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。
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。
转速电流双闭环直流调速系统 课程设计
课程设计任务书某晶闸管供电的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：U N=220V，I N=205A，=575r/min , R a=0.1Ω，电枢电路总电阻R=0.2Ω，电枢电路总电感L=7.59mH，电流允许过载倍数λ，折算到电动机轴的飞轮惯量。
晶闸管整流装置放大倍数，滞后时间常数电流反馈系数β(转速反馈系数α()滤波时间常数取，。
；调节器输入电阻R0=40Ω。
设计要求：稳态指标：无静差；动态指标：电流超调量σ；空载起动到额定转速时的转速超调量σ。
目录课程设计任务书 (1)第一章直流双闭环调速系统原理 (3)1.1系统的组成 (3)1.2 系统的原理图 (4)第二章转速、电流双闭环直流调速器的设计 (6)2.1 电流调节器的设计 (6)2.2 转速调节器的设计 (13)第三章系统仿真 (21)心得体会 (25)参考文献 (26)第一章直流双闭环调速系统原理1.1系统的组成转速、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。
采用PI调节的单个转速闭环调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。
但是对系统的动态性能要求较高的系统，单闭环系统就难以满足需要了。
为了实现在允许条件下的最快启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程。
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。
所以，我们希望达到的控制：启动过程只有电流负反馈，没有转速负反馈；达到稳态转速后只有转速负反馈，不让电流负反馈发挥作用。
故而采用转速和电流两个调节器来组成系统。
为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可以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，如图1-1所示。
把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再把电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。
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。
双闭环直流调速系统设计
双闭环直流调速系统设计1.电机数学模型的建立首先要建立电机的数学模型，这是设计双闭环直流调速系统的基础。
根据电机的参数和运动方程，可以得到电机的数学模型，一般为一组耦合的非线性微分方程。
2.速度内环设计速度内环负责实现期望速度的跟踪控制。
常用的设计方法是采用比例-积分(PID)控制器。
PID控制器的输出是速度的修正量，通过与期望速度相减得到速度误差，然后根据PID算法计算控制器输出。
PID控制器的参数调节是一个关键问题，可以通过试探法、经验法或优化算法等方法进行调节，以实现最佳的速度跟踪性能。
3.电流外环设计电流外环的作用是保证电机的电流输出与速度内环控制输出的一致性。
一般采用PI调节器进行设计。
PI调节器的参数通过试探法、经验法或优化算法等方法进行调节，以实现电流输出的稳定性。
4.稳定性分析与系统稳定控制设计好速度内环和电流外环后，需要对系统的稳定性进行分析。
稳定性分析可以通过线性化方法、根轨迹法、频率响应法等方法进行。
分析得到系统的自然频率、阻尼比等参数后，可以根据稳定性准则进行系统稳定控制。
常用的控制方法包括模型预测控制、广义预测控制、滑模控制等。
5.鲁棒性设计在双闭环直流调速系统设计中，鲁棒性是一个重要的指标。
通过引入鲁棒性设计方法，可以提高系统对参数扰动和外部干扰的抑制能力。
常用的鲁棒性设计方法包括H∞控制、μ合成控制等。
以上是双闭环直流调速系统设计的一般步骤，具体的设计过程可能因实际应用和控制要求的不同而有所差异。
设计双闭环直流调速系统需要深入了解电机的特性和系统的控制需求，综合运用控制理论和工程方法，通过模拟仿真和实验验证来不断调整和优化控制参数，以实现系统的高性能调速控制。
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。
直流电机的PWM电流速度双闭环调速系统课程设计
直流电机的PWM电流速度双闭环调速系统课程设计LT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=0.01 V*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：R=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。
在启动过程的主要阶段，只有电流负反馈，没有转速负反馈，不让电流负反馈发挥主要作用，既能控制转速，实现转速无静差调节，又能控制电流使系统在充分利用电机过载能力的条件下获得最佳过渡过程，很好的满足了生产需求。
直流双闭环调速系统的结构图如图2-2所示，转速调节器与电流调节器串极联结，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PWM装置。
其中脉宽调制变换器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速，达到设计要求。
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。
双闭环直流电机调速系统设计
双闭环直流电机调速系统设计在今天的科技世界里，电机就像是家里的“万能小助手”，无处不在。
你想想，电风扇、洗衣机、甚至小汽车，都少不了它们的身影。
而双闭环直流电机调速系统就是这个小助手的“智囊团”，让它在各种环境中游刃有余，真是个神奇的存在。
今天，我们就来聊聊这个系统是怎么工作的，听起来是不是有点高大上？别担心，咱们用通俗易懂的语言来探讨，让你在闲聊中也能装装逼！1. 什么是双闭环控制？1.1 直流电机的基本知识直流电机，这东西其实就是通过直流电来转动的电机，简单说，就是通过电流来产生磁场，让电机的轴子转动起来。
想象一下，你在玩一辆遥控小车，控制它的速度和方向，其实和电机的工作原理类似。
电流大了，小车跑得快；电流小了，小车就慢了。
是不是很简单？不过，要把这个电机调得又快又稳，就得靠我们的双闭环系统了。
1.2 双闭环系统的工作原理双闭环控制，顾名思义，分为两个环，一个是速度环，一个是电流环。
速度环就像是你的眼睛，时刻盯着电机的转速，确保它不会跑偏。
而电流环就像是你的手，及时调整电机所需的电流，让它在需要的时候有充足的动力。
就好比你骑自行车，风一吹，你得用力蹬脚踏，让车子稳稳前行，这就是速度和电流的配合。
两者相辅相成，形成了一个良性的循环，确保电机在各种负载下都能稳定工作。
2. 设计双闭环系统的重要性2.1 提高系统性能你想啊，电机如果没有双闭环控制，开得快的时候，可能转速就飙到天上，没法控制；慢的时候，又感觉力不从心。
这就像你打球，想要扣篮却被卡在了框下，真是让人心急火燎！而有了双闭环系统，电机就能在不同的环境中保持稳定的转速，性能大大提升。
无论是重载还是轻载，电机都能游刃有余，根本不在话下。
2.2 降低能耗再来谈谈能耗的问题。
我们都知道，能源危机可是个大麻烦。
双闭环系统能够通过实时监测和调节，确保电机在最优状态下运行，从而降低能耗。
想象一下，省电就像是在家里随便找零花钱，谁不乐意呢？通过科学合理的控制，电机就能用更少的电，做更多的事，真是一举两得！3. 实际应用案例3.1 工业自动化说到双闭环系统的实际应用，那可真是多得数不过来。
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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设计
第一章设计概述一、课程设计的性质和任务：本课程是电气自动化本科专业学生学习完《直流调速系统》或《电力拖动控制系统》课程后进行的一个重要的独立性实践教学环节。
其任务是通过设计双闭环直流调速系统的全过程，培养学生综合应用所学的直流调速知识去分析和解决工程实际问题的能力，帮助学生巩固、深化和拓展知识面，使之得到一次较全面的设计训练，为毕业设计和实际工程设计奠定基础。
转速、电流双闭环不可逆直流调速系统是一种典型的自动控制系统。
这种调速系统只有两个调节器，即速度调节器（ASR）和电流调节器(ACR)，两个调节器作串级连接，其中速度调节器的输出信号作为电流调节器的输入信号，从而形成一环套一环的转速、电流双闭环结构。
这种转速、电流双闭环调速系统，在突加转速给定信号的过程中表现为一个恒电流加速系统，而在稳态和接近稳态的运行中又表现为一个无静差调速系统，因此各项性能指标较系统开环时提高许多。
本此课程设计的目的就是同学们在调试、设计一个典型的调速系统后，能够掌握自控系统调试、设计的方法，步骤及其调试原则，加强同学们的动手能力和对理论知识的理解。
自控系统调试所遵循的原则：先部分，后系统：即首先对系统的各个单元进行调试，然后再对整个系统进行调试。
先开环，后闭环：即首先进行开环调试，然后再对系统闭环进行调试。
先内环，后外环：即首先对内环进行调试（如在本此调试中就应先对电流环进行调试）,然后再对外环进行调试（如本此调试中的速度环调试）。
本次系统调试是在DJDK-1型电力电子技术及电机控制实验装置上进行。
整个调试完成后要求系统达到以下指标：二、DJDK-1 型电力电子技术及电机控制实验装置简介1 装置特点(1)设计装置采用挂件结构，可根据不同设计内容进行自由组合。
(2)装置连接线采用强、弱电分开的手枪式插头，两者不能互插，避免强电接入弱电回路，造成设备损坏。
(3)控制屏供电采用三相隔离变压器隔离，分别设有电压型和电流型漏电保护装置，保护操作者的安全。
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的课程设计报告
电力传动课程设计课题：双闭环直流调速糸统班级: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...................... 错误! 未定义书签。
4.2.2 突加负载时 (12)4.2.3 突降负载时 (12)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（T i < 5%转速超调（T n < 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a =0.004 V • min/r电流反馈系数B =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ACF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。
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。
(完整版)双闭环直流调速系统
第一章 调速系统的方案选择直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在宽范围内平滑调速，在许多调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的的应用。
近年来，虽然高性能的交流调速技术发展很快，交流调速系统已逐步取代直流调速系统。
然而直流拖动控制系统不仅在理论上和实践上都比较成熟，目前还在应用；而且从控制规律的角度来看，直流拖动控制系统又是交流拖动控制系统的基础。
直流电动机的稳态转速可以表示为n =U−IRK e ∅ （1-1）式中：n ——转速（r/min ）；U ——电枢电压（V ）；I ——电枢电流（A ）；R ——电枢回路总电阻（Ω）；∅——励磁磁通（Wb ）； K e ——由电机结构决定的电动势常数。
由上式可以看出，有三种调速电动机的方法：1. 调节电枢供电电压U ；2. 减弱励磁磁通∅；3. 改变电枢回路电阻R 。
对于要求在一定范围内无级平滑调速系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。
改变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在额定转速以上作小范围的弱磁升速。
因此，采用变压调速来控制直流电动机。
1.1 直流电动机的选择直流电动机的额定参数为：额定功率KW P N 67=，额定电压V U N 230=，额定电流A I N 291=，额定转速min 1450r n N =，电动机的过载系数2=λ，电枢电阻Ω=2.0a R 1.2 电动机供电方案的选择电动机采用三相桥式全控整流电路供电，三相桥式全控整流电路输出的电压脉动较小，带负载容量较大，其原理图如图1所示。
三相桥式全控整流电路的特点：一般变压器一次侧接成三角形，二次侧接成星型，晶闸管分为共阴极和共阳极。
1)有两个晶闸管同时导通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各有一个晶闸管，且不能为同一相的晶闸管。
2)对触发脉冲的要求：按VT1—VT2—VT3—VT4—VT5—VT6的顺序，相位依次差60。
；共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120。
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引言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Matlab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。
一．设计目的1．了解自动控制系统学科。
2．学习绘画双闭环直流调速系统的动态和稳态结构框图。
3．掌握双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析。
4．体会参数设计的过程及工程设计方法的基本思路。
5. 利用MATLAB仿真。
二．直流调速系统设计1.双闭环直流调速系统的组成为了使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，分别引入转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流，二者实行嵌套连接，如图一所示。
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，电流环在里面称为内环，转速环在外面，称作外环。
这就形成了转速，电流反馈控制直流调速系统。
图1 转速、电流反馈控制直流调速系统原理图2.双闭环的稳态结构图和静特性图2 双闭环直流调速系统的稳态结构图转速调节器ASR的输出限幅电压决定了电流给定的最大值，电流调节器ACR的输出限幅电压限制了电力电子变换器的最大输出电压，当调节器饱和时，输出达到限幅值，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；当调节器不饱和时，PI调节器工作在线性调节状态，其作用是使输入偏差电压在稳态时为零。
对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况，电流调节器不进入饱和状态。
3.双闭环直流调速系统的动态数学模型双闭环直流调速系统的动态结构图如图3所示，图中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图中必须把电枢电流Id显露出来。
图3 双闭环直流调速系统的动态结构图4.双闭环直流调速系统的调速方法调节转速可以有三种方法：（1）调节电枢供电电压U；（2）减弱励磁磁通 ；（3）改变电枢回路电阻R。
对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式最好。
改变电阻只能实现有级调速；减弱励磁磁通虽然能够平滑调速，但调速的范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（额定转速）以上做小范围的弱磁升速。
因此，自动控制的直流调速系统往往以改变电压调速为主。
5.电流环、速度环的设计5.1 初始条件某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据如下：直流电机参数为：额定电压220V U =,额定电流136I A =；额定转速n 1460rpm =,0.132min/e V r C =⋅，允许过载倍数 1.5λ=；晶闸管装置放大系数40s K =；电枢回路总电阻0.5R =Ω；时间常数0.03,0.18l m s s T T ==；电流反馈系数0.05/V A β=；转速反馈系数0.007min/V r α=⋅。
5.2电流调节器的设计 （1）确定时间常数。
电流环小时间常数之和∑iT 。
按小时间近似处理s T T T S Oi i 0037.0=+=∑根据设计要求%5≤i σ，并保证稳态电流无差，可将电流环校成典型Ⅰ系统，典型Ⅰ系统的跟随性较好，超调量较小。
设传递函数的形式为：()()ss K s W i i i ACR ττ1+=（2）计算电流调节器的参数电流调节器的超前时间参数：s T l i 03.0==τ电流开环增益 ：要求%5≤σ时，应该取5.0=∑i I T K ,因此： 1.13521=∑=iI T K S T l 03.0= 013.1=i K 03.0=T根据上述的设计参数，，%5%3.4<=σ 参照表1的典型I 型系统动态抗扰性能，各项指标都是可以接受的。
221T T T T m ==51 101 201 301 %100max⨯∆b C C55.5% 33.2%18.5%12.9%tm / T 2.8 3.4 3.8 4.0tv / T 14.7 21.72.730.4表1 典型I 型系统动态抗扰性能指标与参数的关系（3）校验近似条件电流环截止频率 11.135-==s K I ci ω 1）晶闸管整流装置传递函数的近似条件ciS s s T ω>=⨯=-11960017.03131满足近似条件。
2）忽略反电动势对电流环影响的条件lm ci T T 13≥ω ，cil m s ss T T ω<=⨯⨯=-182.4003.018.01313满足近似条件。
3） 电流环小时间常数近似处理条件oim ci T T 131≤ωcioi S s s s T T ω>=⨯=-18.180002.00017.0131131满足近似条件。
5.3转速调节器设计 （1）确定时间常数电流环等效时间常数11K 。
取5.0=∑i I T K ，则： s T K i 0074.00037.02211=⨯==∑ s T on 01.0= s T n 174.00=∑设计PI 调节器，起传递函数为：()()ss K s W n n n ASR ττ1+=（2）计算转速调节器参数按跟随性和抗扰性都较好的原则，取5=h ，则ASR 的超前时间常数为：s hT n n 087.00174.05=⨯==∑τ 进而可求得，转速环开环增益：2224.39621-∑=+=s T h h K nN 可求得ASR 的比例系数为：7.112)1(=+=∑nme n RT h T C h K αβ （3）校验近似条件转速环截止频率为1115.34087.04.396--=⨯===s s K K n N Ncn τωω1）电流环传递函数简化条件为iI cn T K ∑≤31ωcn i I s s T K ω>==--∑117.630037.01.1353131，满足简化条件。
2）转速环小时间常数近似处理条件为onI cn T K 31≤ω，cn on I s s T K ω>==--117.3801.01.1353131，满足近似条件。
三．仿真 1.Matlab 简介MATLAB 是美国MathWorks 公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB 和Simulink 两大部分。
MATLAB 是matrix&laboratory 两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室）。
是由美国mathworks 公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。
它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C 、Fortran ）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。
2.仿真步骤（1）打开Matlab 软件，根据原理图将仿真所用模块拖入模块编辑窗口。
（2）将模块合理摆放，并正确连接各模块。
（3）设置各模块的参数。
（4）点击菜单栏中运行按钮进行仿真。
3.仿真结果（1）电流环的仿真1电流环的仿真模型如图4所示。
图4 电流环仿真模型（2）KT=0.5时，按典型I 系统的设计方法得到的PI 调节器的传递函数为()ss W pi 77.33013.1+=，可以得到电流环阶跃响应的仿真输出的波形如图5所示。
图5电流环的仿真结果（3）KT=0.25时，按典型I 系统的设计方法得到的PI 调节器的传递函数为()ss W pi 89.165067.0+=，可以得到电流环阶跃响应的仿真输出的波形：图6 电流环无超调输出波形（4）KT=1.0时，按典型I 系统的设计方法得到的PI 调节器的传递函数为()s s W pi 567.67027.2+=，可以得到电流环阶跃响应的仿真输出的波形：图7 电流环超调较大输出波形3.2转速环的仿真（1）转速环的仿真模型如图8所示。
图8 转速环仿真模型（2）PI 调节器按照计算出来的结果：sW ASR 48.1347.11+=。
空载起动时波形如图9所示。
图9转速环空载起动输出波形（3）满载运行时起动的波形：图10 转速环满载高速起动输出波形（4）抗干扰性的测试：图11 转速环的抗干扰输出波形四．设计结果通过对电流调节器和转速调节器的设计，合理的选择参数，由所得的仿真结果图形可以看到，设计结果满足设计要求。
五．设计心得这次课程设计中，我们学到了许多课堂上学不到的东西，尤其是在Matlab仿真上面有很多自己不懂的地方，我在此用了很多时间和精力。
本次课程设计让我对《电力拖动自动控制系统-运动控制系统》的核心内容---转速、电流反馈控制直流调速系统有了更深的理解，对典型I系统设计加深了认识。
通过matlab的仿真，使我对双闭环反馈控制的直流调速系统有了直观的印象。
课程设计是对我们在这学期学到的电力拖动自动控制系统这门课的理论知识的一个综合测评，是对我们将理论结合时间的综合能力的考查，是培养我们发现问题、解决问题的能力，是激发我们内在创新意识的途径。
通过对系统的设计，让我们对双闭环控制系统各个部分都有所认知。
同时也可以通过课程设计，了解理论知识哪些方面比较薄弱，及时查漏补缺。
六．参考文献[1]张润和.电力电子技术及应用.北京大学出版社，2008年8月[2]翁瑞琪.袖珍电子工程师手册.机械工业出版社，2003年3月[3]王维平.现代电力电子技术及应用[M].南京：东南大学出版社，2000[4]陈坚.电力电子学(第二版).北京：高等教育出版社，2004[5]阮毅，陈伯时．电力拖动自动控制系统——运动控制系统．机械工业出版社，2009年8月[6]叶斌.电力电子应用技术[M].北京：清华大学出版，2006。