单闭环直流调速系统
单闭环直流调速系统
单闭环直流调速系统是一种常见的控制系统，用于控制直流电机的转速。
以下是单闭环直流调速系统的基本组成和工作原理：
基本组成：
1. 直流电机：负责将电能转换为机械能。
2. 编码器或传感器：用于测量电机的实际转速。
3. 控制器：通常使用PID控制器，根据实际转速和设定转速之间的误差进行调节。
4. 功率放大器：将控制器输出的信号放大后送至电机，控制电机的转速。
工作原理：
1. 测量阶段：编码器或传感器测量电机的实际转速，并将这个信息反馈给控制器。
2. 比较阶段：控制器将实际转速与设定的目标转速进行比较，计算出误差值。
3. 控制阶段：根据误差值，控制器通过PID算法计算出控制信号，控制电机的转速。
4. 执行阶段：功率放大器根据控制信号控制电机的转速，使实际转速逐渐接近设定转速。
调速过程：
-如果实际转速低于设定转速，控制器会增加电机的供电，使电机加速。
-如果实际转速高于设定转速，控制器会减小电机的供电，使电机减速。
-控制器通过不断地调整电机的供电，使得实际转速稳定在设定的目标转速附近。
通过单闭环直流调速系统，可以实现对直流电机转速的精确控制，广泛应用于工业生产中的传动系统、自动化设备等领域。
单闭环直流调速系统的基本工作原理PPT课件
(3) 被控制量与控制量之间是否存在关联？对这个问 题的回答，有助于分析者找到反馈装置及反馈量。
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相关知识
2．自动控制系统组成框图中的信号与环节
图1-12表示了一个典型的反馈控制系统的基本组成 模型。一般自动控制系统组成模型中大致包括两类 元素，即信号流与环节(或元件)。
1) 信号流 2) 环节或元件
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任务 单闭环直流调速系统基本工作原理分析
任务引导
所谓调速就是指通过某种方法来调节(改变)电动机的转速。 如果这种调节电动机的方法是通过人工调节完成的，那么 这种系统就是在本章相关知识(一)中所讨论过的人工控制系 统，可称之为人工调速系统；而如果这种调节电动机转速 的方法是通过某种装置自动完成的，那么它就是一个自动 控制系统，称之为自动调速系统。
(2) 自动控制系统从控制方案上来说，可分为开环控 制与闭环控制。
(3) 尽管组成自动控制系统的物理装置各有不同，但 究其控制作用来看，不外乎几种基本元件或环节。对 一个实际的自动控制系统进行组成装置上的抽象，有 助于对自动控制系统的工作原理、调节过程进行分析， 也有助于为进一步分析自动控制系统性能而建立数学 模型。
通过对单闭环直流调速系统基本工作原理分析的学 习，掌握一般自动控制系统的工作原理的基本分析 方法，并初步形成自动控制系统问题分析的基本思 路。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ相关知识
(一)什么是自动控制系统
(二)自动控制系统的控制方案——开环与闭环 (反馈)控制
单闭环直流调速系统实验报告
单闭环直流调速系统实验报告单闭环直流调速系统实验报告一、引言直流调速系统是现代工业中常用的一种电机调速方式。
本实验旨在通过搭建单闭环直流调速系统，探究其调速性能以及对电机转速的控制效果。
二、实验原理单闭环直流调速系统由电机、编码器、电流传感器、控制器和功率电路等组成。
电机通过功率电路接受控制器的指令，实现转速调节。
编码器用于测量电机转速，电流传感器用于测量电机电流。
三、实验步骤1. 搭建实验电路：将电机、编码器、电流传感器、控制器和功率电路按照实验原理连接起来。
2. 调试电机：通过控制器设置电机的运行参数，如额定转速、最大转矩等。
3. 运行实验：根据实验要求，设置不同的转速指令，观察电机的响应情况。
4. 记录实验数据：记录电机的转速、电流等数据，并绘制相应的曲线图。
5. 分析实验结果：根据实验数据，分析电机的调速性能和控制效果。
四、实验结果分析1. 转速响应特性：通过设置不同的转速指令，观察电机的转速响应情况。
实验结果显示，电机的转速随着指令的变化而变化，且响应速度较快。
2. 稳态误差分析：通过观察实验数据，计算电机在不同转速下的稳态误差。
实验结果显示，电机的稳态误差较小，说明了系统的控制效果较好。
3. 转速控制精度：通过观察实验数据，计算电机在不同转速下的控制精度。
实验结果显示，电机的转速控制精度较高，且随着转速的增加而提高。
五、实验总结本实验通过搭建单闭环直流调速系统，探究了其调速性能和对电机转速的控制效果。
实验结果表明，该系统具有较好的转速响应特性、稳态误差较小和较高的转速控制精度。
然而，实验中也发现了一些问题，如系统的抗干扰能力较弱等。
因此，在实际应用中，还需要进一步优化和改进。
六、展望基于本实验的结果和问题，未来可以进一步研究和改进单闭环直流调速系统。
例如，可以提高系统的抗干扰能力，提升转速控制的稳定性和精度。
同时，还可以探索其他调速方式，如双闭环调速系统等，以满足不同的工业应用需求。
直流调速系统单闭环
单闭环直流调速系统 -- 有静差系统
结论： 1. 单闭环有静差晶闸管直流调速系统的动态稳定性
单闭环直流调速系统 -- 一般概念
对主电路微分方程右侧在相同区间积分;有：
1
2
6623EidRLddtiddt
3
式中方括号内;
第一项平均值为：E = Cen = Cen ； 第二项平均值为：IdR ； 第三项平均值为：零;
单闭环直流调速系统 -- 一般概念
因此得到： 1.17U2cosCenIdR n1.17U2cosIdR
(1K) (1K)
1K
单闭环直流调速系统 -- 有静差系统
闭环系统特征方程即为：
T m T T ss3 T m (T T s)s2 T m T ss 1 0 1 K 1 K 1 K
应用劳斯稳定判据可以得到系统的动态稳定条件：
KTm(TTs )Ts2 TTs
式中右侧即为系统临界放大系数 Kcr ;
nminnmin nN(1s)
单闭环直流调速系统 -- 有静差系统
单闭环直流调速系统 -- 有静差系统
在假设忽略各种非线性因素等条件下;系统中各环节 的稳态关系为：
➢ 电压比较器 UnUn *Un
➢ 放大器 UcKpUn
➢ 晶闸管触发整流装置 ➢ 调速系统开环机械特性
➢ 测速发电机
Ud0KsUc nUd0 IdR
Id(s)
1 R (1)
Ud0(s)E(s) Ts1
单闭环直流调速系统 -- 有静差系统
电动机轴上转矩与转速之间的关系符合电气传动系统
运动方程：
GD 2 dn
T e T L C m I d C m I dL 375 dt
GD 2 R 1 dn I d I dL 375 C m R dt
单闭环直流调速系统
① 闭环静特性比开环机械特性硬得多。负载电流相等时
nb
nk 1 K
sk s ② 闭环系统的静差率要比开环小得多。理想空载转速相等时， b 1 K
③ 闭环系统可比开环有更大的调速范围。静差率相等时， Db 1 K Dk ④ 闭环系统比开环系统的抗干扰性能好。
3、如右图所示，设电机开始工 作于A点，当负载电流增大时， 开环和闭环系统工作的原理是不 同的： (1)开环系统，给定不变，电枢电 压就不变，电流增加，工作点将 沿最下面那条机械特性向下移动
(2)而对于闭环调速系统，给定不变，电流增加时，系统有维持转速不 下降的趋势，通过调节，电枢电压升高，工作点将移至B、C或D。 ABCD所在直线就是闭环系统的在该给定电压下的一条静特性曲线。
U d Id R n Ce
由上述四式不难得出
R n Id Ce 1 K Ce 1 K
该式称为系统的静特性方程。
* K p KsU n
K
K p K s Ce
称为系统的开环放大系数。
静特性与机械特性的比较-1
1、机械特性调速系统对开环而言；静特性是对闭环系统而言的。两者 都表示电机转速与负载电流之间的关系，即n=f(Id)。 2、一条机械特性曲线对应于一个不变的电枢电压；而一条静特性曲线 对应于 一个不变的给定电压。
Ud Id R U d↓→ n ↓→ U n ↓→ U↑→ U ct↑→ U d↑→ n↑ Ce
3、单闭环调速系统的静特性
闭环调速稳定工作时，电机转速与负载电流之间的关系称为闭 环调速系统的静特性。 由稳态结构图可知
* U U n Un
U ct K p U
U d K sU ct
当然，转速上升，转速反馈电压会升高，但其升值小于 给定电压增值，电压差总体上是增大的，转速是上升的。
单闭环直流调速系统介绍课件
智能化：引入 人工智能技术， 实现系统的自 适应控制和自 学习能力
网络化：通过 互联网和物联 网技术，实现 远程监控和故 障诊断
集成化：将多 个子系统集成 为一个整体， 提高系统的集 成度和可靠性
节能和环保的发展趋势
01
提高能源利用率：通过优化控制策略和算法，降低能耗，提高能源利用率
02
减少污染排放：采用环保材料和工艺，减少生产过程中的污染排放
单闭环直流调速 系统介绍课件
目录
01. 单闭环直流调速系统的基本 概念
02. 单闭环直流调速系统的控制 方式
03. 单闭环直流调速系统的应用 领域
04. 单闭环直流调速系统的发展 趋势
1
单闭环直流调速 系统的基本概念
直流调速系统的组成
01
整流器：将交流 电转换为直流电
02
滤波器：去除直 流电中的交流成
04
应用场合：适用于对转速要求不高，但对响应速度要求较高的场合
电流控制方式
STEP1
STEP2
STEP3
STEP4
电压控制方式： 通过控制电压 来调节电流， 实现调速
电流控制方式： 通过控制电流 来调节电压， 实现调速
速度控制方式： 通过控制速度 来调节电流， 实现调速
位置控制方式： 通过控制位置 来调节电流， 实现调速
网络化：实现远程监控 和控制，提高系统的可 维护性和可扩展性
谢谢
速度控制方式
1
电压控制方式：通过调节直流电源的输出电压来控制电机的转速
2
电流控制方式：通过调节直流电源的输出电流来控制电机的转速
3
转速控制方式：通过调节电机的转速来控制电机的转速
4
位置控制方式：通过调节电机的位置来控制电机的转速
带电流截至负反馈的转速单闭环直流调速系统概要
带电流截至负反馈的转速单闭环直流调速系统概要概述直流调速系统是现代工业中常见的一种控制系统，其主要作用是通过控制电机的转速来调节其输出的功率。
转速单闭环直流调速系统是其中一种常见的控制系统，它采用了带电流截至负反馈的技术，可以有效地提高系统的稳定性和响应速度。
系统结构转速单闭环直流调速系统主要由三部分组成：电机控制电路、转速测量电路和控制器。
其中电机控制电路用于控制电机的转速，转速测量电路用于测量电机的转速，控制器用于计算误差并发送控制信号到电机控制电路。
具体来说，电机控制电路包括电源、电机以及功率调节器等组件。
电源提供电流给电机，功率调节器则可以控制电流的大小和方向，从而实现对电机转速的控制。
转速测量电路主要用于测量电机的转速，它通常包括一些传感器和信号处理电路。
传感器可以检测电机转子的位置，信号处理电路则将传感器输出的信号转换为脉冲信号，供控制器使用。
控制器是这个系统的核心部件，它负责计算误差并发送控制信号到电机控制电路。
具体来说，控制器可以将目标转速和实际转速之间的差值作为误差，通过算法计算出电机电流的大小和方向，从而实现对电机转速的控制。
技术应用转速单闭环直流调速系统广泛应用于各种需要精确控制电机转速的场合，比如机床、风扇、电动机车、水泵等等。
用转速单闭环直流调速系统可以实现对电机的精确的控制，提高设备的工作效率和稳定性。
此外，带电流截至负反馈的技术也可以应用于其他类型的控制系统中，比如温度控制系统、光照控制系统等等。
它的优点是可以提高系统的稳定性和响应速度，从而提高设备的性能和可靠性。
转速单闭环直流调速系统是一种常见的控制系统，它采用了带电流截至负反馈的技术，可以实现对电机转速的精确控制。
该系统结构简单，应用广泛，可用于机床、风扇、电动机车、水泵等设备的控制。
此外，该技术也可以应用于其他类型的控制系统中，提高设备的性能和可靠性。
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。
单闭环直流调速系统课程设计
《单闭环直流调速系统课程设计》摘要：本课程设计旨在深入研究单闭环直流调速系统的原理、设计方法和实现技术。
通过对系统的理论分析和实际设计，掌握直流调速系统的基本特性和性能指标的优化方法。
课程设计包括系统的方案选择、参数计算、硬件电路设计、软件编程以及系统调试与性能测试等环节。
通过本次课程设计，培养学生的工程实践能力、创新思维和解决实际问题的能力，为今后从事相关领域的工作打下坚实的基础。
一、概述直流调速系统在工业生产、交通运输、电力电子等领域具有广泛的应用。
它能够实现对直流电动机转速的精确控制，满足不同工况下对转速稳定性和调速精度的要求。
单闭环直流调速系统是一种常见的调速系统结构，具有简单可靠、性能稳定等优点。
本课程设计将围绕单闭环直流调速系统展开，深入探讨其设计与实现的相关技术。
二、单闭环直流调速系统的工作原理单闭环直流调速系统主要由直流电动机、转速反馈环节、放大器、触发器和晶闸管整流装置等组成。
其工作原理如下：转速反馈环节将直流电动机的实际转速转换为电信号反馈到放大器输入端，与给定转速信号进行比较，得到偏差信号。
放大器对偏差信号进行放大处理后，输出触发脉冲信号控制晶闸管整流装置的导通和关断，从而改变直流电动机的电枢电压，实现对电动机转速的调节。
通过转速反馈环节的作用，系统能够使电动机的实际转速跟随给定转速变化，保持系统的稳定性和良好的调速性能。
三、系统方案的选择在进行单闭环直流调速系统课程设计时，首先需要进行系统方案的选择。
根据设计要求和实际应用场景，可以选择不同的调速方案。
常见的方案有转速负反馈单闭环调速系统、电流负反馈单闭环调速系统等。
转速负反馈单闭环调速系统具有结构简单、稳定性好、调速范围广等优点，适用于大多数调速控制场合；电流负反馈单闭环调速系统则能够提高系统的动态性能，适用于对动态响应要求较高的系统。
在本课程设计中，选择转速负反馈单闭环调速系统作为设计方案。
四、系统参数的计算系统参数的计算是单闭环直流调速系统设计的重要环节。
实验十三 单闭环直流调速系统
实验十三单闭环直流调速系统一、实验目的1．掌握用PID控制规律的直流调速系统的调试方法；2．了解PWM调制、直流电机驱动电路的工作原理。
二、实验设备1．THBCC-1型信号与系统•控制理论及计算机控制技术实验平台2．THBXD数据采集卡一块(含37芯通信线、16芯排线和USB电缆线各1根)3．PC机1台(含软件“THBCC-1”)三、实验原理直流电机在应用中有多种控制方式，在直流电机的调速控制系统中，主要采用电枢电压控制电机的转速与方向。
功率放大器是电机调速系统中的重要部件，它的性能及价格对系统都有重要的影响。
过去的功率放大器是采用磁放大器、交磁放大机或可控硅（晶闸管）。
现在基本上采用晶体管功率放大器。
PWM功率放大器与线性功率放大器相比，有功耗低、效率高，有利于克服直流电机的静摩擦等优点。
PWM调制与晶体管功率放大器的工作原理：1．PWM的工作原理图13-1 PWM的控制电路上图所示为SG3525为核心的控制电路，SG3525是美国Silicon General公司生产的专用PWM控制集成芯片，其内部电路结构及各引脚如图13-2所示，它采用恒频脉宽调制控制方案，其内部包含有精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等。
调节Ur的大小，在A、B两端可输出两个幅度相等、频率相等、相位相互错开180度、占空比可调的矩形波（即PWM信号）。
它适用于各开关电源、斩波器的控制。
2．功放电路直流电机PWM输出的信号一般比较小，不能直接去驱动直流电机，它必须经过功放后再接到直流电机的两端。
该实验装置中采用直流15V的直流电压功放电路驱动。
3．反馈接口在直流电机控制系统中，在直流电机的轴上贴有一块小磁钢，电机转动带动磁钢转动。
磁钢的下面中有一个霍尔元件，当磁钢转到时霍尔元件感应输出。
4．直流电机控制系统如图13-3所示，由霍耳传感器将电机的速度转换成电信号，经数据采集卡变换成数字量后送到计算机与给定值比较，所得的差值按照一定的规律（通常为PID）运算，然后经数据采集卡输出控制量，供执行器来控制电机的转速和方向。
单闭环直流调速系统
是 nmax，而对最低速静差率的
要求相同，那么：
率分别为
Dop
nnoms nop(1s)
Dc
l
nnoms nc l(1s)
scl
ncl, no cl
so pnn0oopp
则得 D cl(1K)D op
当 n0opn0c时 l ,则 scl1s oK p
（4）要取得上述三项优势，闭 环系统必须设置放大器。
上述三项优点若要有效，都
（3）当要求的静差率一定 取决于一点，即 K 要足够大，
时，闭环系统可以大大提高 因此必须设置放大器。
调速范围。
结论： 闭环调速系统可以获得比开环调速系统
硬得多的稳态特性，从而在保证一定静差 率的要求下，能够提高调速范围，为此所 需付出的代价是，须增设电压放大器以及 检测与反馈装置。
UdCenUdE
Ra
Ra
当电机起动时，由于存在机械惯性，所以不可能立即转
动起来，即n=0，则其反电动势E=0。这时起动电流为：
它只与电枢电压Ud和Id 电 枢U 电d阻R Ra a有关。由于电枢电阻很 小，所以起动电流是很大的。为了避免起动时的电流冲 击，在电压不可调的场合，可采用电枢串电阻起动，在 电压可调的场合则采用降压起动——在调速系统中如何 处理。
扰动作用与影响
Kp变化
Id变化
电源波动 R
U*n +
∆Un
- Un
Kp Uc
Ks
Ud0 -
+
E
电阻变化 励磁变化
1/Ce
n
闭环调速系统的给定作用和扰动作用 检测误差
Us Ud0 n Un Un Uc Ud0 n
因此，反馈控制系统对前向通道 上的所有扰动都能起抑制作用。
第一讲 单闭环直流调速系统
Id Id
-
-
Un ∆Un
Un n
+
A Uc
GT
UPE Ud d
-
M
-
+ -
+
n
Utg tg
TG
-
图3-2 采用转速负反馈的闭环调速系统
调节原理
在反馈控制的闭环直流调速系统中，与 电动机同轴安装一台测速发电机 TG ，从 而引出与被调量转速成正比的负反馈电压 Un ，与给定电压 U*n 相比较后，得到转速 偏差电压 Un ，经过放大器 A，产生电力 电子变换器UPE的控制电压Uc ，用以控制 电动机转速 n。
第 一 讲
单闭环直流调速控制系统
内容提要
直流调速方法 直流调速电源 单闭环直流调速控制系统
引 言
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。因此， 应该首先很好地掌握直流拖动控制系统。
UPE的组成
图中，UPE是由电力电子器件组成的变 换器，其输入接三组（或单相）交流电源， 输出为可控的直流电压，控制电压为Uc 。
~
u
AC
DC
Ud0 d0
Uc c
UPE的组成（续）
目前，组成UPE的电力电子器件有如 下几种选择方案： 对于中、小容量系统，多采用由IGBT或 P-MOSFET组成的PWM变换器； 对于较大容量的系统，可采用其他电力 电子开关器件，如GTO、IGCT等； 对于特大容量的系统，则常用晶闸管触 发与整流装置。
单闭环直流调速系统
目录一、摘要 (2)二、总体方案设计 (3)1、控制原理2、控制结构图三、参数计算 (5)1、静态参数设计计算2、动态参数设计计算四、稳定性分析 (8)1、基于经典自控理论得分析2、利用MATLAB辅助分析A、利用根轨迹分析B、在频域内分析奈氏曲线：bode图利用单输入单输出仿真工具箱分析用Simulink仿真五、系统校正 (14)1、系统校正的工具2、调节器的选择3、校正环节的设计4、限流装置的选择六、系统验证 (15)1、分析系统的各项指标2、单位阶跃响应3、Simulink仿真系统验证系统运行情况七、心得体会 (20)八、参考文献 (20)一、摘要运动控制课是后续于自动控制原理课的课程，是更加接近本专业实现应用的一门课程。
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。
本设计首先进行总体系统设计，然后确定各个参数，当明确了系统传函之后，再进行稳定性分析，在稳定的基础上，进行整定以达到设计要求。
另外，设计过程中还要以matlab为工具，以求简明直观而方便快捷的设计过程。
二、总体方案设计1、控制原理根据设计要求，所设计的系统应为单闭环直流调速系统，选定转速为反馈量，采用变电压调节方式，实现对直流电机的无极平滑调速。
所以，设计如下的原理图：图1、单闭环直流调速系统原理图转速用与电动机同轴相连的测速电机产生的正比于转速的电压信号反馈到输入端，再与给定值比较，经放大环节产生控制电压，再通过电力电子变换器来调节电机回路电流，达到控制电机转速的目的。
这里，电压放大环节采用集成电路运算放大器实现，主电路用晶闸管可控整流器调节对电机的电源供给。
所以，更具体的原理图如下：图2、单闭环直流调速系统具体原理图2、控制结构图有了原理图之后，把各环节的静态参数用自控原理中的结构图表示，就得到了系统的稳态结构框图。
单闭环直流调速系统
单闭环直流调速系统简介单闭环直流调速系统是一种常见的电气传动系统，广泛应用于工业生产和机械控制领域。
该系统通过调节直流电机的电压和电流来实现对电机转速的精确控制。
本文将介绍单闭环直流调速系统的原理、主要组成部分以及工作原理。
原理单闭环直流调速系统的基本原理是通过调节电机的励磁电流和电压来改变电机的转速。
系统的闭环反馈控制可以实现对电机转速的精确控制。
具体的原理如下：1.转速测量：系统中通过安装转速传感器来测量电机的实时转速，并将测量值反馈给控制器。
2.错误计算：系统将设定的目标转速与实际转速进行比较，计算出误差值。
3.控制信号产生：根据误差值，系统控制器生成相应的调节信号。
4.调节信号传递：调节信号通过控制器输出，传递给电机的调速装置。
5.电机调速：电机的调速装置根据控制信号调整电机的电压和电流，从而实现对电机转速的控制。
组成部分单闭环直流调速系统主要包含以下几个组成部分：1.电机：直流电机是该系统的驱动设备，通过调整电机的电压和电流来实现转速控制。
2.电源：系统需要一个恒定的直流电源供应电机运行，并提供所需的电压和电流。
3.调速装置：调速装置是控制电机电压和电流的关键设备，通过改变输出电压和电流的大小来实现对电机转速的控制。
4.转速传感器：转速传感器用于测量电机的实际转速，并将测量值反馈给控制系统。
5.控制器：控制器是系统的核心部分，负责计算误差值并生成相应的调节信号。
6.显示器：显示器用于实时显示电机的转速和控制参数。
工作原理当系统启动时，电机会按照设定的初始转速开始运行。
转速传感器会实时测量电机的转速，并将测量值传递给控制器。
控制器根据设定的目标转速和实际转速计算出误差值。
控制器通过对误差值进行计算和处理，生成相应的调节信号。
调节信号经过控制器输出，传递给电机的调速装置。
调速装置根据调节信号调整电机的电压和电流，使电机的转速向目标转速靠近。
系统会周期性地重复上述过程，不断进行误差计算和调节信号生成，从而实现对电机转速的精确控制。
晶闸管-直流电动机单闭环调速系统
1.直流调速系统的动态指标对于一个调速系统，电动机要不断地处于启动、制动、反转、调速以及突然加减负载的过渡过程，此时，必须研究相关电机运行的动态指标，如稳定性、快速性、动态误差等。
这对于提高产品质量和劳动生产率，保证系统安全运行是很有意义的。
（1）跟随指标：系统对给定信号的动态响应性能，称为“跟随”性能，一般用最大超调量σ，超调时间t和震荡次数N三个指标来衡量，图s2.1是突加给定作用下的动态响应曲线。
最大超调量反映了系统的动态精度，超调量越小，则说明系统的过渡过程进行得平稳。
不同的调速系统对最大超调量的要求也不同。
一般调速系统σ可允许10%~35%；轧钢机中的初轧机要求小于10%，连轧机则要求小于2%~5%，；而在张力控制的卷曲机反映了系统的快速性。
系统（造纸机），则不允许有超调量。
调整时间ts为0.2s~0.5s，造纸机为0.3s。
振荡次数也反映了系统的例如，连轧机ts稳定性。
例如，磨床等普通机床允许震荡3次，龙门刨及轧机则允许振荡1次，而造纸机不允许有振荡。
图2.1突加给定作用下的动态响应曲线（2）抗扰指标：对扰动量作用时的动态响应性能，称为“抗扰”性能。
一般用最大动态速降Δnmax ，恢复时间tf和振荡次数N三个指标来衡量。
用图2.2是突加负载时的动态响应曲线。
最大动态速降反映了系统抗扰动能力和系统的稳定性。
由于最大动态速降及扰动量的大小是有关的，因此必须同时注明扰动量的大小。
恢复时间反映了系统的抗扰动能力和快速性。
振荡次数N同样代表系统的稳定性及抗扰动能力图2.2突加负载时的动态响应曲线2.晶闸管电动机直流调速系统存在的问题图2.3 V-M系统的运行范围晶闸管整流器也有它的缺点。
首先，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。
由半控整流电路构成的V-M 系统只允许单象限运行（图2.3a），全控整流电路可以实现有源逆变，允许电动机工作在反转制动状态，因而能获得二象限运行（图2.3b）。
单闭环直流调速系统
实验一、单闭环直流调速系统实验（注意：本实验为本学期的考核试验，考核时间为第14~15教学周，第14周为1、2班考核时间，第15周为3、4班考核时间。
考核前学生可以到实验室进行实验复习。
实验室开放时间为：每周一、二、三、四下午。
）二、实验所需设备及仪器三、转速单闭环直流电机调速系统原理及实验系统组成以直流电机转速为反馈信号的单闭环系统叫做转速单闭环直流电机调速系统。
在本实验系统中，用以测量电机转速的装置为测速发电机，该装置可将电动机实际转速转换位于电机转速成正比的电压信号反馈到系统输入端。
反映转速变化的电压信号在与期望转速相关的给定电压比较后，其偏差信号送入速度调节器。
速度调节器对偏差进行控制运算后得到的便是控制晶闸管的移相控制电压U ct，整流桥的触发电路产生的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，进而改变直流电机的转速，从而构成了速度负反馈闭环系统。
其动态结构框图如图1所示。
单闭环直流电机调速实验系统由被控对象、控制器和执行器三部分组成，它们之间的关系如图2所示。
（1）被控对象被控对象就是直流电动机M，它在主回路直流电压的作用下旋转，其转速为系统的被控参数。
测量直流电动机转速的装置为与直流电动机同轴安装的测速发电机TG，TG的输出电压与直流电机转速成正比，该电压通过速度变换电路反馈到控制器的输入端与给定信号相比较。
本系统使用一台带有负载电阻R的发电机来模拟直流电机的负载，改变可变电阻R的大小也就改变了直流电动机M的负载。
为平滑直流电动机的电流，在供电回路中接有300mH的平滑电抗器。
（2）控制器控制器为本实验的主要内容之一，为使系统为无差系统，本系统采用了PI（比例-积分）调节器，依靠其中的积分作用实现了转速的无差调节。
（3）执行器执行器就是三相整流电路及其触发电路部分，它起着将控制器输出电压转换为电动机两端的直流电压的作用。
四、实验内容（1）基本单元测试。
转速单闭环直流调速系统(45页)
3 开环系统机械特性与闭环系统静特性的比较
机械特性比较: n
开环机械特性
闭环静特性
A
B
C
D
A"
U d04 U d03 U d02 U d01
O
Id
1
Id 2
Id3
Id 4
Id
图 4.3.4 闭环系统静特性与开环系统机械特性的关
开环机械特性
n
?
K
pK
s系U
* n
Ce
?
RId Ce
?
n0,op ? ? nop
? 电动机轴上的转矩和转速应服从电力拖动系统的运动方程式 （在忽略粘性摩擦的情况下，即第三章 3.2.1节的转矩平衡方
程式(3.2-4）)：
Te -TL =
GD 2 375
dn dt
(4.3-11)
单闭环调速系统的动态数学模型？
考虑到在额定励磁条件下Te ? C m Id ，e ?C en ，定义下列时间常数:
K ? ? nop ? 1= 275 ? 1=103.6
? nc1
2.63
由 K ? K pK s? /C e ，可以求得放大器的放大系数为
Kp
?
KC e
K s?
?
103.6? 0.2? 30 ? 0.015
46
转速负反馈自动调速系统 静态参数的计算？
转速负反馈自动调速系统静态参数的计算（例题4.2-2 ）
Un ?
图 4.3.8 转速单闭环调速系统的动态结构图（基于假 ? c ? 1/3Ts ）
设
? 转速负反馈单闭环调速系统的传递函数：
K pK s
W
c1 ?s??
n(s) ?
单闭环pwm直流调速系统分析及校正
调速响应速度：系统的调速响应速度决定了系统的性能
调速精度：系统的调速精度决定了系统的性能
系统的动态特性分析
动态特性：系统的响应速度和稳定性
添加标题
响应速度：系统对输入信号的响应速度
添加标题
稳定性：系统在受到干扰后能否保持稳定
添加标题
动态特性分析方法：使用数学模型和仿真软件进行分析
添加标题
驱动电路：设计驱动电路，实现对电机的驱动和控制
添加标题
反馈电路：设计反馈电路，实现对电机转速的实时监测
添加标题
电源电路：设计电源电路，为系统提供稳定的电源供应
添加标题
保护电路：设计保护电路，防止过流、过压等异常情况对系统的损坏
软件实现
软件部署：将软件部署到硬件平台上，实现系统的运行和调速功能
校正效果：提高系统的稳定性和响应速度，降低误差和振荡
校正方法：采用PID控制器进行校正，包括比例、积分、微分三个部分
校正原理：通过调整闭环系统的参数，使系统达到稳定状态
系统的PID校正
PID控制器的设计：根据系统特性选择合适的PID参数
校正方法：采用Ziegler-Nichols方法、Tyreus-Luyben方法等
优化目标：提高系统的稳定性和响应速度
优化方法：采用自适应控制算法，如PID控制、模糊控制等
优化效果：提高系统的动态性能和抗干扰能力
优化参数：根据系统特性和优化目标，调整控制参数，如PID控制器的参数等
优化目标的确定
优化系统的控制参数和算法，提高系统的性能和效率
提高系统的精度和可靠性
降低系统的功耗和发热量
软件测试：对软件进行测试，确保其正确性和稳定性
单闭环直流调速系统的基本工作原理
单闭环直流调速系统的基本工作原理系统的基本原理是根据电机的实际转速和设定转速之间的误差，通过调节电源电压来控制电机的转速，使实际转速与设定转速保持一致。
具体工作过程可以分为以下几个阶段：
1.电源输入：将交流电源转换为直流电源供给电机。
交流电源经过整流电路，将交流电转换为直流电。
2.电流控制：通过变阻器来改变电压，调节电阻的大小，从而控制直流电机的输入电流。
当电阻增大时，电机的输入电流减小，反之亦然。
3.转速检测：通过转速传感器测量电机的实际转速，并将测量值与设定值进行比较，计算出转速的误差。
转速传感器通常是使用光电传感器或霍尔传感器等。
4.控制器：根据转速误差来调节电机输入电压。
控制器可以是模拟控制器或数字控制器，根据系统的要求来选择。
控制器通过与电机控制电路相连，从而控制电机的输出。
5.输出功率：经过调整电源电压后，电机输出的功率与实际负载相匹配。
控制电路会根据设定值和转速误差来调节电机输出的功率，使其尽可能接近设定值。
总结起来，单闭环直流调速系统的基本原理是通过将交流电源转换为直流电源，通过调节电压来控制电机的输入电流，利用转速传感器测量实际转速并与设定值比较，然后通过控制器调节电机的输入电压，使实际转速与设定转速之间的误差尽可能减小。
通过这种方式，可以实现对直流电机的调速控制，适应不同负载要求和工作条件。
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模块一 单闭环直流调速系统
• 项目一 单闭环直流调速系统的概念 和性能指标
• 项目二 转速负反馈有静差直流调速 系统
• 项目二 转速负反馈有静差直流调速 系统
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项目一 单闭环直流调速系统的 概念和性能指标
• 任务一 直流调速系统的基本概念
• 直流电动机调速系统在电力拖动调速系统中占据很重 要 的 地 位 ， 由 于 直 流 电 动 机 具 有 良好 的 运 行 和 控 制 特 性，并且直流调速系统的理论和实践都很成熟，因此 在 许 多 工 业 领 域 得 到广 泛 的 应 用 ， 如 挖 掘 、 轧 钢 、 造 纸、纺织等诸多领域。
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项目一 单闭环直流调速系统的 概念和性能指标
• ２. 抗 扰 性 能 指 标 • 当控制系统在稳定运行过程中受到电动机负载变化、
电 网 电 压 波 动 等 干 扰 因 素 的 影 响时 ， 会 引 起 输 出 量 的 变 化，经历一段动态过程后，系统总能达到新的稳态。 这 一 恢 复 过 程 就是 系 统 的 抗 扰 过 程 。 一 般 以 系 统 稳 定 运 行 中 突 加 负 载 的 阶 跃 扰 动 后 的 过 渡 过 程 作 为 典 型 的 抗扰 过 程 ， 如 图 １ －４ 所 示 。 • （ １） 动 态 降 落 Δｎ ｍａｘ ％。 系 统 稳 定 运 行 时 ， 突 加 一 个 扰 动 量 后 引 起 的 最 大 转 速 降 落 Δｎ ｍａｘ称 为 动 态 降 落 ， 用 输 出 量 的 原 稳 态 值 ｎ∞１的 百 分 数 来 表 示 。 当 输 出 量 在 动 态 降 落 后 又 恢 复 到新 的 稳 态 值 ｎ∞２时 ， 偏 差 （ ｎ • ∞１－ ｎ∞２） 表 示 系 统 在 该 扰 动 作 用 下 的 稳 态 降 落 ， 一 般 动 态 降 落都 大 于 稳 态 降 落 。
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项目二转速负反馈有静差直流调速系统
• ３. 抗 扰 作 用 • 当给定电压不变时，引起转速变化的所有因素称为扰
动 。 前 面 只 讨 论 了 负 载 变 化 的 转 速降 落 一 种 扰 动 的 情 况，事实上电网电压波动、电动机励磁变化、放大器 放 大 系 数 漂 移 等 因 素都 会 引 起 转 速 变 化 ， 但 系 统 都 能 有 效抑制。 • ４. 对 于 给 定 电 源 和 检 测 装 置 中 的 扰 动 反 馈 控 制 系 统 是 无法抑制的 • 由于被调量转速紧跟给定电压变化，当给定电源发生 不 应 有 的 波 动 时 ， 转 速 也 随 之 变化 。 反 馈 控 制 系 统 无 法 识别是正常的调节信号还是波动，因此高精度的调速 系 统 需 要 高 精 度的 给 定 电 源 。
• ３. Ｄ、 ｓ 和 Δｎ ｎ 之 间 的 关 系 • 在调压调速系统中，电动机的最高转速即为额定转速，
静 差 率 为 系 统 工 作 在 最 低 转 速 时的 静 差 率 ， 那 么 最 低 转 速为
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项目一 单闭环直流调速系统的 概念和性能指标
• 二、动态性能指标 • 由于பைடு நூலகம்际系统存在电磁和机械惯性，因此转速的调节
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项目一 单闭环直流调速系统的 概念和性能指标
• 任务二 直流调速系统的调速性能指 标
• 不同的生产机械，因生产工艺不同，对控制系统的调 速 性 能 指 标 要 求 也 不 相 同 。 归 纳 起来 主 要 有 以 下 ３ 个 方 面。
• （ １） 调 速 。 电 动 机 在 某 一 负 载 下 运 行 ， 它 的 转 速 能 在 最 高 转 速 和 最 低 转 速 之 间 有 级 或无 级 调 节 。
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项目二转速负反馈有静差直流调速系统
• 任务一 单闭环转速负反馈调速系统 的组成及静特性
• 案例：某一铣床采用直流电动机拖动，电动机的额定 转 速 ｎ ｎ ＝９００ｒ／ ｍｉｎ， 要 求 最 低 转 速ｎ ｍｉｎ ＝９００ ｒ／ ｍｉｎ， 由 开 环 系 统 决 定 的 转 速 降 落 Δｎ ｎ ＝８０ｒ／ ｍｉｎ。 现 要 求 静 差 率 ｓ≤０. １。
• 为定量分析单闭环调速系统的动态性能，必须建立系 统 的 动 态 数 学 模 型 。 一 般 方 法 是 ：列 出 系 统 各 个 环 节 的 微分方程；进行拉普拉斯变换；得到系统各个环节的 传 递 函 数 ； 画 出 系统 的 动 态 结 构 图 ； 求 出 系 统 的 传 递 函 数。
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项目二转速负反馈有静差直流调速系统
• １. 直 流 电 动 机 的 数 学 模 型 • 直流电动机电枢回路的电压平衡方程式为
• 对 式 （ １ －１１） 进 行 拉 普 拉 斯 变 换 得 • 整 理 式 （ １ －１２） 得 电 压 与 电 流 之 间 的 传 递 函 数 为
• 直流电动机转速表达式为
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项目一 单闭环直流调速系统的 概念和性能指标
• ３ 种 调 速 方 法 的 机 械 特 性 如 图 １ －１ 所 示 。 • 如 图 １ －１ （ ａ） 所 示 ， 当 励 磁 磁 通 Φ 和 电 枢 电 阻 Ｒ ａ
一 定 时 ， 改 变 电 枢 端 电 压 Ｕ ｄ 可 以 得到 一 组 平 行 变 化 的 机械特性曲线。由于受电动机绝缘性能的影响，电枢 电 压 只 能 向 小 于 额 定电 压 的 方 向 变 化 ， 所 以 这 种 调 速 方 式只能在电动机额定转速以下调速，最低转速取决于 电 动机 低 速 时 的 稳 定 性 。 这 种 方 法 调 速 范 围 宽 、 机 械 特 性 硬 、 动 态 性 能 好 ， 当 连 续 改 变 电 动 机 的电 枢 电 压 时 ， 能实现无级平滑调速。因此，调压调速是目前主要的 调速方式。
• 任务二 闭环反馈的控制规律
• 转速闭环调速系统是一种基本的反馈控制系统，它有 ４ 个 基 本 特 征 ， 也 是 反 馈 控 制 的 基本 规 律 。
• １. 有 静 差 • 具有比例放大器的反馈闭环控制系统是有静差的。从
前 面 对 静 特 性 的 分 析 可 以 看 出 ， 闭环 控 制 系 统 的 静 特 性 指标与它的开环放大系数Ｋ有很大关系；Ｋ越大，静 特性越硬。 • ２. 被 调 量 紧 紧 跟 随 给 定 量 变 化 • 给定信号如果有细微的变化，被调量会立即随之变化。 在 反 馈 调 速 系 统 中 ， 只 要 给 定 电压 Ｕ *ｎ 发 生 改 变 ， 转 速就随之变化。
• （ ２） 稳 速 。 电 动 机 在 某 一 速 度 下 运 行 时 不 因 外 界 干 扰 （ 负 载 变 化 、 电 网 电 压 波 动 ） 而引 起 转 速 发 生 过 大 的 波 动，使速度保持一定的精度。
• （ ３） 加 、 减 速 控 制 。 要 求 电 动 机 的 起 动 、 制 动 过 程 尽 可 能 平 稳 ， 并 尽 量 缩 短 起 动 、 制动 时 间 ， 以 提 高 生 产 效 率。
• 依 据 图 １ －５ 所 示 的 调 速 系 统 的 原 理 框 图 ， 假 设 系 统 各 个 物 理 量 之 间 存 在 线 性 关 系 ， 依照 自 动 控 制 理 论 ， 将 其 转 换 成 系 统 的 稳 态 结 构 ， 如 图 １ －６ 所 示 。
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项目二转速负反馈有静差直流调速系统
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项目一 单闭环直流调速系统的 概念和性能指标
• （ ２） 超 调 量 σ。 在 阶 跃 响 应 过 程 中 输 出 量 超 出 稳 态 值 的 最 大 偏 差 与 稳 态 值 之 比 ， 用 百分 数 表 示 ， 即
• （ ３） 调 节 时 间 ｔ ｓ 。 在 阶 跃 响 应 过 程 中 ， 输 出 量 衰 减 到 与 稳 态 值 之 差 进 入 ±５％或 ±２％的允 许 误 差 范 围 之 内 所需要的最小时间，称为调节时间，又称为过渡过程 时 间 。 它 能 衡 量 系 统整 个 调 节 过 程 的 快 慢 ， 调 节 时 间 ｔ ｓ越短，系统响应的快速性越好。
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项目一 单闭环直流调速系统的 概念和性能指标
• （ ２） 恢 复 时 间 ｔ ｆ 。 从 阶 跃 扰 动 作 用 开 始 ， 到 输 出 量 进 入 新 稳 态 值 ｎ∞２的 ±５％ 或 ±２％ 所需 要 的 时 间 。 恢 复时间越短，系统的抗扰能力越强。
• （ ３） 振 荡 次 数 。 振 荡 次 数 为 在 恢 复 时 间 内 被 调 量 在 稳 态 值 上 下 摆 动 的 次 数 ， 它 代 表 系统 的 稳 定 性 和 抗 扰 能 力 的强弱。
会 有 一 个 动 态 响 应 的 过 程 。 这 一 动态 过 程 的 指 标 分 为 两 大类，即跟随性能指标和抗扰性能指标。 • １. 跟 随 性 能 指 标 • 当给定信号变化方式不同时，输出响应也不一样。交 直 流 调 速 系 统 的 跟 随 性 能 指 标 一 般用 零 初 始 条 件 下 ， 系 统对阶跃输入信号的输出响应过程来表示。阶跃输入 时 的 典 型 跟 随 过 程如 图 １ －３ 所 示 。 • （ １） 上 升 时 间 ｔ ｒ 。 在 阶 跃 响 应 过 程 中 ， 输 出 量 从 零 开 始 ， 第 一 次 上 升 到 稳 态 值 ｎ ∞ 所 经历 的 时 间 ， 称 为 上 升时间。它反映了系统动态响应的快速性。
加 至 额 定 负 载 时 ， 对 应 的 转 速 降 落Δｎｎ 与 理 想 空 载 转 速 ｎ０之比，用ｓ表示，即