带电流截止负反馈的单闭环无静差直流调速系统设计
带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统建模与仿真
潇湘学院《课程设计报告》题目：带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统建模与仿真专业：电气工程及其自动化班级：姓名：学号：指导教师：陈敏初始条件：1．技术数据输出功率为:7.5Kw 电枢额定电压220V电枢额定电流 36A 额定励磁电流2A额定励磁电压110V 功率因数0.85电枢电阻0.2欧姆电枢回路电感100mH电机机电时间常数2S电枢允许过载系数1.5额定转速 1430rpm2．技术指标稳态指标：无静差（静差率s≤2%, 调速范围 D≥10 ）动态指标：系统稳定要求完成的主要任务:1．技术要求：(1) 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（D ≥10），系统在工作范围内能稳定工作(2) 根据指标要求进行动态校正，选择调节器的参数，并确定电流截止负反馈环节的相关参数，(3) 系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续2．设计内容：(1) 根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构型式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图(2) 根据带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统原理图, 分析转速调节器和电流截止负反馈的作用,(3) 通过对调节器参数设计, 得到转速和电流的仿真波形，并由仿真波形通过MATLAB 来进行调节器的参数调节。
(4) 绘制带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统的电气原理总图（要求计算机绘图）(5) 整理设计数据资料，课程设计总结，撰写设计计算说明书目录摘要 (3)1.闭环调速控制系统构成 (5)1.1 主电路 (5)1.2 原理框图 (5)2带电流截止负反馈的转速负反馈的分析 (6)2.1电流截止负反馈的提出 (6)2.2 电流截止负反馈环节 (7)2.3 带电流截止负反馈调速系统结构框图和静特性 (8)3 参数设计 (10)3.1整体分析 (10)3.2稳定性参数计算和判断 (10)3.3 转速调节器校正 (11)3.3.1 PI调节器结构 (11)3.3.2 调节器的选择 (12)3.4 电流截止负反馈参数设计 (16)4. 电流MATLAB仿真 (17)4.1 将设计的参数进行仿真 (17)4.2 调节器参数调整 (18)5.电气总图 (19)6.结束语 (20)参考文献 (20)摘要为了提高直流调速系统的动态、静态性能，通常采用闭环控制系统（主要包括单闭环、双闭环）。
直流电机调速的设计-张茂庆(电气二班)
电力电子技术课程设计报告直流电机调速的设计姓名张茂庆学号 201009140236年级 2010级专业电气工程及其自动化系（院）汽车学院指导教师王增玉2012年 1 月1 日一引言早期直流传动的控制系统采用模拟分离器件构成，由于模拟器件有其固有的缺点，如存在温漂、零漂电压，构成系统的器件较多，使得模拟直流传动系统的控制精度及可靠性较低。
随着计算机控制技术的发展，微处理器已经广泛使用于直流传动系统，实现了全数字化控制。
由于微处理器以数字信号工作，控制手段灵活方便，抗干扰能力强。
所以，全数字直流调速控制精度、可靠性和稳定性比模拟直流调速系统大大提高。
所以，直流传动控制采用微处理器实现全数字化，使直流调速系统进入一个崭新的阶段。
微处理器诞生于上个世纪七十年代，随着集成电路大规模及超大规模集成电路制造工艺的迅速发展，微处理器的性价比越来越高。
此外，由于电力电子技术的发展，制作工艺的提升，使得大功率电子器件的性能迅速提高。
为微处理器普遍用于控制电机提供了可能，利用微处理器控制电机完成各种新颖的、高性能的控制策略，使电机的各种潜在能力得到充分的发挥，使电机的性能更符合工业生产使用要求，还促进了电机生产商研发出各种如步进电机、无刷直流电机、开关磁阻电动机等便于控制且实用的新型电机，使电机的发展出现了新的变化。
对于复杂的微处理器控制电机,则要利用微处理器控制电机的电压、电流、转矩、转速、转角等，使电机按给定的指令准确工作。
通过微处理器控制，可使电机的性能有很大的提高。
目前相比直流电机和交流电机他们各有所长，如直流电机调速性能好，但带有机械换向器，有机械磨损及换向火花等问题；交流电机，不论是异步电机还是同步电机，结构都比直流电机简单，工作也比直流电机可靠，但在频率恒定的电网上运行时，它们的速度不能方便而经济地调节[2]。
高性能的微处理器如DSP (DIGITAL SIGNAL PROCESSOR即数字信号处理器)的出现，为采用新的控制理论和控制策略提供了良好的物质基础，使电机传动的自动化程度大为提高。
0实验一：转速负反馈闭环调速系统仿真框图及参数
0实验一：转速负反馈闭环调速系统仿真框图及参数实验一:转速负反馈闭环调速系统仿真框图及参数转速负反馈闭环调速系统系统仿真框图及参数(sI dL- * n(s) ) (s) U n+ + + + - + -,图一比例积分控制的直流调速系统的仿真框图图一中是转速负反馈闭环调速系统的仿真框图，由框图中可以看出:1、该系统是采用PI调节器进行调节的，PI调节器的传递函数如下式所示:其中，是比例系数，积分系数=。
2、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，检测误差，纠正误差，有效地抑制直至消除扰动造成的影响。
各环节参数如下:直流电动机:额定电压U= 220V，额定电流，额定转速,N电动机电动势系数。
假定晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数，滞后时间常数0.00167s。
电枢回路总电阻R = 1.0,，电枢回路电磁时间常数，电力拖动系统机电时间常数。
转速反馈系数, , ,,,,。
对应额定转速时的给定电压。
转速负反馈闭环调速系统的仿真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.当其中PI调节器的至暂定为，1/, = 11.43时，把从10.0修改为0.6后控制参数的仿真结果:图1 电枢电流随时间变化的规律图2电机转速随时间变化的规律由图1可知电流的最大值为230A左右，显然不满足实际要求，故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。
其中，由图2 scope输出结果中可以得出该控制系统的最大超调量M、上升时间 ,调p整时间，取值分别为:M= 108r/min, = 0.12s, = 0.28s(估计值) p2. PI调节器参数的调整改变PI调节器的参数，并在启动仿真，分别从仿真曲线中得到的最大超调量及调整时间，相互间进行比较，如下表所示最大超调量比例系数积分系数调整时间(s) M(r/min) p0.25 3 0 >0.6 0.56 3 0 >0.6 0.56 11.43 108 0.28 0.8 11.43 63 0.28 0.8 15 152 0.23由表中可以看出，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。
单闭环直流调速系统
模块一 单闭环直流调速系统
• 项目一 单闭环直流调速系统的概念 和性能指标
• 项目二 转速负反馈有静差直流调速 系统
• 项目二 转速负反馈有静差直流调速 系统
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项目一 单闭环直流调速系统的 概念和性能指标
• 任务一 直流调速系统的基本概念
• 直流电动机调速系统在电力拖动调速系统中占据很重 要 的 地 位 ， 由 于 直 流 电 动 机 具 有 良好 的 运 行 和 控 制 特 性，并且直流调速系统的理论和实践都很成熟，因此 在 许 多 工 业 领 域 得 到广 泛 的 应 用 ， 如 挖 掘 、 轧 钢 、 造 纸、纺织等诸多领域。
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项目一 单闭环直流调速系统的 概念和性能指标
• ２. 抗 扰 性 能 指 标 • 当控制系统在稳定运行过程中受到电动机负载变化、
电 网 电 压 波 动 等 干 扰 因 素 的 影 响时 ， 会 引 起 输 出 量 的 变 化，经历一段动态过程后，系统总能达到新的稳态。 这 一 恢 复 过 程 就是 系 统 的 抗 扰 过 程 。 一 般 以 系 统 稳 定 运 行 中 突 加 负 载 的 阶 跃 扰 动 后 的 过 渡 过 程 作 为 典 型 的 抗扰 过 程 ， 如 图 １ －４ 所 示 。 • （ １） 动 态 降 落 Δｎ ｍａｘ ％。 系 统 稳 定 运 行 时 ， 突 加 一 个 扰 动 量 后 引 起 的 最 大 转 速 降 落 Δｎ ｍａｘ称 为 动 态 降 落 ， 用 输 出 量 的 原 稳 态 值 ｎ∞１的 百 分 数 来 表 示 。 当 输 出 量 在 动 态 降 落 后 又 恢 复 到新 的 稳 态 值 ｎ∞２时 ， 偏 差 （ ｎ • ∞１－ ｎ∞２） 表 示 系 统 在 该 扰 动 作 用 下 的 稳 态 降 落 ， 一 般 动 态 降 落都 大 于 稳 态 降 落 。
带电流截止负反馈的转速单闭环可逆调速系统设计心得
带电流截止负反馈的转速单闭环可逆调速系统设计心得在设计带有电流截止负反馈的转速单闭环可逆调速系统时，我获得了一些有价值的心得。
这种系统通常用于电机控制，通过闭环反馈来实现对电机转速的精确控制。
首先，设计一个合适的电流截止负反馈环路非常重要。
电流截止是一种常用的控制策略，通过将电流与设定值进行比较，然后根据比较结果调整控制信号来实现对转速的控制。
在设计负反馈环路时，需要注意选择合适的比例和积分增益来实现稳定的控制。
其次，选择合适的转速控制策略也是至关重要的。
常见的转速控制策略包括PID 控制、模糊控制和神经网络控制等。
根据实际需求和系统特点，选择最适合的控制策略能够提高系统的控制性能和稳定性。
此外，设计合适的传感器和测量电路也是设计可逆调速系统的重要一环。
转速传感器的准确性对于精确控制转速至关重要。
在选择传感器时，需要考虑其测量范围、精度和响应速度等因素。
最后，合理设计控制回路，并对系统进行充分的仿真和实验。
通过仿真和实验可以验证设计的合理性和系统的性能。
在仿真和实验中，可以对系统进行各种工况的测试，以确保系统在各种条件下都能稳定工作。
总结起来，设计带有电流截止负反馈的转速单闭环可逆调速系统需要考虑多个因素，包括负反馈环路设计、转速控制策略选择、传感器选择和系统仿真与实验。
通过综合考虑这些因素，可以设计出高性能和稳定的转速控制系统。
电力拖动自动控制系统课程设计电气工程
2009年度本科生电力拖动自动控制系统课程设计转速、电流双闭环直流调速系统设计院－系：工学院专业：电气工程及其自动化年级：06 级学生姓名：柴春平学号：导师及职称：段志梅（讲师）2009年12月摘要转速、电流双闭环控制的直流调速系统是应用最广性能很好的直流调速系统。
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。
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值I dcr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起动电流达到最大值I dm后，受电流负反馈的作用降低下来，电机的电磁转矩也随之减小，加速过程延长。
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I dm的恒流过程。
按照反馈控制规律，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，只要转速负反馈，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？只用一个调节器显然是不可能的，为了解决单闭环调速系统存在的问题，可以采用转速、电流双闭环调速系统，采用两个调节器分别对转速和电流进行调节。
关键词：直流调速系统、电流调节器、转速调节器、目录课程设计任务书 ........................................................................................ 错误!未指定书签。
第一章双闭环直流调速系统的组成及原理 ..................................... 错误!未指定书签。
无静差直流调速系统
图1-44 有静差调速系统突加负载过程
无静差调速系统
当负载突增时，积分控制的
无静差调速系统动态过程曲线
示于下图。在稳态运行时，转
速偏差电压 Un 必为零。如果 Un 不为零，则 Uc 继续变化， 就不是稳态了。在突加负载引
分析结果
由此可见，比例积分控制综合了比例 控制和积分控制两种规律的优点，又克服 了各自的缺点，扬长避短，互相补充。比 例部分能迅速响应控制作用，积分部分则 最终消除稳态偏差。
9.5 无静差直流调速系统及其稳态参数计算
系统组成 工作原理 稳态结构与静特性 参数计算
1. 系统组成
稳态结构与静特性（续）
无静差系统的理想静 n
特性如右图所示。 当 Id < Idcr 时，系统无
nmax
静差，静特性是不同转 n1
速时的一族水平线。 当 Id > Idcr 时，电流截 n2 止负反馈起作用，静特
性急剧下垂，基本上是 一条垂直线。整个静特 性近似呈矩形。
O
Idcr
Id
图1-50 带电流截止的无静差直流调 速系统的静特性
本节提要
问题的提出 积分调节器和积分控制规律 比例积分控制规律 无静差直流调速系统及其稳态参数计算 系统设计举例与参数计算（二）
1 问题的提出
如前，采用P放大器控制的有静差的调速系 统，Kp 越大，系统精度越高；但 Kp 过大，将 降低系统稳定性，使系统动态不稳定。
进一步分析静差产生的原因，由于采用比例 调节器， 转速调节器的输出为
3. 稳态结构与静特性
带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统设计与仿真运动控制实验报告
带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统设计与仿真 一、设计要求系统稳定并无静差 二、给定参数17,220,3000/min N N N P kw U V n r ===，I N =87.3A ，电枢回路电阻0.087a R =Ω，电感0.0032a L H =,励磁回路电阻181.5Ω,电动机的转动惯量20.76.J Kg m =三、闭环直流调速系统稳态参数的计算 1）额定负载时的稳态速降应为：m i n/12.6min /)02.01(1002.03000)1(r r s D s n n N cl =-⨯⨯≤-=∆2）闭环系统应有的开环放大系数：计算电动机的电动势系数： r V r V n R I U C N a N N e min/071.0min/3000087.03.87220⋅=⋅⨯-=-=闭环系统额定速降为：min /97.106min /071.0087.03.87r r C R I n e N op =⨯==∆闭环系统的开环放大系数为：5.16112.697.1061=-≥-∆∆=clop n n K003.0/max max n ==n U α3）计算运算放大器的放大系数和参数 运算放大器放大系数K p 为:5.16/e p ≥=s K KC K α电枢回路的总电感为0.0032H电磁时间常数为037.0/l ==R L T 27/1l ==τK4)电流截止负反馈 四加电网扰动（第8s电压220→240）负载扰动给定值扰动五、将PI调节器参数改变1.电网扰动（第8s电压220→240）2.负载扰动3.给定值扰动转速、电流双闭环直流调速系统设计与仿真一、设计要求系统稳定并无静差 二、给定参数17,220,3000/min N N N P kw U V n r ===，I N =87.3A ，电枢回路电阻0.087a R =Ω，电感0.0032a L H =,励磁回路电阻181.5Ω,电动机的转动惯量20.76.J Kg m =三、电流调节器ACR 参数计算允许电流过载倍数λ=2；设调节器输入输出电压im nm **U U ==10V ，电力电子开关频率为f=l kHz ．首先计算电流反馈系数β和转速反馈系数α：06.0 I n im *==ββλU N U n nm *α= α=0.003s T 001.0s = ，电流环小时间常数为s T T T oi 002.0s i =+=∑电流调节器超前时间常数为s T K l i 015.0/1i ===τ 而对电流环开环增益局l K =250/5.0=∑i T ，于是ACR 的比例系数为：94.4/i l i ==s K R K K βτ 四、转速调节器ASR 参数计算 选中频段宽度h=5。
单闭环直流调速系统
第十七单元 晶闸管直流调速系统第二节单闭环直流调速系统一.转速负反馈宜流调速系统转速负反馈直流调速系统的原理如图17-40所示。
转速负反馈直流调速系统由转速给左、转速调节器ASR 、触发器CF 、晶闸管变流器U 、 测速发电机TG 等组成。
直流测速发电机输出电压与电动机转速成正比。
经分圧器分圧取出与转速n 成正 比的转速反馈电压Ufn 0转速给定电压Ugn 与Ufn 比较，其偏差电压A U=Ugn-Ufn 送转速调节器ASR 输入 端。
ASR 输出电圧作为触发器移相控制电压Uc,从而控制晶闸管变流器输出电压Udo 本闭环调速系统只有一个转速反馈环，故称为单闭环调速系统.1. 转速负反馈调速系统工作原理及其静特性设系统在负载T L 时，电动机以给定转速nl 稳定运行，此时电枢电流为Idl,对应 转速反馈电圧为Ufnl,晶闸管变流器输出电压为Udi 。
当电动机负载T L 增加时，电枢电流Id 也增加，电枢回路压降增加，电动机转速下 降，则Ufn 也相应下降， 而转速给定电压Ugn 不变，A U=Ugn-Ufn 加。
转速调节器ASR 输出电压Uc 增加，使控制角a 减小，晶闸管整流装置输出电压Ud 增加，于是电动机转速便相应自动回升，其调节过程可简述为：T L t — Id t — ld （R 》+Rd ） t I -*Ufn I U t — Uc t -* a | —Ud t -*n t 。
图17-41所示为闭坏系统静特性和开环机械特性的关系。
n亠 =H o + A//图17—41闭环系统静特性和开环机械特性的关系.图中①②③④曲线是不同Ud之下的开环机械特性。
假设当负载电流为Idl时，电动机运行在曲线①机械特性的A点上。
当负载电流增加为Id2时，在开环系统中由于Ugn不变，晶闸管变流器输出电压Ud 也不会变，但由丁•电枢电流Id增加，电枢回路压降增加，电动机转速将由A点沿着曲线①机械特性下降至&点，转速只能相应下降。
单闭环直流调速系统的仿真研究【基于MATLAB软件的仿真】《论文》
单闭环直流调速系统的仿真研究【基于MATLAB软件的仿真】《论文》1引言调速方法通常有机械的、电气的、液压的、气动的几种，仅就机械与电气调速方法而言，也可采用电气与机械配合的方法来实现速度的调节。
电气调速有许多优点，如可简化机械变速机构，提高传动效率，操作简单，易于获得无极调速，便于实现远距离控制和自动控制，因此，在生产机械中广泛采用电气方法调速。
1.1直流调速系统的概述由于直流电动机具有极好的运动性能和控制特性，尽管它不如交流电动机那样结构简单、价格便宜、制造方便、维护容易，但是长期以来，直流调速系统一直占据垄断地位。
就目前来看，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式。
在我国许多工业部门，如海洋钻探、纺织、轧钢、矿山、采掘、金属加工、造纸以及高层建筑等需要高性能可控电力拖动的场合，仍然广泛采用直流调速系统。
而且，直流调速系统在理论上和实践上都比较成熟，从控制技术的角度来看，它又是交流调速系统的基础。
随着GTO晶闸管、GTR、P-MOSFET、IGBT和MCT等全控型功率器件的问世，这些有自断能力的器件逐步取代了原来普通晶闸管系统所必须的换向电路，简化了电路的结构，提高了效率和工作频率，降低了噪声，缩小了电力电子装置的体积和重量。
谐波成分大、功率因素差的相控变流器逐步被斩波器或脉冲宽度调制器所代替，明显的扩大了电动机控制的调速范围，提高了调速精度，改善了快速性、效率和功率因素。
PWM电源终将取代晶闸管相控式可控功率电源，成为电源的主流。
随着信息、控制与系统学科以及电力电子的发展，电力拖动系统获得了迅猛发展，从旋转交流机组到水银整流器静止交流装置、晶闸管整流装置，再到众多集成电力模块。
目前完全数字化的控制装置已成功应用于生产，以微机作为控制系统的核心部件，并具有控制、检测、监视、故障诊断及故障处理等多功能电气传动系统正处在形成和不断完善之中。
1.2本章小结本章介绍了直流调速系统的研究前景及其优点。
第一讲 单闭环直流调速系统
Id Id
-
-
Un ∆Un
Un n
+
A Uc
GT
UPE Ud d
-
M
-
+ -
+
n
Utg tg
TG
-
图3-2 采用转速负反馈的闭环调速系统
调节原理
在反馈控制的闭环直流调速系统中，与 电动机同轴安装一台测速发电机 TG ，从 而引出与被调量转速成正比的负反馈电压 Un ，与给定电压 U*n 相比较后，得到转速 偏差电压 Un ，经过放大器 A，产生电力 电子变换器UPE的控制电压Uc ，用以控制 电动机转速 n。
第 一 讲
单闭环直流调速控制系统
内容提要
直流调速方法 直流调速电源 单闭环直流调速控制系统
引 言
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 速和快速正反向的电力拖动领域中得到了 广泛的应用。 由于直流拖动控制系统在理论上和实 践上都比较成熟，而且从控制的角度来看， 它又是交流拖动控制系统的基础。因此， 应该首先很好地掌握直流拖动控制系统。
UPE的组成
图中，UPE是由电力电子器件组成的变 换器，其输入接三组（或单相）交流电源， 输出为可控的直流电压，控制电压为Uc 。
~
u
AC
DC
Ud0 d0
Uc c
UPE的组成（续）
目前，组成UPE的电力电子器件有如 下几种选择方案： 对于中、小容量系统，多采用由IGBT或 P-MOSFET组成的PWM变换器； 对于较大容量的系统，可采用其他电力 电子开关器件，如GTO、IGCT等； 对于特大容量的系统，则常用晶闸管触 发与整流装置。
【东北大学】21春学期《直流自动控制系统》在线平时作业3【答案】
21春学期《直流自动控制系统》在线平时作业3
红字部分为答案！
一、单选题
1.无静差单闭环调速系统，稳态时，转速的给定值与反馈值相同，此时调节器的输出________。
A.为0
B.正向逐渐增大
C.负向逐渐增大
D.保持恒定终值不变
2.在双闭环调速系统中，ASR的输出限幅值为()。
A.最小{图}角给定值
B.最大转速给定值
C.最大电流给定值
D.最小电流给定值
3.速度单闭环系统中，不能抑制______的扰动。
A.调节器放大倍数
B.电网电压波动
C.负载
D.测速机励磁电流
4.带有比例调节器的单闭环直流调速系统，如果转速的反馈值与给定值相等，
A.零
B.大于零的定值
C.小于零的定值
D.保持原先的值不变
5.在带转速微分负反馈的调速系统中，减小超调量可以调节()
A.转速反馈系数
B.转速微分滤波时间常数
C.转速调节器积分时间常数
D.转速微分时间常数
6.在双闭环直流调速系统的启动建流阶段，如果电流环响应过快，电枢电流急剧上升，为了保护电机，我们可以增加一个()
A.转速变化率环
B.激磁电流环
C.电枢电压环
D.电流变化率环
7.{图}
A.0.5 16.3%
B.0.8 1.5%
C.0.707 4.3%
D.1.0 0
8.下列交流异步电动机的调速方法中，应用最广的是_______。
A.降电压调速。
四辊压延机的前辊(开卷机)直流调速系统设计.
中南大学运动控制课程设计与综合实验报告设计题目：四辊压延机的前辊（开卷机）直流调速系统设计专业班级：自动化1106 班学生姓名：刘帅伟指导教师：周成训目录第一章：绪论 (1)1.1 四辊压延机的前辊（开卷机）直流调速系统生产流程以及控制设计要求1 1.2 四辊压延机及开卷机的技术特点和发展现状 (2)第二章：四辊开卷机直流调速系统方案选择 (3)2.1 直流调速原理 (3)2.2 开环直流调速系统 (3)2.3 转速负反馈直流调速系统 (4)2.4 带电流截止负反馈的直流调速系统 (6)2.5 双闭环直流调速系统 (7)第三章：双闭环直流调速系统结构及各功能模块概述 (10)3.1双闭环直流可逆电力拖动系统概述 (10)3.2 各功能模块概述 (12)3.2.1 速度调节单元 (12)3.2.2 电流调节器 (13)3.2.3 电流反馈与过流保护 (13)3.2.4 速度反馈与 系数整定 (15)3.2.5 逻辑控制单元 (16)3.2.6 零速封锁单元 (18)3.2.7 给定积分单元 (18)第四章：恒张力控制系统的设计 (19)4.1 卷曲开卷冲动张力控制系统 (19)4.1.1 张力控制系统的一般工作原理 (19)4.1.2 间接张力控制和直接张力控制 (22)4.1.3 轧机卷取机张力控制系统的应用实例 (22)第五章：双闭环调速系统的常规工程设计 (26)5.1设计准备 (26)5.2电流调节器的设计 (27)5.3转速调节器的设计 (29)第六章：逻辑无环流直流调速系统的调试 (33)6.1系统实验调试概述 (33)6.2触发器的整定 (34)6.3系统开环运行及特性测试 (35)6.4系统各单元的调试与参数整定 (37)6.5小结 (42)第七章：设计心得与总结 (43)参考文献 (44)第一章：绪论1.1 四辊压延机的前辊（开卷机）直流调速系统生产流程以及控制设计要求四辊压延机的前辊（开卷机）直流调速系统的设计压延生产线主要是生产飞机轮胎生产线，四辊压延机是飞机轮胎生产家最关键的生产设（一）生产工艺流程及控制要求1、生产工艺流程：帘布放布机-接头硫化机-前三辊电机-贮步架-前四辊电机-干燥机-辊辊压延主机-（主机1和主机2）-后四辊电机-2台卷取机-仓库2、控制要求：（1）在压延前，必须给干燥辊加热60°~80°（使帘布烘干水分），给主辊加热至70°左右（不至于橡胶冷却硬化）。
带电流截止负反馈环节的单闭环直流调速系统设计
带电流截止负反馈环节的单闭环直流调速系统设计1设计目的（1）了解带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统的工作原理，熟悉组成环节及每个环节的作用。
（2）应用所学的交、直流调速系统的基本知识与工程设计方法，结合生产实际，确定系统的性能指标与实现方案，进行运动控制系统的初步设计。
（3）应用计算机仿真技术，通过在MATLAB软件上建立运动控制系统的数学模型，对控制系统进行性能仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响。
2设计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=65A，nN =1000r/min，电枢电阻Ra=0.15Ω，电枢电感La=0.0002H，励磁电压Uf=220V，励磁电流If=1.5A，电枢绕组和励磁绕组互感Laf=0.82H，供电电源电压U2=130V；晶闸管装置Ts=0.00167s，放大系数Ks=40；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=12.5N·m2；转速调节器最大给定值*nmU=10V；3 设计任务(1)分析电流截止负反馈环节的工作原理，画出系统稳态结构图；(2)在MATLAB中建立带电流截止负反馈环节的单闭环直流调速系统；(3调节控制器参数，确定最佳调节参数。
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。
比较带电流截止负反馈环节和不带电流截止负反馈环节启动过程的差异。
4设计要求1.稳态指标：转速无静差；2.动态指标：启动电流的最大值150 A。
空载启动到额定转速的转速超调量σn≤15%。
4 设计基本内容4.1问题的提出在转速反馈控制直流调速系统中存在一个问题，在启动、制动过程和堵转状态时，电枢电流会过大。
为了解决反馈闭环调速系统的起动和堵转时电流过大的问题，系统中必须有自动限制电枢电流的环节。
引入电流负反馈，可以使它不超过允许值。
但这种作用只应在起动和堵转时存在，在正常的稳速运行时又得取消，让电流随着负载的增减而变化。
(完整word版)带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统设计..
目录摘要 (2)1主电路的设计 (2)1.1变压器参数的设计与计算 (2)1.2平波电抗器参数的设计与计算 (3)1.3晶闸管元件参数的计算 (4)1.4保护电路的设计 (4)2反馈调速及控制系统 (5)2.1闭环调速控制系统 (5)2.2带电流截止负反馈闭环控制系统 (5)2.3调节器设定 (9)2.4控制及驱动电路设计 (10)3参数计算 (11)3.1基本参数计算 (11)3.2电流截止负反馈环节参数计算与设计 (13)3.3调节器的参数设计与计算 (14)3.4调节器串联校正设计 (17)4总电气图 (18)5心得体会 (20)参考资料 (20)带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统设计摘要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，并且直流调速系统在理论和实践上都比较成熟，是研究其它调速系统的基础。
在直流电动机中，带电流截止负反馈直流调速系统应用也最为广泛，其广泛应用于轧钢机、冶金、印刷、金属切割机床等很多领域的自动控制。
本次课设就带电流截止负反馈转速单闭环直流调速系统进行参数的设计。
1主电路的设计1.1变压器参数的设计与计算变压器副边电压采用如下公式进行计算： ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=N sh Td I I CU A nU U U 2min max cos αβVU C I I U A n V U V U Nsh T d 110)105.05.09848.0(9.034.2122205.0105.0109.034.221,220222min max =⨯⨯-⨯⨯+==========则取已知αβ因此变压器的变比近似为：45.311038021===U U K 一次侧和二次侧电流I 1和I 2的计算 I 1=1.05×287×0.861/3.45=75A I 2=0.861×287=247A 变压器容量的计算S 1=m 1U 1I 1=3×380×75=85.5kVA S 2=m 2U 2I 2=3×110×247=81.5kVAS=0.5×(S 1+S 2)=0.5×(85.5+81.5)=83.5kVA因此整流变压器的参数为：变比K=3.45，容量S=83.5kVA1.2平波电抗器参数的设计与计算U d =2.34U 2cos αU d =U N =220V, 取α=0° U 2=V U d 0171.9434.22200cos 34.2==I dmin =(5%-10%)I N ,这里取10% 则 L=0.693mH I U d 2308.375.171.00171.94693.0min 2=⨯⨯=⨯0067.0150010*===N nm n U α1.3晶闸管元件参数的计算晶闸管的额定电压通常选取断态重复峰值电压U DRM和反向重复峰值电压U RRM中较小的标值作为该器件的额定电压。
单闭环直流调速系统
调速范围 生产机械在额定负载时要求电动机提供的最高转速nmax 与最低转速nmin之比称为调速范围，用D表示。即： 静差率（表征转速的稳定程度） 调速系统在某一转速下稳定运行时，负载由理想空载增 加到规定负载时，所对应的转速降落Δn与理想转速n0 之比，用s表示。即： 两者之间的关系是：
带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统
带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统的框图
Us（S）
N（S）
-
+
K p
+
T(s),负载变化
+
电流载止
-
Ufn
Ufi
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。
在如图所示的调速系统中，已知负载变化为： 求：负载变化所产生的转速降。 若此时系统的给定量为： ，此时系统的稳 态输出nN。 该系统是否能满足5%的静差率。
降低速降的实质是什么?
结论： 闭环调速系统可以获得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，为此所需付出的代价是，须增设电压放大器以及检测与反馈装置。
转速单闭环调速系统结构图
0
闭环静特性
开环机械特性
0
Id1
Id3
Id2
Id4
O
A
B
C
A′
D
Ud4
Ud3
Ud2
Ud1
n
系统调节过程
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电枢电压，以补偿电枢回路电阻压降。
闭环系统减小速降的物理意义
章节一
例题
思路:根据
在上例中，龙门刨床要求, D = 20，s ≤5%， 已知 Ks = 30， = 0.015V·min/r， Ce = 0.2V·min/r,采用闭环系统,如何设计放大器以满足此要求？
转速负反馈单闭环直流调速系统
Δnop = 275 r/min， 但为了满足D = 20，s < 5%的调速要求，须
Δncl = 2.63 r/min，
由式：
ncl
nop 1 K
可得
Knop12751103.6
ncl
2.63
代入已知参数，则得
K
10 .63
K pK s/C e3 00.01 /0.5 246
即只要放大器的放大系数等于或大于46， 闭环系统就能满足所需的稳态性能指标。
显然，失控制时间是随机的，它的大小随发 生变化的时刻而改变，最大可能的失控时间就是 两个相邻自然换相点之间的时间，与交流电源频 率和整流电路形式有关，由下式确定
Ts max
1 mf
式中 f — 交流电流频率； m — 一周内整流电压的脉冲波数。
Ts值的选取
相对于整个系统的响应时间来说，Ts 是不大的， 在一般情况下，可取其统计平均值 Ts = Tsmax /2，并认 为是常数。也有人主张按最严重的情况考虑，取Ts = Tsmax 。下表列出了不同整流电路的失控时间。
scl
sop 1 K
(3) 静差率一定时，闭环系统调速范围大大提高
如果电动机的最高转速都是nmax；而对最低速 静差率的要求相同，那么：
开环时，Dop
nnoms nop(1 s)
闭环时，Dcl
nnoms ncl (1 s)
再考虑Δnop和Δncl之间的关系，得
Dcl (1K)Dop
(4) 给定电压相同时，闭环系统空载转速大大降低
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
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
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3.4.2
（1）保护晶闸管熔断器的选择
过电流保护措施很多，其中快速熔断器的断流时间短，保护性能较好，是目前应用最普遍的保护措施。快速熔断器的接法如图3-3所示。
图3-3直流侧过电流保护
在本系统中，据式IN=IVT(AV)/ 1.57(式中IVT(AV)取15A)熔体额定电流为IN=15/1.57=9.55A，故选RLS－10的熔断器，容体电流为10A。(型号)
按下列公式计算：
（2）额定电流的 选择
据有效值相等的原则，晶闸管的额定电流一般选取其通态平均电流的1.5～2倍。在三相桥式全控整流电路中，带纯阻性负载时，晶闸管两端承受的最小峰值为 ；带反电动势负载时，晶闸管两端承受的最大正反向峰值为 ；晶闸管的通态平均电流 则据I2= I ，IVT= I ，可得
IVT(AV)= (1.5～2)IVT/1.57=(1.5～2) =10.34~13.79A
因此整流变压器的参数为：变比K=3.45，容量S=5.181KVA，联结方式为：△/Y连接。
3.3
（1）额定电压 的选择
晶闸管的额定电压通常选取断态重复峰值电压UDRM和反向重复峰值电压URRM中较小的标值作为该器件的额定电压，考虑到要留有一定的裕量，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压的2～3倍，查表知，晶闸管的电压计算系数 =2.45
对于三相全控整流或调压电路，要求顺序输出的触发脉冲依次间隔60°。本设计采用三相同步绝对式触发方式。根据单相同步信号的上升沿和下降沿，形成两个同步点，分别发出两个相位互差180°的触发脉冲。然后由分属三相的此种电路组成脉冲形成单元输出6路脉冲，再经补脉冲形成及分配单元形成补脉冲并按顺序输出6路脉冲。本设计课题是三相全桥控桥整流电路中有六个晶闸管，触发顺序依次为：VT1—VT2—VT3—VT4—VT5—VT6，晶闸管必须严格按编号轮流导通，6个触发脉冲相位依次相差60O，可以选用3个KJ004集成块和一个KJ041集成块，即可形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大，就可以构成三相全控桥整流电路的集成触发电路如图4-1。
熔体额定电流为IN.FE=(1.5~2)×4.66A=（6.99~9.32）A
3.5
本设计采用三相零式整流电路作为励磁电路，考虑到晶闸管价格较高，用二极管来代替晶闸管作为整流元件，电路如图3-5所示。
参数整定：调节变压器变比使 =220V,则 =1.17×220V=257.4V，调节 使 =220V。
（3）堵转电流---有些生产机械的电动机可能会遇到堵转的情况。例如，由于故障，机械轴被卡住，或挖土机运行时碰到坚硬的石块等等。由于闭环系统的静特性很硬，若无限流环节，硬干下去，电流将远远超过允许值。如果只依靠过流继电器或熔断器保护，一过载就跳闸，也会给正常工作带来不便。
为了解决反馈闭环调速系统的起动和堵转时电流过大的问题，系统中必须有自动限制电枢电流的环节。根据反馈控制原理，要维持哪一个物理量基本不变，就应该引入那个物理量的负反馈。那么，引入电流负反馈，应该能够保持电流基本不变，使它不超过允许值。通过对电流负反馈和转速负反馈的分析。考虑到，限流作用只需在起动和堵转时起作用，正常运行时应让电流自由地随着负载增减，采用电流截止负反馈的方法，则当电流大到一定程度时才接入电流负反馈以限制电流，而电流正常时仅有转速负反馈起作用控制转速。
本次设计是基于对组成调速系统的两个主要部分：主电路，包括主回路方案的确定、元器件的参数计算和选型、触发电路和保护环节；控制电路，包括转速负反馈环节的参数计算、电流截止负反馈环节的参数计算，电流检测环节和调节器的设计的分析、参数计算和设计，并且用仿真波形通过MATLAB来进行调节器的参数调节。
关键词：电流截止负反馈主电路控制电路调节器
3、设计说明书和电气原理图必须按“电气图形符号”和“电气技术文字符号”的国家标准，并规定主回路用粗实线、控制回路用细实线；
4、设计说明书应包含封皮、目录、正文、参考文献等，字数要满足规定。
工
作
量
1、说明书一份不少于6000字。
2、A2图纸一张，手工或CAD绘图。
3、参考文献不少于3篇。
工
作
计
划
1、查阅有关资料；
第
1、系统实现无静差；
2、动态性能指标：稳定且留有一定的相角、增益稳定裕度；
3、采用工程设计法，试按典型Ⅱ型系统设计。
4、用仿真软件进行仿真，对结果进行分析。
第
2
普通闭环直流调速系统及其存在的问题
（1）起动的冲击电流---直流电动机全电压起动时，如果没有限流措施，会产生很大的冲击电流，这不仅对电机换向不利，对过载能力低的电力电子器件来说，更是不能允许的。
已知三相全控整流电压的计算系数为 ,电网电压的波动系数为 ,查表并考虑10°的裕量可得 ，由电机参数可知 ,代入公式计算出
取 ，因此变压器的变比近似为：
3.2
一次侧电流： 考虑变压器自身的励磁电流时， 应乘以1.05左右的系数，查表知，一次侧相电流计算系数 ，由电机参数可知 ，代入公式计算出
I1=1.05×18.75×0.816/3.45=4.66A
（2）保护变压器熔断器的选择
在本设计中，选用快速熔断器进行三相交流电路的一次侧过电流保护，保护原理图如图3-4所示：
图3-4一次侧过电流保护
熔断器额定电压不应小于线路的工作电压，由于一次侧相电压为220V，所以熔断器额定电压应选取250V。
据式IN.FE=(1.5~2)I1.NF(式中，I1.NF为变压器的额定一次电流为4.66A)
电动机的电枢回路由晶闸管组成的三相桥式整流电路供电，通过与电动机同轴刚性连接的测速发电机TG检测电动机的转速，并经转速环节分压后取出合适的转速反馈信号Un，此电压与转速给定信号经速度调节器ASR综合调节，ASR输出作为移相触发器的控制电压Uc，由此组成转速负反馈单闭环直流调速系统。改变给定电压即可调节电动机的转速。
设计要求：
1）无静差；
2）动态性能指标：稳定且留有一定的相角、增益稳定裕度；
3）采用工程设计法，试按典型Ⅱ型系统设计。
4）用仿真软件进行仿真，对结果进行分析。
设
计
要
求
1、完成设计说明书一份（包括原理的简要说明和主要参数的计算过程）；文稿用钢笔或圆珠笔书写，字迹应工整、清晰；
2、绘制电气原理图（包括主电路、控制回路）A2图纸一张，可用铅笔绘制，应符合相关制图标准；
二次侧电流 ，查表知，二次相电流计算系数 ，由电机参数知 ，代入公式计算出
I2=0.816×18.75=15.3A
3
变压器一次、二次绕组相数m1=m2=3
一次容量：S1=m1U1I1=3×380×4.66=5.312kVA
二次电容：S2=m2U2I2=3×110×15.3=5.049kVA
平均电容：S=0.5×(S1+S2)=0.5×(5.312+5.049)=5.181kVA
图2-1无静差直流调速系统
2
2.2
他励直流电动机的转速公式：
式中：U为他励电动的电枢电压
I为电枢电流
E为电枢电动势
R为电枢回路的总电阻
n为电机的转速
为励磁磁通
为电机的电动势系数
（1）调节电枢供电电压U
（2）减弱励磁磁通Φ
（3）改变电枢回路电阻R
对于要求在一定范围内的无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式最好。改变电阻只能实现有级调速，减弱磁通虽然能都平滑调速，但调速范围不大，往往只能是配合方案，在基速以上做小范围的弱磁升速。因此，自动控制的直流调速系统往往以变压调速为闸管触发电路类型有很多，有分立式、集成式和数字式，分立式相控同步模拟电路相对来说电路比较复杂；数字式触发器可以在单片机上来实现，而需要通过编程来实现。由于集成电路可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便，所以可以采用集成触发器，选择常用的KJ004集成块和KJ041集成块。
3.4
三相变压器两侧采用阻容保护，如图3-2。
图3-2 RC过电压抑制电路
①交流侧RC过电压保护的参数整定（阻容吸收保护）根据公式
（取1.5μF）(一般取 =6.5)
----变压器励磁电流百分数
(取55Ω)(一般取 =5)
②直流侧RC过电压保护的参数整定（阻容吸收保护）
（取16μF）(一般取 =6.5)
图2-1是带电流截止的无静差直流调速系统，采用PID调节器以实现无静差，采用电流截止环节来限制电枢电流。TA为检测电流的交流互感器，经整流后得到电流反馈信号Ui。当电流达到截止电流Idcr时，Ui高于稳压管VS的击穿电压，使晶体管VT导通，忽略晶体管的导通压降，则PID调节器的输出电压Uc为零，电力电子变换器UPE的输出电压Ud=0,达到限制电流的目的。
。。
课 程 设 计 说 明 书
题目：带电流截止负反馈的单闭环无静差直流调速系统设计
学院（系）：电院自动化系
年级专业：。。。
学 号：。。。。
学生姓名：。。。。
指导教师：。。。。
教师职称：教授 讲师
燕山大学课程设计（论文）任务书
院（系）：电气工程学院基层教学单位：自动化系
学号
。。。
学生姓名
。。
专业（班级）
2.2.2
晶闸管—电动机调速系统（简称V—M系统），其原理图如图2-2所示。图中VT是晶闸管的可控整流器，通过调节触发装置GT的控制电压Uc来移动触发脉冲的相位，即可改变平均整流电压Ud，从而实现平滑调速，也大大提高了系统的动态性能；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。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；反并联两组全控整流电路，就可实现电机的四象限运行。