直流调速系统的数字控制
直流电动机调速系统
直流电动机调速系统的能耗分析
能效比
直流电动机的能效比通常较高，可以在较高的效率下运行，减少 能源浪费。
功率因数
直流电动机的功率因数较高，可以减少无功损耗，提高电网效率。
热效率
直流电动机的热效率也较高，可以在长时间运行下保持稳定的性 能。
直流电动机调速系统的稳定性分析
抗干扰能力
直流电动机的调速系统通常具有较强的抗干扰能力，可以在复杂 的工作环境下稳定运行。
直流电动机调速系统的调速性能
调速范围
直流电动机的调速范围通常较大，可以在较 宽的转速范围内实现平滑调节，满足不同工 况下的需求。
调速精度
直流电动机的调速精度较高，可以通过精确的控制 算法实现转速的精确控制，提高生产过程的稳定性 和产品质量。
动态响应
直流电动机的动态响应较快，可以在短时间 内达到稳定转速，满足动态负载变化的需求 。
输标02入题
调压调速是通过改变电枢电压来控制电动机的转速， 具有调节方便、平滑性好等优点，但调速过程中能量 损失较大。
01
03
串级调速是通过改变转子回路的电阻来控制电动机的 转速，具有调节方便、能量损失较小等优点，但调节
范围较小且对电机结构有特殊要求。
04
调磁调速是通过改变励磁电流来控制电动机的转速， 具有调节方便、能量损失较小等优点，但调节范围较 小。
系统调试
在系统集成完成后，进行全面的 调试，确保各部分工作正常，满 足设计要求。
性能测试
对系统的性能进行测试，包括调 速范围、动态响应、稳态精度等 指标，确保系统性能达标。
优化改进
根据测试结果和实际应用情况， 对系统进行必要的优化和改进， 提高系统的稳定性和可靠性。
04
数字PWM直流调速系统
目录1 概述 (1)1.1 引言 (1)1.2 PWM直流调速系统的特点 (1)2 设计思路 (3)2.1 系统设计方案 (3)2.2 调节器设计方案 (4)3 调节器的设计及参数计算 (5)3.1 电流调节器的设计 (5)3.1.1 确定时间常数 (5)3.1.2 选择电流调节器结构 (5)3.1.3 计算电流调节器参数 (6)3.1.4 电流调节器的实现 (6)3.1.5 检验近似条件 (7)3.2 转速调节器的设计 (8)3.2.1 确定时间常数 (8)3.2.2 选择转速调节器结构 (8)3.2.3 计算转速调节器参数 (9)3.2.4 转速调节器的实现 (9)3.2.5 检验近似条件 (10)4 PWM控制器电路 (11)5 数字转换电路设计 (13)6 系统软件设计流程图 (15)总结 (15)参考文献 (18)1 概述1.1 引言随着现代化步伐的加快，人民生活水平的提高，对自动化的需求也越来越高。
直流电动机因其具有调节转速比较灵活、方法简单、易于大范围内平滑调速、控制性能好等特点，应用领域越来越大，这就对电动机的控制提出了极高的要求。
应用于直流电机的调速方式很多，其中以PWM脉宽调制调速方式应用最为广泛，而PWM脉宽调制中，H型PWM脉宽调制的性能尤为突出。
数字直流调速装置，它不仅能成功地做到从给定信号、调节器参数设定、直到触发脉冲的数字化，使用通用硬件平台附加软件程序控制一定范围功率和电流大小的直流电机，而且同一台控制器甚至可以仅通过参数设定和使用不同的软件版本对不同类型的被控对象进行控制，强大的通讯功能使它能够和 PLC 等各种器件通讯组成整个工业控制过程系统，具有操作简便、抗干扰能力强等特点。
其方便灵活的调试方法、完善的保护功能、长期工作的高可靠性和整个控制器体积小型化，弥补了模拟直流调速控制系统的保护功能不够完善、调试不方便、体积大等不足。
另外数字控制系统具有查找故障迅速、调速精度高、维护简单等优势，使其具备了极其广阔的应用前景。
《电力拖动自动控制系统》答案
1-1为什么PWM-电动机系统比晶闸管----电动机系统能够获得更好的动态性能？答：PWM —电动机系统在很多方面有较大的优越性：（1） 主电路线路简单，需用的功率器件少。
（2） 开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。
（3） 低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达 1：10000 左右。
（4） 若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强。
（5） 功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高。
（6） 直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。
PWM 开关频率高，响应速度快，电流容易连续，系统频带宽，动态 响应快，动态抗扰能力强。
1-2试分析有制动通路的不可逆PWM 变换器进行制动时，两个VT 是如何工作的？答：制动时，由于1g U 的脉冲变窄而导致d i 反向时，U g2 变正，于是VT 2导通， VT 2导通，VT 1关断。
1-3调速范围和静差率的定义是什么？调速范围，静态速降和最小静差之间有什么关系？为什么脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了？答：生产机械要求电动机提供的最高转速 max n 和最低转速min n 之比叫做调速范围，用字母D 表示，即：minmaxn n D =负载由理想空载增加到额定值时，所对应的转速降落N n ∆ 与理想空载转速min 0n 之比，称为系统的静差率S,即：m in0n n s N∆=调速范围，静差速降和最小静差之间的关系为：)1(s n sn D N N -∆=由于在一定的N n 下，D 越大，m in n 越小N n ∆ 又一定，则S 变大。
所以，如果不考虑D ，则S 的调节也就会容易，1-4．某一调速系统，测得的最高转速特性为m in /1500max 0r n =，最低转速特性为m in /150min 0r n =，带额定负载的速度降落m in /15r n N =∆，且不同转速下额定速降N n ∆不变，试问系统能够达到的调速范围有多大？系统允许的静差率是多大？ 解1115150151500min 0max 0min max =--=∆-∆-==N N n n n n n n D %1015015min 0==∆=n n s1-5闭环调速系统的调速范围是1500----150r/min ，要求系统的静差 S<=2%,那末系统允许的静态速降是多少？如果开环系统的静态速降是100r/min 则闭环系统的开环放大倍数应有多大？ 1，min /06.3%)21(10%21500)1(101501500min max r S D S n n n n D N =-⨯≤-=∆===则2，7.31106.31001=-≥+=∆∆K K n n clop 则1-6某闭环调速系统的开环放大倍数为15时，额定负载下电动机的速降为8 r/min ，如果将开环放大倍数他提高到30，它的速降为多少？在同样静差率要求下，调速范围可以扩大多少倍？min /4813011511/1/11;;30;151********21121r n K K n n n K K n n K n K K K cl cl cl cl cl cl ≈⨯++=∆++=∆∆∆=++∆∆→∆→==）（）成反比，则（与开环放大倍数加同样负载扰动的条件下同样静差率的条件下调速范围与开环放大倍数加1成正比94.111513011/1/112122121≈++=++==++K K D D D D K K cl cl cl cl ）（）（ 1-7某调速系统的调速范围D=20，额定转速min /1500r n =，开环转速降落min /240r n Nop =∆，若要求静差率由10%减少到5%则系统的开环增益将如何变化？ 解：原系统在调速范围D=20，最小转速为：min /75201500max min r D n n ===，原系统在范围D=20，静差率为10%时，开环增益为：8.27133.82401min /5.31111=-=-∆∆=→=+∆=∆clNop Nop cl n n K r K n n 静差率10%时原系统的开环增益为：76.598.2776.59%522增加到将从所以系统的开环增益时，同理可得当K K s ==1-8转速单环调速系统有那些特点？改变给定电压能否改变电动机的转速？为什么？如果给定电压不变，调节测速反馈电压的分压比是否能够改变转速？为什么？如果测速发电机的励磁发生了变化，系统有无克服这种干扰的能力？ 答：1）闭环调速系统可以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。
590G系列直流数字式调速器说明书
航空航天环境控制 机电 过滤流体与气体处理 液压 气动过程控制 密封与屏蔽直流驱动器 产品样本-590G590G系列直流数字式调速器简介590系列调速器由相关的控制元件组成，用合适的外壳封装后提供给用户。
该装置输入标准的三相交流电，范围在110V到500V之间。
适用于控制他励直流电机或者永磁直流电机，为电枢和励磁绕组提供可调节的直流电压和电流。
该装置设计有安装孔，适用于简单和经济型的盘柜安装，插拔式连接件方便元件的安装和移除。
控制回路与电源回路完全隔离，这样简化了系统内控制器之间的连接，提高了操作者的安全性。
电路可自动调整来适应电网频率在45-65Hz之间变化，它对来自电网的干扰有很强的免疫力。
控制和通讯590G调速器由一个32位微处理器控制，提供以下先进性能：•复杂的控制算法简单的模拟电路无法实现•软件可配置的控制回路建立在标准的软件模块基础上•串口通讯连接其他驱动或电脑，用于更先进的系统技术指标功率配置590G四象限可逆；2个全控三相晶闸管桥591G两象限非可逆；1个全控三相晶闸管桥晶闸管控制可变磁场供电电枢电流额定值（（Adc）电枢电流额定值35A过载能力150% 30秒；200% 10秒电枢电压电枢电压----Vac×1.2交流电源电压（（Vac）50/60Hz交流电源电压110到500V交流—标准产品励磁电流10A励磁电压电枢---Vac×0.9环境0—45℃温度升高1℃，降容1%有效海拔500米以上，每升高200米，降容1%，最高到5000米，500米以下，正常使用。
保护措施• 高能MOV’s • 过流(瞬间)• 过流(反时限) • 励磁故障• 速度反馈故障• 电机过温• 晶闸管散热块过温故障(强迫风冷装置) • 晶闸管"触发" 故障• 晶闸管缓冲网络 • 零速检测• 停滞逻辑• 堵转保护输入/输出模拟输入（5路12bit带符号输入，带有短路过压保护）1路电流给定（-10V--- +10V）4路可自定义模拟输出（3路10bit输出，带有过压保护）1路电枢电流输出（-10V--- +10V或0V-10V）2路可自定义数字输入（9路输入—最大24V，15mA）1路可编程停车1路惯性停车1路使能信号1路开始/运行5路可自定义数字输出（3路输出—24V（最大30V）100mA，带短路保护）3路可自定义参考电源0-- +10VDC0-- -10VDC0—24VDC速度反馈类型：：速度反馈类型电枢电压反馈—标配直流测速发电机反馈编码器反馈类型：：通讯通讯类型类型RS485/RS422Profibus-DP机械安装选件卡件卡：：共两种速度反馈卡，直流测速发电机反馈卡订货号为：AH500935U001编码器反馈卡订货号为：AH387775U001共两种通讯选项卡，RS485/RS422通讯卡订货号为： AH385826U001Profibus-DP 卡的订货号为： AH467328U001额定电流（A ） 型号型号整体尺寸整体尺寸固定中心固定中心 AB C D E1E1 3535590G/591G 590G/591G250415180200400尺寸单位为毫米交流进线电抗器安装尺寸滤波器外部交流电源（RFI ）滤波器交流电源滤波器和电抗器部件型号，符合EN55011 Class A 的要求。
基于MATLAB的数字PID直流电机调速系统
基于MATLAB的数字PID直流电机调速系统本文主要研究基于MATLAB的数字PID直流电机调速系统。
直流电机是工业生产中常用的电机，其调速系统对于保证生产效率和质量至关重要。
因此，研究直流电机调速系统的控制方法和参数设计具有重要意义。
本文将首先介绍直流电机的数学模型和调速系统的工作原理，然后探讨常规PID控制器的设计方法和参数控制原理，最后通过MATLAB仿真实验来研究数字PID控制器的设计和应用。
2 直流电机调速系统的数学模型直流电机是一种常见的电动机，其数学模型可以用电路方程和动力学方程来描述。
电路方程描述了电机的电气特性，动力学方程描述了电机的机械特性。
通过这两个方程可以得到直流电机的数学模型，为后续的控制器设计提供基础。
3 直流电机调速系统的工作原理直流电机调速系统是通过控制电机的电压和电流来改变电机的转速。
其中，电压和电流的控制可以通过PWM技术实现。
此外，还可以通过变换电机的电极连接方式来改变电机的转速。
直流电机调速系统的工作原理是控制电机的电压和电流，从而控制电机的转速。
4 常规PID控制器的设计方法和参数控制原理常规PID控制器是一种常见的控制器，其控制原理是通过比较实际输出值和期望输出值来调整控制器的参数，从而实现控制目标。
常规PID控制器的参数包括比例系数、积分系数和微分系数，这些参数的选取对于控制器的性能有重要影响。
常规PID控制器的设计方法是通过试错法和经验公式来确定参数值。
5 数字PID控制器的设计和应用数字PID控制器是一种数字化的PID控制器，其优点是精度高、可靠性强、适应性好。
数字PID控制器的设计方法是通过MATLAB仿真实验来确定控制器的参数值。
数字PID控制器在直流电机调速系统中的应用可以提高系统的控制精度和稳定性。
6 结论本文主要研究了基于MATLAB的数字PID直流电机调速系统，介绍了直流电机的数学模型和调速系统的工作原理，探讨了常规PID控制器的设计方法和参数控制原理，最后研究了数字PID控制器的设计和应用。
全数字直流调速系统的单片机控制
Ｖｏ ． ８ １２ Ｎｏ １ ．２
Ｄｅ ． ０ ｃ２Ｏ ７
全数字直流调速 系统 的单片机控 制
李旭超 ， 刘宇安 ， 彭宣戈
（ 井冈山大学信息科 学与传媒学院， 江西 吉安 ３ ３ ０ ） ４ ０ ９
【 摘要】 介绍 了一种 以 ＭＳ ４ ０系列单片机为核心的全数字直流调速系统。 Ｐ３ 首先分析了直流调速 系统的原理， 然后
的２ ７条 指令 ； 富的 片上 外 围模 块 ， 丰 内置 １ ２位 Ａ ／
得 的转速反 馈信 号送 入 ＭＣ 转 速给定 信 号经 Ａ Ｄ Ｕ。 ／
转换 器 ， 入 Ｍ Ｕ。 送 Ｃ 同时通过 网络和系 统总线 ， 直流
Ｄ转换 器 ， 可实现 同步 、异 步 的 串行 通 信接 口 ， ２个 硬 件 乘 法器 ， 频 率可 达 ８ ｚ的时 钟模 块 ， ２组 ＭＨ ２个 带 有 捕 获／ Ｌ 的 １ 定 时器 ， 门狗 电 路 ， 有 Ｌ较 ６位 看 具 并行输入输 出、 可设 置 方 向 和 中断 的并 行 口； 能适
是采用 Ｍ Ｐ ３ Ｓ ４ ０单 片机 实现 的控 制部 分 ，它 包括 数 字触发 器 ， 数字 电流 调节器 Ａ Ｒ和数 字转速 调节 器 Ｃ Ａ Ｒ。其 中反馈 回路 包括 ： Ｓ 由电流互 感器 Ｃ Ｔ得 到 的 反馈 电流经 Ａ Ｄ转 换 器送 入 Ｍ Ｕ， 由光 电码 盘 测 ／ Ｃ
维普资讯
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ第２ ８卷 第 ｌ ２期 ２０ ０ ７年 ｌ ２月
井 冈 山 学 院学 报 （ 自然 科 学 ） Ｊｕ ａ ｏ ｉｇａｇｈｎ Ｕｎ ｅｓ ｙ ａｕａ Ｓｉｎｅ） ｏｒ ｌ ｆＪｎｇｎ ｓａ ｉ ｒｔ（ ｔｒｌ ｃ ｃｓ ｎ ｖ ｉＮ ｅ
２ 直 流调 速 系统 的硬 件 设计
直流调速器简单参数设置
直流调速器简单参数设置Modified by JACK on the afternoon of December 26, 2020装置调试大纲6RA70 直流装置简要调试步骤一. 送电前检查装置和电机1、辅助电源系统送电检查2、接地线和辅助电源零线检查3、电机绝缘检查和编码器安装检查4、电机电枢绕组和励磁绕组对地绝缘和电阻检查5、检查装置风机和柜顶风机电源和转向6、检查电机风机电源和转向7、装置电源和控制电源检查8、编码器电源和信号线检查二. 基本参数设定(计算机或PMU 单元完成)1、系统回复出厂设置：合上装置控制电源和操作控制电源，用PMU 执行功能P051= 212、负载周期参数设定：P067=1-5 选择负载过负荷周期，见手册，通常默认也可3、进线电压设定= 630V 主回路进线交流电压,作为判断电压故障的基准值= 380V，励磁进线电压作为欠压或过压的判断门槛电压，相关参数见P351，P352，P361-P364.（根据实际情况）。
4、电机基本参数参数设定：P100(F)= 额定电动机电枢电流(A)P101(F)=额定电动机电枢电压(V)P102(F)= 额定电动机励磁电流(A)P103(F)=最小电机励磁电流(A),必须小于P102 的50%.在弱磁调速场合,一般设定到防止失磁的数值（根据实际情况）5、实际速度检测参数设定P083(F)=实际速度反馈选择当P083=2 (脉冲编码器) 时，100%速度为P143 参数值P083=3 (EMF反馈) 时，100%速度为P115 参数值所对应的速度P140=0 或1，脉冲编码器类型选择。
电枢反馈P083=3 时，令其为零；编码器反馈时P083=2，令其为“1”。
P141=1024 ，脉冲编码器每转脉冲数P142=1，编码器15V 电源供电P143(F)= 编码器反馈时最高的运行速度(转/分钟)P148(F)=1，使能编码器监视有效(F048 故障有效)6 、励磁功能参数设定P081=0 恒磁运行方式 (弱磁优化前设置值)P081=1 弱磁运行方式(进行弱磁优化时设置，优化后设置为1)P082=2 励磁运行模式，达到运行状态>07 后，经过P258 的延时，输出经济励磁电流P257. P257(F)= 0 (%P102) 停机励磁（详见参数表）7 、斜坡函数发生器相关参数设定（可以在优化后设定）(F)= 10 S（加速时间），根据实际情况(F)= 10S（减速时间），根据实际情况(F)= （上升圆弧时间），根据实际情况(F) = （下降圆弧时间），根据实际情况三. 检查主电机励磁令P082=2，合励磁进线电源，改变P257=5%，30%，50%，100%，观察励磁表指示情况。
数字式直流调速装置6RA70实验
实验七数字式直流调速装置6RA70实验一、实验目的1.掌握直流全数字调速装置参数设定和系统组态方法2.掌握直流调速系统的构成和运行原理二、实验内容1.直流全数字调速装置（6RA70）的接线和参数设置2.直流调速系统的速度控制3.动态参数设定三、实验模板和仪器1.电压给定板B96072.数字量给定板B96083.接触器板B96014.直流调速装置EFA T-DCOOO4 装置板EFA T-DC0004I 主回路接口板EFA T-DC0004II 调节回路接口板5.直流电动机机组6.万用表7.专用电缆线（J1、J2、J3、YD1、YD2）四、设备额定参数1.6RA70全数字型直流调速装置电枢：输入3AC 400V 50/60HZ 13A输出DC +-420V 15A磁场：输入2AC 400V 50/60HZ 3A输出DC 325V 3A2.直流电动机电枢电压220V 电枢电流1.6A磁场电流0.11A转速2000r/m3.测速发电机转速2000r/m时10V五、实验线路图7-1 数字式直流调速装置(6RA70)实验接线图六、实验步骤1.接线按图示线路接线，QS1选用主控板上三相电源开关，QS2选用主控面板上单相电源开关。
将RW1电位器旋转至中间位，使其在通电后的输出电压为零，置SB14~SB17为断开状态。
2.参数设定合上QS1空气开关，接通三相电源，装置面板上显示运行状态07.0进到参数化状态置P051=21 恢复工厂设置P051=40 受权给使用人员的参数设置权P052=3 显示所有参数(1)输入电动机参数P100.001=1.6A电枢电流额定值P101.001=220V 电枢电压额定值P102.001=0.11A磁场电流额定值P114.001=10 S 电机热时间常数(2)调整整流器额定电流P076.001=20% 使整流器电枢额定直流与电动机相匹配,即15A×20%=3AP076.002=10% 使整流器励磁额定直流电流与电动机相匹配,即3A×10%=0.3A(3)调整实际整流器供电电压P078.001=380V 电枢回路实际供电电压P078.002=380V 磁场回路实际供电电压(4)模拟测速机反馈P083=1 测速机反馈P741=10V 最高转速时的测速机电压P200=10 反馈斜波时间常数10ms(5)磁场控制P082=2 弱磁，在达到运行状态07或更高状态时，经P257参数设定的时间延迟后，自动减至由P257设定的励磁电流P257=20% 减为原来电流的20%P258=2S 2S后自动减弱(6)电流、转矩限幅P171=100% 转矩方向I的电流限幅P172=100% 转矩方向II的电流限幅P180=100% 转矩方向I的转矩限幅P181=100% 转矩方向II的转矩限幅(7)斜坡函数发生器P303=5S 加速时间P304=5S 减速时间P305=1S 初始圆弧P306=1S 最终圆弧(8)定义点动运行方式P435.03=10 选择36号端的SB14闭合时为点动运行（开关量连接器B0010为端子6的状态）P436.03=5 定义点动运行速度为50%的额定转速(连接器KOO5连接的信号为50%)(9)模拟量（输出口）信号监视P750=190 选择模拟量输出端子14/15，显示斜坡函数发生器的输出信号P751=2 接入带符号的信号（反向）或=0 接入带符号的信号（不反向）P752=1ms 信号滤波时间为1msP753=10 输出规格化（-10V-+10V）P754=0 偏置为0(10)开关量（输出口）信号监视P770.001=0 端子46的开关量输出不反号P771=12 监视36号端子的状态（开关量信号B0012为端子36的状态）3.最优化运行合上QS2空气开关，(1)设置P051=25（电枢和励磁的预控制和电流调节器的优化运行）按下P键，驱动装置运行状态在07.0，按下SB15，KM合闸，驱动装置状态显示1.1。
全数字控制的桥式可逆直流脉宽调速系统设计 [附图+中英文翻译]
![全数字控制的桥式可逆直流脉宽调速系统设计 [附图+中英文翻译]](https://img.taocdn.com/s3/m/8a2bccc6aa00b52acfc7cae3.png)
XXXXXXXX大学本科生毕业设计姓名：XXX 学号：XXXX学院：信息与电气工程学院专业：电气工程与自动化设计题目：全数字控制的桥式可逆直流脉宽调速系统设计专题：指导教师：XXXX 职称：XXXXXXXX年6月XXXXXXXX大学毕业设计任务书学院信息与电气工程学院专业年级电气02—3 学生姓名曹言敬任务下达日期：XXXX年2月20日毕业设计日期：XXXX 年 2 月20日至XXXX 年6月20日毕业设计题目：全数字控制的桥式可逆直流脉宽调速系统设计毕业设计专题题目：毕业设计主要内容和要求：1、直流电机的参数为15KW，电枢电压440V，电枢电流39.5A，励磁电压90V，励磁电流7A，转速为1510转/分。
2、制定主电路方案并进行选型设计计算。
3、用PROTEL设计全数字控制系统的电路原理图及PCB图。
4、编制控制软件。
5、基于MATLAB对桥式可逆直流脉宽调速系统进行仿真研究。
6、翻译与论文相关的电气自动化方面专业外文资料约5000字。
7、用OFFICE—WORD打印论文。
院长签字：指导教师签字：XXXXXXXX大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：指导教师签字：年月日XXXXXXXX大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及创新点；⑤写作的规范程度；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：评阅教师签字：年月日XXXXXXXX大学毕业设计答辩及综合成绩摘要直流脉宽调速系统，是采用脉冲宽度调制的高频开关控制方式，形成的脉宽调制变换器——直流电动机调速系统，简称直流PWM调速系统。
直流调速系统
（三）控制装置系统
4. 电气传动控制系统直流连续速度调节： （1）单环控制线路。 （2）双环控制线路。 5. 电气传动控制系统交流调速常用线路： （1）电压/频率比控制。 （2）转差频率控制。 （3）矢量控制。 （4）直接转矩控制。
直流电气传动的发展概况：
1.最早的直流调速系统采用接点控制，通过开关设备切换直 流电动机电枢或磁场回路电阻实现有极调速 优点：方法简单易行 缺点：不能得到较宽的调速范围和平滑的调速特性 目前已经极少采用 2.1930年以后出现电机放大器控制的旋转交流机组供电给直 流机组（由交流电动机M和直流发电机G构成，简称G-M 系统） 缺点：需要两台与调速电动机容量相当的旋转电机和一些 辅助励磁设备，设备庞大、占地面积大、投资高、维修工 作量大。
（三）控制装置系统
2. 电气传动控制系统按工作原理分： （1） 逻辑控制：通过电气控制装置控制电动机起动，停止，正 反转或有级变速，控制信号来自主令电器或可编程序控制器。 （2） 连续速度调节：与机组或电力电子交流装置配合使用，连 续改变电动机转速。这类系统按控制原则分开环控制，闭环控制 及负荷控制三类。 3. 电气传动控制系统按控制信号的处理方法分： （1）模拟控制。 （2）数字控制。 （3）模拟/数字混合控制。
直流调速系统
直流调速系统的基本概念 单闭环转速负反馈有静差直流调速系统 其它反馈形式在调速系统中的应用 转速负反馈无静差直流调速系统 转速电流双闭环调速系统
可逆调速系统
直流脉宽调速系统
1-1 直流调速系统的基本概念
一、直流调速主要的调速方法
1、直流他励电动机供电原理图
Id
图1-1直流他 励电动机供电 原理图
电枢电动势； R为电枢回路总电阻，n 转速，单位 r/min；Φ为励磁磁通；Ke为电动机结构决定的电动 势系数。
电力拖动试题及答案
1.脉宽调制p5答:利用电力电子开关的导通与关断，将直流电压变成连续可变的电压，并通过控制脉冲宽度或周期达到变压变频的目的(三种方式)。
2. 直流蓄电池供电的电流可反向的两象限直流斩波调速系统,已知:电源电压Us=300V,斩波器占空比为30%,电动机反电动势E=100V,在电机侧看,回路的总电阻R=1Ω。
问蓄电池的电流Id是多少?是放电电流还是充电电流? 图见P103答:因斩波电路输出电压u0的平均值: U0=ρ×Us=30%×300=90 V < EaId=( U0- E)/ R=(90-100)/1=-10A是充电电流,电动机工作在第Ⅱ象限的回馈制动状态, 直流蓄电池吸收能量。
3. PWM调速系统的开关频率答: 电力晶体管的开关频率越高，开关动态损耗越大；但开关频率提高，使电枢电流的脉动减小，也容易使电流连续，提高了调速的低速运行平稳性，使电动机附加损耗减小；从PWM变换器传输效率最高的角度出发，开关频率应有一个最佳值；当开关频率比调速系统的最高工作频率高出10倍左右时，对系统的动态特性的影响可以忽略不计。
4静差率s与空载转速n0的关系p11答：静差率s与空载转速n0成反比，n0下降，s上升。
所以检验静差率时应以最低速时的静差率为准。
5. 反馈控制有静差调速成系统原理图,各部件的名称和作用。
p21答：①比较器：给定值与测速发电机的负反馈电压比较,得到转速偏差电压ΔUn。
②比例放大器A：将转速偏差电压ΔUn放大，产生电力电子变换器UPE所需的控制电压Uc。
③电力电子变换器UPE：将输入的三相交流电源转换为可控的直流电压Ud。
④M电机：驱动电机。
⑤TG测速发电机：测速发电机检测驱动电机的转速。
⑥电位器：将测速发电机输出电压降压，以适应给定电压幅值U*n 。
6．分析转速负反馈单闭环调速系统的基本性质,说明单闭环调速系统能减少稳态速降的原因，改变给定电压或者调整转速反馈系数能否改变电动机的稳态转速?为什么?P23~25答：负反馈单闭环调速系统能够减少稳态速降的实质在于它的自动调节作用，在于它能随着负载的变化而相应地改变电枢电压，以补偿电枢回路电阻压降的变化。
Pid控制直流双闭环调速系统
汇报人：
PID控制
1、模拟 PID 控制
1.1模拟 PID 控制原理
2、数字 PID 控制
2.1位置式 PID 算法 2.2增量式 PID 算法 2.3控制器参数整定 2.4参数调整规则的探索 2.5自校正 PID 控制器
PID介绍： 在工程实际中 ,应用最为广泛的调节器控制规律 为比例、积分、微分控制 ,简称 PID 控制 ,又称PID 调节. PID 控制器问世至今已有近 70 年历史 ,它以结 构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工 业控制的主要技术之一. 偏差的比例（Proportion）、积分（Integral）和 微分（Differential）通过线性组合构成控制量，用 这一控制量对被控对象进行控制，这样的控制器称 PID 控制器。
表示的控制算法式直接按所给出的 PID 控制规律定 义进行计算的，所以它给出了全部控制量的大小，因此 被称为全量式或位置式 PID 控制算法。 这种算法的缺点是：由于全量输出，所以每次输出 均与过去状态有关，计算时要对ek进行累加，工作量大； 并且，因为计算机输出的uk对应的是执行机构的实际位 置，如果计算机出现故障，输出的u将大幅度变化，会 引起执行机构的大幅度变化，有可能因此造成严重的生 产事故，这在实生产际中是不允许的。
直流双闭环调速系统
单闭环直流调速系统 同开环调速系统一样，转速闭环调速系统 中电机的转速大小受转速给定电压Un*控制， 给定电压为零时，电机停止；给定电压增大 时，电机转速升高；给定电压减小时，电机 转速下降。
以升速控制为例，系统的调节原理分析如下： 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。
直流电机调速的PLC控制
直流电机调速的PLC控制背景：使用直流电机有许多优点如：电机调速经济，控制方便；机械特性较硬，稳定性较好；PLC电动机转速控制可以完成了液位控制、直流电动机旋转控制组态图，使得操作人员通过计算机屏幕对现场的运行情况一目了然。
用户可以通过组态图随时了解、观察并掌握整个控制系统的工作状态，必要时还可以通过界面向控制系统发出故障报警，进行人工干预。
一、硬件输入输出接口电路实际上是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。
输入输出接口电路要有良好的电隔离和滤波作用。
1.输入接口电路输入输出信号分为开关量、模拟量及数字量。
可编程控制器的一个重要特点就是所有的输入输出信号全部经过了隔离，无论任何形式的输入输出最终都是经过光电偶合口或继电器将信号传入/送出PLC。
由于生产过程中使用的各种开关、按钮、传感器等输入器件直接接到PLC输入接口电路上，为防止由于触点抖动或干扰脉冲引起错误的输入信号，输入接口电路必须有很强的抗干扰能力[1]。
2.输出接口电路根据驱动负载元件不同可将输出接口电路分为三种形式：一种是继电器输出型，CPU接通继电器的线圈，继而吸合触点，而触点与外线路构成回路；另一种是晶体管输出，它是通过光偶合使开关晶体管通断以控制外电路；再一种就是可控硅输出型，这里的可控硅是采用光触发型的。
二、软件第一部分为系统监控程序。
它是每一个可编程控制器成品必须包括的部分，是由可编程控制器的制造者编制的，用于控制可编程控制器本身的运行。
另一部分为用户程序。
它是由可编程控制器的使用者编制的，用于控制被控装置的运行。
这里主要介绍监控程序。
系统管理程序是监控程序中最重要的部分，整个可编程控制器的运行都由它主管。
管理程序又分为三个部分：第一部分是运行管理，控制可编程控制器何时输入、何时输出、何时自检等等，进行时间上的分配管理。
第二部分进行存储空间的管理，即生成用户环境，由它规定各种参数、程序的存放地址，将用户使用的数据参数存储地址转化为实际的数据格式及物理存放地址。
第2章 转速反馈控制的直流调速系统(第三周)
1. 被调量有静差
从静特性分析中可以看出，由于采用了比例放大
器，闭环系统的开环放大系数K值越大，系统的稳 态性能越好。然而，Kp =常数，稳态速差就只能减 小，却不可能消除。因为闭环系统的稳态速降为
ncl
RI d Ce (I
K)
只有 K = ，才能使 ncl = 0，而这是不可能的。
因此，这样的调速系统叫做有静差调速系统。实际
式中: K KpKs 闭环系统的开环放大系数
Ce
系统的静特性方程式
n
K
p
KsU
* n
RId
Ce (1 K ) Ce (1 K )
2.3 转速反馈控制的直流调速系统
2.3.2 比例控制的直流调速系统
闭环系统静特性和开环系统机械特性
n op
n cl
n
K
p
KsU
* n
RId
(静特性方程)
n
K
p
K
sU
✓nmax和nmin是电动机在额定负载时的最高和最低转速
✓一般取nN≈nmax
2.2 稳态调速性能指标和直流调速系统的机械特性
2.2.1转速控制的要求和稳态调速性能指标
稳态性能指标：
调速范围 静差率
D= nmax n min
当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加
到额定值所对应的转速降落ΔnN与理想空载转速n0之比：
比较一下开环系统的机械特性和闭环系统的静特 性，就能清楚地看出反馈闭环控制的优越性。如果 断开反馈回路，则上述系统的开环机械特性为
n Ud0 IdR Ce
K
p
KsU
* n
Ce
RId Ce
n0op
直流电机调速控制系统设计
成绩电气控制与PLC课程设计说明书直流电机调速控制系统设计.Translate DC motor speed Control system design学生王杰学号学院班级信电工程学院13自动化专业名称电气工程及其自动化指导教师肖理庆2016年6月14日目录1 ××11.1 ××××××11.1.1 ××××错误!未定义书签。
1.1.2 ××××1……1.2 ××××××11.2.1 ××××8……2 ×××××82.1 ××××××102.1.1 ××××10……3 ×××××123.1 ××××××123.1.1 ××××12……参考文献13附录14附录114附录2141 直流电机调速控制系统模型1.1 直流调速系统的主导调速方法根据直流电动机的基础知识可知，直流电动机的电枢电压的平衡方程为：R I E U a +=式(1.1)公式中：U 为电枢电压；E 为电枢电动势；R I a 为电枢电流与电阻乘积。
由于电枢反电势为电路感应电动势，故：n C E φe =式(1.2)式中：e C 为电动势常数；φ为磁通势；n 为转速。
由此得到转速特性方程如下：φe a C R I U /)(n -=式(1.3)由式（1.3）可以看出,调节直流电动机的转速有以下三种方法：1.改变电枢回路的电阻R ——电枢回路串电阻调速。
直流调速系统概述
指系统在受到外部干扰时，能够保持稳定运行的 能力。抗干扰能力越强，系统鲁棒性越好。
04 典型直流调速系统分析
单闭环直流调速系统
转速负反馈单闭环调速系统
通过引入转速负反馈，实现转速的无静差调节，提高系统的动态性能和稳态精度 。
电压负反馈单闭环调速系统
通过引入电压负反馈，稳定直流电动机的端电压，从而改善系统的静态特性和动 态性能。
现状
目前，直流调速系统已经广泛应用于各个领域，如工业、交 通、能源等。随着电力电子技术和控制理论的不断发展，直 流调速系统的性能不断提高，应用领域也不断扩展。
应用领域与前景
应用领域
直流调速系统广泛应用于需要精确控制转速的场合，如机床、风机、水泵、压缩机、卷扬机等机械设备，以及电 动汽车、电动自行车等交通工具。
前景
随着工业自动化和智能制造的推进，以及新能源汽车等产业的快速发展，直流调速系统的需求将不断增长。同时， 随着电力电子技术和控制理论的不断进步，直流调速系统的性能将不断提高，应用领域也将不断扩展。未来，直 流调速系统将在更多领域发挥重要作用，推动相关产业的持续发展。
02 直流调速系统组成及工作 原理
流。
多环控制直流调速系统
三环控制直流调速系统
在双闭环的基础上，引入第三个控制环，如位置环、速度环或加速度环等，进一步提高系统的控制精 度和动态性能。
多环串级控制直流调速系统
将多个控制环按照串制。该系统适用于对控制精度和动态性能要求较高的场合。
双闭环直流调速系统
转速、电流双闭环调速系统（ASR+ACR）
在转速负反馈的基础上，引入电流负反馈，构成转速、电流双闭环调速系统。其中， ASR为转速调节器，ACR为电流调节器。该系统具有较快的动态响应和良好的稳态精度。
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的采样时刻对它们进行实时采样，
形成一连串的脉冲信号，即离散
的模拟信号，这就是离散化。
O 1 2 34 …
n
N(nT)
数字化：
采样后得到的离散信号本质上还是模 拟信号，还须经过数字量化，即用一组 数码（如二进制码）来逼近离散模拟信 号的幅值，将它转换成数字信号，这就 是数字化。
离散化和数字化的负面效应
转速调节
转速调节中断服务子程序 电流调节中断服务子程序 故障保护中断服务子程序
允许测速 恢复现场
中断返回
转速调节中断 服务子程序框图
保护现场 读入电流反馈
电流调节 PWM生成 启动A/D转换 恢复现场 中断返回
电流调节中断 服务子程序框图
封锁PWM 输出
分析、判断 故障原因
显示故障 原因
故障报警
• 电流检测方法 （1）电流互感器
~
ABC
TA
Ui
Ui0
（2）霍尔效应电流变换器
UH = KH B Ic
KH为霍尔常数； B为与被测电流 成正比的磁通密度； Ic为控制电流。
R11
Id
UUHH R00 A1
HL
Uii
Icc
+
-
（3）信号隔离与转换
R11
RRoo
A1
Ui
+15V
+ 5V
UA
RR22
微机数字控制双闭环直流PWM调速系统硬件结构图
一、主回路——微机数字控制双闭环直流调速系统主电路中的UPE有两种方式
直流PWM功率变换器 晶闸管可控整流器
二、检测回路——检测回路包括电压、电流、温度和转速检测，
电压、电流和温度检测由 A/D 转换通道变为数字量送入微机；
转速检测可采用模拟或数字测速两种方法。
以微处理器为核心的数字控制系统（简称微机数字控制系统） 硬件电路的标准化程度高，制作成本低，且不受器件温度漂移的影 响；其控制软件能够进行逻辑判断和复杂运算，可以实现不同于一 般线性调节的最优化、自适应、非线性、智能化等控制规律，而且 更改起来灵活方便。
10. 1.1 微型计算机数字控制的主要特点
微机数字控制系统的稳定性好，可靠
性高，可以提高控制性能，此外，还拥
f(t)
有信息存储、数据通信和故障诊断等模
拟控制系统无法实现的功能。
由于计算机只能处理数字信号，
因此，与模拟控制系统相比，微
机数字控制系统的主要特点是离
O
散化和数字化：
f(nT)
离散化：
原信号
t
采样
为了把模拟的连续信号输入计
算机，必须首先在具有一定周期
等待系统 复位
故障保护中断 服务子程序框图
当故障保护引脚的电平发生跳变时申请故障保护中断，而转速调节和电流调节 均采用定时中断。 三种中断服务中，故障保护中断优先级别最高，电流调节中断次 之，转速调节中断级别最低。
10.2.4 数字测速与滤波
数字测速指标 数字测速方法 M/T 法测速电路
一、 数字测速指标
测速原理与波形图
计算公式 n 60 M 1 ZTc
式中 Z为PLG每转输出 的脉冲个数；
M法测速的分辨率 Q 60(M1 1) 60M1 60
计算机内部存储值 物理量的实际值
存储系数K与物理量的变化范围和计算机内部定点数的长度有关。
例：某直流电动机的额定电枢电流为136A，允许过载倍数1.5，额定速度 1460r/min，计算机内部定点数占一个字的位置（16位），试确定电枢电流和转速 存储系数。
解：定点数长度为一个字（16位），但最高位用于符号位，只有15位可表示量化数值，
上位机
I/O
通
微机
信
接
口
b) 数字给定
5、键盘与显示电路
CPU
BCD/
7
7段 码
A0-3
IБайду номын сангаасT
8279
3
D0-7
S0-3
CLK R0-7
LED显 示 器 8
8选 1译 码 器
8选 1译 码 器 8
键盘矩阵
6、驱动输出电路
——微机数字控制器的控制对象是功率变换器，可以用开关量直接 控制功率器件的通断，也可以用经 D/A 转换得到的模拟量去控制功 率变换器。
三 教学时间 4-6学时
10.1. 0 问题的提出
前两几章中论述了直流调速系统的基本规律和设计方法，所 有的调节器均用运算放大器实现，属模拟控制系统。
模拟系统具有物理概念清晰、控制信号流向直观等优点，便于 学习入门，但其控制规律体现在硬件电路和所用的器件上，因而线 路复杂、通用性差，控制效果受到器件的性能、温度等因素的影响。
随着微电子技术的进步，微处理器的运算速度不断提高，其位数也不断增加， 上述两个问题的影响已经越来越小。
但微机数字控制系统的主要特点及其负面效应需要在系统分析中引起重视， 并在系统设计中予以解决。
微机数字控制数字化示例：
在微机数字控制系统中，将模拟量数字量化的原则是：在保证
不溢出的前提下，精度越高越好。 定义存储系数K来显示量化精度，其定义为： K=
有：主程序、初始化子程序、中断服务子程序等。
1、主程序——完成实时性要求不高的功能，完成系统初始化后， 实现键盘处理、刷新显示、与上位计算机和其他外设通信等功能。 主程序框图见图1。 2、初始化子程序——完成硬件器件工作方式的设定、系统运行参 数和变量的初始化等。初始化子程序框图见图2
主程序 系统初始化 N 有键按下吗？
Y 键处理 刷新显示 数据通信
图1 主程序框图
系统初始化
设定定时器、PWM、 数字测速工作方式
设定I/O、通信接口及 显示、键盘工作方式
参数及变量 初始化
返回 图2 初始化子程序框图
3．中断服务子程序
保护现场
中断服务子程序完成实时性强 的功能，如故障保护、PWM生成、 读入转速给定 状态检测和数字PI调节等,中断服 务子程序由相应的中断源提出申请， 计算转速 CPU实时响应。
O
数字化
n
离散化和数字化的结果导致了时间上和量值上的不连续性，从而引起下述的负面效应：
（1）A/D转换的量化误差：模拟信号可以有无穷多的数值，而数码总是有限的，用数码来逼近模
拟信号是近似的，会产生量化误差，影响控制精度和平滑性。
（2） D/A转换的滞后效应：经过计算机运算和处理后输出的数字信号必须由数模转换器D/A和保持 器将它转换为连续的模拟量，再经放大后驱动被控对象。但是，保持器会提高控制系统传递函数分 母的阶次，使系统的稳定裕量减小，甚至会破坏系统的稳定性。
3. M法测速
工作原理：
•由计数器记录PLG发出的 脉冲信号；
• 定时器每隔时间Tc向CPU 发出中断请求INTt； • CPU响应中断后，读出 计数值 M1，并将计数器清 零重新计数；
• 根据计数值 M 计算出对 应的转速值 n。
PLG
Counter
Bus
CLK
Timer
INTt
Tc t
M1
...
•转速采用模拟调节器，也可采用数字调节器； •电流调节器采用数字调节器； •脉冲触发装置则采用模拟电路。
数字电路
A/D
U*n
U*i Ui -
ASR
ACR
Uc
D/A
_
Un
~AC
TA
GT
A/D
TG M
2. 数字电路控制系统 数字电路控制系统特点：
除主电路和功放电路外，转速、电流调节器，以及脉冲触 发装置等全部由数字电路组成。
1. 转速检测
转速检测有模拟和数字两种检测方法：
（1）模拟测速一般采用测速发电机，其输出电压不仅表示了转速的大小，还包含了转速 的方向，在调速系统中（尤其在可逆系统中），转速的方向也是不可缺少的。因此必须 经过适当的变换，将双极性的电压信号转换为单极性电压信号，经A/D 转换后得到的数 字量送入微机。但偏移码不能直接参与运算，必须用软件将偏移码变换为原码或补码， 然后进行闭环控制。
（2）对于要求精度高、调速范围大的系统，往往需要采用旋转编码器测速，即数字测速。
• 测速基本方式图示原理
（1）测速发电机转换电路
电压隔离
TG
A/D
I/O
CPU
（2）光电码盘转换电路
+5V
PLG
逻辑控制
计数器
CPU
2. 电流和电压检测
电流和电压检测除了用来构成相应的反馈控制外，还是各种保护和故障诊断信息的 来源。电流、电压信号也存在幅值和极性的问题，需经过一定的处理后，经A/D转换送入 微机，其处理方法与转速相同。
215-1
K=
=17.26
1.3*1460r/min
10.2 微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件和软件
10.2.1 微机数字控制的基本系统组成
数字控制直流调速系
统的组成方式大致可分为 三种：
1. 数模混合控制系统 2. 数字电路（芯片）控制系统
3. 计算机控制系统
1. 数模混合控制系统
数模混合控制系统特点：
随着电机控制专用单片微机的产生，前者逐渐成为主流，例如 Intel公司8X196MC系列和TI公司TMS320X240系列单片微机可直 接生成PWM驱动信号，经过放大环节控制功率器件，从而控制功 率变换器的输出电压。
10.2.3 微机数字控制双闭环直流调速系统的软件框图
微机数字控制系统的控制规律是靠软件来实现的，所有的硬件 也必须由软件实施管理。微机数字控制双闭环直流调速系统的软件
数字电路
A/D
U*n
ASR
U*i- Ui ACR
Uc