转速电流双闭环直流调速系统的特点

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 .............................

程 设 计 说 明 书 课程名称： 电力拖动自动控制系统 设计题目： 转速电流双闭环直流调速系统 院 系： 电子信息与电气工程学院 学生姓名： 学 号： 专业班级： 级自动化班 指导教师： 雷 慧 杰 2012年12 月20 日

课

转速电流双闭环直流调速控制系统

摘 要：为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可以在系统中设置两个调节器，

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。二者之间实行嵌套的连接方式：把转速调节器的输出当做电流调节器的输入，在用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。前者通过电流元件的反馈作用稳定电流，后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消除转速偏差，从而使系统达到调节电流和转速的目的。该系统起动时，转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节起动电流保持最大值不变，使转速线性变化，迅速达到给定值；当系统稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转

实验二：转速、电流双闭环直流调速系统

一、实验目的

(1)了解闭环不可逆直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原

理。

(2)掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试步骤、方法及参数的整定。 (3)研究调节器参数对系统动态性能的影响。

二、实验所需挂件及附件 序号 1 2 3 型 号 DJK01 电源控制屏 DJK02 晶闸管主电路 DJK02-1三相晶闸管触发电路 备 注 该控制屏包含“三相电源输出”，“励磁电源”等几个模块。 该挂件包含“触发电路”,“正桥功放”，“反桥功放” 等几个模块。 该挂件包含“给定”，“电流调节器”，4 ，“电流反馈与过流保护”DJK04 电机调速控制实验 I “速度变换”等几个模块。 5 6 DJK08可调电阻、电容箱 DD03-2电机导轨﹑测速发电或DD03-3电机导轨、光码盘测速系统机及转速表 及数显转速表 7 8 9

DJ13-1 直流发电机 DJ15 直流并励电动机 D42 三相可调电阻 235

10 慢扫描示波器 11 万用表 三、实验线路及原理

自备 自备 许多生产机械，由于加工和运行的要求，使电动机经常处于起动、制动、反转的过渡过程中，因此起动和制动过

转速、电流双闭环直流调速系统实训

一、实训目的

(1) 了解闭环不可逆直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理。 (2) 掌握转速、电流双闭环不可逆直流调速系统的调试步骤、方法及参数的整定。

(3) 提高对系统分析及故障分析处理的能力。

二、实训所需挂箱及附件

序型 号 号 1 MEC01 电源控制屏 PAC10 晶闸管及电抗器组2 件 PAC13 三相TCA785触发3 电路组件 备 注 该控制屏包含“三相电源输出”等模块 该挂箱包含“触发电路”、“正、反桥功放”等模块 该挂件包含“调节器Ⅰ、Ⅱ”、“电压隔离4 PAC31调速控制组件I 器”、“电流反馈与过流保护”等几个模块 PAC09A 交直流电源、变压该挂箱包含“±15V”、 “±12V”、“ 0～5 器及二极管组件 ±15V”直流电源等几个模块 6 MEC42 可调电阻器 DD03-11电机导轨﹑光码7 盘测速系统 8 DJ23校正直流测功机 9 DJ15 直流并励电动机 10 慢扫描示波器 自备 11 万用表 自备 三、实训线路及原理

许多生产机械，由于加工和运行的要求，使电动机经常处于起动、制动、反转的过渡过程中，因此起动和制动过程的时间

课程设计

题目：转速、电流双闭环可逆直流

PWM调速系统设计

学生姓名： 学 号： 班 级: 专 业： 指导教师： 起始时间： 2016年6月6日--6月17日

摘要

直流脉宽变换器，或称为直流PWM变换器，是在全控型电力电子器件问世以后出现的能取代相控整流器的直流电源。根据PWM变换器主电路的形式可分为可逆和不可逆两大类。

电流截至负反馈环节只能限制电动机的动态电流不超过某一数值，而不能控制电流保持为某一所需值。根据反馈控制原理，以某物理量作为负反馈控制，就能实现对该物理量的无差控制。用一个调节器难以兼顾对转速的控制和对电流的控制。如果在系统中另设一个电流调节器，就可以构成电流闭环。电流调节器串联在转速调节器之后，形成以电流反馈作为内环、转速作为外环的双闭环调速系统。

利用单片机实现对直流电动机的双闭环调速，此系统使直流电机具有优良的调速特性，调速方便，调速范围广，过载能力大，能承受频繁的冲击负载，制动和反转，能满足生产过程自动化系统的各种特殊运行要求。

I

电力拖动自动控制系统课程设计

电气工程及其自动化专业

任务书

1.设计题目

转速、电流双闭环直流调速系统的设计 2.设计任务

某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路， 基本数据为：

直流电动机：Un=440V，In=365A，nN=950r/min，Ra=0.04, 电枢电路总电阻R=0.0825, 电枢电路总电感L=3.0mH, 电流允许过载倍数=1.5，

折算到电动机飞轮惯量GD2=20Nm2。

晶闸管整流装置放大倍数Ks=40，滞后时间常数Ts=0.0017s 电流反馈系数=0.274V/A (10V/1.5IN) 转速反馈系数=0.0158V min/r (10V/nN) 滤波时间常数取Toi=0.002s，Ton=0.01s ===15V；调节器输入电阻Ra=40k 3.设计要求

(1)稳态指标:无静差

(2)动态指标:电流超调量5%；采用转速微分负反馈使转速超调量等于0。

目录

II

任务书...............................................................................

设计题目及分析

设计题目：转速电流双闭环控制的H型双极式PWM直流调速系统

直流电动机：UN=48V，IN=3.7A，nN=200r/min允许过载倍数?=2；电枢回路电磁时常

TL=0.015s，机电时常Tm=0.2s；PWM环节的放大倍数：KS=4.8,；电枢

回路总电阻：R=1?；电枢电阻Ra=0.5?。电流反馈系统β=1.33V/A，转速反馈系数α=0.05V·min/r，电动势转速比Ce=0.18V·min/r。转速电流调节器输入输出限幅电

**U?Unmim压=10V.

采用MATLAB对双闭环系统进行仿真，绘制直流调速系统仿真框图，仿真得出启动转速，起动电流，直流电压Ud，ASR,ACR输出电压的波形。并对结果进行分析。

直流调速系统具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在电气传动中获得了广泛应用。本文从直流电动机的工作原理入手，建立了双闭环直流调速系统的数学模型，并详细分析了系统的原理及其静态和动态性能。然后按照自动控制原理，对双闭环调速系统的设计参数进行分析和计算，利用Simulink对系统进行了各种参数给定下的仿真，通过仿真获得了参数整定的依据。在理论分析和仿真研究的基础上，本文