器ASR 输入端。
ASR 输出电压作为触发器移相控制电压Uc ，从而控制晶闸管变流器输出电压Ud 。
本闭环调速系统只有一个转速反馈环，故称为单闭环调速系统。
1．转速负反馈调速系统工作原理及其静特性设系统在负载T L 时，电动机以给定转速n1稳定运行，此时电枢电流为Id1，对应转速反馈电压为Ufn1，晶闸管变流器输出电压为Udl 。
n n I C R R C U C R R I U n d e d e d e d d d ∆+=+-=+-=0)(φφφ 当电动机负载T L 增加时，电枢电流Id 也增加，电枢回路压降增加，电动机转速下降，则Ufn 也相应下降，而转速给定电压Ugn 不变，ΔU=Ugn-Ufn 增加。
转速调节器ASR 输出电压Uc 增加，使控制角α减小，晶闸管整流装置输出电压Ud 增加，于是电动机转速便相应自动回升，其调节过程可简述为：T L ↑→Id ↑→Id(R ∑+Rd)↑→n ↓→Ufn ↓→△U↑→Uc ↑→α↓→Ud ↑→n ↑。
图17-41所示为闭环系统静特性和开环机械特性的关系。
图中①②③④曲线是不同Ud之下的开环机械特性。
假设当负载电流为Id1时，电动机运行在曲线①机械特性的A点上。
当负载电流增加为Id2时，在开环系统中由于Ugn不变，晶闸管变流器输出电压Ud 也不会变，但由于电枢电流Id增加，电枢回路压降增加，电动机转速将由A点沿着曲线①机械特性下降至B’点，转速只能相应下降。
单闭环直流调速工作原理
电工培训四级——单闭环直流调速工作原理
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2、单闭环调速系统的抗干扰性分析
引入转速负反馈的目的在于提高调速系统的抗干扰性，保持转 速的相对稳定，那么，单闭环调速系统是怎样实现抗干扰作用的呢？ 以负载电流增大为例分析如下 ：
I
↑→
d
n
Ud
Id Ce
R↓→
U
↓→
n
U↑→Uct↑→Ud↑→
n↑
通过这一调节可抑制转速的下降，虽然不能做到完全阻止转速下
降，但同开环相比，转速的下降程度会大大降低，从而保持了转速的 相对稳定 。
同相可分析电网电压下降时，系统的抗干扰性。电网电压下降时， 整流装置输出电压Ud减小，电机转速下降，系统调节过程如下：
Ud↓→
n
Ud
I Ce
单相180V 直流1A 直流180V s<10%
电工培训四级——单闭环直流调速工作原理
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通过本节课的学习，我们学到了单闭环直流调速系统的工作原理和 性能，单闭环直流调速系统是在开环直流调速系统的基础之上通过增 加反馈检测环节和比较放大电路，采用闭环控制构成的，是一种非常 重要且比较常见的直流调速系统，同时，学习单闭环直流调速系统的 相关知识是学习双闭环直流调速系统的基础，为以后的学习打下基础。
职业资格培训电工（四级） 单闭环直流调速工作原理
电工培训四级——单闭环直流调速工作原理
闭环直流调速系统就是在开环直流调速系统的基 导入 础上增加了反馈比较环节，系统为了稳定输出，通 内容 常引入负反馈。
案例 总结
图1 闭环调速系统的框图
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电工培训四级——单闭环直流调速工作原理
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。
电力拖动自动控制直流调速系统的课后习题
1．设控制对象的传递函数为11234()(1)(1)(1)(1)obj K W s T s T s T s T s =++++，式中K 1=2；T 1=；T 2=；T 3=；T 4=。
要求阶跃输入时系统超调量σ%<5%。
用PI 调节器将系统设计成典型I 型系统，试设计调节器参数并计算调节时间t s 。
解：用PI 调节器校正时，调节器传递函数为1()i PI pi i W s K sττ+= 取10.4i T s τ==，并将2T 、3T 、4T 看成小时间常数，令2340.080.0150.0050.1T T T T s s s s =++=++=则按典型I 型系统校正时系统开环传递函数为1111()(1)(1)(1)pi i pi i i K s K K W s K s T s Ts s Ts τττ+==+++ 取112pi iK K K Tτ==，则 10.412220.1ipi K K Tτ===⨯⨯调节时间 660.10.6s t T s s ≈=⨯= 所以PI 调节器的参数0.4i s τ=，1pi K =；调节时间0.6s t s =。
2．画出直流电动机理想启动时的转速、电流与时间的关系曲线。
采用理想启动的目的是什么？如何实现？，（∞）(a)(b)di n ，dmI LI n （∞）图1-30 调速系统启动过程的电流和转速波形t理想启动是使启动电流一直保持最大允许值，此时电动机以最大转矩启动，转速迅速以直线规律上升，以缩短启动时间。
工程上常采用转速电流双闭环负反馈调速系统。
启动时，让转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节启动电流保持最大值，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。
3．在单闭环转速负反馈调速系统中引入“电流截止负反馈环节”的作用是什么？其中“截止”的含义是什么？转速、电流双闭环调速系统是否也需要引入电流截止负反馈？为什么？ 答：单闭环转速负反馈调速系统不能限制过电流，引入电流截止负反馈可以对电机过载起到保护作用。
09第4.3章转速负反馈单闭环直流调速系统
当负载突增时，积分控制 的调速系统动态过程如图所示: 在稳态运行时，转速偏差 电压 Un 必为零。 在突加负载引起动态速降 时产生Un，达到新的稳态时， Un 又恢复为零，但 Uc 已从 Uc1 上升到 Uc2 ，使电枢电压 由 Ud1 上升到 Ud2，以克服负 载电流增加的压降。 在这里，Uc 的改变并非仅 仅依靠 Un 本身，而是依靠 Un 在一段时间内的积累。
+
Uo
U o ( s) 1 其传递函数为： Wi ( s) U i ( s) s
式中， R1C — 积分时间常数
29
1、积分调节器的特性
积累作用:积分器的输出量正比于输入量的积分。 记忆作用:当输入为零时,输出保持不变。 延缓作用:当输入突变时,输出不会发生突变。
30
2、转速的积分控制规律
nN s 1000 0.05 nN 2.63 r / min D 1 s 20(1 0.05)
18
例 4.3-1 对于例 4.2-2 所示的开环系统，采用转速负反馈构 成单闭环系统，且已知晶闸管整流器与触发装置的电压放大 系数 Ks ＝30，转速反馈系数 0.015Vmin/ r ，为了满足给 定的要求，计算放大器的电压放大系数 Kp 。
开环机械特性
n
* K p K sU n
Ce
RI d n0,op nop Ce
(4.3-4)
闭环机械特性
RI d n n0,cl ncl Ce 1 K Ce 1 K
* K p K sU n
(4.3-5)
12
特点：
① nc1 nop 1 K . n0,op n0,cl 时， sc1 sop 1 K .
转速负反馈单闭环直流调速系统的
第三章
单闭环直流调速系统
转速负反馈调速系统的调节过程
第三章
结论：
单闭环直流调速系统
①转速负反馈自动调节过程依靠偏差电压 来进行调节；
②这种系统是以存在偏差为前提的，反馈环节只是检测偏差，减小偏差
，而不能消除偏差，因此它是有静差调速系统； ③经转速负反馈调整稳定后的转速将低于原来的转速。
第三章
单闭环直流调速系统
第三章
单闭环直流调速系统
复习导入：
转速负反馈单闭环直流调速系统的结构电路图
第三章
单闭环直流调速系统
转速负反馈单闭环直流调速系统的工作原理： 通过调节给定电位器RP1，改变给定电压Ug，即可调 节直流电动机的转速。当Ug增大，转速n升高。其具 体调节过程如下：
Ug U Ug Ud n
当负载转矩减小时，闭环系统的自动调节过程又是怎样的？
第三章
单闭环直流调速系统
二、转速负反馈单闭环调速系统的工作原理
1．电动机内部自动调节过程
①此调节过程主要通过电动机内部电动势E的变化来 进行调节； ②调节过程是以转速的改变为前提，当负载发生变化
时，通过转速的改变，使其达到新的稳定状态。
第三章
单闭环直流调速系统
2．转速负反馈自动调节过程
电压单闭环调速系统
电压负反馈单闭环系统05电车1班 20057955 徐剑飞许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求有良好的稳态、动态性能。
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。
为了分析控制原理在直流调速系统中的应用，本文对电压负反馈单闭环系统进行了仿真实验。
单闭环调速系统有多种反馈方式，如电压负反馈、转速负反馈等。
电压负反馈在组成和实现上都比较简单实用，本次仿真实验即采用电压负反馈调速系统。
该系统由给定信号、电压调节器、同步脉冲触发器、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机、电压反馈环节等部分组成。
其仿真模型如图1所示。
电压调节器选用PI调节器，取自电力系统模块库下的附加离散控制模块组。
如图所示为电压负反馈单闭环系统仿真模型图，其中，输入电压为220V，50HZ；给定输入为30，负载给定为50；其它参数设置:PI调节器相关参数为K p=10,K i=400,上下限为[130 -130]，电压反馈系数为0.05。
仿真算法采用ode23t。
仿真结果如图6所示。
闭环调速系统由于增加了反馈环节，其机械特性较开环系统硬得多，负载扰动引起的稳态速降减小为开环系统的1/（1+K）。
图8即为电压负反馈调速系统在2.7 秒突加负载（给定信号加倍）时的转速降落曲线，从图上可以看出，电压负反馈调速系统的稳态速降较小，转速变化较小。
图1 电压负反馈单闭环系统仿真模型图图2 同步脉冲触发器和封装后的子系统模块电机参数设置如下图所示，系统的需要，选用30HP 240V 1750RPM Field:300V的电机进行模拟实验，起始转速设置为0。
图3 所用直流电动机参数设置图4 PI调节器参数设置图图5 平波电抗器参数设置图6 仿真实验输出n、If、Ia、Te波形图图7 整流器输出电压波形在2.75s时，人为的改变负载，将电机负载改为原负载的2倍，由下图，我们可以看到，在负载改变时，电机的转速n、电枢电流Ia、转矩Te均发生了改变。
(完整word版)带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统设计..
目录摘要 (2)1主电路的设计 (2)1.1变压器参数的设计与计算 (2)1.2平波电抗器参数的设计与计算 (3)1.3晶闸管元件参数的计算 (4)1.4保护电路的设计 (4)2反馈调速及控制系统 (5)2.1闭环调速控制系统 (5)2.2带电流截止负反馈闭环控制系统 (5)2.3调节器设定 (9)2.4控制及驱动电路设计 (10)3参数计算 (11)3.1基本参数计算 (11)3.2电流截止负反馈环节参数计算与设计 (13)3.3调节器的参数设计与计算 (14)3.4调节器串联校正设计 (17)4总电气图 (18)5心得体会 (20)参考资料 (20)带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统设计摘要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，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最为广泛，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。
本次课设就带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统进行参数的设计。
1主电路的设计1.1变压器参数的设计与计算变压器副边电压采用如下公式进行计算： ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=N sh Td I I CU A nU U U 2min max cos αβVU C I I U A n V U V U Nsh 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 I 1=1.05×287×0.861/3.45=75A I 2=0.861×287=247A 变压器容量的计算S 1=m 1U 1I 1=3×380×75=85.5kVA S 2=m 2U 2I 2=3×110×247=81.5kVAS=0.5×(S 1+S 2)=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=83.5kVA1.2平波电抗器参数的设计与计算U d =2.34U 2cos αU 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=⨯⨯=⨯0067.0150010*===N nm n U α1.3晶闸管元件参数的计算晶闸管的额定电压通常选取断态重复峰值电压U DRM和反向重复峰值电压U RRM中较小的标值作为该器件的额定电压。
电机驱动与调速第46讲VM调速系统
补偿控制只能补偿负载扰动，对其他扰动的作用可能是坏的。
而负反馈控制对一切包含于负反馈环内前向通道上的扰动都 起 抑制作用。故补偿控制不如反馈控制好。
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（3）单闭环无静差V-M调速系统
采用PI（比例—积分）调节器能实现静态无差，解决动态稳 定 性、快速性和静态精度之间的矛盾。
图7-4 单闭环无静差V-M调速系统
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2、双闭环V-M调速系统 带电流截止负反馈的双闭环无静差调速系统如图7-5所示。
图7-5 带电流截止负反馈的双闭环无静差调速系统
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图7-6 带电流截止负反馈调速系统的挖土机特性
电流负反馈被截止时相当于图中n0A段，它就是闭环调速系统 本身的静态特性，显然较硬。
电流负反馈起作用时相当于图中的AB段，由于电流负反馈的 作 用，相当于在电枢回路中串入一个大电阻，因而稳态速降极大， 特 性急剧下垂，而电流变化较小。
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3、可逆V-M调速系统 （1）接触器切换 正转时接触器KM1接通，直流电动机的电枢电流Ia从A流向B （如图7-7实线）； 反转时，KM2接通，直流电动机电枢电流从B流向A（如图7-7 虚 线）。由于电流换向，电动机实现正反转。
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（2）晶闸管切换 正转时晶闸管1VS、4VS接通，直流电动机的电枢电流从A流向 B （如图图7-8实线）； 反转时2VS、3VS接通，直流电动机电枢电流从B流向A（如图 中 虚线）。由于电流换向，电动机实现正反转。
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（3）采用两套晶闸管变流器的可逆线路
图7-9 采用两套晶闸管变流器的可逆V-M系统
因此须引入转速负反馈构成闭环调速系统。
实验二_单闭环不可逆直流调速系统实验
单闭环不可一、实验目的逆直流调速系统实验（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）掌握晶甲管直流调速系统的一般调试过程。
（3）认识闭环反馈控制系统的基本特性。
二、实验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（包挂单闭环系统和多闭环系统）。
对调速指标要求不高的场合，采用直流调速系统，而对调速指标要求较高的则采用多闭环系统。
按反馈的方式不同可分为转速负反馈、电流反馈、电压反馈等。
在单闭环系统中，转速负反馈单闭环使用较多。
转速负反馈单闭环系统原理如图5.11所示。
图中将反映转速变化的电压信号作为反馈信号，经“速度反馈”后接到“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Ua，用作控制整流桥的“触发电路”。
触发脉冲经功放后加到晶甲管的门极的阴极之间，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。
电动机的转速随给定电压的变化，电动机最高转速由电流调节器的输出限幅所决定。
若电流调节器采用比列（p）调节，对阶跃输入由稳态误差，则需将调解器换成比列积分（pi）调节。
这时若“给定”电压恒定，闭环系统对速度变化起到了让制作用，当电动机负责或电源电压波动时，电动机的转速能稳定在一定的范围内变化。
电流反馈单闭环系统原理图如图5.12所示，图中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”电压比较，经放大后，得到移相控制电压Uct，控制整流电桥的“触发电路”，关改变“三相全控整流”的电压输出，从各构成了电压反馈闭环系统。
电动机的最高转速也有电流调节器的输出限幅所决定。
同样，若电流调节器采用比例（P）调节，则对阶跃输入由稳态误差，要消除该误差可将调节器换成比例积分(PI)调节。
当”给定”电压恒定时，闭环系统对电枢电压电流变化起到了抑制作用，当电动机负载或电源电压波动时，电动机的电枢电流能稳定在一定的范围内变化。
单闭环电压负反馈
《运动控制系统仿真》课程设计————单闭环电压负反馈调速系统的动态建模与仿真指导教师：杨战社张玉峰电气与控制工程学院自动化11021106050215宋富鹏单闭环电压负反馈调速系统的动态建模与仿真一、课设背景转速负反馈控制系统采用直流测速发电机检测转速，用速度的反馈量参与系统的控制。
这样，当给定电压不变时，系统在扰动作用下都可维持电动机转速基本不变。
测速发电机安装时必须保证它的轴与主电动机的轴严格同轴。
如果不同轴，运转时若系统产生机械振荡，在电器上是无法克服的，因此安装麻烦，维护起来也不方便，况且反馈信号中的各种交流纹波也必须在调试与运行时予以考虑及重视。
某些主电动机只有一端有伸出轴与变速箱和生产机械连接，而另一端无伸出轴或不易接测速发电机，这样在一些调速指标要求不高的场合，人们便采用更简便、经济的电压负反馈以构成电压负反馈控制系统。
电压负反馈控制系统与转速负反馈控制系统相比，调速指标低，可采用电流补偿（IR）的办法解决，这样可使系统简单，指标也可达到满意的程度。
二、课设原理要构成电压负反馈调速系统，就必须设置电压调节器，同时取电压反馈量参与控制。
这样系统就可维持被检测的电压不变。
与转速负反馈调速系统相比，电压负反馈控制系统只是将转速负反馈中的测速发电机换成具有分压作用的电位器。
电压检测点接在电枢两端，以电压检测点为界，将V-M回路总电阻等效为两部分。
检测点右侧为电动机电枢电阻，左侧电阻有平波电抗器电阻、变压器等效电阻、晶闸管电路由于变压器漏抗引起的等效电阻等（统称为晶闸管整流装置的内阻）。
图.电压负反馈调速系统电压负反馈调速系统只用一个电位器取代了转速负反馈调速系统的检测元件—测速发电机，使系统变得简单、经济。
但其损失的是调速指标，即电枢电阻压降引起的转速降不能弥补。
因此，我们可以采用补偿的办法弥补电枢电阻上的压降。
将电枢电流取出来参与控制，此信号与给定信号极性相同，所以称为电流正反馈，其实是一种电流补偿而不是真正意义上的正反馈。
带电流截止负反馈转速单闭环V-M不可逆直流调速系统
带电流截止负反馈转速单闭环V-M不可逆直流调速系统摘要晶闸管—电动机调速系统（V—M系统）在20实际60年代开始逐步取代G—M系统而成为20世纪后30年中直流调速系统的主要形式。
电源是静止装置，由电力电子AC/DC变换器供电。
输出电压可调的电力电子AC/DC变换器最常见的就是大家所熟悉的晶闸管可控整流器，通过改变晶闸管的可控整流器的控制角α来改变可控整流器输出电压的极性和大小。
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。
带电流截止负反馈的闭环直流调速系统的在对调速精度要求不高的，大功率容量的电机中的应用是非常广泛的，它具有控制简单方便，调速性能较好，设备成本低等的优点。
通过对单闭环调速系统的组成部分可控电源、由运算放大器组成的调节器、晶闸管触发整流装置、电机模型和测速电机等模块的理论分析，比较原始系统和校正后系统的差别，得出直流电机调速系统的最优模型。
然后用此理论去设计一个实际的调速系统。
关键词：稳态性能稳定性单闭环电流截止负反馈无静差目录第0章前言 (3)第1章课程设计内容 (3)第2章性能指标 (4)第3章方案论证...................................................... .. (5)第4章主回路与控制回路设计..................................... . (8)第5章参数计算 (15)第6章Matlab建模与仿真 (16)第7章总电气图 (25)第8章结束语 (26)第9章致谢 (27)第10 章参考文献 (28)前言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。
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。
在对调速性能有较高要求的领域常利用直流电动机作动力，但直流电动机开环系统稳态性能不能满足要求，可利用速度负反馈提高稳态精度，而采用比例调节器的负反馈调速系统仍是有静差的，为了消除系统的静差，可用积分调节器代替比例调节器。
小功率单闭环电压负反馈加电流补偿调速系统的设计
1. 概述1.1 调速的基本概念调速即速度控制，是指在传动系统中认为地或自动地改变电动机的转速，以满足工作机械对不同转速的要求。
从机械特性上看，就是通过改变电动机的参数或外加电压等方法，来改变电动机的机械特性，从而改变它与工作机械特性的交点，改变电动机的稳定运转速度。
速度调节，可以通过手动给定信号并通过中间放大、保护等环节来实现。
电动机转速人为给定，不能自动纠正转速偏差的方式称为开环控制，在很多情况下还希望转速稳定，即转速不随负载及电网电压等外接扰动而变化。
此时电动机转速应能自动调节，即采用闭环控制，这样的系统称为闭环系统1.2调速的分类1.2.1 无级调速和有级调速无级调速，又称连续调速，是指电动机的转速可以平滑地调节。
其特点是：转速变化均匀，适应性强而且容易实现调速自动化，因此在工业中被广泛使用。
有级调速，又称间断调速或分级调速。
它的转速只有有限的几级，调速范围有限且不易实现调速自动化。
1.2.2 向上调速和向下调速电动机未作调速时的固有转速，即为电动机额定负载时的额定转速，也称为基本转速或基速。
一般地，在基速方向提高转速的调速称为向上调速。
反之为向下调速。
1.2.3 恒转矩调速和恒功率调速恒转矩调速：有很大一部分机械，其负载性质属于恒转矩类型，即在调速过程中不同的稳定速度下，电动机的转矩为常数。
如果选择的调速方法能使电磁转矩T为常数，则在恒转矩负载下，电机无论在高速或低速下运行，其发热情况始终是一致的。
这就使电动机容量能得到合理而充分的利用。
这种调速方法称为恒转矩调速，例如，当磁通一定时，调节电动机的电枢电压或电枢回路电阻的方法就属于恒转矩调速方法。
恒功率调速：具有恒功率特性的负载，是指在调速过程中负载功率P为常数，其负载转矩T=α/n （α为励磁调节系数），这种调速方法称为恒功率调速。
用恒功率调速方法去带动恒转矩负载是不合理的，在高速时会使电机过载。
1.3调速系统的静态指标调速范围：生产机械要求电动机能提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围。
带电流截止负反馈单闭环直流调速系统
前言电动机作为一种有利工具，在日常生活中得到了广泛的应用。
而直流电动机具有很好的启动，制动性能，所以在一些可控电力拖动场所大部分都采用直流电动机。
而在直流电动机中，带电压截止负反馈直流调速系统应用也最为广泛，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。
他通常采用三相全桥整流电路对电机进行供电，从而控制电动机的转速，传统的控制系统采用模拟元件，比如：晶闸管、各种线性运算电路的等。
虽在一定程度上满足了生产要求，但是元件容易老化和在使用中易受外界干扰影响，并且线路复杂，通用性差，控制效果受到器件性能、温度等因素的影响，从而致使系统的运行特征也随着变化，所以系统的可靠性及准确性得不到保证，甚至出现事故。
直流调速系统是由功率晶闸管、移相控制电路、转速电路、双闭环调速系统电路、积分电路、电流反馈电路、以及缺相和过流保护电路。
通常指人为的或自动的改变电动机的转速，以满足工作机械的要求。
机械特性上通过改变电动机的参数或外加电压等方法来改变电动机的机械特性，从而改变电动机的机械特性和工作特性的机械特性的交点，使电动机的稳定运转速度发生变化由于本人和能力有限，错误或不当之处再所难免，期望批评和指正第1章主电路选型和闭环系统的组成1.1 V—M系统简介晶闸管—电动机调速系统（简称V—M系统），其简单原理图如图1。
图中VT是晶闸管的可控整流器，它可以是单相、三相或更多相数，半波、全波、半控、全控等类型。
优点：通过调节触发装置GT的控制电压来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压从而实现平滑调速。
缺点：1．由于晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难。
2．元件对过电压、过电流以及过高的du/dt和di/dt都十分敏感，其中任一指标超过允许值都可能在很短时间内损坏元件。
因此必须有可靠的保护装置和符合要求的散热条件，而且在选择元件时还应有足够的余量。
图1.1 V—M系统1.2主电路的确定虽然三相半波可控整流电路使用的晶闸管个数只是三相全控桥整流电路的一半，但它的性能不及三相全控桥整流电路。
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单闭环电压负反馈调速系统的动态建模与仿真学院：姓名：学号：时间：目录一、课题要求.............................................................................................................................. - 1 -1．设计题目........................................................................................................................ - 1 - 2．设计内容........................................................................................................................ - 1 - 3．设计要求........................................................................................................................ - 1 -4 . 控制对象参数................................................................................................................ - 1 -二、设计方案.............................................................................................................................. - 2 -1、概述................................................................................................................................ - 2 -2、电压负反馈直流调速系统的原理................................................................................ - 2 -三、参数计算.............................................................................................................................. - 3 -四、单闭环电压负反馈调速系统的仿真模型.......................................................................... - 4 -1. 单闭环电压负反馈调速系统的仿真模型的建立......................................................... - 4 -2.开环带扰动无电压负反馈调速系统的仿真结果........................................................... - 5 -3. 单闭环不带扰动电压负反馈调速系统的仿真结果..................................................... - 5 -4. 单闭环带扰动电压负反馈调速系统的仿真结果......................................................... - 6 -五、实训心得：.......................................................................................................................... - 8 -一、课题要求1．设计题目5) 单闭环电压负反馈调速系统的动态建模与仿真2．设计内容（1）设计系统各单元电路和主控电路；（2）分析并测定系统各环节的输入输出特性及其参数，调试各单元电路；（3）系统性能分析与程序设计；（4）系统校正，修正系统静、动态性能。
3．设计要求（1）初步掌握控制系统的分析和设计的基本方法。
包括设计任务，进行计题目的方案论证。
通过调查研究、设计计算，确定方案，写出总结报告。
（2）培养一定的自学能力和独立分析问题、解决问题的能力。
包括学会自己分析解决问题的方法，对设计中遇到的问题，能通过独立思考、查阅工具书、参考文献，寻找答案。
（3）通过严格的科学训练和工程设计实践，逐步树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学作风，并培养学生在实际工作中应具有的生产观点，经济观点和全局观点4 . 控制对象参数直流调速系统的基本数据如下:晶闸管三相桥式全控整流电路供电的双闭环直流调速系统,直流电动机:220V,136A,1460r/min,电枢电阻Ra=0.2Ω,允许过载倍数λ=1.5;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力矩:GD2= 22.5N〃m2,晶闸管装置:放大系数Ks=40,电流反馈系数:β=0.05V/A,转速反馈系数:α=0.007Vmin/r,滤波时间常数:Toi=0.002s ,Ton=0.01s 。
二、设计方案1、概述直流调速系统中最基本的形式是目前广泛应用的晶闸管直流调速系统，采用直流测速发电机作为转速检测元件，实现转速的闭环控制，再加上一些积分与校正的方法，可以获得比较满意的静动态性能。
然而，在实际应用中，其安装与维护都比较麻烦，常常是系统安装中可靠性的薄弱环节。
此时，可用电动机端电压负反馈取代转速负反馈，构成电压负反馈调速系统。
但这种系统只能维持电动机端电压恒定，而对电动机电枢电压降引起的静态速降不能予以抑制，因此系统静特性较差，只适用于对精度要求不高的调速系统。
2、电压负反馈直流调速系统的原理电压负反馈直流调速系统的原理图如图2-1所示，图中作为反馈检测元件的只是一个起分压作用的电位器。
电压反馈信号为d u U U γ=式中Uu —电压反馈信号（∨）；γ—电压反馈系数。
图2-1 电压负反馈直流调速系统的原理图这种系统对电动机电枢电阻Ra 引起静态速降，电压负反馈不能对它起抑制作用，故必须把主回路总电阻R 分成两部分R=Rr+Ra ，Rr 为晶闸管整流装置的内阻（含平波电抗器电阻），因而有以下两个关系式：d r d U R I U =-0dE R I U a d d =-通过绘制结构图和利用叠加原理和结构图运算规则，导出电压负反馈直流调速系统的静特性方程如下：d e a d e r e n S P I C R I K C R K C U K K n -+-+=)1()1(*式中，K=γk P K S 。
从静特性方程可见，与开环系统相比较，电压负反馈作用使整流装置内阻Rr 引起的静态速降减小到开环时的1/（1+K ）,但由于电枢电阻引起的速降I d Ra/C e 和开环时相同，这一点从结构图上也可以明显看出，因为电压负反馈系统实际上只是一个自动调压系统，扰动量I d Ra 不被反馈环包围，电压负反馈系统对由它引起的速降也就无法克服了。
这是电压负反馈系统调速性能指标差的一个重要原因，在电压负反馈调速系统中引入电流正反馈可提高系统的稳态性能指标。
三、参数计算计算电力拖动系统机电时间常数m Ta N N e N R I n C U +=带入数据得r V C e min/132.0=;A Nm C C e m /26.130==π; 所以s C C R GD T me m 18.03752== 575.71=eC 调节器参数计算：如果将电压反馈环校正为典I 系统，调节器选用积分调节器s τ1，由)1(11)(+=+=TS S K S T K s s W S S τ 和%5≤σ得5.01==S S T K KT τ所以136.0=τ35.71=τ由于纯积分环节调节缓慢，所以考虑在此基础上采用比例积分调节器，且KP=1;电磁时间常数： 03.05.010153=⨯==-R l T l 电压反馈系数026.0)2.0136220(5≈⨯-÷=γ（U n *=5V ）四、单闭环电压负反馈调速系统的仿真模型1. 单闭环电压负反馈调速系统的仿真模型的建立图4-1单闭环电压负反馈调速系统的仿真模型2.开环带扰动无电压负反馈调速系统的仿真结果图4-2开环带扰动转速波形（扰动在2s后加上）由图可知，在电机启动2s后加入负载干扰，电机转速有原来的1460r/min 下降到1000r/min，电机抗扰能力较差。
3. 单闭环不带扰动电压负反馈调速系统的仿真结果（1）转速仿真波形图4-3转速仿真波形4. 单闭环带扰动电压负反馈调速系统的仿真结果（1）转速仿真波形图4-4转速仿真波形由单闭环不带扰动电压负反馈调速系统的仿真结果和单闭环带扰动电压负反馈调速系统的仿真结果可以看出，在加入扰动后转速下降到1255r/min ，与开环控制的系统相比较，转速下降相对较小些，这是因为电压负反馈作用使整流装置内阻Rr 引起的静态速降减小到开环时的1/（1+K ），其中K=γk P K S 。
这与开环相比较，电压负反馈的抗扰性能相对较好。
（2）电枢电压Ud 的仿真波形由仿真波形可以看出，电机在启动过程中电压无超调，这样对设备保护有好处；电机在2s 加上额定负载扰动后，电枢电压迅速上升到额定电压220v 左右，增强带载能力。
图4-5 电枢电压Ud的仿真波形（3）电枢电流Id的仿真波形由仿真波形可以看出，电机在启动过程中，电枢电流Id从0迅速上升到246A，在电机启动结束进入稳态运行时，电流下降到很小，电流的超调，加快电机的启动；在2s加上额定负载扰动，电机为克服扰动，使电流上升到额定电流136A。
图4-6电枢电流Id的仿真波形五、实训心得：这次的实训是基于我们学习交、直流调速系统运用matlab软件进行系统仿真。
完成本次实训，我们大致分四步走，第一步，根据课题所给参数和各项指标计算并确定各项参数。
针对我的选题，这一步我需要理解电压负反馈的原理，需要掌握电压负反馈系统的设计方法，需要学习建立电动机和系统的动态模型。