双闭环直流调速系统调节器设计教材
双闭环直流调速系统课程设计
目录1 设计目的及意义 (3)2 工作原理 (9)2.1 双闭环直流调速系统的组成与原理92.2 双闭环直流调速系统的静特性分析112.3 双闭环直流调速系统的稳态结构图152.4 双闭环直流调速系统的数学模型 (17)2.5 调节器的具体设计 (17)2.6 速度环的设计 (22)2.7 双闭环直流调速系统仿真 (25)3 方案设计与论证 (28)4 系统硬件设计 (30)4.1 主电路 (30)4.2 控制电路 (31)4.3 驱动电路 (14)4.4 反馈和保护电路 (32)5 系统调试 (34)6 心得体会 (37)参考文献 (39)1设计目的及意义通过课程设计。
确定和掌握自动控制系统中主电路的结构形式和闭环调速系统的组成及工作原理，并掌握调速系统中各参数的计算方法。
能利用MATLAB对系统进行建模并仿真，并且通过仿真观察系统的转速、电流响应和设定参数变化的系统响应的影响1.1岩石磨片机是用于对切割后的岩石标本进行平面磨平、制取高精度岩石标本的矿用机械，岩石磨片机磨头上装有￠125金刚石磨轮，磨头自动前进磨削。
主要技术参数：磨轮规格：￠125×￠30×40m，磨削范围：≤7mm的载玻片，磨削动力头功率：0.55KW 3000转／分编程控制器：CNC控制器或者AT89S51单片机, 可编180段程序指令(不同的工作状态)5mm的载玻片磨到0.02-0.03mm大约需5分钟，且三片同时磨。
(整个磨片过程一键搞定，一组磨片结束后自动回到起始位置等待装片。
机械手夹具，无噪声)自动磨削，进给量：编程自动确定。
冷却：自来水冷却。
第二代岩矿薄片标本磨片机.高清触摸式平板电脑操作,磨片全程监控.设计参数简单方便直观.技术先进性能可靠.效率高零破损.精度可达0.002mm-0.0025mm.全面提升或替代CNC编程岩石标本安装在工作台上,工作时工作台带到标本运动，磨头高速旋转自动前进磨削。
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。
自控系统课程设计课件-双闭环直流调速系统设计
起動過程
Id n Idcr Idm n IdL O t O 理想的快速起動過程 Id n Idm n IdL t
帶電流截止負回饋的單閉環調速系統
希望能實現的控制
– 在起動過程的主要階段，只有 電流負回饋，沒有轉速負回饋。 – 達到穩態後，只要轉速負回饋，不 讓電流負回饋發揮主要作用。
轉速、電流雙閉環直流調速系統
1. 抗負載擾動
±∆IdL
U*n
+
U*i Un
ASR
Ui
ACR
Ks Tss+1
Ud0 -
1/R
Id
Tl s+1
R Tms
E
1/Ce
n
2. 抗電網電壓擾動
±∆Ud U*n
+
-IdL
U*i Un
ASR
Ui
ACR
Ks Tss+1
Ud0 -
1/R
Id
Tl s+1
R Tms
E
1/Ce
n
轉速和電流兩個調節器的作用
1 c T
1
或
T
保證系統足夠穩定
控制系統的動態性能指標
1.跟隨性能指標 2.抗擾性能指標 調速系統的動態指標以抗擾性 能為主，而隨動系統的動態指標 則以跟隨性能為主。
系統典型的階躍回應曲線
C (t )
Cmax C
Cmax
±5%（或±2%）
C
C
O 0
tr
ts
t
階躍回應跟隨性能指標
調節器結構的選擇
選擇調節器，將控制對象校正成為典型系統。
輸入
調節器 系統校正
双闭环直流调速系统课程设计
目录目录 (1)第一章双闭环调速系统的组成 (2)第一节系统电路原理图 (2)第二节系统的稳态结构图 (3)第三节系统的动态结构图 (6)第二章双闭环系统调节器的设计 (9)第一节电流调节器的设计 (10)第二节转速调节器的设计 (14)第三节转速超调的抑制——转速微分负反馈 (18)第三章系统的仿真 (20)总结 (23)参考文献 (24)第一章 双闭环调速系统的组成第一节 系统电路原理图转速、电流双闭环调速系统的原理图如图1-1所示，图中两个调节器ASR 和ACR 分别为转速调节器和电流调节器，二者串级连接，即把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晶闸管整流器的触发装置。
电流环在内，称之为内环；转速环在外，称之为外环。
为了获得良好的静、动态特性，双闭环调速系统的两个调节器都采用PI 调节器，其原理图如图所示。
在图中标出了两个调节器输入输出电压的实际极性，它们都是按照触发装置GT 的控制电压U ct 为正电压的情况标出的，并考虑到运算放大器的倒相作用。
两个调节器输出都带有限幅，ASR 的输出限幅什im U 决定了电流调节器ACR 的给定电压最大值im U ，对就电机的最大电流；电流调节器ACR 输出限幅电压cm U 限制了整流器输出最大电压值，限最小触发角α。
图1-1双闭环直流调速系统电路原理第二节系统的稳态结构图转速电流双闭环调速系统的稳态结构图如图1-2所示，PI调节器的稳态特性一般存在两种状况：饱和—输出达到限幅值，不饱和—输出未达到限幅值。
当调节器饱和时，输出为恒值，输入量的变化不再影响输出，除非有反向的输入信号使调节器退出饱和；换句话说，饱和的调节器暂时隔断了输入与输出的联系，相当于使该调节器开环。
当调节器不饱和时，PI作用使输入偏差电压ΔU在稳定时总是零。
在实际运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的，因此对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种状况。
直流电机的PWM电流速度双闭环调速系统课程设计
电力拖动课程设计题目：直流电机的PWM电流速度双闭环调速系统姓名：学号：班级：指导老师：课程评分：日期目录一、设计目标与技术参数二、设计基本原理（一）调速系统的总体设计（二）桥式可逆PWM变换器的工作原理（三）双闭环调速系统的静特性分析（四）双闭环调速系统的稳态框图（五）双闭环调速系统的硬件电路（六）泵升电压限制（七）主电路参数计算和元件选择（八）调节器参数计算三、仿真（一）仿真原理（含建模及参数）（二）重要仿真结果（目的为验证设计参数的正确性）四、结论参考文献附录1：调速系统总图附录2：调速系统仿真图一、设计目标与技术参数直流电机的PWM电流速度双闭环调速系统的设计目标如下：额定电压：U N=220V；额定电流：I N=136A；额定转速：n N：=1460r/min；电枢回路总电阻：R=0.45Ω；电磁时间常数：T l=0.076s；机电时间常数：T m=0.161s；电动势系数：C e=0.132V*min/r；转速过滤时间常数：T on=0.01s；转速反馈系数α=0.01V*min/r；允许电流过载倍数：λ=1.5；电流反馈系数：β=0.07V/A；电流超调量：σi≤5%；转速超调量：σi≤10%；运算放大器：R0=4KΩ；晶体管PWM功率放大器：工作频率：2KHz；工作方式：H型双极性。
PWM变换器的放大系数：K S=20。
二、设计基本原理（一）调速系统的总体设计在电力拖动控制系统的理论课学习中已经知道，采用PI调节的单个转速闭环直流调速系统可以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，单闭环调速系统就难以满足需要。
这主要是因为在单闭环调速系统中不能随心所欲的控制电流和转矩的动态过程。
如图2-1所示。
图2-1 直流调速系统启动过程的电流和转速波形用双闭环转速电流调节方法，虽然相对成本较高，但保证了系统的可靠性能，保证了对生产工艺的要求的满足，既保证了稳态后速度的稳定，同时也兼顾了启动时启动电流的动态过程。
双闭环直流调速系统调节器设计教材
课程设计任务书信息工程与自动化学院学院自动化专业10 年级学生姓名：_11 _______课程设计题目：______ 双闭环直流调速系统调节器设计_________课程设计主要内容：根据要求完成调节器的计算与工程设计，实现1、稳态：无静差；2、动态指标：电流超调<5%;转速超调<10%;、振荡次数N<2次。
并绘制相关电路原理图。
电机参数及指标要求：设计一个双闭环直流电动机调速系统，整流装置采用三相桥式电路，电动机参数：U N=220V,P N=500Kw,l dN=760A,n N=375r/min,Ce=1.82V.min/r,过载倍数入=1.5，整流装置放大系数Ks= 75,电枢回路总电阻R= 0.14 欧，时间常数TI=0.031s,Tm=0.112s,电流反馈滤波时间常数Toi=0.002s, 转速反馈滤波时间常数Ton二0.02s，要求实现稳态无静差，电流超调量。
i %< 5%,空载起动到额定转速时的转速超调量（T n%w 10%,取转速调节器和电流调节器的饱和值为12V,输出限幅值为10V,额定转速时转速给定Un*10V。
设计指导教师（签字）：张寿明教学基层组织负责人（签字）：__________________________ 2013年12月10日摘要：双闭环直流调速控制系统有较好性能，因而得到广泛应用。
在实际应用中，选定电动机后，其参数是不可变的，只能通过改变双闭环直流调速系统内环电流调节器和外环的转速调节器的参数来提高整个系统的性能。
建立系统的数学模型，分别按二阶最佳和三阶最佳设计方案，采用PI 控制算法，对电流调节器和转速调节器进行设计，对所建立的模型在Matlab6 ．5的环境下进行仿真，试验证明此设计是可行的。
: 关键字: 双闭环；直流调速系统；调节器注：本系统设计由课本P95习题及运控大作业提供数据及初步模型目录第一章课程设计任务--------------------------------------------------- 误！未定义书签。
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。
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《交直流调速系统》课程设计说明书双闭环直流调速系统院、部：电气与信息工程学院学生姓名：学号：指导教师：专业：班级：完成时间：目录交直流调速系统课程设计指导书一、课程设计大纲适用专业：电气自动化、电气工程及其自动化总学时：2周1.课程设计的目的课程设计室本课程教学中极为重要的实践性教学环节，它不但起着提高本课程教学质量、水平和检验学生对课程内容掌握程度的作用，而且还将起到从理论过度到实践的桥梁作用。
因此，必须认真组织，周密布置，积极实施，以期达到下述教学目的：（1）通过课程设计，使学生进一步巩固、深化和扩充在交直流调速及相关课程设计方面的基本知识、基础理论和基本技能，达到培养学生独立思考、分析和解决实际问题的能力。
（2）通过课程设计，让学生独立完成一项直流或交流调速系统课题的基本设计工作，达到培养学生综合应用所学知识和实际查阅相关设计资料能力的目的。
（3）通过课程设计，使学生熟悉设计过程，了解设计步骤，掌握设计内容，达到培养学生工程绘图和编写设计说明书能力的目的，为学生今后从事相关方面的实际工作打下良好基础。
2.课程设计的要求（1）根据设计课题的技术指标和给定条件，在教师指导下，能够独立而正确地进行方案论证和设计计算，要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整。
（2）要求掌握交直流调速系统的设计内容、方法和步骤。
（3）要求会查阅有关参考资料和手册等。
（4）要求学会选择有关元件和参数。
（5）要求学会绘制有关电气系统图和编制元件明细表。
（6）要求学会编写设计说明书。
3.课程设计的程序和内容（1）学生分组、布置题目。
首先将学生按学习成绩、工作能力和平时表现分成若干小组，每小组按优、中、差合理搭配，然后下达课程设计任务书，原则上每小组一个题目。
（2）熟悉题目、收集资料。
设计开始，每个学生应按教师下达的具体题目，充分了解技术要求，明确设计任务，收集相关资料，包括参考书、手册和图表等，为设计工作做好准备。
（3）总体设计。
双闭环直流调速系统课程设计
一、 变流变压器容量的计算和选择在一般情况下，晶闸管装置所要求的交流供电电压与电网电压往往不一致；此外，为了尽量减小电网与晶闸管装置的相互干扰，要求它们相互隔离，故通常要配用整流变压器，这里选项用的变压器的一次侧绕组采用△联接，二次侧绕组采用Y 联接。
S 为整流变压器的总容量，S 为变压器一次侧的容量，1U 为一次侧电压, 1I 为一次侧电流,2S 为变压器二次侧的容量，2U 为二次侧电压，2I 为二次侧的电流，1m 、2m 为相数，以下就是各量的推导和计算过程。
为了保证负载能正常工作，当主电路的接线形式和负载要求的额定电压确定之后，晶闸管交流侧的电压2U 只能在一个较小的范围内变化，为此必须精确计算整流变压器次级电压2U 。
影响2U 值的因素有：(1)2U 值的大小首先要保证满足负载所需求的最大电流值的max d I 。
(2)晶闸管并非是理想的可控开关元件，导通时有一定的管压降，用T V 表示。
(3)变压器漏抗的存在会产生换相压降。
(4)平波电抗器有一定的直流电阻，当电流流经该电阻时就要产生一定的电压降。
(5)电枢电阻的压降。
综合以上因素得到的2U 精确表达式为：⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎥⎦⎤⎢⎣⎡-++=d d k TD d d P D N I IU C B A nU r I Ir r U U max max 2100)(1ε式中maxd dNI I λ=06759.0===∑NN D a U R I r rV I IU C B A nU r I Ir r U U d d k TD d d P D N 76.355100)(1max max 2=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎥⎦⎤⎢⎣⎡-++=ε816.022==dI I I K A I K I K I N I d I 3792.123222===λKVA I u m I u m I u m S S S 25.133)(21)(2122222211121==+=+=变流变压器的计算系数综上：选择变压器二次侧输出电压为：360VSCB10－140KVA ／380V ／360VS 的意思表示此变压器为三相变压器，如果Ｓ换成Ｄ则表示此变压器为单相。
直流双闭环调速系统设计说明
第1章设计任务说明书某晶闸管供电的转速电流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：V U N 750=,A I N 780=,min 375r n N =，04.0=a R ，电枢电路总电阻R=0.1Ω,电枢电路总电感mH L 0.3=,电流允许过载倍数5.1=λ，折算到电动机轴的飞轮惯量224.11094Nm GD =。
晶闸管整流装置放大倍数75=s K ，滞后时间常数s T s 0017.0= 电流反馈系数⎪⎭⎫ ⎝⎛≈=N I V A V 5.11201.0β 电压反馈系数⎪⎭⎫ ⎝⎛=N n V r V 12min 032.0α 滤波时间常数.02.0,002.0s T s T on oi ==V U U U cm im nm 12===**；调节器输入电阻Ω=K R O 40。
设计要求：稳态指标：无静差 动态指标：电流超调量005≤i σ；空载起动到额定转速时的转速超调量0010≤n σ。
第2章调速系统总体设计为实现转速和电流两种负反馈分别作用，直流双闭环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*U决定了电流给定电压的最大值；电流imU限制了电力电子变换器的最大输调节器ACR的输出限幅电压cmU。
出电压dm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。
如图2-1所示：图2-1 直流双闭环调速系统为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用PI调节器。
这样构成双闭环直流调速系统。
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。
转速电流双闭环直流调速系统和调节器工程设计方法
调节器结构的选择
选择调节器，将控制对象校正成为典型系统。
输入
调节器
输出
控制对象
系统校正
输入
典型系统
输出
典型I型系统
R(s)
K
C(s)
s(Ts 1)
T — 系统的惯性时间常数； K — 系统的开环增益。
选择参数，保证 稳定。
c
1 T
或
cT 1，使系统足够
典型Ⅱ型系统
R(s)
K (s 1) C(s)
K 值成反比； 在加速度输入下稳态误差为 。
因此，I型系统不能用于具有加速度输入 的随动系统。
（2）动态跟随性能指标
参数关系KT
阻尼比 超调量
上升时间 tr 峰值时间 tp
相角稳定裕度 截止频率c
0.25 0.39
0.5
0.69
1.0
0.8 0.707
0.6
0 % 1.5% 4.3 % 9.5 %
反馈系数计算
转速反馈系数
U
* nm
nm ax
电流反馈系数
U
* im
I dm
二、数学模型和动态性能分析
-IdL
U*n
+-
Un
U*i
WASR(s)
-
Ui
WACR(s) Uc
Ks Tss+1
-
Ud0
1/R Tl s+1
Id
+
R
n
Tms
1/Ce E
起动过程分析 n
n* I
II
III
按转速调节器ASR
不饱和、饱和、退
定义中频宽： h 2
T 1
2.5 双闭环调速系统的设计.ppt
忽略反电动势的动态影响(需校验)； 等效成单位负反馈系统；
小惯性环节近似处理（需校验）； 电力电子单元近似（需校验）
1、电流环结构图的化简 a)忽略反电 动势的影响
b)等效成单 位负反馈
c)小惯性环 节近似处理
返回SP2
2、电流调节器结构的选择
电流环以跟随性能为主，应选用典I系统，采用PI型的调节器，传
（1）ASR退饱和后系统的结构框图
图a
分析线性系统跟随性能时，初始条件为：n(0)=0，Id(0)=0； 讨论退饱和超调时，初始条件是：n(0)=n*，Id(0)=Idm。
（2）计算退饱和超调量的捷径 ASR选用PI调节器时，图a绘成图b。
图b
•
稳态转速n*以上的超调部分，即实际转速与给定
转速的差值。坐标原点从o移到o’，动态结构框图
(cn
1 3
KI ) Ti
1
I d (s) Wcli (s)
U
* i
(
s
)
1 s 1
KI
电流环的改造效果：
原来是双惯性 环节的电流环 控制对象
等效成只有较小时间 常数的一阶惯性环节
1
I d (s) Wcli (s)
U
* i
(
s)
1 s 1
KI
•
电流的闭环控制改造了控制对象，加快了电流的跟随作
用，这是局部闭环（内环）控制的一个重要功能。
2、转速调节器结构的选择
(首先要进行 转速环的动态结构框图简化 ) a）用等效环节代替电流环
b) 等效成单位负反馈系统和小惯性的近似处理
c) ASR调节器选择ห้องสมุดไป่ตู้应采用PI调节器)
WASR (s)
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。
转速电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法PPT课件
第 II 阶段恒流升速阶段（t1 ~ t2）
• 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
，
因而系统的加速度恒定，转速呈线性增长。
Id Idm
第44页/共212页
第 II 阶段（续）
n
n* I
II
III
O
t
Id
Idm
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。
第7页/共212页
现在的问题是，我们希望能实现控制：
• 起动过程，只有电流负反馈，没有转速 负反馈；
• 稳态时，只有转速负反馈，没有电流负 反馈。
怎样才能做到这种既存在转速和电流两种负反馈，又使它们只能分别在不同 的阶段里起作用呢？
第60页共212页图28直流调速系统的动态抗扰作用a单闭环系统第61页共212页抗电网电压扰动续s1acr在单闭环调速系统中电网电压扰动的作用点离被调量较进调节作用叐到多个环节的延滞因此单闭环调速系统抵抗电压扰动的性能要差一双闭环系统中由亍增设了电流内环电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节丌必等它影响到转速以后才能反馈回来抗扰性能大有改善
（2） 转速调节器饱和
这时，ASR输出达到限幅值U*im ，转速外环呈 开环状态，转速的变化对系统不再产生影响。双 闭环系统变成一个电流无静差的单电流闭环调节 系统。稳态时
Id
U
* im
I dm
(2-2)
式中，最大电流 Idm 是由设计者选定的，取决于 电机的容许过载能力和拖动系统允许的最大加速 度。
双闭环直流调速系统调节器设计教材
课程设计任务书信息工程与自动化学院学院自动化专业 10 年级学生姓名： 11课程设计题目：双闭环直流调速系统调节器设计课程设计主要内容：根据要求完成调节器的计算与工程设计，实现1、稳态：无静差；2、动态指标：电流超调<5%；转速超调<10%；、振荡次数N<2次。
并绘制相关电路原理图。
电机参数及指标要求:设计一个双闭环直流电动机调速系统，整流装置采用三相桥式电路，电动机参数：U N=220V, P N=500Kw,I dN=760A,n N=375r/min,Ce=1.82V.min/r, 过载倍数λ＝1.5，整流装置放大系数Ks＝75，电枢回路总电阻R＝0.14欧，时间常数Tl=0.031s,Tm=0.112s,电流反馈滤波时间常数Toi=0.002s,转速反馈滤波时间常数Ton=0.02s，要求实现稳态无静差，电流超调量σi％≤5％，空载起动到额定转速时的转速超调量σn％≤10％,取转速调节器和电流调节器的饱和值为12V，输出限幅值为10V，额定转速时转速给定Un*10V。
设计指导教师（签字）：张寿明教学基层组织负责人（签字）：2013年 12 月 10日摘要：双闭环直流调速控制系统有较好性能，因而得到广泛应用。
在实际应用中，选定电动机后，其参数是不可变的，只能通过改变双闭环直流调速系统内环电流调节器和外环的转速调节器的参数来提高整个系统的性能。
建立系统的数学模型，分别按二阶最佳和三阶最佳设计方案，采用PI控制算法，对电流调节器和转速调节器进行设计，对所建立的模型在Matlab6．5的环境下进行仿真，试验证明此设计是可行的。
:关键字:双闭环；直流调速系统；调节器注：本系统设计由课本P95习题及运控大作业提供数据及初步模型目录第一章课程设计任务-----------------------------------------------------------错误！未定义书签。
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课程设计任务书信息工程与自动化学院学院自动化专业10 年级学生姓名：_11 _______课程设计题目：______ 双闭环直流调速系统调节器设计_________课程设计主要内容：根据要求完成调节器的计算与工程设计，实现1、稳态：无静差；2、动态指标：电流超调<5%;转速超调<10%;、振荡次数N<2次。
并绘制相关电路原理图。
电机参数及指标要求：设计一个双闭环直流电动机调速系统，整流装置采用三相桥式电路，电动机参数：U N=220V,P N=500Kw,l dN=760A,n N=375r/min,Ce=1.82V.min/r,过载倍数入=1.5，整流装置放大系数Ks= 75,电枢回路总电阻R= 0.14 欧，时间常数TI=0.031s,Tm=0.112s,电流反馈滤波时间常数Toi=0.002s, 转速反馈滤波时间常数Ton二0.02s，要求实现稳态无静差，电流超调量。
i %< 5%,空载起动到额定转速时的转速超调量（T n%w 10%,取转速调节器和电流调节器的饱和值为12V,输出限幅值为10V,额定转速时转速给定Un*10V。
设计指导教师（签字）：张寿明教学基层组织负责人（签字）：__________________________ 2013年12月10日摘要：双闭环直流调速控制系统有较好性能，因而得到广泛应用。
在实际应用中，选定电动机后，其参数是不可变的，只能通过改变双闭环直流调速系统内环电流调节器和外环的转速调节器的参数来提高整个系统的性能。
建立系统的数学模型，分别按二阶最佳和三阶最佳设计方案，采用PI 控制算法，对电流调节器和转速调节器进行设计，对所建立的模型在Matlab6 ．5的环境下进行仿真，试验证明此设计是可行的。
: 关键字: 双闭环；直流调速系统；调节器注：本系统设计由课本P95习题及运控大作业提供数据及初步模型目录第一章课程设计任务--------------------------------------------------- 误！未定义书签。
一、设计内容---------------------------------------------------未定义书签。
二、电机参数及指标要求-----------------------------------------------未定义书签。
三、摘要-------------------------------------------------------------------------------- 3第二章设计过程--------------------------------------------------- 5一、系统组成原理图------------------------------------------------- 5二、稳态结构图和静特性----------------------------------------------- 6三、电流调节器的设计----------------------------------------------- 6四、转速调节器的设计----------------------------------------------- 7第三章MATLAB 仿真 ---------------------------------------------------- 8一、主电路的建模与仿真参数设置------------------------------------------- 8二、结果与分析------------------------------------------------- -10第四章硬件设计--------------------------------------------------- 12、主电路形式的确定-------------------------------------------------------------------- -13 、控制电路形式的确定----------------------------------------------- 13第五章结束语------------------------------------------------------------------------------ 14 第六章参考文献---------------------------------------------------------------------------- -15错误！错误！第二章：设计过程一、系统组成原理图直流电机具有良好的起制动性能，易于在较广范围内平滑调速，在许多高性能可控电力拖动系统中得到了比较广泛的应用，如龙门刨床、高层楼梯高精度机床等。
特别是晶闸管直流电动机调速系统，具有自动化程度高、控制性能好、起动转矩大，易于实现无级调速等优点。
本文以双闭环调速系统为例，建立双闭环调速系统，并以提高系统稳定性、快速响应及带负载的能力为目标研究。
再因电机本身复杂，加上电压反馈、电流反馈、PI校正器设计，整个调速过程、参数选择都须花大量时间。
本文利用工程设计方法和采用Matlab建立电机可视化模型，对整个调速过程进行动态仿真和系统分析。
电流环是由电流调节器ACF和电流负反馈环节组成的闭合回路，二者之间实行串级连接，其主要作用是通过电流检测元件的反馈作用稳定电流；转速环是由转速调节器ASRA转速负反馈环节组成的闭合回路，其主要作用是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。
从闭环结构上看，电流调节环在里面，叫做内环；转速环在外面，叫做外环。
这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。
ASF和AC均采用带有限幅作用的比例积分（PI）放大器。
注：图中：U*n、Un—转速给定电压和转速反馈电压U*i、Ui —电流给定电压和电流反馈电压ASR-转速调节器ACR-电流调节器TG-测速发电机TA—电流互感器UPL电力电子变换器、稳态结构图和静特性双闭环控制系统数学模型的主要形式仍然是以传递函数或零极点模型为基础的系统动态结构图。
双闭环直流调速系统的动态结构框图如图 2.3所示。
图中W (s) ASR和W(s) ACR分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数。
为了引出电流反馈，在电动机的动态结构框图中必须把电枢电流Id显露出来。
如国二2稳态结构图实际上，在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的。
因此，对静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况。
三、电流调节器的设计对电流环，可以校正成典I系统，也可以校正成典型II型系统，应根据生产机械的要求而定。
一般对抗扰性能要求不是特别严格时，采用典I系统设计即可。
现将电流环校正成典I系统。
在转速调节过程中，使电流跟随其给定电压*Ui变化，对电网电压波动起及时抗扰作用；起动时保证获得允许的最大电流，使系统获得最大加速度起动；当电机过载甚至于堵转时，限制电枢电流的最大值，从而起大快速的安全保护作用。
当故障消失时，系统能够自动恢复正常。
1、 确定时间常数：电流环小时间常数之和 Ti =T s +Toi =0.0037s 。
2、 选择电流调节器的结构因为d i <=5%并保证稳态电流无静差，可以按照典型 I 型系统设计调节器，电流环控制对 象是双惯性型的，因此可选用PI 型电流调节器，传递函数为：A7(沸+1」iiS由已知可得］=如100.00877V/A ，X I N 1.5汉760T q =T sT oi=0.0017 0.002 = 0.0037s ,.i =T^0.031s ，而 K I =0・5°5： 135.1s 」，0.0037（三）校验近似条件电流环截止频率--c ^ K I =135.1s ‘ ,晶闸管装置传函的近似条件忽略反电动势影响的近似条件3匚工 =： ___________ 1____ 茫50 91S A<© i ，满足条件。
VmT l\ 0.112 X 0.031ci查表得込％ =4.3% ：：： 5%，满足要求。
四、转速调节器的设计135.1 0.031 0.14K i0.891 “ … Ks - 0.891，28.757。
75 0.00877 ■i0.031故K1 3T S1 3 0.0017满足条件。
小时间常数近似处理条件1 1 3 ,1 13 7.0017 0.002:180.8s>' 'ci ，满足条件。
图2.4电涼环面化结构用I系统，也可以校正成典II系统，应根据生产机械的要求而定，大对速度环，可以校正成典多数调速系统的速度环都按典II系统进行设计。
现将速度环校正成典II系统.1、确定时间常数：参数已知。
2、典型I型系统，选择PI 调节器, WASR(S) K n( n S - 1)n S3、转速调节器参数计算:按照跟随和抗扰性能都较好的原则，取h=5,由已知可得-U^m1° :-0.0267Vn375min/ r -T on，而「J /。
.…林，K I■T O n = 0.0074 =0.02 70274S。
h取5, 则.n =hT筲=5 0.0274 = 0.137s。
K N2^= 2 25 6).02742：396*故K n _(h 1 厂C e T m一2h：RT=n6 0.00877 1.82 0.112& 10.49，2 5 0.0267 0.14 0.0274K n 10.490.137其它已知数据则代入电流环相应框图中。
（三）校验近似条件转速环截止频率• ©二K N .n=396.4 0.137 =54.3s」1 K I =1 135.1 3\T〒一3' 0.0037 :“ 63.7s .，满足条件。
Ci小时间常数近似处理条件I； 1 135.1： 27.40s」cn3「0.02:76.554。
电流环传函的简化条件满足条件。
760 0.14—182—0.0274 : 9.29% ::: 10%，满足条件。
查表得二n%=2 81.2% 1.5375 0.112第三章MATLAB仿真一、主电路的建模与仿真参数设置：(1)三相对称交流电压源的建模和参数设置。
首先从SimPow system ／Electrica1 Source 路径下提取一个交流电压源模块(AC VoltageSource),再用复制的方法得到三相电源的另外2个电压源模块，并将模块标签分别改为4相，B相，0相，按照图3连接成三相电压源。
然后将A相交流电源参数设置如下：交流峰值相电压取125V2V初相位设置成0。