转速负反馈单闭环直流调速系统

带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系统设计

一、 绪论

科学技术的发展日新月异，科技产品涵盖着我们生活的方方面面。电动机

作为一种便利的带动工具，是我们生活和工业生产中重要的不可缺少的一部分，人类的生产生活已经离不开它。对于我们来说，如何高效精确地控制电机的运转，并且最低的成本去实现，才是我们最值得深入研究的课题。

直流电动机具有良好的起、制动性能，方便控制，易于实现，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较为广泛，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中，虽然，在调速的高效性方面存在着局限性，但综合各方面来看，它任然有它独特的运用前景。

1.1设计的目的和意义

（1）应用所学的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，进行运动系统的初步设计。

（2）学会应用MATLAB软件，建立数学模型对控制系统进行仿真研究，掌握系统

参数对系统性能的影响；

（3）在理论设计与仿真研究的基础上，应用Protel进行控制系统的设计，为毕

业设计打下基础。

1.2设计要求

MATLAB仿真技术报告1

题目：转速反馈单闭环直流调速系统仿真

直流电机模型框图如下图所示，仿真参数为R=0.2，Tl=0.012，Tm=0.09，Ce=0.1。本次仿真采用算法为ode45，仿真时间2s。 1、开环仿真：

用Simulink实现上述直流电机模型，直流电压Ud0取420V，

0~1s，电机空载，即Id=0； 1s~2s，电机满载，即Id=150A。

(1) 画出转速n的波形，根据仿真结果求出空载和负载时的转速n以及静差率s。 (2) 画出电枢绕组电流波形。

1.负载时的转速波形如上图，在Id的作用下。在一秒后，波形会有个明显的下降，这是因为在负的扰动下，

经过负反馈，导致转速下降，输出的转速波形如图

由图中标尺功能可得出，空载时转速n=4200rpm负载时转速ns=3900rpm。 由静差率公式s=

?????????

可知 s=

4200?3900

4200

=0.0714.

2.上图是电枢绕组电流波形，因为是有了电流Id扰动，在一秒后有了一个电流分量，如果在电流Id为零的

时候，电枢绕组电流的波形应该在电机平稳运转之后降为0，或者有一个极为细微的电流。从图中可以看出，电流在1s后不为零，这就是受到扰动阶跃信号影响的结果。

2、闭环

x

洛 阳 理 工 学 院

课 程 设 计 说 明 书

课程名称 设计课题 专 业 班 级 姓 名

2012

年3月 1

日

x

课 程 设 计 任 务 书

电气工程与自动化 系 电气自动化 专业 学生姓名 xxxx 班级xxxxxx 学号xxxxxxxx 课程名称： 运动控制系统 设计题目： 转速、电流双闭环直流调速系统 课程设计内容与要求：

（1）调速范围D=10，静差率 5%；稳态无静差，电流

超调量 i 5%，电流脉动系数Si 10%；启动到额定转速时的转速退饱和超调量 n 10%。

（2）系统具有过流、过压、过载和缺相保护。 （3）触发脉冲有故障封锁能力。 （4）对拖动系统设置给定积分器。

设计（论文）开始日期 2012 年2月13日 指导教师

成都学院（成都大学）课程设计报告

转速电流双闭环直流调整系统

摘要：本设计通过分析双闭环直流调速系统系统的组成，设计出系统的电路原理图。从电力拖动不可逆直流调速系统主电路开始着手，设计整流电路，选择整流器件，计算整流变压器参数，设计保护电路及控制电路。然后，采用工程设计的方法对双闭环直流调速系统的电流调节器和转速调节器进行设计，先设计电流调节器，然后将整个电流环看作是转速调节系统的一个环节，再来设计转速调节器。遵从确定时间常数 、选择调节器结构、计算调节器参数、效验近似条件的步骤一步一步的实现对调节器的具体设计。最后用AUTCAD 绘制出整个系统的电器原理图。 关键词：整流电路、转速调节器、电流调节器、工程成设计方法。

I

成都学院（成都大学）课程设计报告

目 录

第1章 系统原理 ..............................................................1

1.1 双闭环调速系统的工作原理 .............................................1 1.2 双闭环直流调速系统的数学模型 .............................

转速电流双闭环直流调速系统设计

一.ACR和ASR的设计和参数计算： 1.电流环的设计：

根据题目要求，电流环按照典Ⅰ系统设计，电流环调节器采用PI调节器，其传递函数为W(1) 参数计算：

PWM的滞后时间常数TS ：

ACR?S?S?1???K?

ii?SiTS=

11==0.001s f1KHZ电流环小时间常数T?i：

T=T+T?iSoi=0.001s+0.001s=0.002s

电流反馈系数?：

?=Uim=

?Idm10=1.35V/A 2?3.7为将电流环校正为典Ⅰ系统，电流调节器的超前时间常数应对消掉控制对象的大时间常数Tl，即为满足

?=Til=0.015 s

?i ?5%，取KIT?i=0.5 = KKIi因此，KI?RS?=

12T?i=

1?1=250 s

2?0.002于是可以求得ACR的比例放大系数Ki：

R250?0.015?8?KK=K?=4.8?1.35=4.63

Iiis

所以电流环PI调节器的传递函数为：WACR?S??（2） 校验近似条件：

电流环截止频率wci?KI?250s 所以31?14.63?0.015S?1?

0.015STTm?3l1?1?54.8s

0.2?0.0151显然满足近似条件wci?3

成都信息工程大学

课程实验报告

课 程 名 称

所 在 学 院 专 业 指 导 教 师 实 验 小 组 小 组 成 员

姓 名

成 绩 总 评

学 号 签 名 2016年 2 月

《电机拖动及运动控制系统I》课程实验报告

实验名称 实验地点 指导老师 一、实验目的 1. 掌握转速单闭环可逆直流脉宽调速系统的组成及主要单元部件的工作原理。 2. 掌握转速单闭环可逆直流脉宽调速系统的调试步骤、方法及参数的整定。 二、实验项目 1、各控制单元的仿真调试。 2、开环机械特性n=f(Id)(n=1000r/min，n=500r/min) 的仿真测定 3、闭环静特性n=f(Id)(n=1000r/min，n=500r/min

单 闭 环 无 静 差 转 速 负 反 馈 直 流 调 速 系 统

自动化1005班

杨涛

电气与控制工程学院 1006050523

单闭环无静差转速负反馈调速系统的建模与仿真

一、 设计指标和要求 控制对象电机参数为：

调速系统的基本数据如下:晶闸管三相桥式全控整流电路供电的双闭环直流调速系统,直流电动机:220V,136A,1460r/min,电枢电阻Ra=0.2Ω,允许过载倍数λ= 1.5;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力矩:GD2= 22.5N·m2,晶闸管装置:放大系数Ks=40 ,转速反馈系数:α=0.007Vmin/r ,Ton=0.01s 设计要求:

(1)稳态指标

单 闭 环 无 静 差 转 速 负 反 馈 直 流 调 速 系 统

自动化1005班

杨涛

电气与控制工程学院 1006050523

单闭环无静差转速负反馈调速系统的建模与仿真

一、 设计指标和要求 控制对象电机参数为：

调速系统的基本数据如下:晶闸管三相桥式全控整流电路供电的双闭环直流调速系统,直流电动机:220V,136A,1460r/min,电枢电阻Ra=0.2Ω,允许过载倍数λ= 1.5;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力矩:GD2= 22.5N·m2,晶闸管装置:放大系数Ks=40 ,转速反馈系数:α=0.007Vmin/r ,Ton=0.01s 设计要求:

(1)稳态指标

成都学院（成都大学）课程设计报告

转速电流双闭环直流调整系统

摘要：本设计通过分析双闭环直流调速系统系统的组成，设计出系统的电路原理图。从电力拖动不可逆直流调速系统主电路开始着手，设计整流电路，选择整流器件，计算整流变压器参数，设计保护电路及控制电路。然后，采用工程设计的方法对双闭环直流调速系统的电流调节器和转速调节器进行设计，先设计电流调节器，然后将整个电流环看作是转速调节系统的一个环节，再来设计转速调节器。遵从确定时间常数 、选择调节器结构、计算调节器参数、效验近似条件的步骤一步一步的实现对调节器的具体设计。最后用AUTCAD 绘制出整个系统的电器原理图。 关键词：整流电路、转速调节器、电流调节器、工程成设计方法。

I

成都学院（成都大学）课程设计报告

目 录

第1章 系统原理 ..............................................................1

1.1 双闭环调速系统的工作原理 .............................................1 1.2 双闭环直流调速系统的数学模型 .............................

单闭环无静差转速负反馈调速系统的建模与仿真

班级：

姓名： 学号：

一． 设计目的

（1） 学习掌握单闭环无静差转速负反馈调速系统的工作原理，近似处理方式

以及建模。

（2） 学习掌握MATLAB的应用。

二． 应用软件

MATLAB，office，protel99se

三． 概述

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，在许多需要调速和（或）快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。

直流电动机的稳态转速可表示为

U?IR n?Ke?式中 n---转速（r/min）;

U---电枢电压（V）； I---点数电流（A）；

R---电枢回路总电阻（?）；

； ?---励磁磁通（Wb）

Ke---由电机结构决定的电动势常数。

由上式可以看出，有三种调节电动机转速的方法：

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极平滑调速的系统来