双闭环控制的串级调速系统的设计
晶闸管串级调速双闭环系统方案
晶闸管串级调速双闭环系统方案晶闸管串级调速双闭环系统是一种常用的电力传动系统，广泛应用于工业生产中。
它通过晶闸管的调速和闭环控制，能够实现对电机转速的精确控制，提高系统的稳定性和可靠性。
下面将详细介绍晶闸管串级调速双闭环系统的方案。
1.系统结构2.系统原理（1）速度闭环：系统首先通过速度传感器测量电机的转速，将实际转速与给定转速进行比较，得到速度误差信号。
然后将速度误差信号通过比例积分控制器进行处理，得到电机的转速控制信号。
最后，转速控制信号经过PWM调制器和晶闸管触发控制电路，实现对晶闸管的控制，从而控制电机的转速。
（2）电流闭环：系统通过电流传感器测量电机的输出电流，将实际电流与给定电流进行比较，得到电流误差信号。
然后将电流误差信号通过比例积分控制器进行处理，得到电机的电流控制信号。
最后，电流控制信号经过PWM调制器和晶闸管触发控制电路，实现对晶闸管的控制，从而控制电机的输出电流。
3.系统参数设计为了保证系统的稳定性和可靠性，需要根据实际需求对系统的参数进行设计。
主要设计参数包括速度闭环的比例系数Kp1和积分时间常数Ti1，以及电流闭环的比例系数Kp2和积分时间常数Ti2（1）速度闭环参数设计：根据实际需求确定速度闭环的比例系数Kp1和积分时间常数Ti1、一般情况下，比例系数Kp1的值越大，系统的响应速度越快但稳定性越差；积分时间常数Ti1的值越大，系统对于长期速度误差的补偿能力越强但抗干扰能力越差。
因此，需要在速度响应速度和稳定性之间进行权衡，选择合适的参数。
（2）电流闭环参数设计：根据实际需求确定电流闭环的比例系数Kp2和积分时间常数Ti2、一般情况下，比例系数Kp2的值越大，系统的响应速度越快但稳定性越差；积分时间常数Ti2的值越大，系统对于长期电流误差的补偿能力越强但抗干扰能力越差。
因此，需要在电流响应速度和稳定性之间进行权衡，选择合适的参数。
4.系统优化设计为了进一步提高系统的性能和可靠性，可以对晶闸管串级调速双闭环系统进行优化设计。
基于Matlab的双闭环串级调速系统设计毕业论文
n
转 负 馈 速 反
β
1+Tois
电 反 滤 器 流 馈 波
α
1+Tons
转 反 滤 器 速 馈 波
上图为双闭环串级调速系统的动态结构图
4、仿真结果
（1）给定输入为阶跃响应 从右图仿真结果可以 看出，稳态时仿真系 统的实际转速能够实 现对给定转速的良好 跟随，且稳态无静差。
（2）给定输入为斜坡信号 从右图的仿真波形 可以看出，仿真系 统对斜坡信号的稳 态和动态跟踪性都 比较好。
M
if
Id
二、串级调速系统的机械特性与最大转矩 因转子整流器有第一和第二工作状态， 因转子整流器有第一和第二工作状态，所以串调系统机 械特性也有第一和第二两个工作区。 械特性也有第一和第二两个工作区。 串调系统的额定工作点位于机械特性第一工作区； 串调系统的额定工作点位于机械特性第一工作区；串调 系统在该区的过载能力比绕线式异步电机固有特性的过载 能力降低了17％左右。而最大转矩发生在第二工作区。 能力降低了 ％左右。而最大转矩发生在第二工作区。
第二章绕线式异步电动机串级调速 第二章绕线式异步电动机串级调速 原理及特性分析
一、串级调速系统原理分析 1、交流调速系统的分类 、 从交流电机转速表达式： 从交流电机转速表达式： n =
60 f 1 (1 − s ) p
可归纳出三类调速方法： 可归纳出三类调速方法： 变极对数p的调速、变转差率 调速及变电源频率 调速。 调速及变电源频率f 变极对数 的调速、变转差率s调速及变电源频率 1调速。 的调速
2、串级调速原理 、 在转子回路中串入与转子电势同频率的附加电势， 在转子回路中串入与转子电势同频率的附加电势， 通过改变附加电势的幅值和相位实现调速。 通过改变附加电势的幅值和相位实现调速。如在转 子回路中引入一个频率与转子电势相同， 子回路中引入一个频率与转子电势相同，而相位相 反的附加电动势时， 反的附加电动势时，由 sE 20 − Ef I2 = r 2 2 + (sX 20) 2 可见，改变 的大小 的大小， 可见，改变Ef的大小，可使电动机在同步转速以下 调速，即得到低于同步转速的速度， 调速，即得到低于同步转速的速度，故称为次同步 串级调速。 串级调速。
双闭环VM调速系统设计
本设计主要介绍了双闭环调速系统的电路原理图及动态结构图，并按工程设计设计法对双闭环调速系统的ACR及ASR进行设计。
在工程设计中阐述了需要注意的问题。
并对晶闸管的电压、电流作了定额计算，及平波电抗器的计算。
最后得出双闭环调速系统的主、控电路图并作了总结及设计心得。
关键词：双闭环，ASR，ACR，晶闸管。
1 引言 (1)2 双闭环调速系统的组成 (2)2.1双闭环调速系统电路原理图 (2)2.2双闭环调速系统动态结构图 (2)3 按工程设计方法设计双闭环系统的ACR和ASR (4)3.1ACR的设计 (4)3.2ASR的设计 (5)4 采用工程方法设计时需注意的问题 (8)5 晶闸管的电压、电流定额计算 (10)5.1晶闸管额定电压U N (10)5.2晶闸管额定电流I N (10)6 平波电抗器计算 (11)7 双闭环调速系统主、控电路图 (12)8 结论 (13)9 体会 (14)10 参考文献 (15)1 引言采用转速负反馈和PI调节的单闭环调速系统可以实现转速的无静差，如果附带电流截止负反馈作限流保护可以限制电流的冲击，但并不能控制电流的动态波形。
我们希望系统在启动时，一直能有电机过载能力允许条件下的最大电流，电机有最大的启动转矩和最短的启动时间。
这一点利用电流截止负反馈是很难实现的。
另外，在单闭环调速系统中，用一个调节器综合多种信号，各参数间相互影响，难于进行调节器的参数调速。
例如，在带电流截止负反馈的转速负反馈的单闭环系统中，同一调节器担负着正常负载时的速度调节和过载时的电流调节，调节器的动态参数无法保证两种调节过程均具有良好的动态品质。
为了解决单闭环调速系统存在的问题，可以采用转速、电流串级调速系统，即转速电流双闭环调速系统，采用两个调节器分别对转速和电流进行调节。
2 双闭环调速系统的组成2.1双闭环调速系统电路原理图图2－1为转速、电流双闭环调速系统的原理图。
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。
双闭环直流调速系统的设计
双闭环直流调速系统设计一、系统组成与数学建模1）系统组成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（或称串级）联接如下图所示。
L+-图中，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。
从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。
这就形成了转速、电流双闭环调速系统。
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P I 调节器，这样构成的双闭环直流调速系统的电路原理图示于下图。
图中标出了两个调节器输入输出电压的实际极性，它们是按照电力电子变换器的控制电压U c为正电压的情况标出的，并考虑到运算放大器的倒相作用。
2）数学建模图中W ASR(s)和W ACR(s)分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数。
如果采用PI调节器，则有ss K s W i i iACR 1)(ττ+= ss K s W n n nASR 1)(ττ+=二、 设计方法采用工程设计法 1、设计方法的原则： （1）概念清楚、易懂； （2）计算公式简明、好记；双闭环直流调速系统的动态结构图（3）不仅给出参数计算的公式，而且指明参数调整的方向； （4）能考虑饱和非线性控制的情况，同样给出简单的计算公式； （5）适用于各种可以简化成典型系统的反馈控制系统。
2、工程设计方法的基本思路:（1）选择调节器结构,使系统典型化并满足稳定和稳态精度。
（2）设计调节器的参数，以满足动态性能指标的要求。
一般来说，许多控制系统的开环传递函数都可表示为∏∏==++=n1i irm1j j )1()1()(s T ss K s W τ上式中，分母中的 sr 项表示该系统在原点处有 r 重极点，或者说，系统含有 r 个积分环节。
根据 r=0，1，2，……等不同数值，分别称作0型、I 型、Ⅱ型、……系统。
双闭环串级
双闭环控制的串级调速系统3. 调节器参数的设计双闭环控制串级调速系统的动态校正一般主要按抗扰性能考虑，即应使系统在负载扰动时有良好的动态响应。
在采用工程设计方法进行动态设计时，可以像直流调速系统那样，电流环按典型I型系统设计，转速环按典型Ⅱ型系统设计。
但是串级调速系统中转子直流回路的时间常数 T Lr及放大系数 K Lr 都是转速的函数，而异步电动机的机电时间常数 T M又是转速和电流的函数，这就给调节器的设计带来一定的困难。
具体设计时，可以先在确定的转速 n 和负载电流 I d的前提下，求出各传递函数中的参数。
例如，按照要求的最大转差率S m ax或平均转差率1/2S m ax来确定转速，按额定负载或常用的实际负载来选定电流，然后按定常系统进行设计。
如果用模拟控制系统实现，则当实际转速或电流改变时，系统的动态性能就要变坏。
如果采用微机数字控制，可以按照不同的转速和电流事先计算好参数的变化，用表格的方式存入微机，实时控制时可根据检测得到的转速和电流查表调用，就可以得到满意的动态特性。
4. 串级调速系统的起动方式串级调速系统是依靠逆变器提供附加电动势而工作的，为了使系统工作正常，对系统的起动与停车控制必须有合理的措施予以保证。
总的原则是在起动时必须使逆变器先于电机接上电网，停车时则比电机后脱离电网，以防止逆变器交流侧断电，而使晶闸管无法关断，造成逆变器的短路事故。
串级调速系统的起动方式通常有间接起动和直接起动两种。
(1) 间接起动大部分采用串级调速的设备是不需要从零速到额定转速作全范围调速的，特别对于风机、泵、压缩机等机械，其调速范围本来就不大，串级调速装置的容量可以选择比电动机小得多。
为了使串级调速装置不受过电压损坏，须采用间接起动方式，即将电动机转子先接入电阻或频敏变阻器起动，待转速升高到串级调速系统的设计最低转速时，才把串级调速装置投人运行。
由于这类机械不经常起动，所用的起动电阻等都可按短时工作制选用，容量与体积都较小。
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。
双闭环控制的异步电动机串级调速系统的设计
摘要绕线式异步电动机的串级调速系统，属于改变转差功率的调速系统，在我国交流调速技术的发展中，它是结构简单、发展较快、应用较广的一种系统。
其基本原理是利用不可控的整流电路将转子交流电动势转成直流电动势，在利用工作的在逆变状态的三相可控整流电路来获得一个可调的直流电压作为附加电动势，以改变转差功率，以实现转速的调节。
串级调速完全克服了转子串电阻调速的缺点，它具有高效率、无级平滑调速、较硬的低速机械特性等优点。
本设计介绍了双闭环异步电动机串级调速方式的设计，主要设计方面包括调速方式的设计，主接线的设计，串级调速主电路的设计，保护电路的设计，触发器的选择，直接启动方式。
首先根据设计要求确定调速方案和主电路的结构型式，主电路和闭环系统确定下来后，重在对电路各元件参数的计算和器件的选型，包括整流变压器、整流元件、平波电抗器、保护电路以及电流和转速调节器的参数计算，从而达到设计要求，其中有绘制完整的双闭环控制的异步电动机串级调速系统图，主接线图，控制电路图，最后采用了MATLAB建模与仿真证明了该系统。
关键字：串级调速；主电路；调速范围；转差率IAbstractThe wound rotor asynchronous motor cascade speed regulation system, is to use change slip power control speed regulation system. In the development of ac speed regulation technology in China. It is a system of simple structure, rapid development, wider application. Its basic principle is to put the rotor AC electromotive force into DC emfs by Uncontrolled rectifier circuit. Taking advantage of working in a state of three-phase inverter controlled rectifier circuit for an adjustable DC voltage as additional electromotive force, to change the slip power, in order to realize speed regulation. Cascade speed regulation completely overcomes the drawback of rotor series resistance speed control, it has high efficiency, stepless smooth speed regulation, a hard low mechanical properties etc.the design of the double closed loop of asynchronous motor cascade speed control mode，It mainly includes the design of speed control mode, main wiring ,the main circuit, protective circuit , the choice of the trigger and direct startup mode。
双闭环次同步串级调速系统设计
Ｋ ｅ ｒ ｓ：ａ ｃ ｄ ｐ ｅ ｅ ｕ ａｉｎ；ｄ ｕ ｌ ｌｓ ｄ ｌｏ ；ｅ ｇｉｅ ｒｎ ｅｉ ｙ ｗｏ ｄ ｃ ｓ ａ ｅｓ ｅｄ ｒｇ ｌｔｏ ｏ ｂｅ ｃｏ ｅ ｏｐ ｎ ｎ ｅｉｇ ｄ ｓｇｎ
０ 引 言
流双闭环的感应 电机调速控 制系统 ， 通过 试验 调试参
风机 、 水泵是我 国国民经 济发展 中重要的用 电设
数， 满足系统 的动 、 静态性能 指标 ． １ 串级调 速 基本 原理 三相感应 电机从 定 子传人 转子 的 电磁功率 一部 分用 于拖 动负载为机械功率 ； 另一部分传输 给转 子 电
双 闭环 次 同步 串级 调 速 系统 设 计
李运辉 李 萍 刘 国 忠 ， ，
（ ．西安鑫 隆铁路科技 有限责任公 司， １ 西安 ７ ０ ４ ；． １０ ８２ 北京信息科技大学 ， 北京
１０ ９ ）Biblioteka ０ １２ 誊 萎 誊要 曩 卑级讽逸是电机辕差功率馈迭 键遵曝 式 ． 逸 绱 丧 控 可奄祷０ 挺蔼 ｌ 哇 ｎ 速的静≮ 周 动态性能 堋扬需求 Ⅱ罐嘲计＿案设计双闭环次同 方 ｉ ｊ 甥 目 速系统的控制器参数， 并结合嘲 ￡ ｝ 器参数 ｔ 匕 该方案可 激 现系统聪ｌ Ｊ ｆ 生 Ｉ 蕞 ＇ 畿 球 粥诵 镯侉 融 漪 ’ 砖 辩吕 察 学 行・ Ｉ ｌ 毪 ｊｌ。 踅鼠 ： 关 卑镪 爵遵 虱环 麓 殴诗 罄 誊毫 蠹 臻 薯警 。 ｜ 蘩 Ｉｉ 誊 誊 ｜ 嚣 警 毒 薯 袭 摹｜ ｜ 鼍 啐阻 分獒 号： ｓ ＊ 文 橡标 鹤Ａ ｌ 章编 号 ｓ ｓ ３麓 ； 文 鹄 ４ Ｑ 姒 毫 羹 誊 ３ 奄 薯 ｜
基于PLC的双闭环串级调速系统的设计_毕业设计
基于PLC的双闭环串级调速系统的设计摘要本文用电源反相序和动力制动的方法设计了双闭环串级调速系统的可逆和制动控制线路。
双闭环调速系统的性能很好，具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在电气传动系统中得到了广泛的应用。
本设计报告首先根据设计要求确定调速方案和主电路的结构型式，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。
接着详细介绍了电流调节器和转速调节器的设计以及一些参数的选择和计算，使其满足工程设计参数指标。
并阐述了串接附加电阻在切换过程中的重要性。
对其电气操作线路用可编程序控制器予以实现。
关键词：可编程序控制器、调速系统、程序控制器、异步电动机第1章：引言 (3)第2章：双闭环串级调速系统的可逆和制动方案 (4)第3章：串级调速系统的动态数学模型 (6)3.1转子直流回路的传递函数 (6)3.2异步电动机的传递函数 (8)3.3串级调速系统的动态结构框图 (9)第4章：调节器参数的设计 (10)4.1电流环的设计 (10)4.2转速环的设计 (12)第5章串级调速系统的起动方式 (15)5.1间接起动 (15)5.2直接启动 (17)第6章：操作控制电路 (18)6.1PLC的选择 (18)6.2可编程序控制器的I/O接口 (18)6.3操作线路图的梯形图 (19)6.4可编程序控制器程序清单 (21)结束语 (24)参考文献 (25)第1章：引言由于串级调速系统机械特性的静差率较大，所以开环控制系统只能用于对调速精度要求不高的场合。
为了提高静态调速精度，并获得较好的动态特性，须采用闭环控制，通常采用具有电流反馈与转速反馈的双闭环控制方式。
由于串级调速系统的转子整流器是不可控的，系统本身不能产生电气制动作用，所谓动态性能的改善只是指起动与加速过程性能的改善，减速过程只能靠负载作用自由降速。
第2章：双闭环串级调速系统的可逆和制动方案系统组成方框图如图所示图1 双闭环控制串级调速系统主电路图图1 所示为双闭环控制的串级调速系统原理图。
双闭环三相异步电机串级调速系统毕业设计(可编辑修改word版)
摘要本毕业论文所研究的是双闭环三相异步电动机的串级调速的基本原理与实现方法。
对于绕线式异步电动机来说，由于改变其转子绕组控制变量以实现调速，转子侧的控制变量有电流、电动势、电阻等。
通常转子电流随负载的大小决定，不能任意调节；而转子回路阻抗的调节属于耗能型调速，缺点较多，所以转子侧的控制变量只能是电动势，这也是本文所要研究的重点之一。
利用串级调速系统，就是使绕线式异步电动机实现高性能调速的有效办法。
用转子串反电动势来代替电阻，吸收转差功率；用双闭环控制提高系统的静、动态性能。
把这种用附加电动势的方法将转差功率回收利用的调速称为双闭环串级调速。
这是本文所必须研究的，也是本文的核心所在。
并通过利用MATLAB 软件对双闭环串级调速系统进行仿真，仿真结果表明通过双闭环串级调速系统能及时地对给定速度进行反馈，提高调速的准确性。
关键词：双闭环；串级；调速；MATLAB.AbstractThe graduation thesis studies three-phase asynchronous motor is double loop bunch_rank speed-control of the basic principle and implement method. With wound rotor series, asynchronous motors can adjust speeds through control variables, which include electric current, electromotive force and resistance, etc. on the rotor side. Typically, the rotor current is determined by the load and cannot be adjusted freely. In contrast, adjusting rotor’s return circuit impedance tends to consume more power along with other disadvantages. Therefore, electromotive force should be the only control variable on the rotor side, which is also one of the major points research in this paper.In summary, concatenation control system is one effective means to realize high control ability in series-wound asynchronous motors. Specifically, it is used to replace resistance with rotor’s electromotive force and absorb slip power; and to enhance the static and dynamic capabilities of the system using double closed loop. We refer to this method of utilizing additional electromotive force to recycle slip power as concatenation control with double close loop, which is also the focus of this paper. And through the use of MATLAB software on the double closed loop bunch_rank speed- control system, and simulation draw simulation diagram,the results show that by double closed loop bunch_rank speed-control system can timely given speed feedback, to improve the accuracy of speedKeywords: double-loop；cascade；governor；MATLAB.目录摘要 (I)Abstract (II)1绪论 (1)2串级调速的原理 (3)2.1异步电动机转子附加电动势时的工作情况 (3)2.2串级调速的功率传递关系 (4)2.3串级调速系统及其附加电动势的获得 (5)3双闭环三相异步电机的静态特性和动态特性 (9)3.1三相异步电动机串级调速开环工作机械特性 (9)3.2三相异步电动机单闭环ASR 系统静特性 (11)3.3双闭环调速系统的静态和动态特性 (13)4总体设计方案 (17)4.1双闭环三相异步电机串级调速各个模块的功能 (17)4.2串级调速系统设计 (23)4.3双闭环系统设计 (24)4.4总电路图的设计 (25)5系统仿真 (27)5.1仿真软件的简介 (27)5.2具体的软件仿真设计 (27)5.3系统的仿真、仿真结果的输出及结果分析 (36)总结 (37)参考文献 (38)致谢 (39)1绪论电力传动自动控制系统是把电能转换成机械能的装置。
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。
双闭环串级调速系统设计
2.1串级调速系统设计全面比较单闭环和双闭环调速系统，把握系统要求实现的功能，选择最适合设计要求的虚拟控制电路。
根据系统实际，选择转速，电流双闭环调速系统。
对于交流异步电动机转差功率消耗型调速系统，当转速较低时转差功率消耗较大，从而限制了调速范围。
如果要设法回收转差功率，就需要在异步电动机的转子侧施加控制，此时可以采用绕线转子异步电动机。
常见的绕线转子异步电动机用转子回路串电阻调速，这种调速方法简单、操作方便且价格便宜，但在电阻上将消耗大量的能量，效率低，经济性差，同时由于转子回路附加电阻的容量大，可调的级数有限，不能实现平滑调速。
为了克服上述缺点，必须寻求一种效率较高、性能较好的绕线转子异步电动机转差功率同馈型调速方法，串级调速系统就是一个很好的解决方案。
串级调速是通过绕线式异步电动机的转子回路引入附加电势而产生的。
它属于变转差率来实现串级调速的。
与转子串电阻的方式不同，串级调速可以将异步电动机的转差功率加以应用（回馈电网或是转化为机械能送回到电动机轴上），因此效率高。
它能实现无级平滑调速，低速时机械特性也比较硬。
特别是晶闸管低同步串级调速系统，技术难度小，性能比较完善，因而获得了广泛的应用。
根据串级调速原理及资料查询，设计出串级调速系统主电路（如图2-1）图2-12.2双闭环系统设计说到双闭环系统的调速，我们得首先来简要认识一下单闭环系统调速，单闭环调速系统是指只有一个转速负反馈构成的闭环控制系统。
在电动机轴上装一台直流测速发电机TG，引出与转速成正比的电压U f，与给定电压U gd比较后，得偏差电压ΔU，经过放大器FD，产生触发装置CF的控制电压U k，用以控制电动机的转速。
因为这里只有一个环，所以成为单闭环系统。
采用PI调节器的单闭环调速系统，既保证了动态稳定性，又能做到无静差，很好地解决了系统中动、静态之间的矛盾。
然而系统中只靠电流截止环节来限制启动和升速的冲击电流，其性能仍然不能令人满意。
PI控制器控制的双闭环串级调速系统的设计
目录一、PI控制器控制的双闭环串级调速系统的设计 (3)1.1 设计思路 (3)二、双闭环控制串级调速系统 (3)2.1双闭环串级调速系统 (3)2.2 串级调速时转子整流电路工作状态的选择 (4)2.3串级调速系统的动态数学模型 (6)2.4 异步电动机和转子直流回路传递函数计算 (9)2.4.1基本数据 (9)2.4.2电机和转子回路参数计算 (9)2.5调节器参数的设计- 电流环和转速环设计 (11)2.5 .1 电流环的设计 (11)2.5.2转速环的设计 (12)三、交流串级调速系统的仿真 (14)3.1 系统的仿真，仿真结果的输出及结果分析 (14)附录 (15)参考文献 (16)总结 (16)一、PI控制器控制的双闭环串级调速系统的设计1.1设计思路本次设计给定对象为某双闭环串级调速系统电机，设计时要对各环节参数计算和PI控制器的设计。
电流环按I型、转速环按Ⅱ进行整定，并对PI控制器控制的串级调速系统进行仿真。
串级调速就是在异步电机转子侧串入一个可变频、可变幅的电压。
首先，它应该是可平滑调节的，以满足对电动机转速平滑调节的要求；其次，从节能的角度看，希望产生附加直流电动势的装置能够吸收从异步电动机转子侧传递来的转差功率并加以利用。
根据以上两点要求，较好的方案是采用工作在有源逆变状态的晶闸管可控整流装置作为产生附加直流电动势的电源。
首先进行，串级调速系统的动态数学模型建立。
其次求出，转子直流回路的传递函数、异步电动机的传递函数。
最后，进行转速调节器和电流调节器的设计。
将异步电动机和转子直流回路都画成传递函数框图，再考虑转速调节器和电流调节器的给定滤波和反馈滤波环节就可直接画出双闭环串级调速系统的动态结构框图。
根据动态结构框图，在MATLAB软件中，将出双闭环串级调速系统的动态结构框图中的每一个模块用SIMULINK作出，根据求出的参数进行参数值的修改，START SIMULATION，双击示波器即可观察调速时波形的变化。
具有双闭环控制的串级调速系统设计
辽宁工业大学课程设计说明书（论文）辽宁工业大学交流调速课程设计（论文）题目：具有双闭环控制的串级调速系统设计院（系）：电气工程学院专业班级：自动化051学号：050302009学生姓名：李丹指导教师：王立红教师职称：教授起止时间：2008.6.-6.辽宁工业大学课程设计（论文）任务书院（系）：电气工程学院教研室：自动化说明：此表一式四份，学生、指导教师、教研室、系部各一份。
可加附页。
2008年 6月10日目录第1章方案论证 (4)1.1 概述 (4)1.2 课程设计目的 (4)1.3 课程设计要求 (4)1.4 串级调速原理 (5)第2章具有双闭环控制的串级调速系统设计 (7)2.1 双闭环控制串级调速系统的组成 (7)2.2异步电动机的选择及传递函数的实现 (7)2.3串级调速系统工作时的机械特性 (9)2.4建立串级调速系统的数学模型和动态结构图 (16)第3章参数设计与总结 (17)3.1选择调节器的参数； (17)3.2 设计总结与体会 (19)参考文献 (20)第1章方案论证1.1 概述由于串级调速系统机械特性的静差率较大，所以开环控制系统只能用于对调速精度要求不高的场合。
为了提高静态调速精度，并获得较好的动态特性，须采用闭环控制，和直流调速系统一样，通常采用具有电流反馈和转速反馈的双闭环控制方式。
由于串级条调速系统的转子整流器是不可控的，系统本身不能产生电气制动作用，所谓动态性能的改善只是指启动与加速过程性能的改善，减速过程只能靠负载作用自由降速。
1.2 课程设计目的本课程的课程设计实际是自动化专业学生学习完《交流调速系统控制》课程后，进行的一次全面的综合训练，其目的在于加深对交流调速系统控制理论和基本知识的理解，掌握运用交流调速系统控制方法设计具有双闭环控制的串级调速系统设计，以及系统的调试和运行的基本方法。
1.3课程设计的要求该1900千瓦串级调速系统应用于无缝钢管车间轧制无缝钢管的穿孔轧机拖动电动机中。
双闭环交流调速系统课程设计(DOC)
皖西学院课程设计任务书系别：机电学院专业：10电气课程设计题目：双闭环串级交流调速控制系统设计学生姓名：张诚学号：********** 起迄日期: 6月17日~ 6 月28日课程设计地点:电机与拖动控制实验室****:***下达任务书日期: 6 月17日摘要本设计介绍了交流调速系统的基本概况及其研究意义，同时提出了本设计所要研究解决的问题，接着对系统各部分所需元器件进行比较选择并进行总体设计，最后采用工程设计方法对双闭环交流调速系统进行辅助设计，进行参数计算和近似校验。
在调节器选择方面，本设计选择的PI调节器，使得线路大为简化，且性能优良、调试方便、运行可靠、成本降低。
触发电路则采用一种新型高性能集成移相触发器（MC787）设计的触发电路，它克服了分立元件缺点，抗干扰性优良，具有输入阻抗高、移相范围宽、装调简便、使用可靠、只需一片MC787就可以完成三相相移功能，使用效果较好。
目录1 绪论 (3)1.1研究交流调速系统的意义 (3)1.2本设计所做的主要工作 (3)2 交流调速系统 (3)2.1交流电机常用的调速方案及其性能比较 (3)2.2三相交流调压调速的工作原理 (4)2.3双闭环控制的交流调速系统 (5)2.3.1转速电流双闭环调速系统的组成 (6)2.3.2 稳态结构图和静特性 (6)3 电路参数计算 (9)3.1系统主电路的参数计算 .............................. .93.2根据系统方块图进行动态计算 (9)3.3调节器的设计参数计算 .......................... . (11)3.3.1 电流调节器的参数计算.......................... .123.3.2 转速调节器的参数计算.......................... .144 控制系统硬件电路设计............................. .164.1调节器的选择和调整 (16)4.2触发电路的设计 (16)4.3串级调速系统设计 (18)4. 4双闭环系统设计 ........................ (19)5 仿真........................................ .. (21)6设计体会 (22)1 绪论1.1 研究交流调速系统的意义随着电力电子器件，大规模集成电路和计算机控制技术的迅速发展，以及现代控制理论向交流电气传动领域的渗透，为交流调速系统的开发研究进一步创造了有利的条件。
绕线式异步电动机双闭环串级调速系统设计
运动控制系统
课程设计说明书
课题名称：绕线式异步电动机双闭环串级调速系统设计学生学号：
专业班级：
学生姓名：
学生成绩：
指导教师：
课题工作时间：2011-6-12 至2011-6-30
武汉工程大学教务处制
填写说明：
1. 一、二、三项由指导教师在课程设计（学年论文）开始前填写并交由学生保管；
2. 四、五两项由学生在完成课程设计后填写，并将此表与课程设计一同装订成册交给指导教师；
3. 成绩评定由指导教师按评定标准评分。
4. 此表格填写好后与正文一同装订成册。
课程设计评审标准（指导教师用）。
双闭环串级调速系统
第 2 部分
双闭环控制的串级调速系统
双闭环控制的串级调速系统
双闭环控制的串级调速系统
启动
调速 (Ud-Ui) Id/Ir
第 3 部分
双闭环控制的串级调速系统动态结构图
双闭环控制的串级调速系统动态结构图
转速调节器是调速系统的主导调节器,它使转速n很快地跟随给定电压 变化,对负载变化起抗扰作用，要保证稳定性和较好的稳态精度。 电流调节器作为内环的调节器，在外环转速的调节过程中，它的作用 是使电流紧紧跟随其给定电压(即外环调节器的输出量)变化。在转速 动态过程中,保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。
第 4部分
系统的MATLAB仿真
系统的MATLAB仿真
系统的MATLAB仿真
第 5部分
串级调速系统的启动方式
串级调速系统的启动方式
放映结束
运动控制系统
6.5 双闭环串级调速系统
内容提要
一、传统串级调速系统
二、双闭环控制的串级调速系统
三、双闭环控制的串级调速系统动态结 构图
四、系统的MATLAB仿真
第 1 部分
传统的串级调速系统
传统的串级调速系统
UR为三相整流装置（二极管）将电机转子电动势整流 为直流电压Ud，提供可调的直流电压，作为电机调速 所需的附加直流电动势。 UI为三相可控整流装置，有源逆变，将转差功率变换为 交流功率，回馈电网。
双闭环调速系统调节器设计
双闭环调速系统调节器设计及matlab 仿真验证1 设计内容及要求1.1 设计内容不可逆的生产设备，采用双闭环调速系统，其整流装置采用三相桥式整流电路，系统的基本数据如下：直流电动机：750nom U V =，760nom I A =，375m in nom n r =，1.82min e C V r =，允许过载倍数 1.5λ=；时间常数：0.031L T s =，0.112m T s =；晶闸管放大倍数：75s K =；主回路总电阻：0.14R =Ω；额定转速时的给定电压*10n U V =，调节器ASR 、ACR 饱和输出回路电压*10im U V =，10cm U V =。
1.2 设计要求(1)控制电路的设计，包括系统参数的选取、电流环的设计，速度环的设计。
(2)稳态要求：稳态无静差。
(3)动态要求：电流超调量5%i σ≤，空载启动到额定转速时的转速超调量10%n σ≤。
(4)用matlab 对双闭环系统仿真，绘制调速系统稳定运转时转速环突然断线仿真框图。
(5)撰写设计说明书。
2 双闭环直流调速系统的工作原理双闭环（转速环、电流环）直流调速系统是一种当前应用广泛，经济，适用的电力传动系统。
它具有动态响应快、抗干扰能力强的优点。
我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。
采用转速负反馈和PI 调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。
2.1双闭环直流调速系统的组成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。
如图1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。
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。
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。
晶闸管串级调速双闭环系统设计【范本模板】
第一章 方案的选择与确定1。
1 设计方案的确定与设计思路设计电路，根据不同的要求有不同的设计思路，根据我们现有的水平和设计能力，我们选择了比较简单的设计方案：绕线异步电动机在转子回路中串接一个与转子电动势2s E 同频率的附加电动add E 通过改变add E 值大小和相位可实现调速。
这样，电动机在低速运行时，转子中的转差率只有小部分被转子绕组本身电阻所消耗，而其余大部分被附加电动势add E 所吸收，利用产生E 的装置可以把这部分转差功率回馈到电网，使电动机在低速运行时仍具有较高的效率。
串级调速是通过绕线式异步电动机的转子回路引入附加电势而产生的。
它属于变转差率来实现串级调速的.与转子串电阻的方式不同，串级调速能实现无级平滑调速，低速时机械特性也比较硬，它完全克服了转子串电阻调速的缺点，具有无级平滑调速、较硬的低速机械特性等优点，是一种经济、高效的调速方法。
第二章 串级调速原理与主电路设计2。
1串级调速原理：异步电动机运行时其转子相电动势为： 0r r E sE = (2-1） 式中 s —————异步电机的转差率；0r E —--—绕线转子异步电机在转子不动时的相电动势，或称转子开路电动势,也就是转子额定相电压值。
式（1—1）表明，绕线转子异步电机工作时，其转子电动势Er 值与转差率s 成正比。
此外，转子频率2f 也与s 成正比，21f sf =.在转子短路情况下，转子相电流Ir 的表达式为：r I =（2—2）式中r R -——-转子绕组每相电阻；0r X —-——s=1时的转子绕组每相漏抗。
如在转子绕组回路中引入一个可控的交流附加电动势，此附加附加电动势与转子电动势r E 有相同的频率,并与r E 同相(或反相）串接，如图2-1所示.此时转子回路的相电流表达式为： （2-3）Ir =图2-1当电机处于电动状态时，其转子电流Ir 与负载大小有直接关系.当电动机带有恒定负载转矩TL 时，可近似地认为不论转速高低转子电流都不会变，这时，在不同s 值下的式（2-2）和式（2-3）应相等。
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学号：200925180112 中州大学电机及拖动课程设计
题目：双闭环控制的串级调速系统的设计
姓名：陈家俊
专业：电气自动化
班级：电气对口班
指导老师：路老师
2010年7月1
目录
摘要 (3)
Abstract (4)
一基本构思 (5)
二直流双闭环调速系统的总设计方案 (6)
2.1双闭环串级调速的系统组成 (6)
2.2直流双闭环调速系统的原理图 (7)
三直流双闭环调速系统电路设计 (8)
3.1晶闸管原理 (8)
3.2串级调节器的动态结构设计 (9)
3.2.1电流调节器设计 (9)
3.2.2转速调节器设计 (10)
3.2.3转速检测电路设计 (10)
3.2.4电流检测电路设计 (11)
设计总结 (12)
致谢 (13)
参考文献 (14)
摘要
本文所论述的是“双闭环串极调速系统的主电路设计方法”。
直流双闭环调速系统的性能很好，具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在电气传动系统中得到了广泛的应用。
本设计报告首先根据设计要求确定调速方案和主电路的结构型式，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。
接着详细介绍了电流调节器和转速调节器的设计以及一些参数的选择和计算，使其满足工程设计参数指标。
关键词：直流双闭环；串级调速系统；电流调节器；转速调节器
Abstract
This paper is "double closed loop speed regulating pole of the main circuit system design method". Dc double closed loop speed regulation system performance is very good, with wide speed range, high precision, good dynamic performance and easy to control the advantages in electrical transmission system, so widely used.
This design according to the requirement of design first report of the main circuit and control scheme structure, dc double closed loop speed regulation system, set up two regulator (ASR) and the speed regulator (ACR), the current regulator adjusting speed and the current respectively. Then detailed introduces current regulator and speed regulator and some parameter selection and calculation, which satisfy the design parameters.
Keywords: dc double closed loop, Bunch _ rank speed-control system, Current regulator, Speed regulator
一基本构思
本课程设计就要求结合给定的初始条件来完成直流双闭环调速系统的设计，其中包括绘制该调速系统的原理图，对调节器进行工程设计，选择调节器的参数等。
要实现直流双闭环调速系统的设计需先对控制系统的组成及工作原理有一定深入的理解，弄清楚调速系统每个组成部分的作用，弄清楚转速环和电流环的工作原理，合理选择调节器的参数以便进行合理的工程设计。
本设计通过变流系统将调节绕组从主绕组感应过来的电势串入电机的转子绕组，改变其串入电势的大小来实现调速。
即将内反馈串级调速电动机的部分转子能量取出以改变电动机转差率来实现调速的。
二直流双闭环调速系统的总设计方案
2.1双闭环串级调速的系统组成
图2-1双闭环控制的串级调速系统结构框图
图2-1所示为具有双闭环控制的串级调速系统原理图。
图中转速反馈信号取自与异步电机同轴的测速发电机，电流反馈信号取自逆变器交流侧，也可通过直流互感器取自转子直流回路。
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内环, 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2-2所示：
图2-2 直流双闭环调速系统
2.2直流双闭环调速系统的原理图
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，这样构成的双闭环直流调速系统的电路原理图如2-3图所示
图2-3双闭环直流调速系统电路原理图
三直流双闭环调速系统电路设计
3.1晶闸管原理
晶闸管-电动机调速系统（V-M系统）主电路原理图如图3-1所示：
图3-1 V-M系统主电路原理图
图中VT是晶闸管可控整流器，它由三相全控桥式整流电路组成，如图3-2所示：
图3-2 三相全控桥式整流电路
通过调节触发装置GT的控制电压
U来移动脉冲的相位，即可改变平均整流
c
电压
U，从而实现平滑调速。
d
3.2串级调节器的动态结构设计
转速、电流双闭环调速系统的动态结构图如图3-3所示：
图3-3双闭环控制串级调速系统动态结构框图
3.2.1电流调节器设计
其中*i U 为电流给定电压，d I β-为电流负反馈电压，c U 为电力电子变换器的控制电压。
根据设计要求σ≤5％，并保证稳态电流无差，可按典型I 型系统设计电流调节器。
电流环控制对象是双惯性型的，因此可用PI 型电流调节器，其传递函数为
W(s)=Ki(τi S+1)/τi S 。
检查对电源电压的抗干扰性能各项指标都是可以接受的。
3.2.2转速调节器设计
其中*n U 为转速给定电压，n α-为转速负反馈电压，*i U ：调节器的输出是电流调
节器的给定电压。
由于设计要求无静差,故选用PI 型电流调节器，其传递函数为 W(s)=Ki(τiS+1)/τiS 。
3.2.3转速检测电路设计
转速的检测可把n U 接到一个测速发电机上即可检测转速，如图3-7所示：
TG
U2
Un
RP4
.
图3-7 转速检测电路
3.2.4电流检测电路设计
使用霍尔电流传感器可以检测电流，把
U接到霍尔传感器上。
霍尔效应传
i
感器，可以测量任意波形的电流和电压。
输出端能真实地反映输入端电流或电压的波形参数。
如图3-8所示：
设计总结
通过本次课程设计，首先对直流双闭环调速系统有了更深的认识，也是对课堂所学知识的一次很好的应用，也增加了我对学习控制类相关学科的兴趣。
经过几天的设计体会，我终于了解到在电路的设计之前一定要收集好资料，做好一定的准备然后再开始进行电路的设计。
制作电路的过程中应当需要一定的耐心和细心，更需要一定的理论知识作为基础，毕竟第一次做课程设计。
但经过小组人一起的努力，通过网络、有关书籍的查阅最终还是完成了。
从中也让我感到团队合作的重要性。
致谢
在此次课程设计中，我的任课老师倾注了大量的心血，同学交上作业之后老师一遍又一遍地指出每稿中的具体问题，并且把更改细节标的清清楚楚，老师用他的辛苦一步一步引导我们走向成功，在此我对老师表示衷心的感谢。
心中只想对老师说一声：老师，我永远向您学习！！！
参考文献
[1] 任彦硕.自动控制原理.北京:机械工业出版社，2006
[2] 陈治明主编.电力电子器件. 北京：机械工业出版社，1992
[3]黄俊主编.电力电子变流技术.北京：机械工业出版社，1996
[4]李华德主编.交流调速控制系统.北京:电子工业出版社，2003
[5] 王兆安黄俊主编.电力电子技术.北京：机械工业出版社，2000。