解电流调节器的设计样本
2线式电流调节器
2线式电流调节器本设计实例是一个2线式电流调整器(图1)，它在性能和器件数目之间达到了很好的平衡。
通过使用三个晶体管、三个电阻和一个LED灯，可实现很好的调整效果(在大部分电压范围内精确度好于1%)、较低的工作电压(通常为1.2V)，以及比简单度相同的其他电路更抱负的温度系数(0.07%/K)。
它可在从几十毫安到几安的电流范围下运行。
要找到合适的器件并不困难，例如，LM10可用来制作性能更高的电路，但该IC没有许多厂商可供货，因此很可能消失停产。
图1：2线式电流调整器。
红外LED用作约1.05V的基准，由自举电流源Q1驱动。
Q2和Q3形成主电流调整器。
R1供应启动电流，R2设定参考电流的大小，R3设定流过Q2的电流，其掌握流过调整器的99%的电流。
在启动时，R1的全部电流流入Q3的基极，其反过来使Q1和Q2导通，从而为Q3供应更多电流。
这一状况将持续到D1开头导通且R3的电流形成足够电压来开头关闭Q3，从而产生负反馈。
由于Q3调整Q2的电流，它也调整Q1的电流-其获得相同偏置，但其放射极电阻R2将电流缩小。
此时，Q1和Q2的电流将稳定在R3或R2(较小程度上)所设定的值上。
维持Q1电流恒定要求其热耦合到Q2，由于Q2将耗散掉电路内大部分功率。
实现这一点最简单的方式是Q1和Q2采纳相同的晶体管，并将Q1和Q2通过螺栓固定在散热器两边。
此外，还可将Q1黏附在Q2上。
在低电流状况下，可选用一个双晶体管。
第四种选择是放弃热跟踪，通过降低R1来进行补偿。
由于Q2的耗散功率将是电压的函数，这使Q1的电流降低也为电压的函数，从而可以通过R1进行补偿。
但是，全部四种方法将在电源突然发生变化时导致热瞬变，最终一种方法造成的热瞬变幅度最大且时间最长。
Q2的电流由D1的电压和Q3的VBE(通常为0.3V～0.4V)之间的差值除以R3，即(VD1-VBE)/R3设定。
D1正向电压的温度系数几乎与Q3的相同(相差0.25mV/K)，从而使调整器的总温度系数约为0.07%/K。
电流调节器设计举例样本
双闭环直流调速系统设计举例例题2-1：某晶闸管供电双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据如下：直流电动机： 220V、136A、1460r／min，Ce=0.132V﹒min／r，容许过载倍数λ=1.5。
晶闸管装置放大系数Ks =40。
电枢回路总电阻R＝0.5时间常数电流反馈系数β=0.062V／A（β≈10V/1.5I N）试按工程办法设计电流调节器，设计规定如下规定稳态指标：电流无静差；动态指标：电流超调量＜5％。
双闭环直流调速系统构造图如下双闭环直流调速系统电流环设计1．拟定期间常数(1)整流装置滞后时间常数Ts 。
三相桥式电路平均失控时间 T s =0.0017s 。
-I dLUU+--+-UACR1/RT s+1 RT sU*UKT s+1 I1 +EβT s+11 T s+1ASR 1 T s+1 αT s+1U *n（2）电流滤波时间常数三相桥式电路每个波头时间是3．33ms，为了基本滤平波头，应有（l～2）=3．33ms，因而取=2ms＝0.002s。
（3）电流环小时间常数；按小时间常数近似解决，取＝0.0037s。
2．选取电流调节器构造依照设计规定：5％，并且因而可按典型1型系统设计。
电流调节器选用PI型，其传递函数为3．选取电流调节器参数ACR超前时间常数：== 0.03s。
电流环开环增益：规定5％时，应取＝0.5因而于是，ACR比例系数为4．校验近似条件电流环截止频率s-1（1）晶闸管装置传递函数近似条件﹤当前= s-1>满足近似条件（2）忽视反电动势对电流环影响条件：；当前，=满足近似条件。
（3）小时间常数近似解决条件：=满足近似条件。
5. 计算调节器电阻和电容取R。
＝40，各电阻和电容值计算如下，取32，取0.75=0.2 取0.2按照上述参数，电流环可以达到动态指标为：σi％＝4.3％＜5％，满足设计规定。
调节器的设计
调节器的设计一.设计参数：P N=20w、U N=24v、I N=1.5A、n N=3000r/min、电枢电阻Ra=1.8Ω、电枢电感La=9.76mH、GD²=16.68N▪cm²、Tm=35ms二.测速发电机参数：Un=80V，n N=3000r/min，P N=16W，I N=200mA，负载电阻R=400Ω三．PWM主电路：驱动频率f≥10KHZ，R=2.7+1.8=4.5Ω四．设计指标转速电流双闭环直流调速系统：Un*=10V,U im=10V，I dm=1.5IN，∂i≤5%，δn≤10%。
解：转速反馈系数α=U*nm/n=10V/3000r/min=0.003电流反馈系数β=U*im/I dm=10/1.5*1.5=4.44晶闸管装置放大系数Ks=2.4V/5V=4.81、确定时间常数（1）、电枢回路电磁时间常数T l=-L/R=9.76mH/1.8Ω=0.0054s （2）、整流装置滞后时间常数Ts Ts=1/mf=1/10KHZ=0.0001s （3）、电流滤波时间常数Toi=0.002s（4）、电流环小时间常数之和T∑i。
按小时间常数近似处理T∑i=Ts+Toi=0.0021s2、选择电流调节器结构根据设计要求∂i≤5%，并保证稳态电流无差，可按典型Ⅰ型系统设计电流调节器。
电流环控制对象是双惯性型的，因此可用PI型电流调节器，其传递函数W ACR （s ）=Ki （τi s+1）/τi s检查对电源电压的抗扰性能：T l / T ∑i =0.0054/0.0021=2.57，参照表2-3的典型Ⅰ型系统动态抗扰性能，各标准都是可以接受的。
3.计算电流调节器参数电流调节器超前时间常数：τi= T l =0.0054s电流环开环增益：要求∂i ≤5%时，按表2-2，应取K I T ∑i =0.5，因此K I =0.5/ T ∑i =0.5/0.0021=238.1s -1于是，ACR 的比例系数为K i =K I τi R/Ks β=0.1094.校验近似条件电流环截止频率：ωci = K I =238.1 s -1(1) 晶闸管整流装置传递函数的近似条件1/3Ts=1/3×0.0001=3333.3 s -1＞ωci满足近似条件。
2.4调节器设计(校验退饱和超调)课件
• 2.选择ACR结构
WACR
Ki
is
is
1
Ki 电流调节器的比例系数
－电流调节器的超前时
i
间常数
• 3.选择ACR参数
i Tl
• 按超调要求查表得KIT∑I。计算出Ki
Ki
KI
iR K s
• 4.校验近似条件：
• 近似处理为小惯性环节的条件
tr / T 2.4 2.65 2.85 3.0
3.1
3.2
3.3 3.35
ts / T 12.15 11.65 9.55 10.45 11.30 12.25 13.25 14.20
k
3
2
2
1
1
1
1
1
h = 5调节时间最短
典型II型系统动态抗扰性能指标与参数的关系
（参数关系符合最小Mr准则）
h
3
4
Ks/R (Tls+1)(Tss+1)
Id
小惯性环节近似处理条件：
ci
1 3
1 TsToi
UI*/ β
+
WACR
- UI
Id
Ks/R (Tls+1)(TΣis+1)
图2-23b 图2-23c
2、电流调节器结构的选择
• ①典型系统的选择：
从稳态要求上看，希望电流无静差，由 图2-23c可以看出，采用 I 型系统就够了。
ci
1 3
• 忽略E的条件
1 TsToi
ci 3
1 TmTl
• SCR作为一阶惯性环节
ci
1 3Ts
• 5.计算ACR的电阻电容值：
电流环调节器设计过程
电流环PID 调节器设计大致流程以下设计过程主要参考文献[1]，首先给出永磁同步电机参数表如下：电机的反电势会使电流输出与给定存在偏差，但低速时反电势较小，可通过调节器的控制消除， 因此设计时可忽略不计。
电流环传函结构图如图1所示，其中，v K 是逆变器电压放大倍数，表示逆变器直流侧电压与三角载波电压幅值之比，v τ是逆变器时间常数，与开关频率有关，s R 是电枢绕组电阻，q L 是交轴电感，β 是反馈系数， oi T 是反馈滤波时间常 数，ACR G 是电流调节器传递函数。
图1未加校正时的电流环开环传函如下:(1)()(1)v iob v q s oi K G S L S R T S βτ=+++ （1） 式中: v τ、oi T 是小时间常数， 因此可将控制对象等效:()[()1]v iob q s v oi K G L S R T S βτ=+++ （2） 电流调节器可选用 PI 调节器进行设计: 1p i ACR i K K S G K S+= （3） 用 PI 调节器的零点来抵消控制对象的大时间常数极点， 如下: 11q p i s L K K S S R +=+ （4） 得到电流环的开环传递函数:[()1]*v ik i oi v sK G K S T S R βτ=++ （5） 系统要求电流环具有较快的响应速度， 同时超调又不可过大， 因此令:()0.5v oi v i sK T K R βτ+= （6）设定逆变器开关频率为f=18kHz ，于是逆变器时间常数155.6v us fτ==，将15.5dc v s U K U ==、0.6β=、0.11ms oi T =和表1的电机参数代入到式（4）、式（6）中，得 6.5p K =，0.0022i K =。
加入 PI 调节器之前的系统开环幅相频率特性曲线如图2 所示， 系统明显不稳定; 加入 PI 调节器后得到的系统开环的幅相频率特性曲线如图 3 所示， 可见所设计的电流环是稳定的， 且有 45°左右的相角裕度。
直流电动机的转速调节器和电流调节器设计毕业设计
摘要转速、电流双闭环控制的直流调速系统是性能很好的直流调速系统，更是一种当前应用广泛、经济、适用的电力传动系统，它具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，是各种交、直流电力拖动自动控制系统的重要基础，所以在电力传动系统中得到了广泛的应用。
基于设计题目，直流电动机调速控制器选用了转速、电流双闭环调速控制电路，调速系统的主电路采用了三相全控桥整流电路来供电。
本论文首先确定整个设计的方案和框图；然后确定主电路的参数以及框图中所需的电动机参数；本论文的重点设计是直流电动机的转速调节器和电流调节器的设计，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈，在直流调速系统起动过程中只有电流负反馈，达到稳态转速后，只要转速负反馈，二者之间实行串级联接。
从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称做外环。
这就形成了转速、电流双闭环调速系统。
转速和电流两个调节器都采用PI调节器，这样构成的双闭环直流调速系统就能获得良好的静、动态性能。
最后采用MATLAB/SIMULINK对整个调速系统进行了仿真分析，使其满足工程设计参数指标。
关键词：电力传动；双闭环；直流调速系统；电流调节器；转速调节器AbstractSpeed, current double closed loop control of DC speed regulation system is a very good performance of the DC motor speed control system, is also a kind of wide applications, economic, applicable to electric drive system, it has a wide speed range, high precision, good dynamic performance and easy to control, is all kinds of AC, DC electric drive automatic control system important basis, so in electric drive automatic control system has been widely used. Based on the design of the subject, the DC motor speed controller, the speed, current double closed loop speed control circuit, control system's main circuit adopts a three-phase full-bridge controlled rectifier circuit to supply power. This paper firstly determine the whole design scheme and block diagram; then to determine the parameters of the main circuit and the block diagram of the desired motor parameters; the focus of this paper is the design of DC motor speed regulator and current regulator design, respectively, to adjust the speed and current, which are respectively introduced into the speed negative feedback and current negative feedback, in DC control system start process only the current negative feedback, to achieve steady speed, as long as the speed negative feedback, two between implementation of cascade connection. From the closed loop structure, the current loop on the inside, known as the inner ring; the speed loop outside, called outer ring. This form of speed, current double closed loop speed regulation system. Speed and two current regulators have adopted PI regulator, the DC double loop speed control system can obtain good static, dynamic performance. Finally using the MATLAB / SIMULINK on the speed regulation system simulation and analysis are carried out, in order to meet the engineering design parameters.Key words:power transmission；double closed loop；DC speed control system；current regulator；speed regulator目录摘要 (I)Abstract (II)目录............................................................................................................................................... I II 第1章绪论.......................................................................................................................... - 1 -1.1 课题的背景、目的及意义......................................................................................... - 1 -1.2 课题研究的现状和发展趋势..................................................................................... - 1 -1.3 本课题采用的技术方案及技术难点......................................................................... - 2 -1.4 本设计的主要研究内容............................................................................................. - 3 -1.4.1 建立系统的数学模型...................................................................................... - 3 -1.4.2 经典控制部分.................................................................................................. - 3 -1.4.3仿真部分........................................................................................................... - 3 - 第2章双闭环调速系统的工作原理及数学模型.............................................................. - 4 -2.1 系统的参数测定......................................................................................................... - 4 -2.2 双闭环调速系统的工作原理..................................................................................... - 6 -2.2.1 转速控制的要求和调速指标.......................................................................... - 6 -2.2.2 调速系统的两个基本矛盾.............................................................................. - 7 -2.2.3 调速系统的双闭环调节原理.......................................................................... - 8 -2.2.4 双闭环调速系统的起动过程分析.................................................................. - 9 -2.2.5动态性能和转速、电流两个调节器的作用................................................. - 11 -2.3晶闸管—电动机主电路的设计................................................................................ - 12 -2.4 主电路参数计算....................................................................................................... - 13 -2.5 主电路的过电压和过电流保护............................................................................... - 14 -2.5.1 过电压保护.................................................................................................... - 14 -2.5.2 过电流保护.................................................................................................... - 14 - 第3章按工程设计方法设计双闭环调速系统的电流调节器和转速调节器.................. - 15 -3.1设计要求.................................................................................................................... - 15 -3.1.1基本数据（其中包括铭牌数据和测试数据）............................................. - 15 -3.1.2 设计指标........................................................................................................ - 16 -3.1.3 工程设计方法的基本思路............................................................................ - 16 -3.2电流调节器额定设计................................................................................................ - 17 -3.2.1电流环动态结构图的简化............................................................................. - 17 -3.2.2电流调节器结构的选择................................................................................. - 18 -3.2.3 电流调节器参数的计算................................................................................ - 19 -3.2.4电流环的动态性能指标................................................................................. - 20 -3.3转速调节器的设计.................................................................................................... - 21 -3.3.1电流环的等效闭环传递函数......................................................................... - 21 -3.3.2转速环的动态结构图及其近似处理............................................................. - 21 -3.3.3 转速调节器结构的选择.............................................................................. - 22 -3.3.4 转速调节器参数的计算................................................................................ - 24 -3.3.5 转速环的抗扰性能指标................................................................................ - 26 -3.4电流环、转速环开环对数幅频特性的比较............................................................ - 27 - 第4章调速系统性能指标的数字仿真.............................................................................. - 29 -4.1 基于工程设计的数字仿真....................................................................................... - 29 -4.2 时域分析................................................................................................................... - 30 - 参考文献.................................................................................................................................. - 31 - 结束语...................................................................................................................................... - 32 - 致谢.......................................................................................................................................... - 33 -第1章绪论1.1 课题的背景、目的及意义20世纪90年代前的大约50年的时间里，直流电动机几乎是唯一的一种能实现高性能拖动控制的电动机，直流电动机的定子磁场和转子磁场相互独立并且正交，为控制提供了便捷的方式，使得电动机具有优良的起动，制动和调速性能。
一种感应电流调整器的制作方法
一种感应电流调整器的制作方法专利名称：一种感应电流调整器的制作方法技术领域：本实用新型涉及一种电流量调节装置，具体地说是一种感应电流调整器。
技术背景感应电压调整器的生产已有50余年的历史了，但是此类调压器的部分用户实际需要的并非电压调节而是电流调节。
目前尚没有直接的电流调节器供他们使用，因此，他们买了感应调压器，还必须配上负载设备，才能真正实现电流调节的功能。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种感应电流调整器，能够方便地从最小电流调节到最大电流，使用户得到一个可调的电流源。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是一种感应电流调整器，包括定子和转子组成的电磁结构，定子设有定子线圈，转子设有转子线圈，其特征在于转子绕组的一端与电源输入端连接，转子绕组的另一端与定子绕组连接后再与输出端连接。
在输入端接入规定电源电压并将输出端短路或接上规定的负载阻抗时，使转子角位移0 180°，在输出端可得到可调电流。
本实用新型的电流调节率一般可达到30倍以上，如果用户需要，经特殊设计可达到50甚至100倍以上，本实用新型可应用于各种交流或直流需要调节的场所，如各种开关，接触器，断路器、分断器及电流互感器的电流量试验领域。
图Ia是第一实施例的三相感应电流调整器的接线示意图图Ib为第一实施例的单相感应电流调整器的接线示意图图2a是第二实施例的三相感应电流调整器的接线示意图图2b为第二实施例的单相感应电流调整器的接线示意图图3a是第三实施例的三相感应电流调整器的接线示意图图3b为第三实施例的单相感应电流调整器的接线示意图图4a是第四实施例的三相感应电流调整器的接线示意图图4b为第四实施例的单相感应电流调整器的接线示意图图5为本实用新型的一种使用状态电路示意图具体实施方式以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。
感应电流调整器与感应电压调整器一样，采用了类似绕线感应电动机的定子绕组Nd和转子绕组Nz的电磁结构，其特征在于转子绕组的一端与电源输入端连接，转子绕组的另一端与定子绕组连接后再与输出端连接。
电流、转速双闭环调节器设计
设计题目1：电流、转速双闭环调节器设计设计内容：1.转速调节器ASR 及电流调节器ACR 的设计2.转速反馈和电流反馈电路设计3.集成触发电路设计4.主电路及其保护电路设计设计要求：1.转速调节器ASR （%5≤n σ）；2.电流调节器ACR （%5≤i σ）设计题目2：单闭环交流电机调压调速系统设计内容：1.实现交流电动机调压调速系统2.实现交流电动机开环调速3.实现交流电动机的闭环调速设计要求：1.交流电动机开环调速（n≤1500rpm ）2.交流电动机闭环调速（n≤1000rpm ）3.用MATLAB 软件进行仿真设计题目3：基于矢量控制的PMSM 高性能伺服调速系统设计内容：空间电压矢量的宽调制技术使得交流电机能够获得和直流电机相媲美的性能。
而PMSM 矢量控制系统采用C 语言Q 格式编程技术使系统达到较高的性能指标，位置环30000个脉冲给定值（电机转3圈），调节时间为0.15s 。
设计要求：1.了解空间矢量脉宽调制原理。
2.了解永磁同步电机（PMSM ）。
3.掌握基于矢量控制的PMSM 高性能伺服调速系统的设计方法。
设计题目4：绕线式异步电动机串级调速系统设计设计内容：本设计主要内容是绕线式异步电动机的串级调速系统主电路和触发电路的设计。
其中主电路的设计包括可控整流电路、不可控整流电路和逆变变压器；触发电路主要包括KC 系列的移相触发电路和ULN2003。
考虑到系统运行时可能出现的问题，相应的设计了系统的保护电路。
设计要求：1.设计串级调速主电路；2.选择和设计串级调速触发电路；3.针对过电压、过电流产生的原因采取恰当的保护措施，设计合适保护电路。
设计题目5：无刷直流电机的数学建模与仿真设计内容：掌握无刷直流电机的工作原理，掌握无刷直流电机的数学建模方法设计要求：1.完成MA TLAB 中simulink 环境下无刷直流电机的双闭环控制系统的仿真设计题目6：转速、直流双闭环调速系统设计内容：主电路采用三相可控晶闸管整流电路，整流装置采用三相桥式电路，用PI 调节器控制，通过改变直流电动机的电枢电压进行调速，学会使用MA TLAB 软件的使用。
中主电路,电流调节器及转速
中北大学电力拖动自动控制系统课程设计说明书学生姓名：学号：学院：信息与通信工程学院专业：自动化题目：双闭环V-M调速系统中主电路，电流调节器及转速调节器的设计指导教师：2011年8月25日中北大学电力拖动自动控制系统课程设计任务书11/12 学年第一学期学院：信息与通信工程学院专业：自动化学生姓名：学号：课程设计题目：双闭环V-M调速系统中主电路，电流调节器及转速调节器的设计起迄日期：8月22 日～8月26日课程设计地点：中北大学指导教师：下达任务书日期: 2011年08月22日课程设计任务书一、 设计题目：双闭环V-M 调速系统中主电路，电流调节器及转速调节器的设计。
二、 已知条件及控制对象的基本参数：（1）已知电动机参数为：nom p =3kW ，nom U =220V ，nom I =17.5A ，nom n =1500r/min ，电枢绕组电阻a R =1.25Ω，2GD =3.532N m g 。
采用三相全控桥式电路，整流装置内阻rec R =1.3Ω。
平波电抗器电阻L R =0.3Ω。
整流回路总电感L=200mH 。
（2）这里暂不考虑稳定性问题，设ASR 和ACR 均采用PI 调节器，ASR 限幅输出im U *=－8V ，ACR 限幅输出ctm U =8V ，最大给定nm U *=10V ，调速范围D=20，静差率s=10%，堵转电流dbl I =2.1nom I ，临界截止电流 dcr I =2nom I 。
（3）设计指标：电流超调量δi %≤5%，空载起动到额定转速时的转速超调量δn ≤10%，空载起动到额定转速的过渡过程时间 t s ≤0.5。
三、 设计要求（1）用工程设计方法和[西门子调节器最佳整定法]* 进行设计，决定ASR 和ACR 结构并选择参数。
（2）对上述两种设计方法进行分析比较。
（3）设计过程中应画出双闭环调速系统的电路原理图及动态结构图（4）利用matlab/simulink进行结果仿真。
按工程设计方法设计双闭环系统的调节器(转速调节器和电流调节器)
Id=Idm n=n*
在ASR退饱和后，转速环恢复到线性范围内运行，其结构图如图2-26b。描述系统的微分方程和前面分析线性系统跟随性能时完全一样，只是初始条件不同了。
图2-26b
分析线性系统跟随性能时，初始条件为
3）小惯性环节近似处理
Ts和T0i一般都比Tl小得多，可以当作小惯性群而近似地看作是一个惯性环节，其时间常数为
T∑i=Ts+Toi（2-55）
简化的近似条件是什么？
（2-56）
2.
电流调节器结构的选择
典型系统的选择
从稳态要求上看，希望电流无静差，以得到理想的堵转特性，由图2-23c可以看出，采用I型系统就够了。
转速超调量不是按线性系统规律的超调，而是经历了饱和非线性区域之后的超调。可以称作“退饱和超调”
3
有关“退饱和超调”的分析p84-85
退饱和超调量显然会小于线性系统的超调量，但究竞是多少，要分析饱和非线性的动态过程才能知道。
对于这一类非线性问题，可采用分段线性化的方法，按照饱和与退饱和两段，分别用线性系统的规律分析。
1确定时间常数
2选择转速调节器结构
3计算转速调节器参数
4检验近似条件
5计算调节器电阻和电容
6校核转速超调量
例2-3
解:
2.系统设计原则
系统设计的一般原则--“先内环后外环”从内环开始，逐步向外扩展。
在这里，首先设计电流调节器，然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器。
Q1
电流调节器的设计
设计分为以下4个步骤：
1.电流环结构图的简化
电流精细调节器研制报告
电焊机带载电流精细调节系统研制报告Xxx有限公司第1章研究宗旨1.1 概述电焊工在针对不同的焊接对象或针对同一对象的不同焊接阶段，焊接电流是不同的，这就需要经常调节。
但对于人机分离的场合，特别是高空作业，调节极为不便。
即使对人机距离不远的场合，要想得到理想的焊接电流，也需要反复试调。
这不仅大大降低了工作效率，而且也浪费了电及焊条。
针对以上问题，我们研制了数控焊工自适应电流调节器。
1.2研究目标主要针对操作人员在需要经常调节电流的情况下，调节不便所造成的效率低下、浪费电、材料、人力的问题。
研究的最终目标是操作人员在正常焊接的情况下就可将电流调节到理想状态。
整个研究分两阶段进行，第一阶段为有线调节，第二阶段为无线调节。
1.3 研究的有利条件马鞍山工程科技有限责任公司焊接技术中心为十七冶焊接技术的研究机构，从公司各研究所的技术人员、设备、机具到材料都具得天独厚的条件，且焊接技术中心经常做焊接工程，对施工现场极为熟悉。
第2章项目概况2.1 市场调研目前，市场上销售的直流电焊机也有带远控盒的，但对操作者来说，并不觉得使用方便，且从实践中看来，极易丢失及损坏，因此并不受欢迎。
而本装置采用数字电路，抗干扰能力强，且电流调节开关装在焊钳上，焊接与电流调节浑然一体，真正方便了操作者，提高了功效，减小了浪费。
现在国内及国外相关资料上暂未发现有从事这方面研究信息。
2.2 研究分析本项目研究侧重于两个方面：⑴对现有用于经常调节焊接电流的直流焊机加装该装置，以达到操作者使用方便，提高功效，节约能源，节约材料的目的；⑵直接改进直流焊机的设计电路，为直流焊机增加装置的功能。
这需要与电焊机生产厂家联合。
本项目预期目标在2011年底前形成可推广使用的定型工业技术产品；年实际生产能力可达到5000套左右，按200元/套计算，年收入可达100万；若与有实力的生产厂合作生产具有该项功能的新型焊机，改进后的焊机每台售价按增加500元计算，每年销售壹万台，新增产值也可达500万元。
直流双闭环逻辑无环流调速系统中电流调节器及转速调节器的设计
直流双闭环逻辑无环流调速系统中电流调节器及转速调节器的设计某钻床直流双闭环逻辑无环流调速系统中电流调节器及转速调节器的设计为某钻床设计一个调速范围宽、起制动性能好的直流双闭环调速系统，且拟定该系统由大功率晶体管调制放大器给电动机供电。
已知系统中直流电动机主要数据如下：直流电动机：2KW，220V，136A，1460 r/min，Ce=0.132，允许过载倍数λ=1.5；晶闸管装置放大系数：Ks=40；电枢回路总电阻：R=0.5；时间常数：Tl=0.03，Tm=0.18；电流反馈系数：β=0.05V/A（?10V/1.5In）；转速反馈系数：α=0.007 min/r（?10V/ nn）。
设计电流调节器，要求电流超调量σi%?5%,要求转速无静差，空载起运到额定转速时的转速超调量σn%?10%。
按工程设计方法设计转速调节器，并校验转速超调量的要求能否得到满足。
钻床是具有广泛用途的通用性机床，可对零件进行钻孔、扩孔、铰孔、锪平面和攻螺纹等加工。
通常钻头旋转为主运动，钻头轴向移动为进给运动。
在实际生产中，有许多生产要求既能正转，又能反转，而且常常还需要快速地启动和制动。
逻辑无环流直流调速系统设计即可较好地实现这些功能，并具有较好的动态性能和能量利用率。
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，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。
因此，我们选择这样的系统不仅可节省成本，而且增强了系统的可靠性。
转速、电流双闭环直流调速系统是性能很好，应用最广泛的直流调速系统，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。
转速、电流调速系统可以实现在允许条件下的最快起动，可以再保证系统稳定的前提下实现转速无静差。
当一组晶闸管工作时，用逻辑电路封锁另一组晶闸管的触发脉冲，使它完全处于阻断状态，确保两组晶闸管不同时工作，从根本上切断了环流的通路。
这就是逻辑控制的无环流系统。
电路电流调节器及转速调节器的设计20220525
电路电流调节器及转速调节器的设计20220525一、设计题目双闭环V-M调速系统中主电路电流调节器及转速调节器的设计二、具体内容（1）主回路及其保护系统的设计；（2）转速、电流调节器及其限幅电路的设计；三、已知条件及直流电机相关参数采用晶闸管三相桥式全控整流电路供电，基本数据如下：直流电动机UN=220V，IN=136A，nN=1460r/min，电枢电阻Ra=0.2Ω，允许过载倍数λ=1.5；晶闸管装置T=0.00167，放大系数K=40；平波电抗器：电阻RP0.1、电感LP4mH；电枢回路总电阻R=0.5Ω；电枢回路总电感L=15mH；电动机轴上的总飞轮惯量GD2=22.5N·m2；电流调节器最大给定值Uim=10.2V，转速调节器最大给定值Unm=10.5V；电流滤波时间常数Toi=0.002，转速滤波时间常数Ton=0.01。
设计要求：1.稳态指标：转速无静差；2.动态指标：电流超调量i5%；空载启动到额定转速的转速超调量n10%。
四、设计要求1.写出设计说明书，内容包括（1）各主要环节的工作原理；（2）整个系统的工作原理；（3）调节器参数的计算过程。
2.画出一张详细的电气原理图3.采用Matlab中的Simulink软件对整个调速系统进行仿真研究，对计算得到的调节器参数进行校正，验证设计结果的正确性。
将Simulink仿真模型，以及启动过程中的电流、转速波形图附在设计说明书中。
五、参考文献1．阮毅，陈维钧．运动控制系统．清华大学出版社，20062．陈伯时．电力拖动自动控制系统——运动控制系统（第3版）．机械工业出版社，20033．童福尧．电力拖动自动控制系统习题例题集．机械工业出版社，19934．尔桂花，窦曰轩．运动控制系统．清华大学出版社，20025．廖晓钟，刘向东．自动控制系统．北京理工大学出版社，20056．曾毅．现代运动控制系统工程．机械工业出版社，20067．余发山等．自动控制系统．中国矿业大学出版社，20058．黄俊，王兆安．电力电子变流技术（第3版）．机械工业出版社，20019．李华德等．电力拖动控制系统（运动控制系统）．电子工业出版社，2006六、考核方式考核方式分为课程设计报告和答辩。
双闭环V-M调速系统中主电路_电流调节器及转速调节器的设计
中北大学电力拖动自动控制系统课程设计说明书学生姓名：学号：学院：信息与通信工程学院专业：自动化题目：双闭环V-M调速系统中主电路，电流调节器及转速调节器的设计指导教师：2011年8月25日中北大学电力拖动自动控制系统课程设计任务书11/12 学年第一学期学院：信息与通信工程学院专业：自动化学生姓名：学号：课程设计题目：双闭环V-M调速系统中主电路，电流调节器及转速调节器的设计起迄日期：8月22 日～8月26日课程设计地点：中北大学指导教师：下达任务书日期: 2011年08月22日课程设计任务书一、设计题目：双闭环V-M调速系统中主电路，电流调节器及转速调节器的设计。
二、已知条件及控制对象的基本参数：（1），L=200mH。
（2）这里暂不考虑稳定性问题，设ASR和ACR均采用PI 调节器，ASR－8V，ACR，最，调速范围D=20，静差率s=10%，堵转电流，空载起动到额定转速（3，空载起动到额定转速的过渡过程时间。
三、设计要求（1）用工程设计方法和[西门子调节器最佳整定法]*进行设计，决定ASR和ACR结构并选择参数。
（2）对上述两种设计方法进行分析比较。
（3）设计过程中应画出双闭环调速系统的电路原理图及动态结构图（4）利用matlab/simulink进行结果仿真。
* 为可选作内容四、设计方法及步骤：Ⅰ用工程设计方法设计（1）系统设计的一般原则：（2）电流环设计1）确定时间常数2）选择电流调节器结构3）选择电流调节器参数根据上述参数可以达到的动态指标为4）校验近似条件（3）转速环设计1）确定时间常数2）选择转速调节器结构3）选择转速调节器参数4）校验近似条件5）易犯错误Ⅱ用西门子调节器最佳整定法设计*（1）电流环的动态校正（2）转速环的动态校正Ⅲ两种设计方法的分析比较五、设计心得：六、参考资料：一．系统设计的一般原则：按照“先内环后外环” 的设计原则，从内环开始，逐步向外扩展。
在这里，首先设计电流调节器，然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器。
转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法 电力拖动自动控制系统200页文档
Id
Ui*m
Idm
(2-2)
式中，最大电流 Idm 是由设计者选定的，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。
静特性的垂直特性
式（2-2）所描述的静特性是上图中的 AB段，它是垂直的特性。
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。
- +0
0
0
+0
0
RRlilmim Uex
稳压管钳位的外限幅电路
4. 电流检测电路
ABC Ui
TA
U0
电流检测电路 TA——电流互感器
2.1.2 稳态结构图和静特性
为了分析双闭环调速系统的静特性， 必须先绘出它的稳态结构图，如下图。 它可以很方便地根据上图的原理图画出 来，只要注意用带限幅的输出特性表示 PI 调节器就可以了。分析静特性的关键 是掌握这样的 PI 调节器的稳态特征。
n
n0 C
A
B
O
Idnom
Idm
Id
图2-5 双闭环直流调速系统的静特性
（1）转速调节器不饱和
Un* Un nn0 Ui* Ui Id
式中， —— 转速和电流反馈系数。
由第一个关系式可得
n
U
* n
n0
(2-1)
从而得到上图静特性的CA段。
静特性的水平特性
与此同时，由于ASR不饱和，U*i < U*im， 从上述第二个关系式可知: Id < Idm。
转速、电流双闭环直流调速系统和调 节器的工程设计方法 电力拖动自动控
制系统
时间反复无常，鼓着翅膀飞逝
电流调节器与转速调节器的设计
ω cn
4．最后校核一下要求的性能指标 电流环设计时， K ITΣi = 0.5 ，所以，σ i = 4.3% < 5% 。
***设计方法详细步骤参考《自动控制系统》第 91 页至 112 页***
28
wci = K I
= 0.5 T∑ i
上述关系表明，按工程最佳参数设计电流环时，截止频率 wci 与T∑i 的关系满足小惯性环
节的近似条件
wci
<<
1 T∑
i
。
如果按典型 II 型系统设计电流环，则需要将控制对象中的大惯性环节 1 近似为 TL s + 1
积分环节
1 TL s
，当 TL
>
hT ∑i
时
=
0.6RTL K S βT∑i
h +1 wci = 2hT∑i
= 0.6 T∑ i
显然，按工程最佳参数 h=5 确定的 wci 和T∑i 的关系，也可以满足小惯性环节的近似
25
条件。
三、转速调节器的设计
1．电流环的等效传递函数 电流环是转速环的内环，设计转速环时要对电流环做进一步的简化处理，使电流成
-
U*i(S)
1
ToiS + 1
+
Uct(S)
Ud(S)
ARC
ks TsS + 1
1R T1S + 1
Id(S) （a）
βi ToiS + 1
U *i(S) βi
βi ToiS + 1
Uct(S) ARC
Id
ks R (Ts + 1)(T1S + 1)
Id(S) (b)
U *i(S) βi
设计一个调节器改善已知系统的性能
设计一个调节器改善已知系统的性能目录页第一章绪论 (2)1-1课题背景，实验目的与实验设备 (2)1-2国内外研究情况 (3)第二章双闭环调速系统设计理论 (3)2-1典型Ⅰ型和典型Ⅱ型系统 (3)2-2系统的静，动态性能指标 (4)2-3非典型系统的典型化 (6)2-4转速调节器和电流调节器的设计 (7)第三章模型参数测定和模型建立 (9)3-1系统模型参数测定实验步骤和原理 (9)3-2模型测定实验的计算分析 (11)3-3系统模型仿真和误差分析 (18)第四章工程设计方法设计和整定转速，电流反馈调速系统 (22)4-1 设计整定的思路 (22)4-2 电流调节器的整定和电流内环的校正，简化 (23)4-3转速调节器的整定和转速环的校正，简化 (25)4-4系统的实际运行整定 (27)4-5 关于ASR和ACR调节器的进一步探讨 (33)第五章设计分析和心得总结 (34)5-1实验中出现的问题 (34)5-2实验心得体会 (35)第六章实验原始数据 (38)6-1建模测定数据 (38)6-2 系统调试实验数据 (39)第一章 绪论1-1课题背景，实验目的与实验设备转速，电流反馈控制的调速系统是一种动静态特性优良的直流调速系统，它的控制规律是建立在经典控制规律的基础上的，用传递函数建立动态数学模型，并从传递函数模型和开环频域特性去总结其控制规律，用跟随和抗扰两个方面的指标去衡量它的动静态性能。
转速，电流反馈控制的调速系统是一种串级系统，所以其整定系统参数的方法也借鉴了一般串级系统的差别，但又有不同于一般串级系统的。
本次实验的主要目的是针对一套调速系统（包括电源，电机等）建立模型并整定出带滤波的电流调节器和转速调节器参数，投入运行。
实验正值暑期实践及国际交流周，我们将用两周的时间来完成参数测定实验，系统建模，调节器整定和系统投入运行。
本次实验的实验设备包括：实验设计的基本要求是：性能指标静态静差率 <5%调速范围 3 (483rpm-1450rpm) 动态 电流超调量 <5% 转速超调量<10%1-2国内外研究情况实验装置 型号 规格 备注 电力电子传动平台 MCL-Ⅲ实验平台 示波器TDS-1012带宽100MHZ 最高采样频率1GS/s得到转速，电流波形，调节参数时参考 数字万用表 GDM-8145测量电阻，电压虽然目前的直流调速系统已经十分成熟，调速系统的信号给定已经做成集成电路，许多逻辑判断通过嵌入式系统或者工业控制机加入调速系统，但对它乃至电力拖动系统的研究是不会结束的，当前国内外关于电力拖动系统的研究主要集中在①应用现代控制理论，经典控制理论虽然物理概念明确，理论分析直观，但存在不能实现最优控制和大系统控制等问题。
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运动控制系统
期中考试
电控学院自动化0905
贺奎（）
解： 电流调节器设计 （1） 拟定期间常数
1）整流装置滞后时间常数。
三相桥式电路平均失控时间=0.0017s 。
2）流滤波时间常数。
据题意给定
=0.002s 。
3）电流环小时间常数之和。
按小时间常数近似解决
=S T +oi T =0.0037s 。
4）电磁时间常数。
5）电力拖动系统机电时间常数。
因此
（2）选取调节器构造
依照设计规定
,并保证稳态电流无差，可按典Ｉ设计电流调节器。
电
流环控制对象是双惯性型，因而可用PI 调节器。
传递函数为。
检核对电源电压抗扰性能：,其动态性能指标都可以接受。
（3）计算电流调节器参数 电流调节器超前时间常数：。
电流环开环增益：规定
时，应取
,因而
于是，ACR 比例系数为
（4）校验近似条件 电流环戒指频率：
1）校验晶闸管整流装置传递函数近似条件
满足近似条件
2）校验忽视反电动势变化对电流环动态影响条件
满足近似条件3）校验电流环小时间常数近似解决条件
满足近似条件（5）计算调节器电阻和电容取
取40
取0.75
取0.2
转速调节器设计
（1）拟定期间常数
1）电流环等效时间常数。
,则
2）转速滤波时间常数。
依照题意。
3）转速环小时间常数。
按小时间常数近似解决，取
（2）选取转速调节器构造
按照设计规定，选用PI调节器，其传递函数为
（3）计算转速调节器参数
按跟随和抗扰性能都较好原则，取h=5,则ASR超前时间常数为
转速环开环增益
ASR比例系数为
（4）检查近似条件
转速环截止频率为
1）电流环传递函数简化条件满足条件2）转速环小时间常数近似解决条件满足条件
（5）计算调节器电阻电容取
取470
取0.2
取1
（6）校验转速超调量
①
②
联立①②得符合设计规定综上所述
触发电路
控制电压Uk输出电路和反馈电路某些电路
电源某些
整流某些和反馈电路某些电路
整流各元件同步电压
Port5
所接晶
闸管晶闸管
VT1 VT2 VT3 VT4 VT5 VT6
Port4所接同
步电源
-usc Usb -usa Usc -usb usa
系统构造框图为
一、原理图实现直流调速系统原理：
（1）通过实验调节RP3使得电流反馈系数即电流反馈电压与电枢电流之比为
0.05
（2）通过实验调节RP2使得转速反馈系数即转速反馈电压与转速之比为
0.007
（3）通过实验调节R1和C1，使得触发电路R1和C1构成一种滞后/3滤波电路，这样由于余弦交点触发电路输出相位与控制电压成比例关系，从
而控制整个整流电路触发，从而控制电机转速
（4）接下来就是电机控制运营
当电机刚启动时，由于电机转速变化很慢，几乎等于0，此时转速环饱和，电流环起作用，且电流环给定达到最大值，使得电枢电流达到
最大值，此时得到最大转速加速度，电机以定加速度上升直至转速达到
n
最大值，此时，电动机仍旧由于转速环是积分环节使得电动机仍加速，
当转速超过给定值时，转速环节输入偏差为负，使它退出饱和，电枢电
流不久下降，此时电流环节饱和，转速环起作用。
从而使电机平稳运营。
当电机停止时与之相反。
（5）整个控制过程均是由电流环输出电压线性变化控制角，从而变化整流装置晶闸管触发，进而变化输出平均电压Ud。
二、每个元件选取根据
1）晶闸管选取：耐压（2~3）=1200V，最大电流
（1~1.5），开关频率为200HZ
2）电源变压器选取：1:1变压器，耐压400V,耐流150A.
3）触发同步互感器用12:1互感器。
4）转速环和电流环电阻电容大小在上面应经算出来了，直接用上面大小。
触发电路电阻电容需要依照所需触发调节使得波形刚好是所得规定波
形。
5）平波电抗器重要是为了，滤掉脉动电流，使电流平稳，因而选取大点
平波电抗器。
6）转速环和电流环放大器选用LF353。