沈阳工程学院
课程设计任务书
课程设计题目：转速、电流双闭环不可逆直流调速系统的设计（电机型号Z2-52-1/额定转速1500r/min）
系别自控系班级电自092
学生姓名安胜功学号 18
指导教师田卫华职称副教授
课程设计进行地点： F-202，图书馆
任务下达时间： 2011年 11 月 28 日
起止日期： 2011年 11月28日起——至 2011年12月2日止
教研室主任年月日批准
1.设计的原始资料
（1）直流电动机型号及参数
（2）折合到电动机轴上的总飞轮矩：2
25.2a
GD GD =∑ （3）电枢电阻估算：2a R R ∑=，212(~)23n n n a n
U I P
R I -=。
2.设计的主要内容及要求
（1） 熟悉题目并收集资料：明确设计任务，收集相关资料，包括参考书、手册和图表等。
（2） 主电路设计:确定主电路形式，画出主电路及相关保护、操作电路原理图，并完成主
电路元件的计算和选择。
（3） 控制电路设计：确定调节器形式，画出电路原理图，选定检测元件和反馈系数，计算
调节器参数并选择相关元件。 （4） 校核整个系统设计。 （5） 绘制系统总原理图。 （6） 编制元件明细表。
指标要求：稳态指标：无静差；
动态指标：%10%;%10%i n σσ≤≤（按退饱和方式计算）
主电路形式要求：
20N P kW ≤，采用单相桥式全控整流电路； 2050N k W P k W <≤，采用三相半波可控整流电路； 50N P kW >，采用三相桥式全控整流电路。
3.设计说明书撰写内容、格式的要求
（1） 题目、目录、原始数据及技术要求等；
（2） 具体设计说明，包括主电路及控制电路设计步骤说明及相关图形； （3） 系统总原理图； （4） 元件明细； （5） 参考文献。
4.设计完成后应提交成果的种类、数量、质量等方面的要求
（1） 程设计说明书；
（2）附图包括：
a.主电路原理图
b.双闭环直流调速系统的静、动态结构图
c.ASR、ACR的电路原理图
d.转速环、电流环等效动态结构图
e.系统总原理图
5.时间进度安排：
6.主要参考资料（文献）。
1．《交直流调速系统》史国生赵家璧，化学工业出版社2．《自动控制系统》刘建昌冶金工业出版社
3．《电力拖动自动控制系统》第二版陈伯时机械工业出版社 4．《电力电子设计手册》王兆安机械工业出版社
沈阳工程学院
直流拖动控制系统课程设计成绩评定表
系（部）：自控系班级：电自092 学生姓名：安胜功
目录
一.主电路设计 (1)
（一）主电路原理图 (1)
（二）整流变压器的计算与选择 (1)
（三）整流元件的计算与选择 (3)
（四）电抗器的计算与选择 (3)
(五)电阻的计算 (5)
(六)时间常数的计算 (6)
(七) 保护元件的选择和计算 (6)
二．控制电路设计 (9)
（一）电流环的设计 (9)
（二）转速环的设计 (11)
（三）双闭环调速系统的动，静态结构图.........................................14 .（四）触发电路..............................................................................15. （五）系统总原理图. (16)
三. 元器件的选择 (17)
四. 设计总结 (18)
参考文献 (19)
转速、电流双闭环不可逆直流调速系统原理图
一、 主电路设计
主电路采用单相变压器，经单相全控桥晶闸管整流电路为电动机供电 （一） 主电路原理图
（二） 整流变压器的计算与选择 1. 整流变压器的电压
整流变压器的一次侧直接与电网相连，即一次侧电压等与电网电压。所以1U =220V ， 整流
变压器的二次侧电压2U 与整流电路形式、电动机额定电压n U 、晶闸管装置压降、最小控制角 min
及电网电压波动系数ε有关，可按下式近似计算
2141.1V z n K U U AB ε=
== 式中Z K ----为安全系数，一般取为1.05—1.10左右； ε----为电网电压波动系数，一般为0.9—1.1，在此取； A----为计算系数，此处取0.9； B----
为计算系数，min cos 2
a B ==。 2.整流电压器电流
22182.282.2n I K I A A ==?=
12111141.182.2
52.7220
n K U I I A U ??=
== 表1-1整流变压器的计算系数选择（电感负载,取min 30α=?）
3.整流变压器容量 121m m ==
22221141.182.211590S m U I VA ==??= 1111122052.711594S mU I VA ==??=
()()1211
11590115941159222
S S S VA =
+=?+= 式中1m 、2m —分别为一次侧与二次侧绕组的相数。
（三）、整流元件的计算与选择
正确选择晶闸管和整流管，能够使晶闸管装置在保证可靠运行的前提下降低成本。选择整流元件主要是合理的选择它的额定电压
kn U 和额定电流（通态平均电流）T I 他们与整流电路形式、
负载性质、整流电压及整流电流平均值、控制角
α 的大小等因素有关。一般按0α=计算，且
同一装置中的晶闸管和整流管的额定参数算法相同。
1. 整流元件的额定电压 整流元件的额定电压
kn U 与元件实际承受的最大峰值电压m U 有关，即
2141.1199.5m U V
=?=
()2~3kn m U U =
式中()2~3为安全系数，取安全系数为3，则
33199.5598.5kn m U U V ==?= 2. 整流元件的额定电流
整流元件的额定电流T I 与最大的负载电流m I
有关，即 式中 1.582.2123.3m n I I A λ==?=
()1.5~2.0T fb m I K I =
式中fb K 为计算系数，()1.5~2.0为安全系数，取安全系数为2.0，则
2.0 2.00.4512
3.3111T fb m I K I A ==??=
表1-2整流元件的计算系数fb K 。
(四)、电抗器的计算与选择
为了提高晶闸管装置对负载供电的性能及运行的安全可靠性，通常需在直流侧串联带有空气系的铁芯电抗器，其主要参数为额定电流n I 和电感量k L
。
1. 用于限制输出脉动的临界电感m L
（单位为mH ） 332 1.2141.1
101032.822 3.1410010%82.2
u m d i n S U L mH f S I π?=
?=?=????
式中
i S -----为电流脉动系数，取10%
u S -----为电压脉动系数,取1.2；
d f -----为输出脉动电流的基波频率，取100(单位为Hz)。
u S 与d f 与电路的形势有关。
2．用与保证电流连续的临界电感
i L （单位为mH ）
min 20%20%82.216.44n I I A ==?=
12min 2.85141.124.516.44
l K U L mH I ?=
== 式
min I ----为要求的最小负载电流平均值，取20%n I （单位为A ）；
1K ----为计算系数，此处取2.85。
3．直流电动机的漏电感
a L （单位为mH ）
338110
1010 3.6221150082.2
D n a p n n K U L mH n n I ?=
?=?=???
式中，D K 为计算系数，对于一般无补偿绕组的电动机，D K =8—12；对于快速无补偿绕组的电动机，D K =6—8；对于有补偿绕组的电动机，D K =5—6，在此选D K =8，其余参数均为电动机额定值。
4．折合到整流变压器二次侧的每相漏电感B L （单位为mH ）
2% 3.18141.15%
0.002710010082.2
B k B n K U u L mH I ??=
==?
式中
%k u ----为变压器的短路比，一般取为 5% ；
B K ----为计算系数，此处取3.18。
5．实际应串入的平波电抗器的电感k
L （单位为mH ）
式中，max （
m
L ，
i L ）表示取最大值。
6．电枢回路总电感k L （单位为mH ）
229.2 3.620.002732.8k a B L L L L mH ∑=++=++?=
（五）电阻的计算
1.电动机电枢电阻a R 22
1111082.27500
0.1142282.2
n n n a n U I P R I -?-=
=?=Ω 2．整流变压器折算到二次侧的每项电阻B R ()()m a x 22
22211592
1195%0.029982.2
B S R I η=
-=?-?=Ω 式中max η为变压器的最大效率，一般为0095
3. 整流变压器漏抗引起的换向重叠压降所对应的电阻hx R 3
22250
0.002710
0.00027
B
B
hx B X fL R fL ππ
π
-=
=
==???=Ω 4. 电枢回路总电阻R ∑
()max ,232.8 3.620.002729.2k m i a B L L L L L mH =--=--?=
20.1140.10.0002720.02a k h x B R R R R R ∑=+++
=+++?=Ω
式中k R 为平波电抗器的电阻，可从电抗器产品手册中查的或实测。即0.1k R =Ω。
（六）、时间常数的计算
1. 电磁时间常数1T 3
132.810
0.130.25
L T s R -∑∑?===
2. 电机时间常数m T 11082.20.114
0.067m i n /
1500
n n a e n U I R C V r n --?=
==? 9.55m e C C =
22
22.5 2.5410a GD GD Nm ∑==?=
2
2
100.250.163753759.550.067m e m GD R T s C C ∑∑?===??
（七）、保护元件的计算与选择 1. 交流侧阻容过压保护
（1）交流侧过电压保护电容（单位为μF ）的计算公式是
022
22%2511592
6141.1
i S C F U μ??≥
== 0i %变压器励磁电流百分数，单向变压器励磁电流分数 0i %=5 。
电容C （单位为μF ）的交流耐压应大于或等于1.5c U ，c U 是阻容两端正常工作时的交流电压有效值。
（2）交流侧过电压保护电阻的计算公式
5
11.855
R ≥
==Ω 式中k U %为变压器的短路比，对于10—1000kV .A 的变压器，k U %为5--10，在此取 5 。 电阻功率P 的范围可在下式范围内选取
22
2212122(2~3)(2)()(1~2)[(2)()]
R
f K C R
C U P
f K C R K C U ππ<<+ 式中:R 和C 为上述阻容计算值
f 和2U 为电源频率（单位为Hz ）和变压器二次侧相电压（单位为V ）；
（2--3）和（1--2）------安全系数；
1K 为计算系数，对于单相 =1;对于三相 =3;
2K 为计算系数，对于单相2K =200；对于三相半波阻容Δ接 ，2K =450；阻容Y 接，2K =150；对于三相桥式：阻容Δ接 ，2K =900；阻容Y 接，2K =300。 当CR <0.2ms 时，所选R P 值应接近与上式之右方； 当CR >5ms 时，所选的R P 值应接近于上式之左方。
661011.850.071CR ms -=??=<0.2ms 所以R P 值应接近上式之右方
R P <()()()122
22122f K CR K CU π??-+??
=()6222 3.145010.0712********.164W -?????+???=???? 2. 交流侧压敏电阻的过压保护
（1）压敏电阻的额定电压1mA U
2141.1199.5m U V == m U 为压敏电阻承受电压的峰值
ξ为电网电压升高系数，为1.05 1.10.，在此取1.10；0.8 0.9为安全系数，在此取0.9
1(0.8~0.9)
m
mA U U ε≥
1 1.1199.5
243.80.9
0.9
m
mA U U V ε?≥
=
= （2）压敏电阻的流通容量y I
2(20~50)y I I ≥ 5082.24110y I A ≥?=
（3）压敏电阻的残压（即限压值）y U
13243.8731.4y y mA U K U V ≤=?=
式中y K 为残压值，当y I ≤100A 时，y K =1.8 2，当y I ≥3000A 时，y K ≤3 压敏电阻的残压必须小于整流元件的耐压值
3. 阻容和压敏电阻过压保护 可参照交流侧的计算方法进行计算
4.晶闸管元件过压保护
（1）限制关断过电压的阻容RC 的经验公式
3(2~4)10T C I -=?
333103111100.333T C I F μ--=?=??=
10~30R = 取20R =
2
2
0.450.45199.5895.520
m R U P W R ?===
式中C 的单位为uF ；R 的单位为Ω；R P 的单位为W
电容C 的交流耐压值大于或等于1.5倍的元件承受的最大电压m U (2).阻容RC 的经验数据
111T I A = 故200T I A = 即C=0.4uF ，R=20Ω 5.晶闸管的过电流保护
（1）.直流侧快速熔断器 熔体额定电流kRz I
1.5 1.58
2.212
3.3kRz n I I A ≤=?= （2）交流侧快速熔断器 熔体额定电流kRj I
21.5 1.582.2123.3kRj I I A ≤=?=
（3） 晶闸管元件串联快速熔断器 熔体额定电流k I
1.57 1.57111174.27k kR T I I I A <≤=?= （4）总电源快速熔断器 熔体额定电压kRD I
11.5 1.552.779.05kRD I I A ≤=?=
所有快速熔断器的额定电流均需大于其熔体额定电流；快速熔断器的额定电压均应大于线路正常工作电压的有效值
（5）直流侧过流继电器 动作电流小于或等于1.2n I (6) 交流侧过流继电器
动作电流小于或等于（1.1 1.2）2I
交直流侧的过流继电器额定电流均应大于或等于其动作电流，额定电压均应大于或等于正常工作电压。
二、控制电路的设计
双闭环直流不可逆调速系统，变流装置采用单相全控桥式整流电路，已知如下基本数据： 直流电动机：2110U V = 82.2n I A = 1500min N r n = 0.067e C Φ= 1.5I λ= 变流装置：0110
1110
d s ct U K U =
== 电枢回路总电阻：0.25R ∑=Ω 时间常数： T1=0.13s Tm=0.16s
电流反馈：*
*10
0.081.582.2im i dm n U U V n I I βλ====?
转速反馈：*
10
0.0071500
n nom U n α===
设计要求：静态指标，无静差
动态指标：电流超调量%10%%10%i n δδ≤≤转速超调量 （一）电流环的设计 电流环的等效静态结构图
1.确定时间常数
（1）整流装置滞后时间常数s T
单相桥式电路的平均失控时间s T =0.005ms 。 （2）电流虑波时间常数oi T 取oi T =0.005s 。 （3）电流环小时间常数i T ∑
按小时间常数近似处理，取s 0.0050.0050.01i oi T T T s ∑=+=+=
2.选择电流调节器结构
根据设计要求%10%i σ≤，电流调节器用PI 型调节器，其传递函数为
()(1)
pi i ACR s i K s W s
ττ+=
式中，pi K —电流调节器的比例系数；
i τ—电流调节器的超前时间常数。
3. 选择电流调节器的参数
电流调节器超前时间常数：10.13i T s τ==。
电流开环增益：要求10%i σ≤时，应取0.69I i K T ∑=，
因此 10.69
690.01I K s s
-=
= 于是，ACR 的比例系数为
0.130.25
69 2.550.0811
i pi I
s R K K K τβ∑?==?=? 4. 校验近似条件
电流环截止频率： 0.6
60ci i
T ω∑=
= （1）晶闸管整流装置传递函数的近似条件ci 1/(3)s T ω≤，现在
17.66005
.03131-=?=s T s 则满足近似条件。 （2
）忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件ci ω≥，现在
1320.8s -== 则满足近似条件。 （3
）电流环小时间常数近似处理条件ci ω≤
1166.73s -== 则满足近似条件。
1. 计算调节器电阻和电容
电流调节器（带给定滤波器与反馈滤波器）
如图可知，按所用运算放大器取0R =20K Ω，各电阻和电容值的计算如下
0 2.552051,i pi R K R K K ==?Ω=Ω, 取50ΩK 3
0.13
2.555110
i
i
Ci F R τμ=
=
=?，取2.7F μ 3
0440.005
1,2010oi oi T C F R μ?=
==?取1F μ 按照上述参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标为9.5%10%i σ=<，满足设计要求。 （二）转速环的设计
转速环的等效动态结构图如下
1. 确定时间常数
（1）电流环等效时间常数 电流环等效时间常数电流环已按典型I 型系统设计则20.02i T s ∑= （2）转速滤波时间常数on T 根据所用测速发电机纹波情况，取0.01on T s =. （3）转速环小时间常数n T ∑ 按小时间常数近似处理，
取20.020.010.03n i on T T T s s s ∑∑=+=+=
2.选择转速调节器结构
转速环动态结构图如图，同样进行单位反馈系统的处理及小惯性环节的处理，如图所示。由于设计要求无静差，转速调节器必须含有积分环节；又根据动态要求，应按典型Ⅱ型系统设计转速环，故ASR 选用PI 调节器，其传递函数为
(1)
()pn n ASR n K s W s s
ττ+=
3. 计算转速调节器参数
按跟随和抗扰性能都较好的原则，用min r M 准则设计，取h=5，则ASR 的超前时间常数为
50.030.15n n hT s τ∑==?=
则转速环开环放大系数
22222
151
133.32250.03
N n h K s h T -∑++=
==?? 于是，ASR 的比例系数为
(1)60.080.0670.16
9.82250.0070.250.03
e m pn n h C T K h R T βα∑∑+???=
==????
4.校验近似条件 转速截止频率为
11
133.30.1520N
cn N n K K s ωτω-=
==?=
（1）电流环传递函数简化条件为cn 1/(5)i T ω∑≤，现在
111
20550.01
i s T -∑==? 则满足简化条件。 （2
）转速环小时间常数近似处理条件为cn ω≤
1cn 123.63s ω-≤
== 则满足近似条件。
5．计算调节器电阻和电容
转速调节器（带给定滤波器与反馈滤波器）
如图所示，取020R k =Ω，则
09.820196n pn R K R K K ==?Ω=Ω，取200ΩK
3
0.15100.765196
n
n n C F R τμ?===, 取0.8F μ
30440.0110220
on on T C F R μ?=
=?=, 取2F μ 6.校核转速超调量 查表3-8，当h=5时，
81.2%n
b
C σ=
而
*2()n
nom
b m T n C z n T λ∑?=- 因空载启动，则z=0，且 82.20.25
306.7min 0.067
dnom nom e I R r n C ??=
==
故
306.70.03
2 1.50.11515000.16
b C =??
?= 则
81.2%81.2%0.1159.34
%n b C σ==
?=< 能满足设计要求
(三) . 双闭环调速系统的动，静态结构图
双闭环调速系统动态结构图
(四)触发电路
此单结晶闸管电路为同步电路，为了使晶闸管每次导通的控制角α都相同，从而得到稳定的直流电压，触发脉冲必须在电源电压每次过零后滞后α角出现，为了实现同步，图中同步电路由同步电压器TS，整流桥以及稳压管V组成。当主电路电压过零时，触发电路的同步电压也过零，单节晶闸管的基极电压降为零，管内A点电位0
U=,保证电容电荷很快放完，在下一个半波开
A
始时能从零开始充电，从而使各半周期的控制角A一致，起到同步作用。
摘要 电机自动控制系统广泛应用于机械，钢铁，矿山，冶金，化工，石油，纺织，军工等行业。这些行业中绝大部分生产机械都采用电动机作原动机。有效地控制电机，提高其运行性能，对国民经济具有十分重要的现实意义。 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。尽管近年来直流电动机不断受到交流电动机及其它电动机的挑战，但至今直流电动机仍然是大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制首选。因为它具有良好的线性特性，优异的控制性能，高效率等优点。直流调速仍然是目前最可靠，精度最高的调速方法。 本次设计的主要任务就是应用自动控制理论和工程设计的方法对直流调速系统进行设计和控制，设计出能够达到性能指标要求的电力拖动系统的调节器，通过在DJDK-1型电力电子技术及电机控制试验装置上的调试,并应用MATLAB软件对设计的系统进行仿真和校正以达到满足控制指标的目的。
在转速闭环直流调速系统中，只有电流截止负反馈环节对电枢电流加以保护，缺少对电枢电流的精确控制，也就无法充分发挥直流伺服电动机的过载能力，因而也就达不到调速系统的快速起动和制动的效果。通过在转速闭环直流调速系统的基础上增加电流闭环，即按照快速起动和制动的要求，实现对电枢电流的精确控制，实质上是在起动或制动过程的主要阶段，实现一种以电动机最大电磁力矩输出能力进行启动或制动的过程。 一、设计要求 设一个转速、电流双闭环直流调速系统，采用双极式H桥PWM方式驱动，已知电动机参数为：
郑州航空工业管理学院 电力拖动自动控制系统课程设计 07 级电气工程及其自动化专业 0706073 班级 题目转速单闭环的直流拖动系统 姓名 学号 指导教师孙标 二ОО十年月日
电力拖动自动控制系统课程设计 一、设计目的 加深对电力拖动自动控制系统理论知识的理解和对这些理论的实际应用能力，提高对实际问题的分析和解决能力，以达到理论学习的目的,并培养学生应用计算机辅助设计的能力。 二、设计任务 设计一个转速单闭环的直流拖动系统
题目：单闭环不可逆直流调速系统设计 1 技术指标 电动机参数：PN=3KW, n N=1500rpm, UN=220V,IN=17.5A,Ra=1.25 。主回路总电阻R=2.5，电磁时间常数Tl=0.017s，机电时间常数Tm=0.075s。三相桥式整流电路，Ks=40。测速反馈系数=0.07。调速指标：D=30，S=10%。 2 设计要求 （1）闭环系统稳定 （2）在给定和扰动信号作用下，稳态误差为零。 3 设计任务（1）绘制原系统的动态结构图； （2）调节器设计； （3）绘制校正后系统的动态结构图； （4）撰写、打印设计说明书。 4 设计说明书 设计说明书严格按**大学毕业设计格式书写,全部打印.另外,设计说明书应包括以下内容: (1)中文摘要 (2)英文摘要
目录 第一章中文摘要 ································································································ - 1 -第二章英文摘要 ············································································错误!未定义书签。第三章课程设计的目的和意义·············································································· - 1 -1．电力拖动简介 ··························································································· - 1 - 2.课程设计的目的和意义·················································································· - 2 -第四章课程设计内容·························································································· - 2 -第五章方案确定 ································································································ - 3 - 5.1方案比较的论证 ······················································································ - 3 - 5.1.1总体方案的论证比较········································································ - 3 - 5.1.2主电路方案的论证比较····································································· - 4 - 5.1.3控制电路方案的论证比较·································································· - 6 -第六章主电路设计····························································································· - 7 - 6.1主电路工作设备选择 ················································································ - 7 -第七章控制电路设计·························································································· - 8 -第八章结论 ·····································································································- 11 -第九章参考文献 ·······························································································- 11 -
实验二 转速、电流双闭环直流调速系统 一、实验目的 1．了解转速、电流双闭环直流调速系统的组成。 2．掌握双闭环直流调速系统的调试步骤，方法及参数的整定。 3．测定双闭环直流调速系统的静态和动态性能及其指标。 4．了解调节器参数对系统动态性能的影响。 二、实验系统组成及工作原理 双闭环调速系统的特征是系统的电流和转速分别由两个调节器控制，由于调速系统调节的主要参量是转速，故转速环作为主环放在外面，而电流环作为副环放在里面，可以及时抑制电网电压扰动对转速的影响。实际系统的组成如实验图2-1所示。 实验图2-1 转速、电流双闭环直流调速系统 主电路采用三相桥式全控整流电路供电。系统工作时，首先给电动机加上额定励磁，改 变转速给定电压* n U 可方便地调节电动机的转速。速度调节器ASR 、电流调节器ACR 均设有 限幅电路，ASR 的输出*i U 作为ACR 的给定，利用ASR 的输出限幅*im U 起限制起动电流的作 用；ACR 的输出c U 作为触发器TG 的移相控制电压，利用ACR 的输出限幅cm U 起限制αmin 的作用。 当突加给定电压*n U 时，ASR 立即达到饱和输出* im U ，使电动机以限定的最大电流I dm 加速起动，直到电动机转速达到给定转速(即* n n U U )并出现超调，使ASR 退出饱和，最后稳 定运行在给定转速（或略低于给定转速）上。 三、实验设备及仪器 1.主控制屏NMCL-32 2.直流电动机-负载直流发电机-测速发电机组 3. NMCL －18挂箱、NMCL-333挂箱及电阻箱 4.双踪示波器 5.万用表 四、实验内容
1.调整触发单元并确定其起始移相控制角，检查和调整ASR 、ACR ，整定其输出正负限幅值。 2.测定电流反馈系数β和转速反馈系数α，整定过电流保护动作值。 3.研究电流环和转速环的动态特性，将系统调整到可能的最佳状态，画出)(t f I d =和)(t f n =的波形，并估算系统的动态性能指标（包括跟随性能和抗扰性能） 。 4.测定高低速时系统完整的静特性)(d I f n =（包括下垂段特性），并计算在一定调速范围内系统能满足的静态精度。 五、实验步骤及方法 1.多环调速系统调试的基本原则 (1)先部件,后系统。即先将各环节的特性调好，然后才能组成系统。 (2)先开环,后闭环。即先使系统能正常开环运行，然后在确定电流和转速均为负反馈后组成闭环系统。 (3)先内环,后外环。即闭环调试时，先调电流内环，然后再调转速外环。 2.单元部件参数整定和调试 (1)主控制屏开关按实验内容需要设置 (2)触发器整定 将面板上的U blf 端接地，调整锯齿波触发器的方法同实验1。 (3)调节器调零 断开主回路电源开关SW ，给定电压U g 接到零速封锁器DZS 输入端，并将DZS 的输出接到ASR 和ACR 的封锁端。控制系统按开环接线,ASR 、ACR 的反馈回路电容短接，形成低放大系数的比例调节器。 a)ASR 调零 将调节器ASR 的给定及反馈输入端接地，调节ASR 的调零电位器，使ASR 的输出为零。 b)ACR 调零 将调节器ACR 的给定及反馈输入端接地，调节ACR 的调零电位器，使ACR 的输出为零。 (4)调节器输出限幅值整定 a)ASR 输出限幅值整定 ASR 按比例积分调节器接线，将U g 接到ASR 的输入端，当输入U g 为正而且增加时，调节 ASR 负限幅电位器，使ASR 输出为限幅值* im U ，其值一般取为8~6--V 。 b)ACR 输出限幅值整定 整定ACR 限幅值需要考虑负载的情况，留有一定整流电压的余量。ACR 按比例积分调节器接线，将g U 接到ACR 的输入端，用ACR 的输出c U 去控制触发移相，当输入g U 为负且增加时，通过示波器观察到触发移相角α移至οο30~15min =α时的电压即为ACR 限幅值U cm ，可通过ACR 正限幅电位器锁定。 3.电流环调试(电动机不加励磁) (1)电流反馈极性的测定及过电流保护环节整定。 整定时ASR 、ACR 均不接入系统，系统处于开环状态。直接用给定电压g U 作为c U 接到移相触发器GT 以调节控制角α，此时应将电动机主回路中串联的变阻器M R 放在最大值处，
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、转速负反馈直流调速系统 转速负反馈直流调速系统的原理如图l7-40所示。 转速负反馈直流调速系统由转速给定、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。经分压器分压取出与转速n 成正比的转速反馈电压Ufn 。 转速给定电压Ugn 与Ufn 比较，其偏差电压ΔU=Ugn-Ufn 送转速调节器ASR 输入端。 ASR 输出电压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Ud 。 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n1稳定运行，此时电枢电流为Id1，对应转速反馈电压为Ufn1，晶闸管变流器输出电压为Udl 。 n n I C R R C U C R R I U n d e d e d e d d d ?+=+-=+-=0)(φ φφ 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，ΔU=Ugn-Ufn 增加。 转速调节器ASR 输出电压Uc 增加，使控制角α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 ↑→Id ↑→Id(R ∑+Rd)↑→n ↓→Ufn ↓→△U ↑→Uc ↑→α↓→Ud ↑→n ↑。 图17-41所示为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Id1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，但由于电枢电流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B’点，转速只能相应下降。 但在闭环系统中有转速反馈装置，转速稍有降落，转速反馈电压Ufn就相应减小，使偏差电压△U增加，通过转速调节器ASR自动调节，提高晶闸管变流器的输出电压Ud0由Ud01变为Ud02，使系统工作在随线②机械特性上，使电动机转速有所回升，最后稳定在曲线②机械特性的B点上。 同理随着负载电流增加为Id3，Id4，经过转速负反馈闭环系统自动调节作用，相应工作在曲线③④机械特性上，稳定在曲线③④机械特性的C，D点上。 将A，B，C，D点连接起来的ABCD直线就是闭环系统的静特性。 由图可见，静特性的硬度比开环机械特性硬，转速降Δn要小。闭环系统静特性和开环机械特性虽然都表示电动机的转速-电流(或转矩)关系，但两者是不同的，闭环静特性是表示闭环系统电动机转速与电流(或转矩)的静态关系，它只是闭环系统调节作用的结果，是在每条机械特性上取一个相应的工作点，只能表示静态关系，不能反映动态过程。 当负载突然增加时，如图所示由Idl突增到Id2时，转速n先从A点沿着①曲线开环机械特性下降，然后随着Ud01升高为Ud02，转速n再回升到B点稳定运行，整个动态过程不是沿着静特性AB直线变化的。 2．转速负反馈有静差调速系统及其静特性分析 对调速系统来说，转速给定电压不变时，除了上面分析负载变化所引起的电动机转速变化外，还有其他许多扰动会引起电动机转速的变化，例如交流电源电压的变化、电动机励磁电流的变化等，所有这些扰动和负载变化一样都会影响到转速变化。对于转速负反馈调速系统来说，可以被转速检测装置检测出来，再通过闭环反馈控制减小它们对转速的影响。也就是说在闭环系统中，对包围在系统前向通道中的各种扰动(如负载变化、交流电压波动、电动机励磁电流的变化等)对被调量(如转速)的影响都有强烈的抑制作用。但是对于转速负反馈调速系统来说，转速给定电压Ugn的波动和测速发电机的励磁变化引起的转速反馈电压Ufn变化，闭环系统对这种给定量和检测装置的扰动将无能为力。为了使系统有较高的调速精度，必须提高转速给定电源和转速检测装置的精度。
案例转速、电流双闭环直流调速系统 一、概述 现以ZCC1系列晶闸管—电动机直流调速装置（简称ZCC1系列）为例，来阐述晶闸管—电动机直流调速系统分析、调试的一般方法与步骤。该装置的基本性能如下： (1)装置的负荷性质按连续工作制考核。 (2)装置在长期额定负荷下，允许150%额定负荷持续二分钟，200%额定负荷持续10秒钟，其重复周期不少于1小时。 (3)装置在交流进线端的电压为（0.9~1.05）380伏时，保证装置输出端处输出额定电压和额定电流。电网电压下降超过10%范围时输出额定电压同电源电压成正比例下降。 (4)装置在采用转速反馈情况下，调速范围为20∶1，在电动机负载从10%~100%额定电流变化时，转速偏差为最高转速的0.5%（最高转速包括电动机弱磁的转速）。转速反馈元件采用ZYS型永磁直流测速发电机。 (5)装置在采用电动势反馈（电压负反馈、电流正反馈）时，调速范围为10∶1，电流负载从10%~100%变化时，转速偏差小于最高转速的5%（最高转速包括电动机弱磁的转速）。 (6)装置在采用电压反馈情况下，调压范围为20∶1，电流负载从10%~100%变化时，电压偏差小于额定电压的0.5%。 (7)装置给定电源精度，在电源电压下降小于10%以及温度变化小于±10℃时，其精度为1%。 二、系统的组成 1、主电路 ZCC1系列装置主电路采用三相桥式全控整流电路，交流进线电源通过三相整流变压器或者交流进线电抗器接至380V交流电源。为了使电机电枢电流连续并减小电流脉动以改善电动机的发热和换向，在直流侧接有滤波电抗器L。 2、控制系统 ZCC1系列晶闸管直流调速装置的控制系统采用速度（转速）电流双闭环控制系统，其原理方框图如图3-1所示
实验五直流电机闭环调速控制 2011级测控一班王婷婷 2011134128 一、实验目的 1．掌握用PID控制规律的直流调速系统的调试方法； 2．了解PWM调制、直流电机驱动电路的工作原理。 二、实验设备 计算机控制技术（二）、PCI数据采集卡（含上位机软件） 三、实验原理 直流电机在应用中有多种控制方式，在直流电机的调速控制系统中，主要采用电枢电压控制电机的转速与方向。 功率放大器是电机调速系统中的重要部件，它的性能及价格对系统都有重要的影响。过去的功率放大器是采用磁放大器、交磁放大机或可控硅（晶闸管）。现在基本上采用晶体管功率放大器。PWM功率放大器与线性功率放大器相比，有功耗低、效率高，有利于克服直流电机的静摩擦等优点。 PWM调制与晶体管功率放大器的工作原理： 1.PWM的工作原理 图5-1 PWM的控制电路 图5-1所示为SG3525为核心的控制电路，SG3525是美国Silicon General公司生产的专用PWM控制集成芯片，其内部电路结构及各引脚如图5-2所示，它采用恒频脉宽调制控制方案，其内部包含有精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等。调节Ur的大小，在A、B两端可输出两个幅度相等、频率相等、相位相互错开180度、占空比可调的矩形波（即PWM信号）。它适用于各开关电源、斩波器的控制。 2．功放电路 直流电机PWM输出的信号一般比较小，不能直接去驱动直流电机，它必须经过功放后再接到直流电机的两端。该实验装置中采用直流15V的直流电压功放电路驱动。 3．反馈接口 在直流电机控制系统中，在直流电机的轴上贴有一块小磁钢，电机转动带动磁钢转动。 磁钢的下面中有一个霍尔元件，当磁钢转到时霍尔元件感应输出。 4．直流电机控制系统如图13-3所示，由霍耳传感器将电机的速度转换成电信号，经数据采集卡变换成数字量后送到计算机与给定值比较，所得的差值按照一定的规律（通常为PID）运算，然后经数据采集卡输出控制量，供执行器来控制电机的转速和方向。
实验三不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究 一．实验目的 1．研究晶闸管直流电动机调速系统在反馈控制下的工作。 2．研究直流调速系统中速度调节器ASR的工作及其对系统静特性的影响。 3．学习反馈控制系统的调试技术。 二．预习要求 1．了解速度调节器在比例工作与比例—积分工作时的输入—输出特性。 2．弄清不可逆单闭环直流调速系统的工作原理。 三．实验线路及原理 见图1-7。 四．实验设备及仪表 1．教学实验台主控制屏。 2．NMCL—31A组件 3．NMCL—33组件 4．NMEL—03组件 5．NMCL—18组件 6．电机导轨及测速发电机（或光电编码器）、直流发电机M01 7．直流电动机M03 8．双踪示波器 9．万用表 五．注意事项 1．直流电动机工作前，必须先加上直流激磁。 2．接入ASR构成转速负反馈时，为了防止振荡，可预先把ASR的RP3电位器逆时针旋到底，使调节器放大倍数最小，同时，ASR的“5”、“6”端接入可调电容（预置7μF）。 3．测取静特性时，须注意主电路电流不许超过电机的额定值（1A）。
4．三相主电源连线时需注意，不可换错相序。 5．系统开环连接时，不允许突加给定信号U g起动电机。 6．改变接线时，必须先按下主控制屏总电源开关的“断开”红色按钮，同时使系统的给定为零。 7．双踪示波器的两个探头地线通过示波器外壳短接，故在使用时，必须使两探头的地线同电位（只用一根地线即可），以免造成短路事故。 六．实验内容 1．移相触发电路的 调试（主电路未通电） （a）用示波器观察 NMCL—33的双脉冲观 察孔，应有双脉冲，且间 隔均匀，幅值相同；观察 每个晶闸管的控制极、阴 极电压波形，应有幅值为 1V～2V的双脉冲。 （b）触发电路输出 脉冲应在30°～90°范围 内可调。可通过对偏移电 压调节单位器及ASR输 出电压的调整实现。例 如：使ASR输出为0V， 调节偏移电压，实现 α=90°；再保持偏移电压 不变，调节ASR的限幅 电位器RP1，使α=30°。 2．求取调速系统在 无转速负反馈时的开环 工作机械特性。 a．断开ASR的“3”至U ct的连接线，G（给定）直接加至U ct，且U g调至零，直流电机励磁电源开关闭合。 b．合上主控制屏的绿色按钮开关，调节三相调压器的输出，使U uv、Uvw、Uwu=200V。 c．调节给定电压U g，使直流电机空载转速n0=1500转/分，调节直流发电机负载电阻，在空载至额定负载的范围内测取7～8点，读取整流装置输出电压U d，输出电流i d以及被测
《运动控制系统》实验报告 姓名： 专业班级： 学号： 同组人： 实验一 不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究 一、实验目的 1、了解转速单闭环直流调速系统的组成。 2、加深理解转速负反馈在系统中的作用。 3、研究直流调速系统中速度调节器ASR 的工作原理及其对系统静特性的影响。 4、测定晶闸管--电动机调速系统的机械特性和转速单闭环调速系统的静特性。 二、实验系统组成及工作原理 采用闭环调速系统，可以提高系统的动静态性能指标。转速单闭环直流调速系统是常用的一种形式。图1-1所示是不可逆转速单闭环直流调速系统的实验原理图。 图中电动机的电枢回路由晶闸管组成的三相桥式全控整流电路V 供电，通过与电动机同轴刚性联接的测速发电机TG 检测电动机的转速，并经转速反馈环节FBS 分压后取出合适的转速反馈信号U n ，此电压与转速给定信号U n *经速度调节器ASR 综合调节，ASR 的输出作为移相触发器GT 的控制电压U ct ，由此组成转速单闭环直流调速系统。 在本系统中ASR 采用比例—积分调节器，属于无静差调速系统。 图中DZS 为零速封锁器，当转速给定电压U n *和转速反馈电压U n 均为零时，DZS 的输出信号使转速调节器ASR 锁零，以防止调节器零漂而使电动机产生爬行。 RP 给定 图1-1 不可逆转速单闭环直流调速系统
三、实验注意事项 1. 直流电动机M03参数为：P N =185W ，U N =220V ，I N =1.1A ，n =1500r/min 。 2. 直流电动机工作前，必须先加上直流激励。 3. 系统开环以及单闭环起动时，必须空载，且不允许突加给定信号U g 起动电机，每次起动时必须慢慢增加给定，以免产生过大的冲击电流，更不允许通过突合主回路电源开关SW 起动电机。 4. 测定系统开环机械特性和闭环静特性时，须注意电枢电流不能超过电机额定值1A 。 5. 单闭环连接时，一定要注意给定和反馈电压极性。 四、实验内容 1、晶闸管--电动机系统开环机械特性及控制特性的测定 （1）连接晶闸管—电动机系统为开环控制，不必使用转速调节器ASR ，可将给定电压U g （开环时给定电压称为U g ，闭环后给定电压称为U n *）直接接到触发单元GT 的输入端（U ct ），电动机和测功机分别加额定励磁。 （2）测定开环系统控制特性时，须先使电动机空载（测功机负载回路开路），慢慢加给定电压U g ，使电动机转速慢慢上升至额定转速1500r/min ，在0~1500r/min 之间记录几组 （3）测定开环机械特性时，须先使电动机空载（测功机负载回路开路），慢慢加给定电压U g ，使电动机转速慢慢上升至额定转速1500r/min ，然后合上负载开关SL ，改变负载变阻器R g 的阻值，使主回路电流达到额定电流I N ，此时即为额定工作点（n =n N =1500r/min ，I d =I N =1A ）。然后减小负载变阻器R g 阻值，使主回路负载从额定负载减少至空载，记录几组转速 n 和负载转矩T 的数据，并在图1-3所示坐标系中画出开环机械特性曲线。 U g e 图1-2 开环控制特性曲线 图1-3 开环机械特性曲线
电力拖动自控系统课程设 计报告 题目转速电流双闭环直流调速系统设 计 学院：电子与电气工程学院 年级专业：2012级电气工程及其自动化（电力传动方向）姓名： 学号： 指导教师： 成绩：
电力拖动自动控制系统综合课程设计 设计任务书 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：kW 5.7P N =，V 400U N =，A 8.21I N = ,min /r 3000N =n ， W 716.0R a =，电枢回路总电阻Ω=75.1R ，电枢电路总电感mH 60L =,电流允许 过载倍数5.1=λ，折算到电动机轴的飞轮惯量22m N 64.2GD ?=。励磁电流为1.77A 。 晶闸管整流装置放大倍数40K s =，滞后时间常数s 0017.0T s = 电流反馈系数)I 5.1/V 15(A /V 4587.0βN ≈= 电压反馈系数)/V 15(r m in/V 005.0αN n ≈?= 滤波时间常数s 002.0T oi =，s 01.0T on = V 15U U U cm *im *nm ===;调节器输入电阻Ω=K 40R o 。
设计要求：稳态指标：无静差； 动态指标：电流超调量00i 5≤σ；采用转速微分负反馈使转速超调量等于0。 目 录 1 概述 (1) 1.1问题的提出 ............................................................................................................ 1 1.2解决的问题 ............................................................................................................ 1 1.3实现目标要求设计 . (1) 2 主电路计算 (2) 2.1整流变压器的计算 .............................................................................................. 2 2.2晶闸管及其元件保护选择 (2) 3 直流双闭环调速系统设计 (8) 3.1转速和电流双闭环调速系统的组成 .............................................................. 8 3.2系统静态结构图及性能分析 ............................................................................ 9 3.3系统动态结构图及性能分析 .. (10)
滨江学院 专业综合设计 题目直流电机闭环调速系统控制 院系自动控制 专业自动化 组别第二组 组长周未政 指导教师周旺平 二0 一0 年十二月二十八日基于单片机的直流电机闭环调速控制系统
摘要：设计以AT89C51单片机控制模块为核心，由单片机控制、红外线光电检测装置、直流电机转速为被测量组成的控制系统。原理是利用红外线光电传感器接收直流电机转速所产生的红外信号转换成电信号传输给单片机，并调节转速的闭环调速控制系统。 1.AT80C51单片机介绍 1.1主电源引脚 V ss—(20脚)：电路地电平 V cc—(40脚)：正常运行和编程校检（8051/8751)时为+5V电源。 1.2外接晶振或外部振荡器引脚 XTAL1—(19脚)：接外部晶振的一个引脚. 在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器. 当采用外部振荡器时，此引脚应该接地. XTAL2—(18脚)：接外部晶振的另一个引脚. 在片内接至振荡器的反相放大器的输出和内部时钟发生器的输入端. 当采用外部振荡器时，则此引脚接外部振荡信号的输入。 1.3控制、选通或电源复用引脚 RST/V pd—(9引脚)： RST即Reset（复位)信号输入端。 ALE/PROG—(30引脚)： ALE，允许地址索存信号输出。 PSEN—(29脚)：访问外部程序存储器选通信号，低电平有效。. V pp/EA—(31引脚)： EA为访问内部或外部程序存储器选择信号。 1.4多功能I/O口引脚 P0口—（32-39脚)：8位漏极开路双向并行I/O接口. P1口—（1-8脚)： 8位准双向并行I/O接口. P2口—（21-28脚)：8位准双向并行I/O接口. P3口—（10-17脚)：具有内部上拉电路的8位准双向并行I/O端口。它还提供第二特殊功能，具体含义为： P3.0—(10脚)RXD：串行数据接收端。 P3.1—(10脚)TXD：串行数据发送端。 P3.2—(10脚)INT0：外部中断0请求端，低电平有效。 P3.3—(10脚)INT1：外部中断1请求端，低电平有效。. P3.4—(10脚)T0：定时器/计数器0外部事件计数输入端。.
题目：单闭环不可逆直流调速系统设计 1 技术指标 电动机参数：PN=3KW, n N=1500rpm, UN=220V,IN=17.5A,Ra=1.25 。主回路总电阻R=2.5，电磁时间常数Tl=0.017s，机电时间常数Tm=0.075s。三相桥式整流电路，Ks=40。测速反馈系数=0.07。调速指标：D=30，S=10%。 2 设计要求 （1）闭环系统稳定 （2）在给定和扰动信号作用下，稳态误差为零。 3 设计任务（1）绘制原系统的动态结构图； （2）调节器设计； （3）绘制校正后系统的动态结构图； （4）撰写、打印设计说明书。 4 设计说明书 设计说明书严格按**大学毕业设计格式书写,全部打印.另外,设计说明书应包括以下内容: (1)中文摘要 (2)英文摘要
目录 第一章中文摘要 ·························································································································- 1 -第二章英文摘要 ·····························································································错误！未定义书签。第三章课程设计的目的和意义 ··································································································- 1 -1．电力拖动简介····················································································································- 1 - 2.课程设计的目的和意义 ·······································································································- 2 -第四章课程设计内容··················································································································- 2 -第五章方案确定 ·························································································································- 3 - 5.1方案比较的论证·············································································································- 3 - 5.1.1总体方案的论证比较···························································································- 3 - 5.1.2主电路方案的论证比较·······················································································- 4 - 5.1.3控制电路方案的论证比较 ···················································································- 6 -第六章主电路设计 ·····················································································································- 7 - 6.1主电路工作设备选择 ·····································································································- 7 -第七章控制电路设计··················································································································- 8 -第八章结论······························································································································· - 11 -第九章参考文献 ······················································································································· - 11 -
运动控制课程设计 专业：自动化 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 2015年07月 16 日
转速、电流双闭环直流调速系统设计 1.设计目的 一般来说，我们总希望在最大电流受限制的情况下，尽量发挥直流电动机的过载能力，使电力拖动控制系统以尽可能大的加速度起动，达到稳态转速后，电流应快速下降，保证输出转矩与负载转矩平衡，进入稳定运行状态。为实现在约束条件快速起动，关键是要有一个使电流保持在最大值的恒流过程。根据反馈控制规律，要控制某个量，只要引入这个量的负反馈。因此采用电流负反馈控制过程，起动过程中，电动机转速快速上升，而要保持电流恒定，只需电流负反馈；稳定运行过程中，要求转矩保持平衡，需使转速保持恒定，应以转速负反馈为主。故采用转速、电流双闭环控制系统。 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；基本数据如下： (1)直流电动机：220V、160A、1460r/min、Ce=0.129Vmin/r，允许过载倍数λ=1.5； (2)晶闸管装置放大系数：K s=40； (3)电枢回路总电阻：R=0.5Ω； (4)时间常数：T l=0.03s，T m=0.19s； (5)电流反馈系数：β=0.042V/A； (6)转速反馈系数：α=0.0068Vmin/r； 试按工程设计方法设计双闭环系统的电流调节器和转速调节器，并用Simulink建立系统模型，给出仿真结果。 3.设计要求 根据电力拖动自动控制理论，按工程设计方法设计双闭环调速系统： (1)设计电流调节器的结构和参数，将电流环校正成典型I型系统； (2)分析电流环不同参数下的仿真曲线； (3)在简化电流环的条件下，设计速度调节器的结构和参数，将速度环校正成典型II型系统； (4)分析转速环空载起动、满载起动、抗扰波形图仿真曲线 (5)进行Simulink仿真，验证设计的有效性。 4.设计内容 4.1双闭环直流调速系统的组成
《电力拖动与运动控制系统》课程设计------ 转速电流双闭环直流调速 系统的设计 学院： 年级: 班级： 姓名： 座号： 学号： 指导老师：
目录 一设计任务 (3) 二设计要求 (3) 三．设计的基本思路： (3) 四．设计过程 (4) 1确定转速、电流反馈系数 (4) 2.电流环的设计 (5) 3.转速环的设计 (6) 五．硬件电路图设计 (9) 1 系统主电路图绘制 (9) 2 系统触发电路图 (9) 3 电流环电路 (12) 4.转速环电路： (13) 4.控制电路总体电路图 (14) 六．心得体会： (15) 七参考资料 (15)
一 设计任务 设计一转速、电流双闭环直流调速系统，采用他励直流电动机、晶闸管三相全控桥式整流电路，其数据如下： 直流电动机：PN=60KW ，UN=220V ，IN=305A ，Nn=1000r/min ； 晶闸管整流触发装置的放大系数 Ks=30 电磁时间常数：T1=0.012S; 机电时间常数：Tm=0.12s; 反馈滤波时间常数：Toi=0.0025s,Ton=0.014s; 额定转速时的给定电压：Unm=10V; 调节器饱和输出电压：10V ； 系统调速围：D=20； 系统的静、动态性能指标：无静差，电流超调量5%i δ≤，启动到额定转速时的超调量10%δ≤ 二 设计要求 1．确定转速、电流反馈系数； 2．设计电流调节器； 3．用min r M 准则设计转速环，确定转速调节器的结构和参数； 4．计算最低速启动时的转速超调量； 5．绘制系统线路图（主电路、触发电路、控制电路）。 三．设计的基本思路： 转速，电流双闭环调速系统属于多环控制系统。对电流双闭环调速系统而言，先从环（即电流环）出发，根据电流控制要求，确定把电流环校正为那种典型系统。按照调节对象选择调节器及其参数。设计完电流环环节之后，把它等效成一个小
计算机控制技术课程设计 报告 设计课题：直流电机转速闭环控制 （采用单片机教学实验系统） 班级： 报告人： 指导教师： 完成日期：2011年9月22日
重庆大学本科学生《计算机控制技术基础》课程设计任务书课程设计题目直流电机转速闭环控制（采用单片机教学实验系统） 学院自动化学院专业自动化专业年级 （1）已知参数和设计要求 1）用单片机产生PWM方波调制直流电机以一定速率旋转，人为给一个速度漂移，霍尔元件测出速度并根据PID算法跟踪校正速度漂移。 2）要求用LED或LCD时实显示电机速度。 3）要求在10秒内PID算法纠正速率漂移。 （2）实现方法 采用单片机教学实验系统实现（限≤4人选做） 学生应完成的工作： 1）硬件设计：要求完成控制系统框图；绘制完整的控制系统电原理图；说明各功能模块的具体功能和参数；结合实验室现有的单片机教学实验系统进行系统组成，对整个系统的工作原理进行全面分析，论述其结构特点、工作原理、优、缺点和使用场合。分析和论述系统采用的主要单元的工作原理和特性。 2）软件设计：要求合理分配系统资源，完成直流电机转速闭环控制的程序设计（如：系统初始化；主程序；A/D转换；D/A转换；标度变换；显示与键盘管理；控制算法处理；输出等）。 3）对设计控制系统进行系统联调。 4）编写课程设计报告：按统一论文格式、统一报告纸和报告的各要素【封面、任务书、目录、摘要、序言、主要内容（包括设计总体思路、设计步骤、原理分析和相关知识的引用等）、总结、各组员心得体会、参考书及附录（包括系统框图、程序流程图、电原理图和程序原代码）】进行编写，字数要求不少于4000字，要求设计报告论理正确，逻辑性强，文理通顺，层次分明，表达确切。 目前资料收集情况（含指定参考资料）： 《计算机硬件技术基础实验教程》黄勤等编著重庆大学出版社 《单片微型计算机机与接口技术》李群芳等编著电子工业出版社 《计算机控制技术》王建华等编著高等教育出版社 课程设计的工作计划： （1）2011年9月19日熟悉设计任务和要求。 （2）2011年9月20日确定设计方案。 （3）2011年9月21日硬件调试。 （4）2011年9月22日软件及系统调试。 （5）2011年9月23日设计答辩。 任务下达日期 2011年 9月 19 日完成日期 2011年 9 月 24日 指导教师（签名） 学生（签名） 说明：1、学院、专业、年级均填全称，如：光电工程学院、测控技术、2003。 2、本表除签名外均可采用计算机打印。本表不够，可另附页，但应在页脚添加页码。
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、转速负反馈直流调速系统 转速负反馈直流调速系统得原理如图ｌ7-40所示。 转速负反馈直流调速系统由转速给定、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。经分压器分压取出与转速n成正比得转速反馈电压Uｆn。 转速给定电压Uｇn与Uｆn比较,其偏差电压ΔＵ=Uｇｎ—Ufｎ送转速调节器ＡSR输入端。 AＳR输出电压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Ud。 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ＴL时,电动机以给定转速n1稳定运行,此时电枢电流为Id１,对应转速反馈电压为Uｆn1,晶闸管变流器输出电压为Ｕdl。 当电动机负载ＴＬ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,ΔU=Uｇｎ—Ufn增加。 转速调节器ASR输出电压Uc增加,使控制角α减小,晶闸管整流装置输出电压Ud增加,于就是电动机转速便相应自动回升,其调节过程可简述为: T L↑→Id↑→Id(Ｒ∑+Rd)↑→n↓→Ｕfn↓→△U↑→Uc↑→α↓→Ｕd↑→n↑。 图17-41所示为闭环系统静特性与开环机械特性得关系。
图中①②③④曲线就是不同Uｄ之下得开环机械特性。 假设当负载电流为Iｄ1时,电动机运行在曲线①机械特性得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,但由于电枢电流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B’点,转速只能相应下降、 但在闭环系统中有转速反馈装置,转速稍有降落,转速反馈电压Uｆn就相应减小,使偏差电压△U增加,通过转速调节器ASＲ自动调节,提高晶闸管变流器得输出电压Ud０由Ud01变为Ud02,使系统工作在随线②机械特性上,使电动机转速有所回升,最后稳定在曲线②机械特性得B点上。 同理随着负载电流增加为Iｄ3,Iｄ4,经过转速负反馈闭环系统自动调节作用,相应工作在曲线③④机械特性上,稳定在曲线③④机械特性得C,D点上。 将Ａ,Ｂ,C,Ｄ点连接起来得ＡＢCD直线就就是闭环系统得静特性、 由图可见,静特性得硬度比开环机械特性硬,转速降Δn要小。闭环系统静特性与开环机械特性虽然都表示电动机得转速-电流(或转矩)关系,但两者就是不同得, 闭环静特性就是表示闭环系统电动机转速与电流(或转矩)得静态关系,它只就是闭环系统调节作用得结果,就是在每条机械特性上取一个相应得工作点,只能表示静态关系,不能反映动态过程。 当负载突然增加时,如图所示由Idｌ突增到Id2时,转速n先从A点沿着①曲线开环机械特性下降,然后随着Ｕd01升高为Ud02,转速n再回升到B点稳定运行,整个动态过程不就是沿着静特性AB直线变化得。 ２.转速负反馈有静差调速系统及其静特性分析 对调速系统来说,转速给定电压不变时,除了上面分析负载变化所引起得电动机转速变化外,还有其她许多扰动会引起电动机转速得变化,例如交流电源电压得变化、电动机励磁电流得变化等,所有这些扰动与负载变化一样都会影响到转速变化。对于转速负反馈调速系统来说,可以被转速检测装置检测出来,再通过闭环反馈控制减小它们对转速得影响。也就就是说在闭环系统中,对包围在系统前向通道中得各种扰动(如负载变化、交流电压波动、电动机励磁电流得变化等)对被调量(如转速)得影响都有强烈得抑制作用、但就是对于转速负反馈调速系统来说,转速给定电压Uｇn得波动与测速发电机得励磁变化引起得转速反馈电压Ｕfｎ变化,闭环系统对这种给定量与检测装置得扰动将无能为力。为了使系统有较高得调速精度,必须提高转速给定电源与转速检测装置得精度。