双闭环直流调速系统85591
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这个科技高速发展的时代，咱们的交通工具也变得聪明起来。
就拿咱们开车来说吧，以前那老式的油门和刹车，现在都升级成智能的双闭环直流电机调速系统了！这玩意儿可不得了，它能让车子跑得飞快，还能稳稳当当，简直就像个听话的小精灵。
首先说说这个“双闭环”是什么意思。
简单来说，就是电机的转速控制有两个环路，一个负责输入信号，另一个负责输出结果。
这样一来，系统就能自动调节，保证车子跑得既快又稳，就像咱们开车一样，既要追求速度，又要注重安全。
再来说说这个“直流电机”，这可是个大家伙。
它不像那种交流电机，需要不断地换向，所以它的效率更高，噪音更小，而且寿命更长。
想想看，咱们的车子要是有这么一个直流电机，那岂不是既省油又环保？再说说这个“调速系统”。
它可不是随便调调就能搞定的。
你得根据车子的实际需求来设定速度，还得时刻监控电机的工作状态，确保一切正常。
就像咱们平时做饭，得先想好要做什么菜，还得时不时尝一尝味道，看看对不对口。
还有啊，这个“双闭环直流电机调速系统”还有个特别的地方，就是它能自我诊断。
一旦发现哪里不对劲，它就会立刻告诉你，让你及时处理，保证车子能继续平稳地跑。
就像咱们看病一样，有了这个功能，车子就能更好地保护咱们的安全。
当然了，这玩意儿也不是万能的。
比如有时候，咱们可能得手动调整一下速度，或者应对一些特殊情况。
这时候，咱们就得靠经验和直觉来操作，就像咱们开车时，有时候得凭感觉来加速或者减速。
总的来说，这个双闭环直流电机调速系统真是个好东西！它让咱们的车子跑得更快、更安全、更环保。
咱们开车的时候也能更加轻松愉快。
不过呢，咱们也得好好保养它，让它更好地为咱们服务。
就像咱们照顾家里的电器一样，得定期给它加油、清理灰尘，这样才能让它永远保持最佳状态。
最后再提醒一句，虽然这个系统很厉害，但也得小心使用。
咱们在享受它带来的便利的也要遵守交通规则，保证自己和他人的安全。
毕竟，咱们开车的最终目的还是为了大家的安全和舒适。
双闭环直流调速系统
双闭环直流调速系统一、单闭环调速系统存在的问题①用一个调节器综合多种信号，各参数间相互影响，②环内的任何扰动，只有等到转速出现偏差才能进行调节，因而转速动态降落大。
③电流截止负反馈环节限制起动电流，不能充分利用电动机的过载能力获得最快的动态响应，起动时间较长。
电流截止负反馈单闭环直流调速系统最佳理想起动过程最佳理想起动过程:在电机最大电流（转矩）受限制条件下，希望充分利用电机的允许过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流（转矩）为允许的最大值。
缺点：改进思路：为了获得近似理想的过渡过程，并克服几个信号综合在一个调节器输入端的缺点，最好的办法就是将主要的被调量转速与辅助被调量电流分来加以控制，用两个调节器分别调节转速和电流，构成转速、电流双闭环调速系统。
二、转速、电流双闭环调速系统的组成双闭环调速系统其原理图双闭环直流调速系统结构图双闭环直流调速系统静态结构图系统特点两个调节器，一环嵌套一环；速度环是外环，电流环是内环。
（2）两个PI调节器均设置有限幅；一旦PI调节器限幅（即饱和），其输出量为恒值，输入量的变化不再影响输出，除非有反极性的输入信号使调节器退出饱和；即饱和的调节器暂时隔断了输入和输出间的关系，相当于使该调节器处于断开。
而输出未达限幅时，调节器才起调节作用，使输入偏差电压在调节过程中趋于零，而在稳态时为零。
（3）电流检测采用三相交流电流互感器；（4）电流、转速均实现无静差。
由于转速与电流调节器采用PI调节器，所以系统处于稳态时，转速和电流均为无静差。
转速调节器ASR输入无偏差，实现转速无静差。
三、双闭环调速系统的静特性双闭环系统的静特性如图所示特点：1）n0-A 的特点②ASR不饱和。
②ACR不饱和。
或n0为理想空载转速。
此时转速n与负载电流无关，完全由给定电压所决定。
电流给定有如下关系??因ASR不饱和，，故。
n0A这段静特性从一直延伸到。
2）A—B段①ASR饱和。
②ACR不饱和。
电流跟随，起到了过流保护作用。
双闭环直流调速系统电路原理
双闭环直流调速系统电路原理
一、双闭环直流调速系统简介
双闭环直流调速系统，通常称为DCS，是一种用于控制和调节电动机
转速的电子系统，它能够准确地检测电机的转速，以调整电机驱动器输出
功率，并为电机提供良好的调节性能、低噪声、低抖动和优异的精度。
它
通常由稳态调节器、反馈传感器、控制器、执行器等组成。
双闭环直流速系统，具有以下几个电路：1.平衡节回路：由半桥变流器、电流变换器、电流放大器、PID控制器、可变阻器等组成，以实现基
于比例环节的节；2.电压控制回路：由可前置增益电路、放大器、变速器、可谐滤波器以及PID控制器组成，以实现节；3.转矩控制回路：由电阻模块、电容模块、放大器和可谐滤波器组成，以实现节；4.转速控制回路：
由反馈传感器、放大器、可谐滤波器和PID控制器组成，以实现节；5.电
流控制回路：由电流放大器和可谐滤波器组成，以实现节；6.位置控制回路：由反馈传感器、放大器，可谐滤波器和专用控制器组成，以实现节；7.整回路：由电位器。
解读双闭环直流调速系统
2.2.3 动态抗扰性能分析
1. 抗负载扰动
U*n
U*i
+ - ASR
ACR
-
Un
Ui
Ks Tss+1
Ud0 -
±∆IdL
1/R Id Tl s+1
RE
n
Tms
1/Ce
直流调速系统的动态抗负载扰作用
2.2.3 动态抗扰性能分析
2. 抗电网电压扰动
U*n
+
- Un
ASR
±∆Ud
-IdL
Ks Tss+1
B. 转速调节器饱和
ASR输出达到限幅值U*im ，转速外环呈开环状态， 转速的变化对系统不产生影响。双闭环系统变成一个
电流无静差的单电流闭环调节系统。
稳态时
Id
Ui*m
Idm
式中，最大电流 Idm 由设计者选定，取决于电机的 容许过载能力和拖动系统允许的最大加速度。
这样的下垂特性只适合于 n < n0 的情况，因为如果 n>n0 ，则Un > U*n ，ASR将退出饱和状态。
3. 第 Ⅲ 阶段（续）
n
n* I
II
III
O
t
Id
Idm
IdL
O
t1
t2
t3
t4
t
3. 第 Ⅲ 阶段（续）
• 直到Id = IdL时，
n n* I
II
III
转矩Te= TL ，则
dn/dt = 0，转速
n才到达峰值（t O
t
= t3时）。
Id
Idm
IdL
O
t1
t2
t3 t4
双闭环直流调速系统
双闭环直流调速系统一、双闭环直流调速系统的介绍双闭环（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。
但如果对系统的动态性能要求较高，例如要求起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足要求。
这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩。
在单闭环系统中，只有电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的。
但它只是在超过临界电流dcrI值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。
带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动时的电流和转速波形如图1-（a）所示。
当电流从最大值降低下来以后，电机转矩也随之减小，因而加速过程必然拖长。
二、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，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。
因为PI调节器作为校正装置既可以保证系统的稳态精度，使系统在稳态运行时得到无静差调速，又能提高系统的稳定性；作为控制器时又能兼顾快速响应和消除静差两方面的要求。
一般的调速系统要求以稳和准为主，采用PI调节器便能保证系统获得良好的静态和动态性能。
三丶一般来说，双闭环调速系统具有比较满意的动态性能。
动态跟随性能：双闭环调速系统在起动和升速过程中，能够在电流受电机过载能力约束的条件下，表现出很快的动态跟随性能。
双闭环直流调速系统(可编辑修改word版)
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U ‒ IRn =（1-1）K e∅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P N= 67KW ，额定电压U N= 230V ，额定电流I N= 291A ，额定转速n N = 1450 r min ，电动机的过载系数= 2 ，电枢电阻R a = 0.2Ω1.2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。
双闭环直流调速系统
双闭环直流调速系统一、课程设计大纲课程设计是本课程教学中极为重要的实践性教学环节，它不仅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，还将起到从理论过渡到实践的桥梁作用。
通过课程设计，学生将进一步巩固、深化和扩充在交直流调速及相关课程的知识。
二、课程设计任务书该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机不可逆运行，具有较宽的调速范围（D10），系统在工作范围内能稳定工作。
动态性能指标：转速超调量n8，电流超调量i5，动态速降n810，调速系统的过渡过程时间（调节时间）ts1s。
说明机械负载对调速系统的基本要求（调速、稳速、加减速控制）。
推导该系统的机械特性方程并进行静特性分析（画出稳态结构框图）。
利用开环频率特性进行校正（在对数坐标纸上画图），使系统满足性能指标要求。
课程设计内容仿真：利用MATLAB进行系统校正仿真，编写仿真程序，在课程设计说明书中附仿真曲线图。
三、摘要本文介绍了双闭环直流调速系统的设计与分析。
该系统通过引入转速负反馈和电流负反馈，分别调节转速和电流，以满足对系统动态性能的较高要求。
在起动过程中，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。
双闭环直流调速系统具有无静差、良好的稳态精度和快速性，被广泛应用于对动态性能要求较高的领域。
本文还通过Matlab对系统进行了数学建模和仿真，以分析其特性。
四、系统技术数据及要求直流电动机需要三相直流电源，由三相桥式整流电路将三相交流380V电源整流为三相直流电源。
五、调速系统的方案选择系统性能要求：需要明确调速系统的控制目标，包括稳态精度、动态响应、过载能力等。
这些性能指标将直接影响到方案的选择。
例如，对于要求高精度和快速响应的系统，可能需要选择高性能的控制器和执行机构。
双闭环直流调速系统
引言在工业生产中，许多生产机械为了满足生产工艺要求，需要改变工作速度：例如，金属切削机床，由于工件的材料、被加工的尺寸和精度的要求不同，速度就不同。
另外轧钢机，因为轧制品种和材料厚度的不同，也要求采用不同的速度。
生产机械的调速方法可以采用机械的方法取得，但是机械设备的变速机构较复杂，所以在现代电力拖动中，大多数采用电气调速方法。
电气调速就是对机械的电动机进行转速调节，在某一负载下人为地改变电动机的转速。
直流电动机具有良好的起动、制动性能，适宜在较大范围内调速．在许多需要高性能可控电力拖动领域中得到广泛的应用。
近年来交流调速系统发展很快，然而直流拖动系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从反馈闭环控制的角度来看，它是交流拖动控制系统的基础，所以应该很好地掌握直流调速系统。
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，单闭环系统就难以满足需要。
所以需要引入转速﹑电流双闭环控制直流调速系统，本文着重研究其控制规律﹑性能特点和设计方法。
首先介绍转速﹑电流双闭环调速系统的组成，接着说明该系统的静特性和动态特性，最后用工程方法设计转速与电流两个调节器。
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，首先要具有较高的机电能量转换效率；其次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。
一 双闭环直流调速系统介绍1.1闭环调速系统的组成根据自动控制原理，反馈控制的闭环系统是按被调量的偏差进行控制的系统，只要被调量出现偏差，它就会自动产生纠正偏差的作用。
调速系统的转速降落正是由负载引起的转速偏差，显然，引入转速闭环将使调速系统可以大大减少转速降落。
双闭环直流电动机调速系统
04
系统软件设计
控制算法设计
算法选择
算法实现
根据系统需求，选择合适的控制算法， 如PID控制、模糊控制等。
将控制算法用编程语言实现，并集成 到系统中。
算法参数整定
根据系统性能指标，对控制算法的参 数进行整定，以实现最优控制效果。
调节器设计
调节器类型选择
根据系统需求，选择合适 的调节器类型，如PI调节 器、PID调节器等。
在不同负载和干扰条件下测试系统的性能， 验证系统的鲁棒性。
06
结论与展望
工作总结
针对系统中的关键问题，如电流和速度的动态 调节、超调抑制等，进行了深入研究和改进。
针对实际应用中可能出现的各种干扰和不确定性因素 ，进行了充分的考虑和实验验证，提高了系统的鲁棒
性和适应性。
实现了双闭环直流电动机调速系统的优化设计 ，提高了系统的稳定性和动态响应性能。
通过对实验数据的分析和比较，验证了所设计的 双闭环直流电动机调速系统的可行性和优越性。
研究展望
进一步研究双闭环直流电动机 调速系统的控制策略，提高系
统的动态性能和稳定性。
针对实际应用中的复杂环境和 工况，开展更为广泛和深入的 实验研究，验证系统的可靠性
和实用性。
探索双闭环直流电动机调速系 统在智能制造、机器人等领域 的应用前景，为相关领域的发 展提供技术支持和解决方案。
功率驱动模块
总结词
控制直流电动机的启动、停止和方向。
详细描述
功率驱动模块是双闭环直流电动机调速系统的核心部分，负责控制直流电动机的启动、停止和方向。它通常 由电力电子器件（如晶体管、可控硅等）组成，通过控制电动机的输入电压或电流来实现对电动机的速度和 方向的控制。功率驱动模块还需要具备过流保护、过压保护和欠压保护等功能，以确保电动机和整个系统的
双闭环直流调速系统
感:
(mH)
式中 —-计算系数,三相全桥取 3、9,三相半波取 6.75;
——整流变压器短路电压百分比,一般取 0、05~０、１;
-—整流变压器二次相电压(V);
——直流电动机额定电流(A)。
3)保证电流连续所需电抗器得电感值、当电动机负载电流
小到一定程度时,会出现电流断续得现象,将使直流电动机得
机械特性变软、为了使输出电流在最小负载电流时仍能连续,
(ｍH) 式中 --计算系数,三相全控桥 0。６9３;
——环流平均值(A); -—整流变压器二次侧相电压(Ｖ)。
实际串接得均衡电抗器得电感值: (ｍH)
三.整流变压器得选择
整流变压器一次侧接交流电网,二次侧连接整流装置。整流变 压器得选择主要内容有连接方式、额定电压、额定电流、容量等。 3、1 整流变压器得作用与特点
——电流最大允许脉动系数,通常单相电路取２0％,三相
电路取 5%～１０％;
-—整流变压器二次侧相电压(V);
——电动机最小工作电流(A),取电动机 额定电流得 5%~1
０％。
实际串接得电抗器得电感值:
(mH) 式中 Ｎ——系数,三相桥取２,其余取 1。 ２、3 均衡电抗器选择: 限制环流所需得电抗器得电感值:
电流 检测
Ui
ΔU
给定电压 Un*+ n
- Un
速度 调节器
Ui* +
电流 Uc 三相集成
调节器
触发器
三相 Ud 直流
全控桥
电动机
n
转速 检测
双闭环直流调速系统框图
双闭环直流调速系统电路原理图
一.本设计预设得参数
直流电动机:2２０Ｖ,1３6A, 1500r/ｍin, Cｅ=０、1３6Vmin／r 晶闸管装置放大系数:Kｓ =4０ 电枢回路总电阻:Ｒ＝0、5 欧 时间常数:Tｌ=0。015s, Ｔm=0。2s, 转速滤波环节时间常数Ｔon 取 0.01s 电压调节与电流调节器得给定电压为 8V 系统稳态无静差,电流超调量σi≤5％; 空载启动到额定转速时得
双闭环直流调速系统
第II阶段（t1-t2）
由静止状态开始启动时，转速和电流 随时间变化的波形
• 第II阶段是恒流升速阶段，电机在 最大电流Uin*下的电流调节系统， 基本上保持电流恒定，加速度恒定， 转速呈线性增长。
• 电机的反电动势E也按线性增长， 对电流调节系统来说，E是一个线 性渐增的扰动量，为了克服它的扰 动，Udo和Uc也必须基本上按线 性增长，才能保持恒定。ACR采用 PI调节器，Id应略低于Idm。
ASR饱和(AB段)：当负载电流达到Idm时，对应于转速调节器的饱 和输出Uim*，这时，电流调节器起主要调节作用，系统表现为电流 无静差，得到过电流的自动保护。
比较：电流截止负反馈。
cf：带电流截至，转速负反馈无静差直流调速系统的静特性，Idcr和 IdbL均小于Idm
双环系统稳态参数计算
thank you
THANKS FOR YOU WATCHING
控制系统的动态性能指标
跟随性能指标:上升时间、超调量、调节时 间
抗扰性能指标 通常，调速系统的动态指标以抗扰性能为主，
而随动系统的动态指标以跟随性能为主。
*抗扰性能指标
（1）动态降落△Cmax％ • 系统稳定运行时，由阶跃扰动所引起的输出量最大降落值△Cmax。 • 用输出量原稳态值C∞的百分数来表示。 • 调速系统突加额定负载扰动时的动态转速降落称为动态速降△nmax％
稳态时 ：两个调节器均不饱和（输入 偏差为零，偏差的积分使调节器
有恒定的电压输出，输出没有达到饱 和值）
ASR饱和时 : U*i = U*im，
n
U
* n
反馈系数：
双闭环直流调速系统工作原理
双闭环直流调速系统工作原理双闭环直流调速系统是一种常用的控制系统，用于调节和控制直流电动机的速度。
该系统通过两个闭环来实现目标速度的精确控制，其中一个闭环负责速度检测与控制，另一个闭环负责电流检测与控制。
下面将详细介绍双闭环直流调速系统的工作原理。
1.电机：用于产生机械功的装置，是整个系统的核心部分。
2.传感器：用于检测电机的速度和电流。
3.控制器：根据传感器的反馈信号，计算并控制电机的输入电压和输出扭矩。
4.功率放大器：将控制器输出的电压信号放大后，传递给电机。
5.脉宽调制（PWM）驱动器：将控制器输出的模拟信号转换为数字信号，用于驱动功率放大器。
下面是双闭环直流调速系统的工作过程：1.速度检测与控制环路：该环路用于检测和控制电机的速度，通过传感器测量电机的速度，并将该速度信号反馈给控制器。
控制器根据目标速度和反馈速度之间的误差，计算出控制电压，并将该控制电压传递给功率放大器。
功率放大器将控制电压放大后，通过PWM驱动器将控制信号传递给电机。
电机根据控制信号的大小和频率，调整自身的旋转速度，使得反馈速度与目标速度尽可能接近。
2.电流检测与控制环路：该环路用于检测和控制电机的电流，通过传感器测量电机的电流，并将该电流信号反馈给控制器。
控制器根据反馈电流和目标电流之间的误差，计算出控制电压，并将该控制电压传递给功率放大器。
功率放大器将控制电压放大后，通过PWM驱动器将控制信号传递给电机。
电机根据控制信号的大小和频率，调整自身的输出扭矩，使得反馈电流与目标电流尽可能接近。
通过双闭环控制，系统可以实现对电机速度和电流的高精度控制。
速度检测与控制环路可以保证电机的速度稳定在设定值附近，并可根据需求进行调整。
电流检测与控制环路可以保证电机输出扭矩的精确控制，从而满足不同工作负载下的要求。
总结起来，双闭环直流调速系统通过速度检测与控制环路和电流检测与控制环路，实现了对直流电动机速度和电流的精确控制。
该系统在工业自动化领域具有广泛的应用，可以确保电机在不同工作条件下的稳定运行，并满足不同任务的要求。
双闭环直流调速系统
Ui(-)
负反馈极性要求 Ufi(+)
ASR反号要求
负反馈极性要求 Un(+)
Ufn(-)
其极性标在双闭环系统电路原理图 所示的系统中。
.
若系统为双环以上的多环调速系统， 则完全可以按同样的方法直接推出各个 调节器的输入输出信号的极性。但实际 分析系统时，必须注意调节器的具体线 路及其输入端的具体接法，以免搞错反 馈极性使系统无法正常工作。
负反馈； 稳态时，只有转速负反馈，没有电流负
反馈。 怎样才能做到这种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 段里起作用呢？
.
2.1 双闭环调速系统的构成
转速、电流双闭环调速系统的组成 调节器输出限幅值的整定 调节器锁零 系统中调节器输入、输出电压极性
的确定
.
2.1.1 转速、电流双闭环调速系统的组成
+
RP1 Un R0
-
R0
Ufn
-
Rn Cn
U+fi
R0
ASR
-
+
+
Ui
LM
R0
-
TA
Ri Ci
L
ACR
LM GT
-
+
+
Uc
V
Id
UPE +Ud
M
+
+
-
n
+
RP2 TTGG -
双闭环直流调速系统电路原理图
.
2.1.2 调节器输出限幅值的整定
图中表出，两个调节器的输出都是带限幅 作用的。
转速调节器ASR的输出限幅电压Uim决定了电流 给定电压的最大值, 完全取决于电动机所允许 的过载能力和系统对最大加速度的需要。
最新双闭环直流电动机调速系统ppt课件
脉宽调制器的基本原理是将直流信号和一个调制 信号比较，调制信号可以是三角波，也可以是锯 齿波。锯齿波脉宽调制器电路如图4-42所示， 由锯齿波发生器和电压比较器组成。锯齿波发生 器采用最简单的单结晶体管多谐振荡器4-42a)， 为了控制锯齿波的线性度，使电容器Ｃ充电电流 恒定，由晶体管VT1和稳压管VST构成恒流源。
图4-35所示的简单不可逆变换器中， 电流ia不能反向，因此不能产生制动作用， 只能作单象限运行。需要制动时必须具有 反向电流—ia的通路，因此应该设置控制 反向通路的第二个IGBT，如图 4-36a)所 示。这种电路组成的PWM伺服系统可在一、 二两个象限运行。
可逆PWM变换器
可逆PWM变换器电路的结构形式有H 型和T型等类，这里主要讨论常用的H型变 换器，它是由四个功率管和四个续流二极 管组成的桥式电路。如图4-38a)所示，图 中功率管选用IGBT。H型电路在控制方式 上分双极式、单极式两种工作制。下面着 重分析双极式工作制，然后再简述单极式 工作制的特点。
变化的）
Uct (s) U(s)
Kp
4、测速发电机传函（输出响应可认为是瞬时 变化的）
Un(s)
n(s)
将上述四个环节按系统中的相互关系连接在 一起，便得到单闭环调速系统动态结构图。
IL(s)
R(TLs1)
U
* n
U K P
Un
Uct
K s Ud0(s) -
1 Tss
1
Ce
n(s)
Tm s(TL s 1) 1
转速、电流双闭环调速系统的组成 转速、电流双闭环调速系统的工作原理
2.2 双闭环直流调速系统
T法测速
T法测速是测出旋转编码器两个输出脉冲之间的
间隔时间来计算出转速。它又被称为测周法测速。
T法测速同样也是用计数器加以实现，与M法测
速不同的是，它计的是计算机发出的高频时钟脉
冲，以旋转编码器输出的脉冲的边沿作为计数器 的起始点和终止点。
T法测速原理
高频时钟脉冲
M2 Tt M 2 f 0
运动控制系统 第 2章
闭环控制的直流调速 系统
内 容 提 要
转速单闭环直流调速系统 转速、电流双闭环直流调速系统 调节器的设计方法
2.3 转速、电流双闭环直流 调速系统的数字实现
系统组成方式 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. 数字电路控制系统 3. 计算机控制系统
工程设计方法的基本思路
设计调节器须同时解决稳、准、快、抗干扰等各方面
相互有矛盾的静、动态性能要求。
作为工程设计方法，首先要使问题简化，突出主要矛 盾。简化的基本思路是，把调节器的设计过程分作两步： 1. 先选择调节器结构，以确保系统稳定，同时满足所需要的 稳态精度。 2.再选择调节器的参数，以满足动态性能指标。 稳、准、快、抗干扰之间相互交叉的矛盾也分两步解
增量式PI调节器
Tsam
u (n) u (n) u (n 1) K p (e(n) e(n 1))
T 在计算机的程序中，用 K I 代替
e(n)
(2-56)
sam
u (n) u (n) u (n 1) K P (e(n) e(n 1)) K I e(n) u (n 1)
M法的测速误差率
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【双闭环直流电机调速系统设计】哎呀，说起电机，那可是咱们日常生活中随处可见的“小能手”！就像家里的电风扇、空调、甚至那些高大上的电动汽车，没有它们可怎么行？不过，说到电机，你可能会想：“这玩意儿不就是转一转吗？有啥难的？”嘿，别小看它，电机的世界可精彩了去了！首先得说说这个“双闭环直流电机调速系统”。
这可不是简单的“开/关”操作，而是涉及到电流、电压这些精密数据的大工程。
想象一下，电机就像是个调皮的孩子，需要我们用智慧去调教它。
而这个调速系统，就像是我们的“教练”，通过各种传感器和控制器来确保电机能够按照我们的要求稳稳地运行。
让我们来聊聊这个系统的两个“闭环”。
第一个“闭环”嘛，就是电流环。
想象一下，电流就像一条小河，流过电机的各个部件。
有了电流环，我们就能像看护河流一样，确保这条“小河”不会溢出来，也不会干涸。
第二个“闭环”呢，就是速度环。
这就好比是我们在跑步时的速度调节，只有保持一定的速度，我们才能跑得又快又稳。
这两个“闭环”可不是随便放在一起的哦！它们之间要相互配合，才能让电机跑得既快又稳。
比如，当电流过大时，速度环就会及时发出警报，提醒我们要调整电流；而当速度过慢时，电流环也会给出提示，让我们知道需要加大电流。
这样一来，电机就能稳稳地按照我们的要求运行啦！不过，说到这个“双闭环直流电机调速系统”，我可得给你提个醒儿。
虽然听起来挺高级的，但实际操作起来可一点也不简单。
你得会读懂各种传感器的信号，还得懂得如何调整控制器的参数。
而且啊，这玩意儿还特别怕“水土不服”——要是环境条件变了，或者电机出了点问题，就得赶紧调整参数，保证电机能够继续稳定地工作。
双闭环直流电机调速系统是一个复杂但功能强大的工具。
它能够帮助我们更好地控制电机，让它能够更加精确地完成各种任务。
如果你对电机感兴趣，或者想要了解更多关于电机的知识，那就赶紧动手试试吧！说不定，你还能发现更多有趣的事情呢！。
双闭环直流调速系统(精)
双闭环直流调速系统(精)前言双闭环直流调速系统是一种常见的电机调速系统，通过控制直流电动机的电压和电流来实现电机转速的控制。
本文将介绍双闭环直流调速系统的工作原理和应用场景，并讨论其在工业控制中的优势和局限性。
工作原理双闭环直流调速系统由速度环和电流环组成。
其中，速度环用于测量电机转速，电流环用于测量电机电流。
系统的控制器通过比较输出信号和目标值来控制电压和电流的大小，从而实现电机的调速。
具体来说，当电机转速低于设定值时，速度环会向控制器发出信号，控制器会增加电机的电压和电流来提高转速；当电机转速高于设定值时，速度环会发送信号告诉控制器减小电机的电压和电流。
另一方面，电流环负责调节电机的电流，以确保电机能够稳定地运行。
应用场景双闭环直流调速系统在工业控制中广泛应用，其主要优势在于能够实现精确的速度控制和较大的负载能力。
因此，它常用于要求高速度精度的场合，如纺织、印刷、食品加工等行业中的转子式机械设备。
此外，双闭环直流调速系统还常用于需要频繁启停或需要反向运转的设备中，如工厂输送带、电梯、卷扬机、空调等设备。
它能够更加精细地控制电机的转速和运行过程，从而提高设备的使用寿命和运行效率。
优势和局限性在工业控制中，双闭环直流调速系统具有以下优势：•稳定性好：双闭环控制能够准确地控制电机的转速和电流，从而保持电机的稳定性。
•精度高：系统能够实现高精度的速度控制和电流控制，可以满足高精度的控制需求。
•可靠性高：系统能够减小电机的损耗和轴承磨损，从而提高设备的可靠性。
但是，双闭环直流调速系统也存在一定的局限性：•成本较高：相对于其他调速系统，双闭环直流调速系统的成本较高，需要较高的技术成本和维护成本。
•系统响应较慢：由于双闭环控制需要进行多次计算和处理，系统响应速度较慢，可能对一些对速度响应时间要求较高的应用不够适合。
双闭环直流调速系统是一种精密、稳定、可靠的电机调速系统，广泛应用于工业控制中。
虽然该系统具有一定的局限性，但在要求高精度、高负载、操作频繁的场合中，仍然是一种值得推荐的方案。
双闭环直流调速系统
1绪论1.1课题的背景及意义直流调速系统的调速精度高，调速范围广，变流装置控制简单，长期以来在调速传动中占统治地位。
在要求调速性能较高的场合，一般都采用直流电气传动。
目前，通过对电动机的控制，将电能转换为机械能进而控制工作机械按给定的运动规律运行且使之满足特定要求的新型电气传动自动化技术已广泛应用于国民经济的各个领域。
三十多年来，直流电机传动经历了重大的变革。
首先实现了整流器的更新换代，以晶闸管整流装置取代了习用已久的直流发电机电动机组及水银整流装置使直流电气传动完成了一次大的跃进。
同时，控制电路已经实现高集成化、小型化、高可靠性及低成本。
以上技术的应用，使直流调速系统的性能指标大幅提高，应用范围不断扩大。
直流调速技术不断发展，走向成熟化、完善化、系列化、标准化，在脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代。
由于直流电气传动技术的研究和应用已达到比较成熟的地步，应用相当普遍。
1.2 课题任务及要求已知技术参数和条件：双极式PWM 直流调速系统采用双闭环控制，已知数据为：电动机的 V U nom 48=，3.7N I A =，min /200r n nom =，Ω=5.6a R ，电枢回路总电阻 Ω=8R ，允许电流过载倍数 2λ=，电流反馈滤波时间 0.001oi T =，转速反馈滤波时间 0.005on T =，电枢回路电磁时间常数 15l T ms =，机电时间常数 ms T m 200=，给定值和ASR 、ACR 的输出限幅值均为V 10，电动势转速比 0.12.min/e C V r =，调解器输入电阻 040R K =Ω,已知开关频率 1f KHz =，PWM 环节的放大倍数 4.8s K =，试对该系统进行动态设计。
设计要求稳态无静差，动态过渡过程时间 s t 1.0≤，电流超调量 %5%≤σ，空载启动到额定转速时的转速超调量 %20%nσ≤。
课题任务和要求： （1）电流环的设计； （2）转速环的设计；（3）运用MA TLAB 软件进行仿真，校验。
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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（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）；——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min1450rn N =，电动机的过载系数2=λ，电枢电阻Ω=2.0a R1.2 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；共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差；同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差。
3) 整流输出电压一周期脉动六次，每次脉动的波形都一样，故该电路为六脉波整流电路。
4)需保证同时导通的两个晶闸管都有脉冲，可采用两种方法：一种是宽脉冲触发，另一种是双脉冲触发。
图1 三相桥式全控整流电路1.3 系统的结构选择方案一，采用转速反馈控制直流调速系统，即单闭环调速系统，用PI调节器实现转速稳态无静差，消除负载转矩扰动对稳态转速的影响，并用电流截止负反馈限制电枢电流的冲击，避免出现过流现象。
方案二，采用转速、电流反馈的控制直流调速系统，即双闭环调速系统。
由于转速单闭环系统并不能充分按照理想要求控制电流（或电磁转矩）的动态过程，对于经常正、反转运行的调速系统，缩短起、制动过程的时间是提高生产效率的重要因素。
为此，在起动（制动）的过渡过程中，希望始终保持电流为允许的最大值，使调速系统以最大的加（减）速度运行。
当到达稳态转速时，最好使电流立即降下来，使电磁转矩与负载转矩相平衡，从而迅速转入稳态运行。
实际上，由于主电路电感的作用，电流不可能突变，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的恒流过程，而且双闭环直流调速系统具有比较满意的动态性能和良好的抗扰动性能。
因此，选择方案二。
为了使转速和电流两种负反馈分别起作用，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，二者之间实行串级连接，电流环做内环，转速环做外环，这就形成了转速、电流反馈控制直流调速系统，即双闭环系统。
为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器都采用PI 调节器。
1.4 确定直流调速系统的总体结构框图注：ASR —转速调节器 ACR —电流调节器TG —测速发电机TA —电流互感器UPE —电力电子变换器 —转速给定电压 —转速反馈电压—电流给定电压—电流反馈电压如图2所示，双闭环直流调速系统的结构图，电动机的起动过程分为三个阶段： 第一阶段是电流上升阶段，突加给定电压后，经过两个调节器的跟随作用，、、都上升，但是在没有达到负载电流以前电动机还不能转动。
当后，电动机开始起动，由于电机惯性的作用，转速不会很快增长，因而转速调节器ASR的输入偏差电压（）的数值仍较大，其输出电压保持限幅值，强迫电枢电流迅速上升。
直到，，电流调节器很快就压制了的增图2 双闭环直流调速系统的结构图长，标志着这一阶段的结束。
在这一阶段中，ASR很快进入并保持饱和状态，而ACR一般不饱和。
第二阶段是恒流升速阶段，在这个阶段中，ASR始终是饱和的，转速环相当于开环，系统成为在恒流给定下的电流调节系统，基本上保持电流恒定，因而系统的加速度恒定，转速呈线性增长，是起动过程的主要阶段。
第三阶段是转速调节阶段，在这阶段中，当转速上升到给定值时，转速调节器ASR的输入偏差为零，但其输出却由于积分作用还维持在限幅值，所以电动机仍在加速，使转速超调。
转速超调后，ASR的输入偏差电压变为负，使它开始退出饱和状态，和很快下降。
但是，只要，转速就继续上升。
直到时，转矩，则，转速n达到峰值。
此后，电动机开始在负载的阻力下减速，直到稳态。
第二章主电路的计算2.1 整流变压器参数的计算在很多情况下晶闸管整流装置所要求的交流供电电压与电网往往不能一致，同时又为了减少电网与整流装置的相互干扰，使整流主电路与电网隔离，为此需要配置整流变压器。
整流变压器根据主电路的型式、负载额定电压和额定电流，算出整流变压器二次相电压、一次与二次额定电流以及容量。
由于整流变压器二次与一次电流都不是正弦波，因而存在着一定的谐波电，引起漏抗增大，外特性变软以及损耗增大，所以在设计或选用整流变压器时，应考虑这些因素。
二次侧相电压为：（2-1）式中：—负载的额定电压；—整流元件的正向导通压降，取1V；n—电流回路所经过的整流元件VT的个数，桥式n=2；A—理想情况下α=时，与的比值，查表可知A=2.34；—电网电压波动系数，取0.9；—最小移相角，对于不可逆调速系统取~；C—线路接线方式系数，查表三相桥式C取0.5V；—变压器阻抗电压比，100kVA以下取0.05,100kVA及以上取0.05~0.01；—二次侧允许的最大电流与额定电流之比，即==2。
故，=由于整流变压器流过的电流通常都是非正弦波，所以其电流、容量的计算与线路形式有关。
三相桥式可控整流电路计算为：变压器二次侧电流的有效值（2-2）变压器的变比K=（2-3）根据变压器磁动势平衡原理知一次侧和二次侧电流关系为：（2-4）所以变压器一次侧电流（2-5）变压器容量为：（2-6）2.2 晶闸管元件的选择晶闸管的额定电压为（2-7）晶闸管所承受的峰值电压（2-8）故，晶闸管的额定电流为（2-9）晶闸管的通态平均电流（2-10）故，，考虑到余量，晶闸管的额定电流取2.3 晶闸管保护环节的计算晶闸管元件有很多优点，但由于击穿电压比较接近工作电压，热容量又小，因此承受过电压、过电流能力差，短时间的过电压、过电流都会造成元件的损坏。
为了使晶闸管元件能正常工作而不损坏，除合理选择元件外，还必须针对过电压、过电流发生的原因采取适当的保护措施。
凡超过晶闸管正常工作时所承受的最大峰值电压均为过电压。
过电压根据产生的原因可以分为两大类。
①操作过电压：由交流装置拉、合闸和器件关断等经常性操作中电磁变化过程引起的过电压；②浪涌过电压：由雷击等偶然原因引起的，从电网进入变流装置的过电压，其幅度可能比操作过电压还高。
2.3.1 交流侧过电压保护对于交流侧的过电压，通常可采取以下保护措施：①雷击过电压可在变压器原边加接避雷器保护；②原边电压很高或变化很大的变压器，对此采取变压器附加屏蔽绕组接地或变压器星形中点通过电容接地的方法；③整流变压器空载且电源电压过零时原边拉闸，此时采用阻容保护或整流式阻容保护；④对于雷击或更高的浪涌电压，如阻容保护还不能吸收或抑制时，采用压敏电阻等非线性电阻进行保护。
2.3.2 阻容保护计算交流侧保护时，在变压器原、副边并联电阻R、电容C，如图3所示。
利用电容两端的电压不能突变的特性，可以有效的抑制变压器绕组中的过电压，串联电阻能消耗部分过电压的能量，同时抑制LC回路的震荡。
阻容保护计算公式：（2-11）（2-12）式中：S为变压器每相平均容量；为变压器副边相电压有效值；为变压器激磁电流百分值，（10~1000）kVA的变压器的激磁电流百分值为4~10；为变压器的短路电压百分值，（10~1000）kVA 的变压器的短路电压百分值为5~10。
图3 交流侧阻容保护电路则，，取10uF。
，取。
，取50uF。
，取。
2.3.3直流侧过压保护直流侧过压保护，在直流测并联电容C、电阻R ，如图4所示。
利用电容两端的电压不能突变的特性，可以有效的抑制变压器绕组中的过电压，串联电阻能消耗部分过电压的能量，同时抑制LC回路的震荡。
图4 直流侧过压保护电路图由公式（2-10）和（2-11）可得图5 晶闸管的过压保护，取31uF。
，取。
2.3.4 晶闸管两端的电压保护晶闸管的过压保护，在晶闸管两端并联电容C 、电阻R，如图5所示。
利用电容两端的电压不能突变的特性，可以有效的抑制变压器绕组中的过电压，串联电阻能消耗部分过电压的能量，同时抑制LC回路的震荡。
由公式（2-11）和（2-12）可得，取27uF。
，取。
2.3.5 过流保护电力电子运行不正常或者发生故障时，可能会发生过电流，过电流分为过载和短路两种情况。
采用快速熔断器是电力电子装置中最有效、应用最广的一种过流保护措施，在选择快熔时应考虑：1) 电压等级应根据熔断后快熔实际承受的电压来确定。
2) 电流容量应按其在主电路中的接入方式和主电路连接形式确定。
3) 快熔的值应小于被保护器件的允许值。
4) 为保证熔体在正常过载情况下不熔化，应考虑时间和电流特性。
根据以上原则，过流保护的电路图如图6所示。
快熔熔体的额定电流（2-13）为被保护元件的额定电流的有效值；被保护元件的实际电流的有效值。
因此，快熔F1、F2、F3的额定电流取79A ，F4、F5、F6的额定电流取330A 。
2.4 平波电抗器的计算在V-M 系统中，脉动电流会增加电动机的发热，同时也产生脉动转矩，对生产机械不利。
此外，电波波形的断续给用平均值描述的系统带来一种非线性的因素，也引起机械特性的非线性，影响系统的运行性能。
因此，实际应用中希望尽量避免发生电流断续。
为了避免或减轻电流脉动的影响，需采用抑制电流脉动的措施，主要有：1) 增加整流电路相数，或采用多重化的技术； 2) 设置电感量足够大的平波电抗器。
平波电抗器的电感量一般按低速轻载时保证电流连续的条件来选择，通常首先给定最小电流（以图6 过电流保护电路图A为单位），再利用它计算所需的总电感（以mH为单位），减去电枢电感，即得平波电抗器的电感值。