转速闭环控制调速系统
转速电流双闭环控制直流调速系统的课程设计
转速电流双闭环控制直流调速系统的课程设计流程介绍如下：
1.确定系统参数和控制策略：根据具体需求和电机特性，确定系
统参数和控制策略，如电机额定电压、额定电流、最大转速、控制器采样周期、PID控制器参数等。
2.搭建硬件平台：根据系统参数和控制策略，搭建硬件平台。
硬
件平台包括电机、电源、传感器、控制器等。
3.编写程序：根据系统参数和控制策略，编写程序。
程序主要分
为两部分，一部分是转速闭环控制程序，另一部分是电流闭环控制程序。
程序需要实时读取电机转速和电流传感器的反馈信号，并根据PID控制器的输出值调节电机电压和电流。
4.调试和测试：在搭建好硬件平台和编写好程序后，进行调试和
测试。
测试可以分为两个部分，一部分是转速闭环控制测试，另一部分是电流闭环控制测试。
测试的主要目的是验证程序的正确性和系统的控制性能。
5.总结和分析：在测试完成后，对测试结果进行总结和分析。
分
析结果可以用于进一步改进控制策略和优化系统性能。
总之，转速电流双闭环控制直流调速系统的课程设计需要深入了解电机控制原理和PID控制器的设计方法，需要具备一定的电路设计和编程能力。
转速闭环转差频率控制的调速系统仿真
转速闭环转差频率控制的调速系 统仿真
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演讲人姓名
一、转差频 率控制的特 点
s
在ωs<<ωsm的范围内， 保持气隙磁通不变的前提 下，通过控制转差频率来 控制转矩。
在不同的定子电流值时，按下图所示关系控制定子电压和频率，就能保持气隙磁通恒定。
⑵加载过程
假定系统处于稳定运行状 态，负载转矩突然增大， 负载转矩作用下，转速ω 开始下降，在内环的作用 下使定子频率ω1开始下降， 但在外环的作用下使转差 频率ωs上升，定子频率 ω1上升，电磁转矩Te增大， 转速回升。
4、仿真 结果
在仿真结果中，图 a - d反映了在起动和加载过程中，电动 机的转速、电流、电压和转矩的变化过程，在起动中逆变器 输出电压(线电压)逐步提高，转速上升，但是电流基本保持 不变 35A ，电动机以给定的最大电流起动。在 0.39s 时， 转速稍有超调后稳定在 1400r/min ，电流也下降为空载电 流，逆变器输出电压也减小了。电动机在加载后，电流和电 压迅速上升，电动机转矩也随之增加，转速在略经调整后恢 复不变。
转矩上升：在t=0时，突加给定，转速调节器ASR很快进入饱和，输出 为限幅值ωsmax,电流与转矩快速上升。
恒转矩升速：当t=t1时，电流达到最大值，启动Байду номын сангаас流等于最大允许电流， 理论分析
启动转矩等于最大允许转矩；接下来电动机在最大转矩下加速运行。
启动过程
转速调节：当t=t2时，转速ω达到给定值，转速略有超调后ASR退饱和， 转速达到稳定值。
202X
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汇报人姓名
PLC实现的闭环调速控制系统
【摘要】随着电力电子技术及控制技术的发展，使得交流变频调速在工业电机拖动领域得到了广泛应用。
由于PLC的功能强大、容易使用、高可靠性，常常被用来作为现场数据的采集和设备的控制。
组态软件技术作为用户可定制功能的软件平台工具，在PC机上可开发出友好人机界面，通过PLC可以对自动化设备进行“智能”控制。
经过研究分析确定在本系统中采用通用变频器MM420，对电机进行转速调节，实现了能源的充分利用和生产的需要。
此变频器的FS型加减速功能和转矩提升功能，能很好的解决转速之间的切换。
系统中PLC完成数据的采集和对变频器、电机等设备的控制任务。
基于S7—200 PLC的编程软件STEP 7，采用模块化的程序设计方法，减少了软件的开发和维护。
利用组态软件良好的人机界面和通信能力，使工作人员可以在中央控制室的PC机上就可以方便的浏览现场的工业流程、实现变频器的参数设置、故障诊断及电机的启动和停止。
本文综述了组态软件、PLC技术、变频调速技术的概况。
分析了PLC的基本原理，变频调速的基本原理、变频器的结构及其控制算法等变频调速技术。
关键词： PLC、、变频调速、PID调节Abstract:With the development of electric power and electronic technology and control technology,AC frequency conversion velocity modulation technology is widely used in theindustry motor dragging fields.Because of the characteristics with powerful function,easy operation and high dependability,PLC is usually used for the field of data gathering andequipment control.Configuration software technology is one software platform tool that with custom-made function,friendly human-machine windows,which can be developed on the PC machine,used the PLC to intelligently control the automatic equipment．Through the rigorouse research and analysis,this system adjusts general transducer KASUGA+Mini MM420 to control the speed of motor,consequently actualizes the full use ofenergy and the need of production．The transducer’s functions of adding or decreasing speedin S form and promoting torque can solve the adjustment of speeds well．In this system，PLC is used to collect data and control equipments such as electromotor and transducer.Based on S7-200 PLC’s programming software STEP 7.which adopts the modularization method inprogramming design,can reduce the software exploitation and maintenance.By the virtue of HMI with nice configuration software and strong communication ability,the staff can conveniently browse the industry flowFig on the locale,set the parameter of the transducer,diagnose the fault,and start or stop the electromotor on the PC machine in the control-centerr00m．This paper summarizes the configurationsoftware technology,PLC technology and AC frequency conversion for speed adjustment technology．Key words:PLC,cold-rocold rolling mill,Frequency conversion velocity modulation,PID regulator目录1 绪论................................................................................................................................................. - 1 -2 S7-200 PLC的构成........................................................................................................................ - 2 -2.1S7-200CPU224型PLC的结构 (2)2.2CPU224型PLC的技术参数 (4)2.3S7-200PLC的构成 (5)2.4PLC的工作原理 (13)3 系统硬件选择............................................................................................................................... - 16 -3.1西门子S7-200型PLC (16)3.2EM235模拟量模块 (16)3.3M ICRO M ASTER420变频器 (18)3.4PID调节原理 (19)4 PLC编程设计................................................................................................................................ - 20 -4.1梯形图 (20)4.2语句表 (24)4.3功能块图 (26)结束语 (30)致谢 (31)参考文献 (32)1 绪论随着变频调速技术的应用日益广泛,应用水平的不断提高,对变频调速控制系统的精度要求也越来越高。
(完整版)转速负反馈单闭环直流调速系统.
例2.2 对于例2.1所示的开环系统，采用转 速负反馈构成单闭环系统，且已知晶闸管
整流器与触发装置的电压放大系数 Ks = 30，
= 0.015V·min/r，为了满足给定的要求，
计算放大器的电压放大系数KP 。
IdR
U*n +
_
∆Unn
Uct Kp
Ud0 + _ E Kss
1/Ce
n
Un
解：在例2.1中已经求得
IdR
U*n +
_
∆Unn
Uct Kp
Ks
Ud0 + _ E
1/Ce
n
Un
n
开环机械特性
闭环静特性
B
C
A
A’
D
Ud4 Ud3 Ud2 Ud1
O
Id1
Id2
Id3
Id4
Id
图2.19 闭环系统静特性和开环机械特性的关系
由此看来，闭环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。
运动控制系统
第2 章
直流调速系统
2.3 转速负反馈单闭环直流调速系统
2.3.1 单闭环调速系统的组成及静特性 2.3.2 单闭环调速系统的动态分析 2.3.3 无静差调速系统的积分控制规律 2.3.4 单闭环调速系统的限流保护
2.3.1 单闭环调速系统的组网 功率驱动装置 电动机
3. 开环系统机械特性 和闭环系统静特性的关系
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
转速电流双闭环调速系统
双闭环控制的直流调速系统简介1.1V—M系统简介晶闸管—电动机调速系统（简称V—M系统），其简单原理图如图1。
图中VT是晶闸管的可控整流器，它可以是单相、三相或更多相数，半波、全波、半控、全控等类型。
优点：通过调节触发装置GT的控制电压来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压从而实现平滑调速。
缺点：1．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。
2．元件对过电压、过电流以及过高的du/dt和di/dt都十分敏感，其中任一指标超过允许值都可能在很短时间内损坏元件。
因此必须有可靠的保护装置和符合要求的散热条件，而且在选择元件时还应有足够的余量。
图1 V—M系统1.2转速控制的要求和调速指标任何一台需要控制转速的设备，其生产工艺对调速性能都有一定的要求。
归纳起来，对于调速系统的转速控制要求有以下三个方面：1）调速——在一定的最高转速和最低转速范围内，分档地（有级）或平滑地（无级）调节转速；2）稳速——以一定的精度在所需转速上稳定运行，在各种干扰下不允许有过大的转速波动，以确保产品质量；3）加、减速——频繁起、制动的设备要求加、减速尽量快，以提高生产率；不宜经受剧烈速度变化的机械则要求起﹑制动尽量平稳。
1.3 直流调速系统的性能指标根据各类典型生产机械对调速系统提出的要求，一般可以概括为静态和动态调速指标。
静态调速指标要求电力传动自动控制系统能在最高转速和最低转速范围内调节转速，并且要求在不同转速下工作时，速度稳定；动态调速指标要求系统启动、制动快而平稳，并且具有良好的抗扰动能力。
抗扰动性是指系统稳定在 某一转速上运行时，应尽量不受负载变化以及电源电压波动等因素的影响[1，6]。
一、静态性能指标1）．调速范围生产机械要求电动机在额定负载运行时，提供的最高转速m ax n 与最低转速m in n 之比，称为调速范围，用符号D 表示m in m axn n D = （2—2）2）．静差率静差率是用来表示负载转矩变化时，转速变化的程度，用系数s 来表示。
运动控制系统第3章-转速闭环控制的直流调速系统ppt
s)
闭环时，Dcl
nN s ncl (1
s)
得到 Dcl (1 K )Dop
（2-50）
闭环系统静特性和开环系统机械特性的关系
开环系统 Id n 例如：在图2-24中工作点从A A′
闭环系统 Id n Un Un Uc
n Ud0 例如：在图2-24中工作点从A B 比例控制直流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。
图2-26 积分调节器的输入和输出动态过程
图2-26 积分调节器的 输入和输出动态过程
只要ΔUn>0，积分调 节器的输出Uc便一直 增长；只有达到 ΔUn=0时， Uc才停止 上升；只有到ΔUn变 负， Uc才会下降。
当ΔUn=0时， Uc并 不是零，而是某一个 固定值Ucf
突加负载时，由于Idl的 增加，转速n下降，导 致ΔUn变正，
由式（2-48）可得
K
nop
1
275
1 103.6
ncl
2.63
则得
Kp
K
K s / Ce
103.6 30 0.015 / 0.2
46
即只要放大器的放大系数等于或大于46。
3.1.3 闭环直流调速系统反馈控制规律
（1）比例控制的反馈控制系统是被调量有 静差的控制系统 比例控制反馈控制系统的开环放大系数值 越大，系统的稳态性能越好。 但只要比例放大系数Kp＝常数，开环放大 系数K≠∞，反馈控制就只能减小稳态误差， 而不能消除它， 这样的控制系统叫做有静差控制系统。
电力拖动自动控制系统 —运动控制系统
第3章
转速闭环控制的 直流调速系统
带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统
实验八带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统一、实验目的(1)了解单闭环直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理。
(2)掌握晶闸管直流调速系统的一般调试方法及电流截止负反馈的整定。
(3)通过实验，加深理解负反馈原理及转速负反馈电流截止负反馈的在调速系统中的作用。
二、实验所需挂件及附件三、实验线路及原理为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环控制系统(包括单闭环系统和多闭环系统)。
对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速指标较高的则采用多闭环系统。
按反馈的方式不同可分为转速反馈，电流反馈，电压反馈等。
在单闭环系统中，转速单闭环使用较多。
在本装置中，转速单闭环实验是将反映转速变化的电压信号作为反馈信号，经“速度变换”后接到“速度调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较经放大后，得到移相控制电压U Ct，用作控制整流桥的“触发电路”，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，这就构成了速度负反馈闭环系统。
电机的转速随给定电压变化，电机最高转速由速度调节器的输出限幅所决定，速度调节器采用P（比例）调节对阶跃输入有稳态误差，要想消除上述误差，则需将调节器换成PI(比例积分)调节。
这时当“给定”恒定时，闭环系统对速度变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的转速能稳定在一定的范围内变化。
在电流单闭环中，将反映电流变化的电流互感器输出电压信号作为反馈信号加到“电流调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较，经放大后，得到移相控制电压U Ct，控制整流桥的“触发电路”，改变“三相全控整流”的电压输出，从而构成了电流负反馈闭环系统。
电机的最高转速也由电流调节器的输出限幅所决定。
同样，电流调节器若采用P（比例）调节，对阶跃输入有稳态误差，要消除该误差将调节器换成PI(比例积分)调节。
当“给定”恒定时，闭环系统对电枢电流变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的电枢电流能稳定在一定的范围内变化。
转速﹑电流双闭环直流调速系统
引言目前，转速﹑电流双闭环控制直流调速系统是性能很好﹑应用最广泛的直流调速系统。
我们知道采用转速负反馈和PI调节器的单闭环直流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，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，单闭环系统就难以满足需要。
故需要引入转速﹑电流双闭环控制直流调速系统，本文着重阐明其控制规律﹑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。
首先介绍转速﹑电流双闭环调速系统的组成及其静特性，接着说明该系统的动态数学模型，并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。
在实际应用中，电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，一是要具有较高的机电能量转换效率；二是应能根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度。
电动机的调速性能如何对提高产品质量、提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。
因此，调速技术一直是研究的热点。
长期以来，直流电动机由于调速性能优越而掩盖了结构复杂等缺点广泛的应用于工程过程中。
直流电动机在额定转速以下运行时，保持励磁电流恒定，可用改变电枢电压的方法实现恒定转矩调速；在额定转速以上运行时，保持电枢电压恒定，可用改变励磁的方法实现恒功率调速。
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。
在现代化的工业生产中，几乎无处不使用电力拖动装置。
轧钢机、电铲、提升机、运输机等各类生产机械都要采用电动机来传动。
随着对生产工艺，产品质量的要求不断提高和产量的增长，越来越多的生产机械能实现自动调速。
从20世纪60年代以来，现代工业电力拖动系统达到了全新的发展阶段。
这种发展是以采用电力电子技术为基础的，在世界各国的工业部门中，直流电力拖动系统至今仍广泛的应用着。
直流拖动的突出优点在于：容易控制，能在很宽的范围内平滑而精确的调速，以及快速响应等。
在一定时期以内，直流拖动仍将具有强大的生命力。
基于matlab的转速反馈闭环调速系统的simulink仿真
转速反馈闭环调速系统的仿真该系统采用的是单闭环系统，通过把转速作为系统的被调节量，检测和纠正误差，有效地抑制直至消除扰动造成的影响。
各环节参数如书P50 2.6所示。
1.仿真模型的建立比例积分控制的无静差直流调速系统的仿真模型如下：2.调节器参数的调整为了清晰地观测仿真结果，把仿真时间10.0s 修改为0.6s 。
进入MATLAB，并打开SIMULINK 模块浏览器窗口，建立一个新的模型，并复制入相应模块，修改模块的参数。
在控制系统中设置调解器是为了改善系统的静、动态性能。
在采用了PI 调节器之后，构成的是无静差调速系统。
通过改变PI 调节器的参数，可以得到转速响应的超调量不一样、调节时间也不一样的响应曲线。
改变PI 参数Kp，τ1，保存并重新进行仿真过程。
如图1、2所示为暂定调节器参数为56.0=p K 、43.111=τ时的仿真结果：图1电枢电流随时间的变化图2电机转速随时间的变化由图1可知电流的最大值为230A 左右，显然不满足实际要求，后面需对此进行处理，采用带电流截止负反馈环节的直流调速系统。
由图2的scope 输出结果可以得出该控制系统的最大超调量M p 、上升时间r t ,调整时间s t ，取值分别为：M p =108r/min,r t =0.12s,s t =0.28s（估计值）改变PI 调节器的参数，可以得到转速响应的超调量不一样、调节时间不一样的响应曲线。
如图3所示为调节器参数是Kp=0.25，31=τ的仿真结果图，可以看出系统转速的响应无超调，但调节时间很长。
图3无超调的仿真结果如图4所示为调节器参数是Kp=0.8，151=τ的仿真结果图，可以看出系统转速的响应超调较大，但快速性较好。
图4超调量较大的仿真结果3.带电流负反馈的转速反馈控制直流调速系统仿真采用以下结构实现电流截止负反馈环节中的二极管功能：当输入小于0时，输出为0；当输入大于0时，输出等于输入。
根据电机的额定参数：A 55I N =。
转速电流双闭环直流调速系统设计
转速电流双闭环直流调速系统设计一、引言直流调速系统是控制直流电机转速的一种常用方法。
在实际应用中，为了提高系统性能，通常采用双闭环控制结构，即转速环和电流环。
转速环用于控制电机转速，电流环用于控制电机电流。
本文将对转速、电流双闭环直流调速系统进行详细设计。
二、转速环设计转速环的主要功能是通过控制电机的转矩来实现对转速的精确控制。
转速环设计步骤如下：1.系统建模：根据电机的特性曲线和转矩方程，建立电机数学模型。
通常采用转速-电压模型，即Tm=Kt*Ua-Kv*w。
2.设计转速环控制器：选择适当的控制器类型和参数，比如PID控制器。
根据电机数学模型，可以使用根轨迹法、频域法等进行控制器参数设计。
确定控制器增益Kp、Ki和Kd。
3.闭环仿真：使用仿真软件，进行闭环仿真，验证控制器的性能。
4.实际系统调试：将设计好的转速环控制器实施到实际系统中，进行调试和优化。
根据实际情况对控制器参数进行微调。
三、电流环设计电流环的主要功能是控制电机的电流，以确保电机输出的转矩能够满足转速环的要求。
电流环设计步骤如下：1.系统建模：根据电机的特性曲线和电流方程，建立电机数学模型。
通常采用电流-电压模型，即Ia=(Ua-R*Ia-Ke*w)/L。
2.设计电流环控制器：选择适当的控制器类型和参数，比如PID控制器。
根据电机数学模型，可以使用根轨迹法、频域法等进行控制器参数设计。
确定控制器增益Kp、Ki和Kd。
3.闭环仿真：使用仿真软件，进行闭环仿真，验证控制器的性能。
4.实际系统调试：将设计好的电流环控制器实施到实际系统中，进行调试和优化。
根据实际情况对控制器参数进行微调。
四、双闭环控制系统设计在转速环和电流环都设计好的基础上，将两个闭环控制器连接起来，形成双闭环控制系统。
具体步骤如下：1.控制系统结构设计：将电流环置于转速环的前端，形成串级控制结构。
2.系统建模：将转速环和电流环的数学模型进行串联，建立双闭环控制系统的数学模型。
转速电流双闭环调速系统中转速调节器的英文缩写
转速电流双闭环调速系统中转速调节器的英文缩写在现代工业生产中，电机的应用越来越广泛，而电机的转速控制也成为了工业生产中重要的一环。
为了满足不同的生产需求，现在已经出现了许多不同的电机转速控制技术。
其中，转速电流双闭环调速系统是一种比较先进的技术，它可以实现对电机转速的精确控制，提高了生产效率和产品质量。
而在这个系统中，转速调节器是其中一个核心组成部分。
转速电流双闭环调速系统的基本原理转速电流双闭环调速系统是一种采用电子技术控制电机转速的系统。
它通过测量电机的转速和电流，对电机的转速进行闭环控制。
其中，转速闭环和电流闭环是两个独立的闭环系统。
在转速闭环中，测量电机的转速，将转速信号与设定值进行比较，然后通过控制电机的输出电压和频率，实现对电机转速的控制。
在电流闭环中，测量电机的电流，将电流信号与设定值进行比较，然后通过控制电机的输出电压和频率，实现对电机电流的控制。
通过这样的双闭环控制，可以实现对电机转速的精确控制。
转速调节器的作用转速调节器是转速电流双闭环调速系统中的一个重要组成部分。
它主要负责测量电机的转速，并将转速信号传递给控制器，以便进行转速闭环控制。
转速调节器通常采用霍尔传感器或光电传感器等测量转速。
在转速调节器中，还需要进行一定的信号处理，以便将测量到的转速信号转换成数字信号，以便控制器进行数字信号处理。
转速调节器的英文缩写在转速电流双闭环调速系统中，转速调节器的英文缩写是SSR，全称为Speed Sensor Regulator。
SSR是转速电流双闭环调速系统中一个非常重要的组成部分，它通过测量电机的转速，将转速信号传递给控制器，以便进行转速闭环控制。
SSR通常采用霍尔传感器或光电传感器等测量转速，通过一定的信号处理，将测量到的转速信号转换成数字信号，以便控制器进行数字信号处理。
结论转速电流双闭环调速系统是一种先进的电机转速控制技术，它通过双闭环控制实现对电机转速的精确控制。
在这个系统中，转速调节器是其中一个核心组成部分，它通过测量电机的转速，将转速信号传递给控制器，以便进行转速闭环控制。
第二章 闭环控制直流调速系统的稳态分析与计算
带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系 统稳态分析（续）
U com
将电流截止负反馈环节画 在方框中，再和系统的其它部
- + Rs
Id
分连接起来，便得到带电流截
止负反馈的转速负反馈单闭环
R
调速系统的静态结构图
U
* n
- Ui ASR
+
+
PI
U ct
Ud0 -
Ks
+
E
n
1/Ce
图中 U i I d U com
图2-1 不同转速下的静差率
根据式(2-2)的定义，由于n0a n0b ，所以sa sb 。 对于同样硬度的特性，理想空载转速越低时，静差
率越大，转速的相对稳定度也就越差。例如：当理
想空载转速为1000r/min时，额定速降为10r/min， 静差率为1%；当理想空载转速为100r/min时，额 定速降同样为10r/min，则静差率却为10%。
的转速是无静差的，静
特性是平直的。
2、当 I d I dcr 时，A-B段 的静特性则很陡，静态 速降很大。
0
I dcr
B
I dbl
Id
图2-8 带电流截止负反馈的转速 负反馈单闭环调速系统的静特性
例题
带有电流截止负反馈的转速负反馈单闭环直流 调速系统如图所示：
图1-24 电流截止负反馈闭环直流调速系统的原理框图
要求 s 值越小时，系统能够允许的调速范
围也越小。
例题2-1
某直流调速系统电动机额定转速为 nN 1430 r / min 额定速降 nN 115 r / min，当要求静差率 s 30% 时，允许多大的调速范围？如果要求静差率 s 20% ，试求最低运行速度及调速范围。
第5章 5.6转速闭环、转差频率控制的变频调速系统
(6 59)
3 2 2 K m np N s k Ns 2
，是电机的结构常数；
Te K m Φ m
2
s Rr' Rr'2 (s L'lr ) 2
当电机稳态运行时，s 值很小，因而 s也很小，只是1的百分之几，可以认为 s Llr‘ << Rr’ ，则转矩可近似表示为
（2）在不同的定子电流值时，按上图的函数关系 Us = f (1 , Is) 控制定子电压
和频率，就能保持气隙磁通m恒定。
3. 转差频率控制的变压变频调速系统
• 系统组成 • 控制原理 • 性能评价
系统组成
Is
ASRቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
s
1
U s
PWM
U sa
1
U sb
控制转差频率就代表控制转矩，这就是 转差频率控制的基本出发点。
2. 基于异步电机稳态模型的转差频率控制规律 上面分析所得的转差频率控制概念是在转矩近似公式上得到的，当s 较大
时，就得精确转矩公式，把这个转矩特性（即机械特性）
画在下图，
Te f (s )
Te Temax Tem
可以看出： • 在s 较小的稳态运行段上，转 矩 Te基本上与s 成正比，
U sc
电 压 型 逆 变 器
M 3~
FB S
转差频率控制的转速闭环变压变频调速系统结构原理图
控制原理
实现上述转差频率控制规律的转速闭环变压变频调速系统结构原理图如图所示。 频率控制——转速调节器ASR的输出信号是转差频率给定 s* ，与实测转速信 号 相加，即得定子频率给定信号 1* ，即
转速闭环控制调速系统
长春建筑学院电气信息学院课程设计课程名称：电子系统仿真实习设计题目：转速闭环控制直流调速系统仿真姓名：学号：专业班级：指导教师：起止日期：设计鉴定学生姓名班级学号设计期间表现总评指导教师综合评语成绩指导教师目录目录 (2)第一章设计内容 (3)1.1设计背景： (3)1.2主要内容 (4)1.3双闭环调速系统 (4)第二章方案实施 (6)2.1转速给定电路设计 (6)2.2转速检测电路设计 (6)2.3电流检测电路设计 (7)第三章主电路保护电路设计 (8)3.1过电压保护设计 (8)3.2过电流保护设计 (9)3.3 驱动电路的设计 (11)3.4 控制电路设计 (12)3.5电流环与转速环的设计 (13)3.6 电流调节器的设计 (14)3.7 转速调节器的设计 (14)第四章结论体会 (15)参考文献： (18)第一章设计内容1.1设计背景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。
在20世纪60年代，随着晶闸管的出现，现代电力电子和控制理论、计算机的结合促进了电力传动控制技术研究和应用的繁荣。
晶闸管-直流电动机调速系统为现代工业提供了高效、高性能的动力。
尽管目前交流调速的迅速发展，交流调速技术越趋成熟，以及交流电动机的经济性和易维护性，使交流调速广泛受到用户的欢迎。
但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场，并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。
现在的直流和交流调速装置都是数字化的，使用的芯片和软件各有特点，但基本控制原理有其共性。
对于那些在实际调试过程中存在很大风险或实验费用昂贵的系统，一般不允许对设计好的系统直接进行实验。
然而没有经过实验研究是不能将设计好的系统直接放到生产实际中去的。
因此就必须对其进行模拟实验研究。
当然有些情况下可以构造一套物理装置进行实验，但这种方法十分费时而且费用又高，而且在有的情况下物理模拟几乎是不可能的。
近年来随着计算机的迅速发展，采用计算机对控制系统进行数学仿真的方法已被人们采纳。
双闭环直流调速系统特性与原理
双闭环直流调速系统特性与原理双闭环直流调速系统是一种常见的电机调速系统，通过两个闭环控制来实现对电机转速的精确控制。
在双闭环直流调速系统中，第一个闭环控制回路称为速度环，用来控制电机转速；第二个闭环控制回路称为电流环，用来控制电机电流。
下面将详细介绍双闭环直流调速系统的特性与原理。
1.转速稳定性好：由于双闭环控制系统可以将负载变化的影响控制在较小的范围内，所以电机的转速可以保持在给定值附近稳定运行。
2.转速快速响应：双闭环控制系统可以通过调节速度环和电流环的参数来实现转速的快速响应，使得电机在变化负载下能够迅速调整转速。
3.调节范围广：双闭环直流调速系统可以通过改变速度环和电流环的控制策略来调节电机的转速范围。
可以实现低转速和高转速的调节。
4.可靠性高：双闭环直流调速系统采用两个闭环控制回路，其中速度环和电流环可以相互独立地控制电机的转速和电流，从而提高系统的可靠性。
速度环：速度环的目标是实现对电机转速的精确控制。
速度环根据给定的转速信号与实际转速信号之间的误差，通过PID控制器计算出控制电压，然后将控制电压输出给电流环。
电流环：电流环的目标是控制电机的电流，保持电机的转速稳定。
电流环通过反馈电流信号与速度环输出的控制电压之间的误差，通过PID控制器计算出电压调节量，然后将调节量输出给电机驱动器。
1.给定一个转速信号，如旋钮或数字输入。
2.速度环将给定转速信号与实际转速信号之间的误差传递给PID控制器。
3.PID控制器计算出控制电压，并将其传递给电流环。
4.电流环将反馈电流信号与PID控制器输出的控制电压之间的误差传递给PID控制器。
5.PID控制器计算出电压调节量，并将其传递给电机驱动器。
6.电机驱动器根据PID控制器输出的电压调节量，控制电机的电流，从而控制电机的转速。
总之，双闭环直流调速系统通过速度环和电流环两个闭环控制回路的相互作用，可以实现对电机转速的精确控制。
通过调节速度环和电流环的参数，可以调节电机的转速范围和响应速度，从而满足不同应用场景的需求。
双闭环(电流环、转速环)调速系统
摘要此设计利用晶闸管、二极管等器件设计了一个转速、电流双闭环直流晶闸管调速系统。
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。
关键词：双闭环，晶闸管，转速调节器，电流调节器，Simulink目录1设计意义 (3)2主电路设计 (4)2.1设计任务 (4)2.2电路设计及分析 (4)2.2.1电流调节器 (5)2.2.2转速调节器 (6)2.3电路设计及分析 (7)2.4电流调节器设计 (7)2.4.1电流环简化 (8)2.4.2电流调节器设计 (8)2.4.3电流调节器参数计算 (9)2.4.4电流调节器的实现 (10)2.5转速调节器设计 (11)2.5.1电流环等效传递函数 (11)2.5.2转速调节器结构选择 (12)2.5.3转速调节器参数计算 (13)2.5.4转速调节器的实现 (14)3系统参数计算和电气图 (15)3.1电流调节器参数计算 (15)3.2转速调节器参数计算 (15)3.3电气原理图 (16)4系统仿真 (18)5小结体会 (20)参考文献 (21)1设计意义双闭环（电流环、转速环）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、抗干扰能力强等优点。
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调节器的单闭环的调速系统可以再保证系统稳定的条件下实现转速无静差。
第二章转速、电流双闭环直流调速系统
如采用自适应控制、鲁棒控制等策略，提 高系统对负载扰动的抵抗能力。
加入滤波器
优化系统结构
在系统中加入适当的滤波器，以滤除高频 噪声和干扰信号，提高系统稳定性。
通过改进系统结构或采用先进的控制算法 ，提高系统的稳定性和动态性能。
05
双闭环直流调速系统动态性能分 析
动态性能指标评价
跟随性
系统输出跟随输入指令变化的快速性和准确性，通常由上升时间、 超调量和调节时间等指标来评价。
工程整定法
基于经验公式或实验数据，通过 试凑法调整参数，使系统满足性 能指标要求。
解析法
02
03
仿真法
通过建立系统数学模型，利用控 制理论求解满足性能指标的参数 值。
利用计算机仿真技术，模拟系统 实际运行情况，通过调整参数优 化系统性能。
性能指标评价
稳态误差
反映系统稳态精度，要求稳态误差小 于允许值。
为企业带来了显著的经济效益和 市场竞争力提升。
THANKS
感谢观看
解析法
02
通过建立系统数学模型，利用优化算法求解最优参数。
智能优化算法
03
如遗传算法、粒子群算法等，可自动寻优得到最佳参数组合。
性能指标评价
稳态误差
反映系统稳态精度，越小越好。
调节时间
反映系统从扰动发生到重新达到稳态所需的 时间，应尽可能短。
超调量
反映系统动态过程中的最大偏离量，应尽可 能小。
鲁棒性
传统调速系统存在的问题
传统单闭环调速系统存在调速精度低、动态响应慢等问题， 无法满足现代工业生产的需要。
系统设计方案及实施过程
设计方案：采用转速 、电流双闭环控制策 略，其中转速环为外 环，电流环为内环， 通过PI调节器实现对 电机转速和电流的高 精度控制。
闭环-转速电流双闭环直流调速系统
§2.2 转速、电流双闭环直流调速系统
一、双闭环调速系统的控制规律
转速单闭环系统被调节的是n，检测的误差是n， 要消除的也是扰动对n的影响。故不能控制电流（转 矩）的动态过程。
电流截止负反馈环节只能限制电流的冲击，不 能控制电流保持为某一所需值。
经常正、反转运行的调速系统，希望尽量缩短 启动、制动和反转过渡过程的时间，即要求系统动 态性能好，单闭环就不能满足要求了。
整个系统的本质由外环速度调节器来决定。即： 当ASR不饱和时，电流负反馈使静特性可能产生的 速降完全被ASR的积分作用所抵消了；一旦ASR饱 和，当负载电流过大，系统实现保护作用使n下降 过大时，转速环即失去作用，只剩下电流环起作用， 这时系统表现为恒流调节系统，静特性便会呈现出 很陡的下垂特性。
各变量的稳态工作点和稳态参数计算:
C
IdN
Idm
Id
BC段：描述ASR饱和后（ACR不饱和）的电流单闭环
系统的静特性，转速外环呈开环状态，表现为电流
无静差。
Id
U
* im
Idm
(n < n0 )
ASR的限幅值Uim由设计者选定——限定了最大电 流值Idm。
2、稳态参数：
转速调节器输出：
U
* i
Ui
Id
I dL
电流调节器输出：Uc
加快动态过程。 （4）电机过载/堵转时，限制Idlmax，起快速自动保护作用。
调节器的输出限幅作用
转速调节器ASR的输出限幅电压U*im决定
电流给定电压的最大值Idm；
电流调节器ACR的输出限幅电压Ucm限制 了电力电子变换器的最大输出电压Udm。
当ASR饱和时，相当于电流单闭环系统,实现 “只有电流负反馈，没有转速负反馈”
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建筑学院电气信息学院课程设计课程名称：电子系统仿真实习设计题目：转速闭环控制直流调速系统仿真姓名：学号：专业班级：指导教师：起止日期：设计鉴定总评目录目录 (2)第一章设计容 (3)1.1设计背景： (3)1.2主要容 (4)1.3双闭环调速系统 (4)第二章方案实施 (6)2.1转速给定电路设计 (6)2.2转速检测电路设计 (6)2.3电流检测电路设计 (7)第三章主电路保护电路设计 (8)3.1过电压保护设计 (8)3.2过电流保护设计 (9)3.3 驱动电路的设计 (11)3.4 控制电路设计 (12)3.5电流环与转速环的设计 (13)3.6 电流调节器的设计 (14)3.7 转速调节器的设计 (15)第四章结论体会 (17)参考文献： (18)第一章设计容1.1设计背景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。
在20世纪60年代，随着晶闸管的出现，现代电力电子和控制理论、计算机的结合促进了电力传动控制技术研究和应用的繁荣。
晶闸管-直流电动机调速系统为现代工业提供了高效、高性能的动力。
尽管目前交流调速的迅速发展，交流调速技术越趋成熟，以及交流电动机的经济性和易维护性，使交流调速广泛受到用户的欢迎。
但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场，并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。
现在的直流和交流调速装置都是数字化的，使用的芯片和软件各有特点，但基本控制原理有其共性。
对于那些在实际调试过程中存在很大风险或实验费用昂贵的系统，一般不允许对设计好的系统直接进行实验。
然而没有经过实验研究是不能将设计好的系统直接放到生产实际中去的。
因此就必须对其进行模拟实验研究。
当然有些情况下可以构造一套物理装置进行实验，但这种方法十分费时而且费用又高，而且在有的情况下物理模拟几乎是不可能的。
近年来随着计算机的迅速发展，采用计算机对控制系统进行数学仿真的方法已被人们采纳。
但是长期以来，仿真领域的研究重点是仿真模型的建立这一环节上，即在系统模型建立以后要设计一种算法。
以使系统模型等为计算机所接受，然后再编制成计算机程序，并在计算机上运行。
因此产生了各种仿真算法和仿真软件。
1.2主要容本课题以直流电动机为对象，用工程设计方法设计直流电动机转速、电流双闭环调速系统，基于直流电动机的基本方程给出动态结构图，建立双闭环调速系统的数学模型，并应用MATLAB进行仿真，对仿真结果分析、研究，验证控制方案的合理性。
主要完成如下工作： (1) 数学模型的建立认真学习相关资料，根据直流电动机基本方程，建立双闭环调速系统的数学模型并给出动态结构框图。
(2) 系统方案设计通过国外中英文资料介绍，了解直流电动机双闭环调速系统的最佳工程设计方法，并进行调速系统的设计。
(3) 仿真的进行和结果的分析与探究深入学习和掌握MATLAB下的Simulink和Power System系统模型的搭建方法，进行模型搭建和仿真，对结果进行分析与探究。
1.3双闭环调速系统在单闭环直流调速系统中，电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只能在超过临界电流dcrI值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想地控制电流的动态波形。
带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统中，起动电流突破dcrI以后，受电流负反馈的作用，电流只能再升高一点，经过某一最大值dmI后，就降低下来，电机的电磁转矩也随之减小，因而加速过程必然拖长。
对于经常正、反转运行的调速系统，例如龙门刨床、可逆轧钢机等，尽量缩短起、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（转矩）为允许的最大值，使电力拖动系统以最大的加速度起动，到达稳态转速时，立即让电流降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。
实际上，由于主电路电感的作用，电流不可能突跳。
为了实现在允许条件下的最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值dmI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。
问题是，应该在起动过程中只有电流负反馈，没有转速负反馈，达到稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不再让电流负反馈发挥作用。
要想既存在转速和电流两种负反馈，又使它们只能分别在不同的阶段里起作用，只用一个调节器显然是不可能的，可以考虑采用转速和电流两个调节器。
图1.1 转速、电流双闭环直流调速系统第二章方案实施2.1转速给定电路设计转速给定电路主要由滑动变阻器构成，调节滑动变阻器即可获得相应大小的给定信号。
转速给定电路可以产生幅值可调和极性可变的阶跃给定电压或可平滑调节的给定电压。
其电路原理图如图2.1所示。
图2.1 转速给定电路原理图2.2转速检测电路设计转速检测电路的主要作用是将转速信号变换为与转速称正比的电压信号，滤除交流分量，为系统提供满足要求的转速反馈信号。
转速检测电路主要由测速发电机组成，将测速发电机与直流电动机同轴连接，测速发电机输出端即可获得与转速成正比的电压信号，经过滤波整流之后即可作为转速反馈信号反馈回系统。
其原理图如图2.2所示。
图2.2 转速检测电路原理图2.3电流检测电路设计电流检测电路的主要作用是获得与主电路电流成正比的电流信号，经过滤波整流后，用于控制系统中。
该电路主要由电流互感器构成，将电流互感器接于主电路中，在输出端即可获得与主电路电流成正比的电流信号，起到电气隔离的作用。
其电路原理图如图2.3所示。
图2.3 电流检测电路原理图第三章主电路保护电路设计3．1过电压保护设计晶闸管对过电压很敏感，当正向电压超过其断态重复峰值值电压一定值时，就会误导通，引发电路故障；当外加的反向电压超过其反向重复峰值电压U一DRM定值时，晶闸管将会立即损坏。
因此，必须研究过电压的产生原因及抑制过电压的方法。
过电压产生的原因主要是供给的电压功率或系统的储能发生了激烈的变化，使得系统来不及转换，或者系统中原来积聚的电磁能量不能及时消散而造成的。
本设计采用如右图3.1阻容吸收回路来抑制过电压。
通过经验公式 3(24)10T C I -=~⨯1030R =~Ω212R m P CU = 图3.1 阻容吸收回路得：33(24)10(24)50100.10.2T C I F μ--=~⨯=~⨯⨯=~2623110.210140 1.961022R m E CU J --==⨯⨯⨯=⨯ 由于一个周期晶闸管充放电各一次，因此3322 1.9610 3.9210R E J --=⨯⨯=⨯33.92100.1960.02E P W T -⨯=== 功率选择留5～6倍裕量 (5~6)(5~6)0.1961~1.2P P W W ==⨯=因此，电阻R 选择 阻值为Ω20,功率选择1W 的电阻。
电容C 选择 容量为F μ20.0的电容。
3．2过电流保护设计过电流保护措施有下面几种，可以根据需要选择其中一种或数种。
（1）在交流进线中串接电抗器或采用漏抗较大的变压器，这些措施可以限制短路短路电流。
（2）在交流侧设置电流检测装置，利用过电压信号去控制触发器，使脉冲快速后移或对脉冲进行封锁。
（3）交流侧经电流互感器接入过电流继电器或直流侧接入过电流继电器，可以在发生过电流时动作，断开主电路。
（4）对于大容量和中等容量的设备以及经常逆变的情况，可以用直流快速开关进行过载或短路保护。
直流开关的应根据下列条件选择：① 快速开关的额定电流2l d I 额定整流电流N I 。
② 快速开关的额定电压Kld U ≥额定整流电压N U 。
③ 快速开关的分断能力2fd d I 直流侧外部短路时稳态短路电流平均电流平均值20d I 。
快速开关的动作电流2g d I 按电动机最大过载电流整定 2g d N I KI =式中，K 为电动机最大过载倍数，一般不大于2.7；N I 为直流电动机的额定电流。
（5） 快速熔断器它可以安装在交流侧或直流侧，在直流侧与元件直接串联。
在选择时应注意以下问题：① 快熔的额定电压应大于线路正常工作电压的有效值。
② 熔断器的额定电流应大于溶体的额定电流。
③ 溶体的额定电流KN I 可按下式计算 1.57Ta KN T I I I ≤≤1．三相交流电路的一次侧过电流保护在本设计中，选用快速熔断器与电流互感器配合进行三相交流电路的一次侧过电流保护。
（1）熔断器额定电压选择：其额定电压应大于或等于线路的工作电压。
本课题设计中变压器的一次侧的线电压为380V ，熔断器额定电压可选择400V 。
（2）熔断器额定电流选择：其额定电流应大于或等于电路的工作电流。
本课题设计中变压器的一次侧的电流1I221114043.716.1380U I I A U ⨯=== 熔断器额定电流 11.6 1.616.125.76FU I I A ≤=⨯=因此，如右图在三相交流电路变压器的一次侧的每一相上串上一个熔断器，按本课题的设计要求熔断器的额定电压可选400V ，额定电流选25A 。
图3.22．晶闸管过电流保护晶闸管不仅有过电压保护，还需要过电流保护。
由于半导体器件体积小、热容量小，特别像晶闸管这类高电压、大电流的功率器件，结温必须受到严格的控制，否则将遭至彻底损坏。
当晶闸管中流过的大于额定值的电流时，热量来不及散发，使得结温迅速升高，最终将导致结层被烧坏。
晶闸管过电流保护方法中最常用的是快速熔断器。
快速熔断器由银质熔丝埋于石英砂，熔断时间极短，可以用来保护晶闸管。
3.3驱动电路的设计晶闸管触发电路的作用是产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管在学要的时刻由阻断转为导通。
晶闸管触发电路往往包括触发时刻进行控制相位控制电路、触发脉冲的放大和输出环节。
触发脉冲的放大和输出环节中，晶闸管触发电路应满足下列要求：（1）触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通，三相全控桥式电路应采用宽于60°或采用相隔60°的双窄脉冲。
（2）触发脉冲应有足够的幅度，对户外寒冷场合，脉冲电流的幅度应增大为器件最大触发电流3～5倍，脉冲前沿的陡度也需增加，一般需达1～2A ∕us 。
（3）所提供的触发脉冲应不超过晶闸管门极的电压、电流和功率定额，且在门极的伏安特性的可靠触发区域之。
（4）应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。
在本设计中最主要的是第1、2条。
理想的触发脉冲电流波形如图3.3 。
图3.3 理想的晶闸管触发脉冲电流波形12~t t -----脉冲前沿上升时间（1s μ≤）13~t t ----强脉冲宽度 M I ---强脉冲幅值（3~5GT GT I I ）14~t t ---脉冲宽度 I --脉冲平顶幅值（1.5~2GT GT I I ）常用的晶闸管触发电路如图3.4 。