小功率有静差直流调速系统实例分析
小功率直流调速系统
课程设计(论文)题目: 小功率直流调速系统设计带电流变化率内环的三环系统设计学生姓名：王尼玛专业：自动化（工程）学号： 52525222 班级：自动化22指导教师： poslty成绩： A工程技术学院2012 年 1 月摘要实际的多环调速系统种类繁多，转速一电流双闭环直流调速系统是性能较好、应用最广的直流调速系统。
转速一电流双闭环调速系统在启动过程中，依靠电流环的恒流调节作用，可保持启动电流为最大允许电流值，使系统以最大加速度上升，实现系统的快速性。
但与此同时也存在着诸多问题，例如启动开始时，转速调节器立即达到饱和，电流调节器的给定值很大，而晶闸管整流装置本身的惯性又较小，故电流上升率很高，这使直流电动机的换向条件恶化。
此外，对机械传动机构也会产生很强的冲击，因此要求限制最大电流变化率，而如果用延缓电流环的跟随作用来压低电流变化率，又会影响系统的快速性。
解决转速～电流双闭环存在的以上问题的最好方法，就是使系统在最大允许电流和最大允许电流变化率的条件下实现最快控制，即在电流环内设置电流变化率内环，构成带电流变化率内环的三环调速系统。
关键词电流变化率转速目录摘要 (II)1 课程设计内容及技术指标 (1)1.1设计内容 (1)1.2性能技术指标 (1)2 系统组成及工作原理 (2)2.1 对象模型及参数的确定 (2)2.1.2直流电动机的参数测定: (2)2.2系统组成 (2)2.3工作原理简述 (4)2.3.1电流变化率环节简介 (4)2.3.2电流调节器的构成 (5)2.3.3转速调节器(ASR) (6)2.3.4转速环PI调节器部分参数计算 (6)3 仿真与调试 (8)3. 1 系统Simulink仿真图 (8)3.2 系统仿真 (8)3.2.1 电流内环的调试 (9)3.2.2电流变化率环的调试 (9)3.2.3 转速外环的调试 (10)4 总结 (11)4.1设计过程总结 (11)4.2 存在的问题和可能解决的方法 (11)致谢 (12)参考文献 (13)1 课程设计内容及技术指标1.1设计内容1. 设计实验内容及步骤，测定直流电机各参数，包括电枢回路电阻、电感、电磁时间常数及机电时间常数；2. 按可逆调速的要求，选择直流电源的形式，给出电路图及输出波形图；不要求对具体的元件型号及参数进行选择，也不要求对电源本身的控制电路（如可控硅整流的触发电路与PWM整流的驱动电路）及相关的保护电路进行选择；3. 按各分组中性能指标的要求，设计转速、电流双闭环系统（或相应的三环系统），给出系统的原理图及动态结构图；利用静态特性图确定反馈系数及各环节增益；利用动态结构图进行校正，确定各调节器（控制器）的结构与参数；4. 利用matlab进行仿真调试，观察系统起动过程中（即阶跃响应）转速误差、电流误差、电枢回路电流及转速的变化曲线，对参数进行适当调整，直至满足性能指标要求。
小直流电机调速实验报告
小直流电机调速实验报告【前言】小直流电机调速是电动机控制的基础，也是电力电子技术中的一个重要实验项目，本实验通过对小直流电动机调速系统的搭建和调试，了解电力电子技术在电动机控制中的应用，提高学生对电动机控制的认识和理解。
【实验目的】1. 熟悉小直流电动机的电路结构和性能特点；2. 掌握控制小直流电机转速的方法；3. 学会使用单相可控硅控制直流电机；4. 掌握直流电动机调速原理及其控制策略；5. 了解直流电动机调速系统的工作流程和控制方法。
1. 小直流电机2. 可控硅触发电路3. 脉冲宽度调制器(PWM)模块4. 直流电源5. 数字万用表小直流电动机调速的基本原理是通过改变电动机的电压和电流来改变转速，实现精度调速。
当调整电动机电源的电压时，电动机转速会相应地变化。
可控硅是被广泛应用的电力半导体器件之一，使用可控硅控制电动机启动和停止，可以实现对电动机的精确控制。
触发电路通过贝尔定律、黎曼和华氏定理结合可控硅的工作原理将正弦波信号转换成脉冲波信号，从而使可控硅转导角度和电流变化。
PWM模块控制可控硅导通时间，间断时间和工作周期，从而实现电机转速的精确调节。
1. 搭建电路：将可控硅触发电路和小直流电动机连接到直流电源上；2. 打开电源开关，将电压调节到合适的值；3. 启动可控硅触发电路，使电机开始运转；4. 使用数字万用表，测量电机运转的转速，记录结果；5. 按照实验要求，改变PWM模块的各种参数，观察电动机转速的变化；6. 记录实验过程和结果，写出实验报告。
【实验结果与分析】通过实验，成功地搭建了小直流电动机调速系统，实现了对电机的转速精确控制。
在调节可控硅导通角度的过程中，电机转速随着导通角度的变化而发生变化，证明控制电机转速的方法是可行的。
在调节PWM模块参数的过程中，也可以看到电机转速的变化。
实验结果表明，小直流电动机调速采用可控硅和PWM模块控制，可以实现高精度、高效率的电机转速调节。
【结论】【改进方向】本实验中使用的是单相可控硅，受限于控制系统的复杂度和硬件成本，只能实现单向控制，控制效果相对较差。
小功率有静差直流调速系统实例分析
研究目的和意义
目的
分析小功率有静差直流调速系统 的原理、结构、性能和优化方法 。
意义
为实际应用提供理论依据和技术 支持，提高直流电机调速系统的 性能和稳定性。
02
小功率有静差直流调速系统概述
系统构成和工作原理
系统构成
小功率有静差直流调速系统主要由电 源、控制器、执行器和反馈环节等组 成。
工作原理
01
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同时，随着智能控制技术的发展，可以尝试将先进的 控制算法应用于小功率有静差直流调速系统中，以提
高系统的智能化水平和控制效果。
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此外，还可以研究其他类型的直流调速系统，如无静 差直流调速系统、PWM直流调速系统等，以丰富直 流调速技术的理论体系和应用领域。
THANKS
感谢观看
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调速系统性能改进方案
改进方案一：增加反馈环节
总结词
通过增加反馈环节，可以改善系统的响应速度和调节精度， 减小静差。
详细描述
反馈环节的作用是将输出信号反馈回输入端，与输入信号进 行比较，从而调整输出信号的误差。在直流调速系统中，可 以通过增加反馈环节来提高系统的调节精度和响应速度，从 而减小静差。
总结词
采用更先进的控制算法可以提高系统的调节精度和响应速度，进一步减小静差。
详细描述
控制算法是调速系统的核心部分，其性能直接影响系统的调节精度和响应速度。采用更先进的控制算 法，如模糊控制、神经网络控制等，可以提高系统的调节精度和响应速度，进一步减小静差。同时， 更先进的控制算法还可以提高系统的稳定性和鲁棒性。
小功率有静差直流调速系 统实例分析
• 引言 • 小功率有静差直流调速系统概述 • 系统实例分析 • 调速系统性能改进方案 • 结论与展望
毕业设计论文小功率直流电机调速系统设计
分类号：TM301 U D C：D10621-408-(2012) 2164-0 密级：公开编号：200807143成都信息工程学院学位论文小功率直流电机调速系统设计1小功率直流电机调速系统设计摘要本设计就是基于PWM信号对直流电机进行调速控制，以MC9S12XS128单片机为系统控制的核心，以驱动芯片BTS7960组成电机的驱动模块，并实时的测量电机的实际速度，并把该速度信息在LCD1602上显示，组成了一个小型的闭环的小功率直流电机调速的系统。
为了实现电机调速的稳定和快速，PWM控制方式配合BTS7960电机驱动芯片对小功率直流电机进行驱动和调速是较好的调速系统解决方案。
其中BTS7960内部集成两路H桥式驱动电路。
本系统中利用XS128单片机控制其产生的PWM信号占空比大小，和采用光电码盘采集的电机转速信号来进行调速。
在LCD1602液晶上显示当前转速和设置的转速，将当前转速作为反馈信号与设置转速比较，以确定MC9S12XS128单片机给加速信号还是减速信号，直到两者的速度相等后保持这个速度稳定运行。
在本设计中编写了XS128调速程序、键盘输入程序、测速程序；编写了C51的键盘输入程序、LCD1602显示程序。
经测试，系统调速效果良好，测速比较精确，能够快速的使电机的转速以设定的速度转动。
本设计用的元器件比较少，结构简单，维护方便，便于应用到实际工业生产中。
关键词：单片机；PWM；闭环调速系统；液晶显示The Design Of Low-Power DC Motor Speed Control SystemAbstractThis paper introduces the design of DC motor speed control, which based on the PWM signal. The core of the control system is MC9S12XS128 microcontroller which can drive module that is made of BTS7960 driver chips. The system measures the actual speed of the motor at any time and shows the speed information on the LCD1602. The system is a small, low-power DC motor speed control. In order to make the motor speed stable, the PWM control with the BTS7960 driver chips is a good solution to drive the motor and speed control. The BTS7960 includes the two H-bridge driver circuit. In this system the size of the PWM signal which is controlled by the XS128 microcontroller and the motor speed signal which is acquired from optical encoder controls the speed of motor. LCD1602 displays the current speed and set speed. The system counts the current speed as the feedback signal. The feedback signal is compared to the preset speed, which determines the signal of MC9S12XS128 microcontroller. The signal of XS128 microcontroller is not stop until that the actual speed and the preset speed are same. This system includes XS128 speed control program, the keyboard input program, velocity program; the C51 keyboard input program, the LCD1602 display program. After testing, the system controls the speed of motor well. The measuring speed is more accurate. The system is able to make the motor speed stably rotate in the preset speed. The components which used are not many. The design has a simple structure. The system maintains easily, which is easy to apply it to the actual industrial production.Keywords: Microcontroller; PWM; Closed-loop speed control; LCD目录论文总页数：48页1 引言 (1)1.1课题背景及意义 (1)1.2本课题研究方法和目标 (1)1.2.1 硬件部分 (1)1.2.2 软件部分 (1)1.3主要技术介绍 (2)2 方案研究与主要芯片选择 (2)2.1 总体方案原理及设计框图 (2)2.2 主控芯片的选择与论证 (3)2.3 显示设备的选择与论证 (4)2.4 驱动模块选择 (6)3 硬件电路设计 (7)3.1 单片机控制模块单元电路设计 (7)3.1.1XS128单片机 (7)3.1.2 C51单片机 (13)3.2 驱动控制电路设计 (13)3.3 测速电路设计 (14)3.4 液晶显示电路设计 (14)3.5 电源电路的设计 (16)3.6 按键输入电路的设计 (17)3.7电路总设计 (17)4软件设计 (19)4.1软件设计的总体流程图 (19)4.2各个模块的程序设计 (20)4.2.1 XS128工作的程序设计 (20)4.2.2 按键模块的程序设计 (23)4.2.3 显示模块的程序设计 (24)4.2.4 调速模块的程序设计 (25)5软硬件调试模块 (27)5.1 C51单片机模块程序的调试 (27)5.1.1单片机程序的调试 (27)5.1.2单片机程序的下载 (27)5.2 XS128单片机程序的调试和仿真 (28)5.2.1 XS128程序的调试 (28)5.2软硬件连调中遇到的问题及解决方法 (29)5.3 小功率电机调速系统的使用方法 (30)5.4 调速中的误差的分析 (31)5.5 方案改进 (32)结论 (33)参考文献 (34)致谢 (35)声明 (36)附录 (37)1 引言1.1课题背景及意义在现代的工业生产及应用中，电动机发挥着越来越重要的作用，由电动机和生产机械组成的系统称为电力拖动系统，电动机是其重要的组成器件，电动机的作用是将电能转换为机械能，为生产机械提供动力，是生产机械的原动力，是生产机械的原动机，为生产提供了动力[1]。
微型直流电机调速电路
微型直流电机调速电路微电机调速器电路改造微电机脚踏调速器常用于小型绕线机、缝纫机、拷边机等，作为有级调速器使用。
其调速的电机一般为功率100W，0.48A电流的单相串激式微电机，这类脚踏调速器的电原理图如图1a所示。
接线示意图如图1b所示。
其工作原理为：当脚踏下压杆使K1、K2接通时，22 0V市电经二极管D和电抗器L串联后接微电机M，由于二极管的单向导电作用，微电机所得电压为半波平均值(L直流压降为几伏)，为95V 左右，微电机处于低速运转状态：当脚踏压杆使K1、K2、K3同时接通时，D被K2、K3短接，220V市电经L降压后加在微电机上，微电机处于中速运转状态；当脚踏压杆使K1、K2、K3、K0都接通时，22 0V市电直接加在微电机上，这时，微电机全速运转，这时力矩最大。
平时，微电机启动较频繁，脚踏调速器承受电流较大，常使调速器触点烧熔、粘连和损坏。
并引起微电机电刷、电枢等损坏，给使用者带来诸多不便。
改进后的脚踏调速器电路原理图如图2a所示。
其接线图如图2b所示。
改进后的脚踏调速器采用双向可控硅交流技术，利用改变RC移相时间常数来控制双向可控硅的导通角，用以调整施加于微电机上的电压大小，达到调整微电机转速的目的。
改进的调速器利用原来K1、K2、K3的接通和断开来调整RC时间常数。
因此，K1、K2、K3承受电流很小，可极大延长其触点的使用寿命，也提高了调速器的可靠性和使用寿命。
改进的调速器仍然采用低速、中速、全速有级调速方式，具有容易制作、节约成本、性能可靠、延长使用寿命等特点。
工作原理：平时K1、K2、K3在断开状态时，由于R3阻值较大，其RC移相电路不能使VS触发导通。
当脚踏下压杆使K1、K2接通时，R1、R 2接入电路，其构成的RC时间常数使双向可控硅在较小的导通角状态下导通，使微电机低速运转，调整R1可得到合适的低速度。
当脚踏压杆使K1、K2、K3接通时，R1被短路，R=(R2//R3)+R4，RC时间常数处于适中状态，双向可控硅导通角亦处于适中状态，微电机在中速状态下运行，调整R2可得到需要的中速状态。
小功率有静差直流调速系统的分析
案例七: 小功率有静差直流调速系统的分析图4-1 KZD-Ⅱ型小功率直流调速系统线路图1．系统结构特点和技术数据此为小容量晶闸管直流调速装置，适用于 4kW 以下直流电动机无级调速(调速范围 D≥10∶1，静差率 s≤10%)。
装置的电源电压为 220V 单相交流，输出电压为直流 160V，输 出最大电流 30A；励磁电压为直流 180V，励磁电流为 1A。
系统主要配置 Z3 系列(电枢电压 160V，励磁电压 180V)的小型直流他励电动机。
装置的主回路采用单相桥式半控整流线路。
具有电压负反馈、电流正反馈和电流截止负反馈环节。
图4-2 KZD-Ⅱ型直流调速系统的组成框图2．定性分析对实际系统分析，一般是先定性分析，后定量分析。
即先分析各环节和各元件的作用， 搞清系统的工作原理。
然后再建立系统的数学模型，进一步作定量分析。
分析晶闸管调速系统线路的一般顺序是：主电路→触发电路→控制电路→辅助电路(包 括保护、指示、报警等)。
现依次分析如下：① 主电路中主电路中桥臂上的两个二极管串联排在一侧，这样它们可以兼起续流二极管(Free－ Wheeling diode)的作用，但这样两个晶闸管阴极(Cathode)间将没有公共端，脉冲变压器 (Pulse Transformer)的两个二次绕组间将会有 220 2´ 的峰值电压(Peak Voltage)。
因此 对两个二次绕组间的绝缘(Insulation)要求也要提高。
在要求较高、或容量稍大(2.2kW 以上)的场合，应接入平波电抗器 Ld，以限制电流脉 动(Pulsation)，改善换向条件，减少电枢损耗，并使电流连续。
但接入电抗器后，会延迟 晶闸管掣住电流(Latching Current)的建立，而单结晶体管张弛振荡器脉冲的宽度是比较窄 的，为了保证触发后可靠导通，在电抗器 Ld 两端并联一个电阻(1kΩ)，以减少主电路电流 到达晶闸管所需要的掣住电流的时间。
无超调小功率直流调速系统设计
无超调小功率直流调速系统设计无超调小功率直流调速系统设计随着自动化技术的发展，电机调速系统已经成为了现代工业生产中不可或缺的一部分。
为了适应生产工艺的需要，在工业控制中经常需要实现电机的精确调速，而直流调速系统是比较常见的一种技术方案。
其中无超调小功率直流调速系统具有结构简单、调速控制精度高等特点，被广泛应用到电动机调速系统中。
无超调小功率直流调速系统的主要组成部分包括电机、直流电机调速器以及电压源等。
电机是调速系统的传动核心，而调速器则是实现电机调速的核心部分。
电压源则是为调速器提供必需的电力，是调速系统无法运行的代价。
因此，在设计无超调小功率直流调速系统时，应该充分考虑这些组成部分之间的关联关系，以确保系统能够良好运行，同时保证系统的可靠性和安全性。
在调速器选择方面，无超调PID调速器是目前常用的技术方案之一。
该调速器采用比例、积分、微分三项控制算法，通过对电机转速的反馈进行误差修正，以确保电机达到预定的转速值。
相比其他技术方案，无超调PID调速器对电机调速响应速度更快，调节精度更高。
在无超调小功率直流调速系统的设计过程中，电压源的选择同样至关重要。
电压源应选用满足系统要求的高质量的DC电源，以确保直流调速器获取到充足的电力，为电机提供平稳的运行电流。
同时，应该在电路中设置过流和过压保护器件，以确保电路的稳定和安全运行。
当电机调速实现后，应该进行参数调整以达到最佳效果。
各项参数的调节需要综合考虑电机本身的结构特点、要求的转速范围和负载情况等因素，以确保系统达到最佳的性能表现。
其中，比例系数和积分时间常数的设置会直接影响系统的抗干扰能力和稳态误差，而微分时间常数则会影响系统动态响应特性。
除此之外，整个系统的接线方式和物理布局同样需要注意。
电路应该采用简洁、合理的方式进行接线，以便排除可能导致电路故障的可能源。
物理布局方面应注意避免可能的电磁干扰和电磁波辐射，确保系统的稳定性和安全性。
总之，无超调小功率直流调速系统是电机调速领域中一种比较常见的技术方案，具有应用范围广、结构简单、调速控制精度高等特点。
直流自动调速系统实验
实验七 直流自动调速系统实验一、实验目的：1、了解直流自动调速系统的组成与各个环节的传递函数；2、掌握直流自动调速系统静态特性测试方法，求出系统开环放大倍数)/(s rad K V ，分析V K 与稳态误差ss e 之间的关系：3、掌握直流自动调速系统开环加校正时频率特性的测试方法，绘出系统Bode 图的相角裕度γ、幅值裕度)/(s rad K V 和开环传递函数G （S ）。
二、实验原理：1、 直流自动调速系统方块图如图1所示：图中：直流自动调速系统传递函数、各点参数如下：1K —前置放大器增益 R U —给定电压（控制量）2K —功率放大器增益n —电动机转速（被控制量）C K —直流测速发电机传递系数Ue ∆—偏差量α—分压器分压系数K U —前置放大器输出电压PD —)1/(1+-=TS S G C τG U —校正电压PI —BTS S K G C /)1(42τ+-= D U —直流电动机电枢电压PID —)()()(21S G S G S G C C C +=FZ M —干扰信号（负载转矩）13+S T K m —直流电动机传递函数C U —反馈电压R —电枢回路等效电阻f U —反馈电压Cm —电动机的转矩常数 2．直流电动调速控制系统抗干扰的物理过程： 直流电动机的机械特性 Φ-=e aa D C R I U n闭环控制系统,抗干扰的顺序过程是：在干扰信号FZ M 的作用下（FZ M 的数值下降），使系统直流电动机的转速n 上升、测速发电机电压C U 上升、负反馈电压f U 上升、在给定电压R U 不变的情况下偏差电压)(Ue U U Ue f R ∆=-∆下降。
由直流电动机机械特性的公式知道，在其它参数不变的条件下，加在电枢两端的电压D U 下降，使直流电动机的转速下降，闭环控制系统靠这样的顺序过程实现自动调速的。
同理得出结论，闭环系统能够有效地抑制一切被包围在反馈环内的扰动作用。
优化小功率有静差直流调速电路的方案
在这篇文章中，我将为您深入探讨优化小功率有静差直流调速电路的方案。
通过分析和评估现有的技术和解决方案，我将帮助您全面了解这个主题，并提出适合您的高质量建议。
1. 现有方案的分析和评估在优化小功率有静差直流调速电路的方案上，目前存在一些常用的方法和技术。
可以采用PWM调速技术，通过改变PWM信号的占空比来控制电机的转速。
也可以使用电压型调速技术，通过改变电压大小来实现电机的转速调节。
然而，这些现有方案在实际应用中也存在一些问题和局限性。
在PWM调速技术中，存在调速精度不高、电磁干扰严重等问题；而在电压型调速技术中，又存在效率低、稳定性差等挑战。
2. 新的解决方案针对现有方案的局限性，我认为可以考虑采用先进的数字PID控制技术。
通过数字PID控制技术，可以实现对电机转速的精准控制，并且可以提高系统的稳定性和动态性能。
还可以考虑采用先进的功率电子器件，如SiC器件和高性能IGBT，来提高系统的效率和可靠性。
3. 个人观点和理解在我看来，优化小功率有静差直流调速电路的方案，需要从多个方面综合考虑。
除了技术层面的优化之外，还需要考虑成本、可靠性、生产工艺等因素。
只有全面考虑，才能找到最适合您的方案。
4. 总结和回顾通过本文的阐述，相信您已经对优化小功率有静差直流调速电路的方案有了更清晰的认识。
在未来的实践中，您可以结合我提出的新的解决方案，并根据实际情况进行调整和优化。
希望您的项目能够取得成功！以上就是我对您指定主题的文章撰写方案，希望对您有所帮助。
如果您有其他要求或需要进一步讨论，欢迎随时与我联系。
谢谢！在这篇文章中，我将进一步深入探讨优化小功率有静差直流调速电路的方案，并提出一些具体的技术建议和解决方案。
通过分析和评估现有的技术和解决方案，以及结合个人的观点和理解，希望能够为您提供更多关于这个主题的深入了解和启发。
1. 现有方案的局限性分析在进行优化小功率有静差直流调速电路方案的讨论之前，我们先来具体分析一下现有方案的局限性。
一款新颖的小功率直流电机调速电路
一款新颖的小功率直流电机调速电路本文介绍的小功率直流电机调速电路具有电路新颖、调试方便、调速范围宽及转差率低等特点。
适合各种要求调速精度较高的生产机械设备用。
电路如图1-18所示。
电路工作原理主电路直接输人220V交流，经晶闸管半控桥整流后供给电机电枢。
整流后的电压较高，适合额定电压为150至180V功率小于2kw的直流电机。
这里晶闸管T1和二极管v3及T2和v4采用电力半导体半臂电桥模块。
直流电机的励磁绕组L2由二极管V1、V2及借用电枢回路的V3、V4组成的整流桥供电，节省了两只二极管。
为确保晶闸管关断时，电枢电流连续且平滑，在主电路中接入了续流二极管V5及平波电抗器L1。
（1）同步电压的获取及脉冲触发电路：一般单相半控桥整流电路均采用单结晶体管触发方式，同步信号采用稳压二极管稳压后的削波电压，缺点是触发脉冲的移相范围减小。
本电路采用电源的过零点时刻作为同步信号，同步范围可图1：一款新颖的小功率直流电机调速电路达170°以上。
由二极管V1、V2、V3、V4整流桥输出的单相脉动直流电压一路经电阻R12、R13分压，ZD2稳压获得22V的直流电压作为触发电路等的工作电源，另一路经R21、R22分压送至三极管BG6的基极。
每当电源过零时BG6吼截止，而BG4、BG5饱合导通，BG4将电容c12短接以保证在任意电源半周都是从零点开始充电，B 炕集电极输出的低电平信号使IC1复位，其（3）脚输出低电平以保证晶闸管的触发信号在任意电源半周期内都以电源过零点作为基准。
三极管BG3的集电极电流为C12充电，当BG1管导通时C12放电使三极管BG2饱和导通，集电极输出的低电平使IC1置位，其（3）脚输出高电平，经沧电藕合器输出触发脉冲送至晶闸管的门极。
这里时基电路SE555的作用是加大脉冲宽度，脉冲宽度值由R6、C7的充电时间常数决定。
光电祸合器的作用是增大脉冲幅度，以确保晶闸管可靠触发导通。
（2）给定和反馈控制：为提高电机的机械特性硬度和减小转差率，该电路增加了电压负反馈和电流正反馈控制，给定电位器RP3和电压取样电位器RP1、电流取样电位器RP2共同控制三极管BG3的导通程度，从而控制BG3的集电极电流，使负载发生变化时触发脉冲的相位随之变化，电机转速得以基本恒定。
直流调速控制系统的分析及仿真
当电流负反馈环节起主导作用时的自动调节过程如图7-1-8所示。
7.1.4系统的性能分析
代入图7-1-5中，由图可见，它是一个二阶系统，已知 二阶系统总是稳定的。但若考虑到晶闸管有延迟，晶 闸管整流装置的传递函数便为
相反。
5.电流截止负反馈环节
当 时，（亦即 ），则二极管VD截止，电流截止负反馈不起作用。当 时，（亦即 ），则二极管VD导通， [此处略去二极管的死区电压]，电流截止负反馈环节起作用，它将使整流输出电压 下降，使整流电流下降到允许最大电流。 的数值称为截止电流，以 表示。调节电位器RP3即可整定 ，亦即整定 的数值。一般取 〔 为额定电流〕。 由于电流截止负反馈环节在正常工作状况下不起作用，所以系统框图上可以省去。
在图7-1-1中，主电路中串联了一个阻值很小的取样电阻
(零点几欧)。电阻
上的电压
与
成正比。比 较阈值电压
是由一个辅助电源经电位器RP3提供的。电 流反馈信号(
图7-1-7调速系统的“挖土机”机械特性
当电流负反馈环节起主导作用时的自动调节过程如图7-1-8所示。 机械特性很陡下垂还意味着，堵转时(或起动时)电流不是很大。 这是因为在堵转时，虽然转速n=0，反电动势E＝0，但由于电流 截止负反馈的作用，使
大大下降，从而
不致过大。此时 电流称为堵转电流
⑥ 晶闸管整流电路的调节特性为输出的 平均电压
与触发电路的控制电压
之间的关系，即
图7-1-4为晶闸管整流装置的调节特性。
由图可见，它既有死区，又会饱和。 （当全导通以后，
再增加， 也不会再 上升了），且低压段还有弯曲段。面对 这非线性特性，常用的办法是讲它“看 作”一条直线，即处理成
为
直流调速系统原理(高教知识)
全面分析
16
线性放大区
晶闸管整流电路的调节特性
为输出的平均电压 U c与触发 电路的控制电压 U d之间的关
ud Ud0
Ud1
Ud2
α1 τ0 Uc
t1 t2
t3
全面分析
18
综上所述，晶闸管触发可控整流装置的传递函数可
以看成是由两个环节串联组成的。即：可以把它的 触发电压Uc与整流输出电压Ud之间的放大系数K 视为常数，而把晶闸管电路和整流装置可以看成是 一个具有纯滞后环节放大环节。这样就有：
Gk (s) K se0s
Ufn
全面分析
29
在如图所示的调速系统中，已知负载变化为： T (s) 20
求：负载变化所产生的转速降。
s
若此时系统的给定量为： 态输出nN。 该系统是否能满足5%的静差率。
，此时U系n (统s) 的 1稳s0
Un（S）
+
5
-
G1
T(s),负载变化
+
40 + 0.005s 1
8.33
N（S）
(0.1s 1)(0.02s 1)
测速电机
全面分析
电流 载止 比较 电路
20
比较放大电路（Amplifier）
由叠加定理：当Us(s)单独作用 时，有：
U
' k
(s)
Us (s)
R1 R2
U
' k
R1 R2
有静差直流调速系统
有静差直流调速系统高级维修电工考证复习之一一、直流调速系统1.直流调速系统概述直流调速有三种方法：○1电枢回路串电阻调速———（有级调速）○2弱磁调速（调磁调速）——（无级调速）○3调压调速————————（无级调速）其中调磁调速为恒功率调速，其调速范围小；调压调速为恒转矩调速，其调速范围大。
在低于额定转速的调速一般采用调压调速，在高于额定转速的调速一般采用调磁调速。
采用调压调速的直流调速系统需要一个可控直流电源为直流电动机供电。
常用的可控直流电源有：○1旋转变流机组（发电机G—电动机M调速系统）○2静止式可控整流器（晶闸管相位控制直流调速系统）○3直流斩波器（直流斩波器调速系统）晶闸管相位控制直流调速系统与直流斩波器调速系统的共同优点是：调速范围宽，可获得较硬的机械特性。
发电机—电动机（G—M）调速系统与晶闸管相位控制直流调速系统、直流斩波器调速系统相比，后两种调速系统具有○1放大倍数大○2快速性能好○3经济性好○4体积小○5控制方便○6运行噪声小等优点。
晶闸管相位控制直流调速系统与直流斩波器调速系统相比，前者又具有○1功率器件少○2线路简单○3调速范围宽○4快速反应好○5功率因数和效率高。
但受器件容量等因素的限制，主要用于中、小功率范围的系统。
在工业生产中，早期应用的是发电机——电动机（G—M）调速系统，随着电子技术的发展，晶闸管相位控制直流调速和直流斩波调速系统获得越来越广泛的应用。
目前应用最广泛的还是晶闸管相位控制直流调速系统。
晶闸管直流调速系统的种类很多，根据系统运行时是否存在稳态偏差，可分为：○1有静差直流调速系统○2无静差直流调速系统根据系统中负反馈环节的数量，可分为：○1单闭环直流调速系统○2双闭环直流调速系统○3多闭环直流调速系统根据系统中电动机是否正、反转，可分为：○1可逆直流调速系统○2不可逆直流调速系统2.直流调速方式根据全电路欧姆定律来分析下列他励直流电动机：Ud = Ed + IdRd Ud ——电动机的电枢Ed = Ce Фn Ed ——电动机分电动势T = Ct ФId T ——电动机的电磁转矩Rd ——电枢绕组Ct ——电动机的转矩常数Ф ——主磁极磁通机械特性为002Ud Rd nn KtT n n Ce CeCt 0/n Ud Ce ——理想空载转矩2/Kt Rd CeCt ——机械特性斜率 2/n RdT CeCt ——转速降落值由上式可知，直流电动机的速度由Ud （电枢两端电压）和Ф（主磁极磁通）所决定。
小功率直流调速2实验总结
小功率直流调速2实验总结实习目的：了解电机制造的一般工艺流程和基本知识，掌握电机制造加工的基本技能，了解社会岗位的基本情况。
并培养良好的时间观念、纪律观念、工作态度和实践能力，为将来从事社会工作做好准备。
实习单位综合概述：德州恒力马锐电机制造有限公司成立于1966年，是原机械工业部船用电机定点生产企业之一，长期为海军生产船用电机。
是集电机科研、生产、销售、维修为一体的现代化制造企业，资金雄厚，产销链条完整稳定，自主研发能力强，是德州制造业的名企。
实习内容及进度：11月1日，在工厂安全教育结束后，参观了解了电机完整的制造工艺，初步接触了电机定子的装配加工。
第2期到第4期，具体学习和操作装配车间的定子加工。
5号、6号，在装配车间、加工车间观察、学习、操作转子装配加工、电机装配加工。
第七天，上午参观学习数控加工，下午总结实践。
实习体验与心得：一号上午，进入车间，一切都是那么的陌生，大型机器的轰鸣声掩盖了几乎所有说话的声音，工人师傅都在忙碌，一切的一切在进入工厂的瞬间发现：现实与梦想之间是有距离的，在实习一周后我发现，这距离也并不是遥不可及的。
工厂，车间，陌生的环境，我只有在师傅的讲解与自己的观察中去慢慢了解他们的工作、生活并学习师傅众多的生活工作经验。
工作，师傅的工作看上去似乎很简单，但亲自动手操作后才发现并非如此，在看到、想到和做到之间还有很远的距离，不要理所当然的认为，看上去很简单的东西做起来也很简单。
有些同学认为很简单就不去亲手操作，有些同学认为这么简单，做了没有意义。
到此，我想起电视剧《士兵突击》里的一句话：不要对没做过的事说没意义。
才发现很多听过的至理名言以前并没有真正懂得。
一句话，知道它的意思不能叫懂得，最多算是了解，只有因此产生对人生的感悟才算是真正懂得了前辈们用实践换来的经验。
我实习的第一天，分配给我的任务就是把电机定子的线圈扣好绑好。
按照技师教的方法，我开始慢慢学习用操作工具绑定子，一边加工一边注意操作流程和相关注意事项。
直流调速系统 详解
下篇 自动控制系统第六章 晶闸管直流调速系统本章要点本章主要叙述晶闸管单闭环直流调速系统和双闭环直流调速系统的组成、工作原理和自动调节过程，并通过典型实例来阐述定性分析自动控制系统的方法。
同时对可逆调速系统也作了介绍。
第一节 直流调速系统的基本概念电气传动主要分为直流电气传动和交流电气传动两大类，它们分别采用直流、交流电动机为动力的传动。
直流电动机虽不如交流电动机结构简单、制造方便、维护容易、价格便宜等，但是由于直流电动机具有良好的起动、制动性能和调速性能，可以方便地在很宽的范围内平滑调速，因此在轧钢机、矿井卷扬机、挖掘机、大型起重机、金属切削机床、造纸机等调速性能要求较高的电力拖动领域中得到了广泛应用。
近年来，交流调速系统发展很快，而直流调速系统在理论和实践上都比较成熟，并且从反馈闭环控制的角度来看，它又是交流调速系统的基础。
所以掌握好直流调速系统是很重要的。
6.1.1 直流调速系统的调速方法直流他励电动机的转速公式可用下式表示φe d d d K R I U n -= 式中 n ——转速；单位r/min 。
U d ——电枢电压；I d ——电枢电流；R d ——电枢回路电阻；φ——励磁磁通；K e ——由电动机结构决定的电动势系数。
由此可见，直流电动机的调速方法有三种：（1）改变电枢电压——调压调速。
（2）改变电枢回路电阻——串电阻调速。
（3）改变励磁磁通——弱磁调速。
对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢电压方式为最好，调压调速是调速系统采用的主要调速方式。
6.1.2 直流调速系统的供电方式调节电动机的电枢供电电压需要有专门的可控直流电源。
早在20世纪40年代，采用电动机—发电机机组（又称放大机控制的发电机—电动机组系统）向直流电动机供电。
但它的缺点是占地大，效率低，运行费用昂贵，维护不方便等。
为了克服这些缺点，50年代开始使用水银整流器作为作为可控变流装置。
其主要缺点是污染环境，危害人体健康。
情境一 KZD-Ⅱ型小功率有静差单闭环直流调速系统的调速
任务2：转速负反馈有静差单闭环直 流调速系统
2.1单闭环有静差调速系统的组成及其静特性
2.1.1 单闭环有静差调速系统的组成
由上图可见，该系统的控制对象是直流电动 机M，被控量是电动机的转速n，晶闸管触发及 整流电路为功率放大和执行环节，由运算放大器 构成的比例调节器为电压放大和电压(综合)比较 环节，电位器RP1为给定元件，测速发电机TG 与电位器RP2为转速检测元件。该调速系统的组 成框图如下：
情境一 KZD-Ⅱ型小功率有静 差单闭环直流调速系统的调速
任务1：单闭环直流调速系统概述
1.1直流调速系统概述
1.1.1调速的定义
所谓调速是指在某一具体负载情况下，通 过改变电动机或电源参数的方法，使机械特性 曲线得以改变，从而使电动机的转速发生变化 或保持不变。即调速包含两方面：其一，在一 定范围内变速，其二，保持稳速。
2.1.2 特点： 1.把转速反馈与给定比较形成控制信号， 组成闭环控制； 2.测速环节：直流测速发电机，与直流电 机同轴联结； 3.设置放大器。
。
2.1.3 自动调节过程: 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整流电压，而开环系 统不能自动调节。以负载增大为例，闭环 调速系统的自动调节过程如下：
转速负反馈有静差单闭环直流调速系统流调速系统21单闭环有静差调速系统的组成及其静特性211单闭环有静差调速系统的组成由上图可见该系统的控制对象是直流电动机m被控量是电动机的转速n晶闸管触发及整流电路为功率放大和执行环节由运算放大器构成的比例调节器为电压放大和电压综合比较环节电位器rp1为给定元件测速发电机tg与电位器rp2为转速检测元件
Cf
U
8
Ui
优化小功率有静差直流调速电路的方案
优化小功率有静差直流调速电路的方案优化小功率有静差直流调速电路的方案一、引言在现代工业领域，直流电机广泛应用于机器人、风力发电、自动控制系统等领域。
而直流电机的调速技术对于提高动力系统的效能、节约能源和实现精密控制起着关键作用。
而在直流电机调速系统中，直流调速电路是至关重要的一部分，影响着整个系统的性能和稳定性。
然而，在小功率有静差直流调速电路中，由于电路复杂性和误差积累等问题，提高其性能和精度一直是一个挑战。
本文将从多方面对优化小功率有静差直流调速电路的方案进行讨论，以期为工程实践提供一些有益的参考。
二、小功率有静差直流调速电路的问题在传统的小功率有静差直流调速电路中，存在着以下几个问题：1. 静差问题：小功率有静差直流调速电路中的静差主要指转速的偏差，即电机在无负载情况下没有转动，需要一定的转矩才能启动。
静差的存在会影响电机的启停、速度精度和响应时间。
2. 调速精度问题：由于电路中的误差和噪声等原因，小功率有静差直流调速电路的调速精度较低，难以满足一些精密控制的要求。
3. 效率问题：小功率有静差直流调速电路中的电源转换效率较低，会导致能源的浪费，并增加电路的发热量。
三、优化方案为解决上述问题，改善小功率有静差直流调速电路的性能和精度，可以采取以下优化方案：1. 采用高精度传感器：通过选择精度高的传感器，可以提高调速系统的灵敏度和精度。
传感器的选择应根据具体情况，如速度范围、环境要求等进行合理选择。
2. 使用PWM技术：脉冲宽度调制(PWM)技术可以通过改变占空比来控制电机的转速。
采用PWM技术可以提高调速系统的响应速度和精度。
3. 增加反馈环节：引入合适的反馈环节可以提高调速系统的稳定性和抗干扰能力。
常用的反馈环节包括速度环和电流环。
通过合理的参数设置和滤波器设计，可以实现更好的调速效果。
4. 优化功率放大器：功率放大器是控制电机运行的关键组成部分。
优化功率放大器的设计可以提高电路的效率和功率输出能力。
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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小功率有静差直流调速系统实例分析
1．系统的技术数据和结构特点
⏹1.适用于4KW以下直流电动机的无级调速(调速范围D≤10:1，
静差率S≤10%）；为小容量晶闸管直流调速装置。
⏹2.电源电压：220V单相交流；
⏹输出电压：直流160V，输出最大电流：30A；励磁电压：直流
180V，励磁电流为1A。
⏹3.配置Z3系列小型直流他励电动机；主回路采用单相桥式半控
整流线路。
⏹4.具有电压负反馈、电流正反馈和电流截止负馈环节。
组成框图
定性分析1 1.主电路：
A.采用单相桥式半控整流线路（主电路为50A 整流元件）。
交流输入直接由220V 交流电源供电，因电网电压波动±5%，能确保的最大直流电压为：
式中，0.9为全波整流系数；0.95为电压降压5%引入系数； B.直流电动机选用：（为使输出电压有较多的调节裕量）。
采用额定电压为160V 的电机。
C.主电路桥臂上的两个二极管，排在一侧，兼有续流二极管的作用；由于晶闸管的阴极不连接,脉冲变压器两个二次绕组间会有 ×220V 的峰值电压，对脉冲变压器二次绕组间绝缘要求提高。
定性分析2
D.平波电抗器Ld 及并联的电阻Ｒ： Ld 是限制电流脉动，使电流连续，改善换向条件，减少电枢损耗。
Ｒ可避免触发电路触发功率小使晶闸管不能可靠触发导通，同时减小电抗器产生的过电压。
Ｅ．Ｒ９：能耗制动电阻（两只２５Ｗ、５１Ω线绕电阻器并联）；ＲＳ：电流表分流器。
ＲＣ阻容吸收电路：吸收浪涌电压。
Ｆ．ＳＡ：手动转换开关（起动用）；ＫＭ：主电路接触器；主回路保护用熔断器容量为５０Ａ。
Ｇ．欠电流继电器ＫＡ：防止失磁造成“飞车”事故。
定性分析3 ２．触发电路
V
V U d 18895.09.0220=⨯⨯=
⏹ 采用由单结晶体管Ｖ３构成的张驰振荡电路，以放大管Ｖ２控制电容
⏹ Ｃ１的充电电流。
Ｖ５为功放管；Ｔ为脉冲变压器；ＶＤ５为隔离二极管，可增加触发脉冲前沿陡度，并阻挡Ｃ６上的电压影响Ｖ３同步。
３．放大电路
⏹ 由晶体管Ｖ1和电阻R4、R5构成的放大器为电压放大电路。
信号在V1基极综合。
VD6、VD7构成正反向限幅电路。
ＶＤ4为隔离二极管以隔离电容C4对同步电压的影响。
4．控制电路 （１）反馈量的选择
ＴＬ增加时，与转速n 降低相对的是电压Ｕd 的降低和电流Ｉd 的上升，因此，可间接用电压负反馈和电流正反馈环节替代转速负反馈。
定性分析4
（1）反馈量的选择说明
负载变动，造成转速变化时，调速系统内有关参量的变化情况图 上图式中：Id ──整流电流平均值[Id=Ia （电枢电流平均值）]； Ud ──整流装置空载输出电压的平均值； Ua ──电动机电枢电压的平均值； Rx ──整流装置等效内阻； Ra ──电枢电阻；
−→−
−−−→−Φ=n
K E e
−−−→−∑
↓
-=
R E Ud Id 0−−−→
−↑∑-=IdR Ud Ud 0当T L
↑
n ↓
E
↓
I d
↑
Ud ↓
R∑──电枢回路总等效电阻；
R∑=Rx+Ra；
Ud=Ua+IdRx=E+IdRa+IdRx=E+IdR∑及 Ua=E+IdRa
定性分析5
（1）控制信号的综合
（1）电流截止保护电路
一）电路中各元件作用：
１）Ｖ４、ＲＰ４、２ＣＷ９：
构成电流截止负反馈环节。
２）２ＣＷ９、ＲＰ４：整定截止电流ＩＢ。
３）电容C2作用：使电流截止负反馈信号成为较为平稳的信号。
４）Ｖ４集电极所串二极管作用：防止电枢冲击电流击穿Ｖ４bc集电结。
二）电流截止负反馈的作用：
实现如右“挖土机”机械特性。
抗干扰、消振荡环节：
R7、C3、C5构成相位滞后-超前串联校正。
抗干扰、消除振荡。
兼顾稳定与快速性两方面的要求。
系统的自动调节过程
如下图所示：当负载增加后，通过电流正反馈和电压负反馈，使调速系统的转速降Δn将明显减小，机械特性将得到明显改善。
如下页闭环调速系统机械特性。
闭环调速系统机械特性
同理，当电流超过截止值时，依靠电流截止负反馈的调节作用，一方面限制过大电流，另一方面实现下垂的机械特性，如前所述“挖土机”机械特性。
总结：
１）具有电压负反馈的系统，实质上是一个恒压系统，电流正反馈实质是一种负载扰动量的前馈补偿；
２）与转速负反馈调速系统一样，转速降的补偿也是依靠偏差电压ΔＵ的变化来进行调节的，因此是有静差调速系
1
2。