双闭环直流调速系统的课程设计报告
双闭环不可逆直流调速系统实验报告
双闭环不可逆直流调速系统实验报告
实验目的：
1. 理解双闭环不可逆直流调速系统的原理和特点。
3. 熟悉实验设备的使用和实验过程。
实验原理：
双闭环不可逆直流调速系统由速度环和电流环两个闭环组成，其基本原理如下：
1. 速度环控制
在速度环内部，输入为期望转速，输出为电压控制器的输出信号。
速度环主要根据实
际转速和期望转速之间的差异，计算出电压控制器的控制量，并根据电压控制器的输出改
变电机的电压，以达到调速的目的。
实验步骤：
1. 准备实验设备：电机、电压变压器、电流反馈电阻、示波器、信号源、功率放大器、控制器等。
2. 按照实验原理中的模型，建立电机的电压-转速模型和电机的电流-转矩模型。
3. 根据模型，编写控制算法。
4. 将实验设备连接好，将模型和算法输入控制器。
5. 设置期望转速和电流控制量，并启动电机。
6. 分析实验结果，评估控制系统的性能。
实验结果：
本次实验中，我们成功建立了双闭环不可逆直流调速系统的模型，并利用控制器实现
了系统的控制。
我们通过改变期望转速和电流控制量，观察了系统的实际转速和转矩变化。
实验结果表明，双闭环控制系统的性能稳定，具有较好的调速性能和响应速度。
结论：。
双闭环直流调速实验报告
双闭环直流调速实验报告双闭环直流调速实验报告引言：直流电机作为一种常见的电动机类型，广泛应用于工业生产和日常生活中。
为了提高直流电机的调速性能，双闭环直流调速系统应运而生。
本实验旨在通过搭建双闭环直流调速系统，对其性能进行测试和评估。
一、实验目的本实验的主要目的是研究和掌握双闭环直流调速系统的工作原理和性能特点，具体包括以下几个方面：1. 了解双闭环直流调速系统的组成和工作原理；2. 掌握双闭环直流调速系统的参数调节方法；3. 测试和评估双闭环直流调速系统的调速性能。
二、实验原理双闭环直流调速系统由速度环和电流环组成，其中速度环负责控制电机的转速，电流环负责控制电机的电流。
具体工作原理如下：1. 速度环：速度环通过测量电机的转速，与给定的转速进行比较，计算出转速误差，并将误差信号经过PID控制器进行处理，最终输出控制信号给电流环。
2. 电流环：电流环通过测量电机的电流，与速度环输出的控制信号进行比较，计算出电流误差，并将误差信号经过PID控制器进行处理，最终输出控制信号给电机。
三、实验步骤1. 搭建实验平台：将直流电机与电机驱动器连接，并将驱动器与控制器相连。
2. 参数设置：根据实验要求，设置速度环和电流环的PID参数。
3. 测试电机转速：给定一个转速值，观察电机的实际转速是否与给定值一致。
4. 测试电机负载：通过改变电机负载，观察电机的转速是否能够稳定在给定值附近。
5. 测试电机响应时间：通过改变给定转速，观察电机的响应时间，并记录下来。
6. 测试电流控制性能：通过改变电机负载，观察电机电流的变化情况，并记录下来。
四、实验结果与分析1. 电机转速测试结果表明，双闭环直流调速系统能够准确控制电机的转速，实际转速与给定值之间的误差较小。
2. 电机负载测试结果表明，双闭环直流调速系统能够在不同负载下保持电机的转速稳定，具有较好的负载适应性。
3. 电机响应时间测试结果表明，双闭环直流调速系统的响应时间较短，能够快速响应给定转速的变化。
直流电动机双闭环调速系统设计
1 设计方案论证电流环调节器方案一，采用PID调节器，PID调节器是最理想的调节器，能够平滑快速调速，但在实际应用过程中存在微分冲击，将对电机产生较大的冲击作用，一般要小心使用。
方案二，采用PI调节器，PI调节器能够做到无静差调节，且电路较PID调节器简单，故采用方案二。
转速环调节器方案一，采用PID调节器，PID调节器是最理想的调节器，能够平滑快速调速，但在实际应用过程中存在微分冲击，将对电机产生较大的冲击作用，一般要小心使用。
方案二，采用PI调节器，PI调节器能够做到无静差调节，且电路较PID调节器简单，故采用方案二。
2双闭环调速控制系统电路设计及其原理综述随着现代工业的开展，在调速领域中，双闭环控制的理念已经得到了越来越广泛的认同与应用。
相对于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的弱点。
双闭环控制那么很好的弥补了他的这一缺陷。
双闭环控制可实现转速和电流两种负反应的分别作用，从而获得良好的静，动态性能。
其良好的动态性能主要表达在其抗负载扰动以及抗电网电压扰动之上。
正由于双闭环调速的众多优点，所以在此有必要对其最优化设计进展深入的探讨和研究。
本次课程设计目的就是旨在对双闭环进展最优化的设计。
整流电路本次课程设计的整流主电路采用的是三相桥式全控整流电路，它可看成是由一组共阴接法和另一组共阳接法的三相半波可控整流电路串联而成。
共阴极组VT1、VT3和VT5在正半周导电，流经变压器的电流为正向电流；共阳极组VT2、VT4和VT6在负半周导电，流经变压器的电流为反向电流。
变压器每相绕组在正负半周都有电流流过，因此，变压器绕组中没有直流磁通势，同时也提高了变压器绕组的利用率。
三相桥式全控整流电路多用于直流电动机或要求实现有源逆变的负载。
为使负载电流连续平滑，有利于直流电动机换向及减小火花，以改善电动机的机械特性，一般要串入电感量足够大的平波电抗器，这就等同于含有反电动势的大电感负载。
三相桥式全控整流电路的工作原理是当a=0°时的工作情况。
双闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告
TGn ASR ACR U *n + -U n U i U *i + - U c TAV M + -U d I dUP E L- M T 双闭环直流调速系统的设计与仿真1、实验目的1．熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本原理。
2．掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。
3．掌握调节器的工程设计及仿真方法。
2、实验内容1．调节器的工程设计 2．仿真模型建立 3．系统仿真分析 3、实验要求用电机参数建立相应仿真模型进行仿真 4、双闭环直流调速系统组成及工作原理晶闸管直流调速系统由三相调压器，晶闸管整流调速装置，平波电抗器，电动机—发电机组等组成。
本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制回路可直接由给定电压U ct 作为触发器的移相控制电压，改变U ct 的大小即可改变控制角，从而获得可调的直流电压和转速，以满足实验要求。
为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，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，二者之间实行嵌套联接，如图4.1。
把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流的输出去控制电力电子变换器UPE 。
在结构上，电流环作为内环，转速环作为外环，形成了转速、电流双闭环调速系统。
为了获得良好的静、动态特性，转速和电流两个调节器采用PI 调节器。
图4.1 转速、电流双闭环调速系统 5、电机参数及设计要求5.1电机参数 直流电动机：220V ，136A ，1460r/min ， =0.192V ? min/r ，允许过载倍数=1.5，晶闸管装置放大系数： =40电枢回路总电阻：R=0.5 时间常数： =0.00167s, =0.075s电流反馈系数： =0.05V/A 转速反馈系数：=0.007 V ? min/r 5.2设计要求要求电流超调量 5%，转速无静差，空载起动到额定转速时的转速超调量 10%。
6、调节器的工程设计 6.1电流调节器ACR 的设计 （1）确定电流环时间常数1）装置滞后时间常数 =0.0017s ； 2）电流滤波时间常数 =0.002s ；3）电流环小时间常数之和 = + =0.0037s ； （2）选择电流调节结构根据设计要求5%，并且保证稳态电流无差，电流环的控制对象是双惯性型的，且=0.03/0.0037=8.11<10，故校正成典型?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?式中—?电流调节器的比例系数；?—?电流调节器的超前时间常数。
双闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告
双闭环直流调速系统的设计与仿真实验报告一、系统结构设计双闭环直流调速系统由两个闭环控制组成，分别是速度子环和电流子环。
速度子环负责监测电机的转速，并根据设定值与实际转速的误差，输出电流指令给电流子环。
电流子环负责监测电机的电流，并根据电流指令与实际电流的误差，输出电压指令给电机驱动器，实现对电机转速的精确控制。
二、参数选择在进行双闭环直流调速系统的设计之前，需选择合适的控制参数。
根据实际的电机参数和转速要求，确定速度环和电流环的比例增益和积分时间常数等参数。
同时，还需根据电机的动态特性和负载特性，选取合适的速度和电流传感器。
三、控制策略速度子环采用PID控制器，通过计算速度误差、积分误差和微分误差，生成电流指令，并传递给电流子环。
电流子环也采用PID控制器，通过计算电流误差、积分误差和微分误差，生成电压指令，并输出给电机驱动器。
四、仿真实验为了验证双闭环直流调速系统的性能，进行了仿真实验。
首先，通过Matlab/Simulink建立双闭环直流调速系统的模型，并设置不同转速和负载条件，对系统进行仿真。
然后，通过调整控制参数，观察系统响应速度、稳定性和抗干扰性等指标的变化。
五、仿真结果分析根据仿真实验的结果可以看出，双闭环直流调速系统能够实现对电机转速的精确控制。
当系统负载发生变化时，速度子环能够快速调整电流指令，使电机转速保持稳定。
同时，电流子环能够根据速度子环的电流指令，快速调整电压指令，以满足实际转速的要求。
此外，通过调整控制参数，可以改善系统的响应速度和稳定性。
六、总结双闭环直流调速系统是一种高精度的电机调速方案，通过双重反馈控制实现对电机转速的精确控制。
本文介绍了该系统的设计与仿真实验，包括系统结构设计、参数选择、控制策略及仿真结果等。
仿真实验结果表明，双闭环直流调速系统具有良好的控制性能，能够满足实际转速的要求。
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。
双闭环直流调速实验报告
一、实验目的1. 熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本原理。
2. 掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。
3. 掌握调节器的工程设计及仿真方法。
4. 通过实验验证双闭环直流调速系统的性能，分析其动态响应和稳态特性。
二、实验原理双闭环直流调速系统由转速环和电流环组成，通过转速负反馈和电流负反馈实现对电机转速和电流的精确控制。
转速环的输出作为电流环的给定值，电流环的输出控制晶闸管整流装置的输出电压，从而调节电机的转速。
三、实验内容1. 系统搭建与调试- 搭建双闭环直流调速系统，包括晶闸管整流装置、电动机、转速检测环节、电流检测环节、转速调节器和电流调节器等。
- 对系统进行调试，确保各环节工作正常。
2. 参数测定- 测定晶闸管整流装置的输出电压、电流和功率等参数。
- 测定转速检测环节和电流检测环节的灵敏度。
3. 调节器设计- 设计转速调节器和电流调节器，采用PI调节器。
- 根据实验要求，确定调节器的参数。
4. 系统仿真- 使用MATLAB/Simulink软件建立双闭环直流调速系统的仿真模型。
- 对系统进行仿真，分析其动态响应和稳态特性。
5. 实验结果分析- 分析实验数据，评估系统的性能。
- 分析系统在不同负载条件下的响应和稳定性。
四、实验步骤1. 系统搭建- 按照实验电路图搭建双闭环直流调速系统。
- 连接晶闸管整流装置、电动机、转速检测环节、电流检测环节、转速调节器和电流调节器等。
2. 系统调试- 调整晶闸管整流装置的触发角，使输出电压和电流稳定。
- 调整转速检测环节和电流检测环节的灵敏度。
- 调整转速调节器和电流调节器的参数，使系统稳定运行。
3. 参数测定- 使用示波器、电流表、电压表等仪器测定晶闸管整流装置的输出电压、电流和功率等参数。
- 使用转速表和电流表测定转速检测环节和电流检测环节的灵敏度。
4. 调节器设计- 根据实验要求，设计转速调节器和电流调节器。
- 使用MATLAB/Simulink软件进行调节器参数的优化。
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。
双闭环直流调速系统报告
双闭环直流调速系统报告⽬录1 设计⽬的及意义 (2)2 ⼯作原理 (3)2.1双闭环直流调速系统的组成与原理 (3)2.2双闭环直流调速系统的静特性分析 (3)2.3双闭环直流调速系统的稳态结构图 (5)2.4双闭环直流调速系统的数学模型 (6)2.5调节器的具体设计 (6)2.6速度环的设计 (8)2.7双闭环直流调速系统仿真 (10)3 ⽅案设计与论证 (11)4 系统硬件设计 (14)4.1主电路 (14)4.2控制电路 (14)4.3驱动电路 ...........................................................................4.4反馈和保护电路 (15)5 系统调试 (15)6 ⼼得体会 (16)参考⽂献 (17)1设计⽬的及意义本设计从直流电动机的⼯作原理⼊⼿，并详细分析了系统的原理及其静态和动态性能。
然后按照⾃动控制原理，对双闭环调速系统的设计参数进⾏分析和计算，利⽤Simulink对系统进⾏了各种参数给定下的仿真，通过仿真获得了参数整定的依据。
转速、电流双闭环直流调速系统是性能很好，应⽤最⼴的直流调速系统, 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。
转速、电流双闭环直流调速系统的控制规律，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。
应掌握转速、电流双闭环直流调速系统的基本组成及其静特性；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；应⽤⼯程设计⽅法解决双闭环调速系统中两个调节器的设计问题，等等。
通过对转速、电流双闭环直流调速系统的了解，使我们能够更好的掌握调速系统的基本理论及相关内容，在对其各种性能加深了解的同时，能够发现其缺陷之处，通过对该系统不⾜之处的完善，可提⾼该系统的性能，使其能够适⽤于各种⼯作场合，提⾼其使⽤效率。
2⼯作原理2.1 双闭环直流调速系统的组成与原理图2.1 双闭环直流调速系统的原理图电动机在启动阶段,电动机的实际转速(电压)低于给定值,速度调节器的输⼊端存在⼀个偏差信号,经放⼤后输出的电压保持为限幅值,速度调节器⼯作在开环状态,速度调节器的输出电压作为电流给定值送⼊电流调节器, 此时则以最⼤电流给定值使电流调节器输出移相信号,直流电压迅速上升,电流也随即增⼤直到等于最⼤给定值, 电动机以最⼤电流恒流加速启动。
双闭环调速课程设计实践报告
运动控制实习报告班级：自动化0331班姓名：XXX学号：082222222电机参数为：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 设计要求:(1)稳态指标:转速无静差;(2)动态指标:电流超调量σi ≤5%,空载起动到额定转速的转速超调量σn ≤10%一、电机参数的初步计算和电机模型原理1）电机模型基本参数的计算：e 2201360.2C 0.1321460N N a N U I R n --⨯===；L=0.03s Rl T =；2m e m D R 22.50.5T 0.18375C 3750.1329.550.132G s C ⨯===⨯⨯⨯；*10.2i n U I v λβ==所以转速调节器的输出限幅值为10.2v ；*10.22n N U n v α==。
2）电机模型原理:为了分析调速系统的稳定性和动态品质，必须首先建立描述系统的动态物理规律和数学模型，对于连续的线性定长系统，其数学模型是常微分方程，经过拉氏变换，可用传递函数和动态结构图表示。
建立系统动态数学模型的基本步骤如下：（1） 根据系统中各环节的物理规律，列出描述该环节动态过程的微分方程。
（2） 求出各环节的传递函数。
（3） 组成系统动态结构框图，并求出系统的传递函数。
下图为本文直流闭环调速系统的等效电路：图1.1直流闭环调速系统的等效电路L假定主电路的电流连续，则动态方程为：dd0d tdI U RI LE d =++ （3.1） 忽略粘性摩擦及弹性转矩，电动机上的动力学方程为：2e 375C ne l m td GD R T T C d -=（3.2） 额定励磁下的感应电动势和电磁转矩分别为：e E C n = （3.3） e m d T C I = （3.4）式中 l T —包括电动机在内的负载转矩；2GD —电力拖动系统折算到电动机轴上的飞轮惯量；m C —额定励磁下电动机的转矩系数， e 30m C C π=；l T —电枢回路电磁时间常数， l LT R=；m T —电力拖动系统机电时间常数， 2e 375C m mGD RT C =。
双闭环直流电机调速系统设计报告
运动控制系统课程设计专业：自动化设计题目：双闭环直流电机调速系统设计班级：学生姓名：学号：指导教师：分院院长：教研室主任：电气工程学院一、课程设计任务书1.设计参数三相桥式整流电路，已知参数为：P N =555K W ,U N =750V ,I N =760A,n N =375r/min,电动势系数Ce=1.82V .min/r,电枢回路总电阻R=0.14Ω，允许电流过载倍数λ=1.5，触发整流环节的放大倍数Ks=75,电磁时间常数Tl=0.031s,机电时间常数Tm=0.112s 电流反馈时间常数Toi=0.002s,转速反馈滤波时间常数Ton=0.02s 。
且调节器输入输出电压U*nm=U*in=U*cm=10V ,调节器输入电阻R 0=40K Ω。
2.设计内容1）根据题目的技术要求，分析论证并确定闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图。
2） 建立双闭环调速系统动态数学模型。
3）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。
4） 利用MATLAB 进行双闭环调速系统仿真分析，并研究参数变化时对直流电动机动态性能的影响。
3.设计要求：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δn ≤10%，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)主电路采用三项全控桥。
1）、要求在课程设计答辩时提交课程设计报告。
2）、报告应包括以下内容：A、系统各环节选型双闭环直流调速系统的工作原理调节器的工程设计Simulink仿真B、系统调试过程介绍，在调试过程中出现的问题，解决办法等；C、课程设计总结。
vm双闭环直流调速系统课程设计
vm双闭环直流调速系统课程设计以vm双闭环直流调速系统为主题的课程设计是电气工程专业中的一门重要课程。
该课程旨在培养学生对直流调速系统的设计和实现能力，以及对电力电子技术的理解和应用能力。
本文将围绕该课程的设计和实施方案展开讨论。
一、引言直流调速系统是电气工程中常用的一种调速控制系统，广泛应用于工业自动化领域。
通过对电机电压和电流进行调节，实现对电机转速的精确控制。
而vm双闭环直流调速系统则是在传统的单闭环调速系统基础上，进一步引入了速度环和电流环，提高了系统的稳定性和响应速度。
二、系统设计方案1. 系统结构vm双闭环直流调速系统由速度环、电流环和功率模块组成。
速度环负责测量和控制电机的转速，电流环负责测量和控制电机的电流，功率模块负责将输入电压转换为电机所需的控制信号。
2. 系统参数设置为了实现精确的转速控制，需要对系统的参数进行准确的设置。
包括电机的额定转速、额定电流和转矩常数等。
同时还需要根据具体的应用场景，确定速度环和电流环的控制参数，如比例增益、积分时间等。
3. 闭环控制算法vm双闭环直流调速系统采用基于PID控制算法的闭环控制策略。
通过对速度和电流的反馈信号进行处理，计算出合适的控制信号，实现对电机转速和电流的精确控制。
三、系统实施方案1. 硬件实施在实际的电气工程中，需要使用电机、编码器、传感器等硬件设备来搭建vm双闭环直流调速系统。
其中，电机负责转动，编码器负责测量转速，传感器负责测量电流。
这些硬件设备需要按照设计方案进行连接和配置。
2. 软件实施vm双闭环直流调速系统的软件实施主要包括控制算法的编程和参数调试。
通过编写控制程序，实现对速度环和电流环的控制。
同时，还需要进行参数调试，优化控制算法的性能。
3. 系统测试与优化在实际应用中，需要对vm双闭环直流调速系统进行测试和优化。
通过对系统的实时性、稳定性和精确性进行评估，找出存在的问题并进行改进。
同时，还可以根据不同的应用需求，对系统的性能进行优化。
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课 题：双闭环直流调速系统 班 级：电气工程及其自动化1004 学 号：3100501091 姓 名：贾斌彬 指导老师：康梅、乔薇 日 期：2014年1月9日电 力 传 动 课 程 设 计目录第1章系统方案设计1.1 任务摘要 (3)1.2 任务分析 (3)1.3设计目的、意义 (3)1.4 方案设计 (4)第2章晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定2.1 电枢回路电阻R的测定 (5)2.2主电路电磁时间常数的测定 (6)2.3系统机电时间常数TM的测定 (7)2.4测速电机特性UTG=f(n)的测定 (7)2.5晶闸管触发及整流装置特性Ug=f（Ug）的测定 (7)第3章双闭环调速系统调节器的设计3.1 电流调节器的设计 (7)3.2 转速调节器的设计 (9)第4章系统特性测试4.1系统突加给定 (11)4.2系统突撤给定 (11)4.2.2突加负载时 (11)4.2.3突降负载时 (11)第5章设计体会第1章系统方案设计1.1 设计一个双闭环晶闸管不可逆调速系统设计要求：电流超调σi≤5%转速超调σn≤10%静态特性无静差给定参数：电机额定功率185W额定转速1600r/min额定励磁电流<0.16A额定电流1.1A额定电压220V额定励磁电压220V转速反馈系数ɑ=0.004 V·min/r电流反馈系数β=6V/A1.2 任务分析采用转速、电流双闭环晶闸管不可逆直流调速系统为对像来设计直流电动机调速控制电路，为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设计两个调节器，电流调节器和速度调节器，为了实现电流和转速分别起作用，二者之间实行串级连接，即把转速调节器的输出当做电流调节器的输入，在把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都采用PI调节器,以便能保证系统获得良好的静态和动态性能转速调节器在双闭环直流调速系统中的作用是减小转速误差，采用PI调节器可实现无静差；对负载变化起抗扰作用；其输出限幅决定电动机允许的最大电流;电流调节器在双闭环直流调速系统中的作用是使电流紧紧跟随其给定电压的变化；对电网的波动起及时抗干扰作用；加快动态过程；堵转或过载时起快速自动保护作用。
1.3 设计目的、意义采用转速负反馈和PI调节器的单闭环直流调速系统，既保证了动态稳定性，同时又能做到静态无静差，可以很好的解决系统中动态、静态之间的矛盾。
然而，单闭环直流调速系统必须靠电流截止负反馈环节来解决系统起动中和堵转时电流过大的问题，但并不十分精确。
主要问题是不能在充分利用电动机过载能力的条件下获得最快的动态响应，使得起动和加速过程拖长，其性能不能令人满意。
如果对系统动态性能要求较高，单闭环调速系统就难以满足需要。
按照反馈控制的一般规律，要想维持某一物理量基本不变，就应引入该量的负反馈与恒值给定相比较，构成该变量的闭环控制系统。
因此，在电流控制回路中设置电流调节器，采用电流负反馈就能够实现近似的恒流控制。
这样在系统回路中设置两个调节器分别调节转速和电流，二者之间实行串极连接，即以转速调节器的输出作为电流调节器的输入电流调节器的输出作为晶闸管整流触发装置的控制电压，两种调节器互相配合，相辅相成。
从闭环结构上看，电流调节环在里面，叫做环；转速调节环在外面，叫做外环。
这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。
1.4 方案设计双闭环调速系统的实际动态结构图如图2-1所示，在它与图1-3的不同之处在于增加了滤波环节，包括电流滤波、转速滤波和两个给定信号的滤波环节。
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，虚假低通滤波，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同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压含有换向纹波，因此也需要滤波，根据电流环一样的道理，在转速给定通道上也加入相同时间常数的给定滤波环节。
这样做的意义是，让给定信号与反馈信号经过相同的延时，是二者在时间上得到恰当的配合，从而带来设计上的方便。
其中:oi T 为电流反馈滤波时间常数 on T 为转速反馈滤波时间常数图1-1 双闭环调速系统的实际动态结构图系统设计的一般原则：“先环后外环” ，从环开始，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。
系统主电路：启动时，加入给定电压Ug,速度调节器和电流调节器即以饱和限幅值输出，使电动机以限定的最大启动电流加速启动，知道电机转速达到给定转速，并在出现超调后，速度调节器和电流调节器退出饱和，最后稳定在略低于给定转速值下运行。
图1-2 双闭环不可逆直流调速系统原理图。
G:给定器DZS：零速封锁器ASR：速度调节器ACR：电流调节器GT：触发装置FBS：速度变换器FA：过流保护器FBC：电流变换器AP1：Ⅰ组脉冲放大器第2章晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定2.1 电枢回路电阻R的测定电枢回路的总电阻R包括电机的电枢电阻Ra，平波电抗器的直流电阻RL和整流装置的阻Rn，即R=Ra+RL+Rn。
为测出晶闸管整流装置的电源阻，可采用伏安比较法来测定电阻，其实验线路如图6-1所示。
将变阻器RP（可采用两只900Ω电阻并联）接入被测系统的主电路，并调节电阻负载至最大。
测试时电动机不加励磁，并使电机堵转。
MCL-18（或MCL-31，以下同）的给定电位器RP1逆时针调到底，使U ct =0。
调节偏移电压电位器RP2，使α=150°。
三相调压器逆时针调到底，合上主电路电源开关，调节主控制屏输出电压U uv =220v 。
调节Ug 使整流装置输出电压Ud=（30~70）%Ued （可为110V ），然后调整RP 使电枢电流为（80~90）%Ied ，读取电流表A 和电压表V 的数值Udo=I1R+U1 （测得I1=0.8A ，U1=126.6V ） 调节RP ，使电流表A 的读数为40% Ied 。
在Ud 不变的条件下读取A ，V 表数值，则Udo=I2R+U2 测得I2=0.4A ，U2=134.5V. 求解两式，可得电枢回路总电阻R=(U2-U1)/(I1-I2) 计算得 R=19.75Ώ.2.2主电路电磁时间常数的测定采用电流波形法测定电枢回路电磁时间常数Td ，电枢回路突加给定电压时，电流id 按指数规律上升 )1(/Td t d d e I i --=当t =Td 时，有 d d d I e I i 632.0)1(1=-=-由id=f(t)的波形图上测量出当电流上升至63.2%稳定值时的时间，即为 枢回路的电磁时间常数Td ，测得Td=15ms 。
图见附录2.3系统机电时间常数TM 的测定系统的机电时间常数可由下式计算 M CeL R GD Tm 375/)(2⨯=由于Tm>>Td ，也可以近似地把系统看成是一阶惯性环节，即 Ud TmS K n ⨯+=)1/(由过渡过程曲线，即可由此确定机电时间常数TM=275ms 图见附录2.4测速电机特性UTG=f ()n 的测定加额定励磁，逐渐增加触发电路的控制电压Ug ，分别读取对应的UTG ,n 的数值若干组，即可描绘出特性曲线U TG =f(n)2.5 晶闸管触发及整流装置特性Ud=f ()Ug 的测定加额定励磁，逐渐增加触发电路的控制电压Ug ，分别读取对应的Ud ，Ug 的数值若干组，即可绘制出特性曲线Ud=f ()Ug第3章 双闭环调速系统调节器的设计3.1 电流调节器的设计1）确定时间常数已知s T s 0017.0=，s T oi 002.0=，所以电流环小时间常数oi s i T T T +=∑=0.0017+0.002=0.0037S 。
2） 选择电流调节器的结构因为电流超调量%5≤i σ，并保证稳态电流无静差，可按典型系统设计电流调节器电流环控制对象是双惯性型的，故可用PI 型电流调节器。
3） 电流调节器参数计算：电流调节器超前时间常数i τ=l T =0.0239s ，又因为设计要求电流超调量%5≤i σ，查得有i I T K ∑⋅=0.5，所以I K =iT ∑5.0=10.5135.10.0037S -=，又由于UcUd Ks ∆∆=，计算得Ks=60。
由于A V I U dmim /14.77.05===β，所以ACR 的比例系数I i i s K R K K τβ⋅⋅=⋅=366.067.6605.480239.01.135≈⨯⨯⨯4） 校验近似条件电流环截止频率ci W =I K =135.11-S 。
晶闸管整流装置传递函数的近似条件：111196.1330.0017s S T -==⨯>ci W ，满足条件。
忽略反电动势变化对电流环动态影响条件：ci LM w S T T <-≈⨯=⨯⋅13.9213130239.00442.0，满足条件。
电流环小时间常数近似处理条件：=⋅⋅ois T T 131111180.830.00170.002ci S W -=>⨯，满足条件。
5） 计算调节器的电阻和电容取运算放大器的0R =20Ωk ，有i R =13K Ω其结构图如下所示：图4-1 电流调节器 有公式 i i i R C τ= ，F S C i μ15.110*13/10*1533=Ω=- 取F C i μ2.1=3.2 转速调节器的设计1）确定时间常数：有0.5,I i K T ∑⋅=则1220.00370.0074i IT s s K ∑==⨯=，已知转速环滤波时间常数on T =0.01s ，故转速环小时间常数10.00740.010.0174n on IT T s K ∑=+=+=。
2）选择转速调节器结构：按设计要求，选用PI 调节器()()ss K s W n n n ASR ⋅+=ττ1 3)计算转速调节器参数：因为转速超调量%10≤i σ,则()m n b b n T T z n n C C ∑*⋅-∆⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆⨯=λσmax 2≤10%,由于实验要求λ=1.1，理想空载启动有z=0,而且e C RdN I b n ⋅=∆,1500=*n r/min,1406.0=e C ,dN I dl I=λ，7.0=dl I A ，30=M T ms,0174.0=∑n T s 代入上式，可得⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆b C C max ≤69.01%，由查表3-5,按跟随和抗干扰性能较好原则，取h=3,则ASR 的超前时间常数为：s s n T h n 0522.00174.03=⨯=∑⋅=τ，转速环开环增益 299.733220174.023242221-≈-⨯⨯=∑⋅⋅+=s s n T h h NK 。