动控制系统文设计报告
班级：动化
姓 名 ：
学 号 ：
时 间 ： 2012年X月X号
指 导 老 师：
连
XX 学 信 息 工 程 学 院
动 化 研 究
双闭环直流电机调速系统设计
摘
转速电流双闭环控制直流调速系统性应广直流调速系统根晶闸特性通调节控制角α调节电压基设计题目直流电动机调速控制器选转速电流双闭环调速控制电路设计中调速系统电路采三相全控桥整流电路供电文首先确定整设计方案框图然确定电路结构形式元部件设计时参数计算包括整流变压器晶闸电抗器保护电路参数计算接着驱动电路设计包括触发电路脉变压器设计文重点设计直流电动机调速控制器电路文采转速电流双闭环直流调速系统象设计直流电动机调速控制器
实现转速电流两种负反馈分起作系统中设置两调节器分调节转速电流分引入转速负反馈电流负反馈二者间实行嵌套联接闭环结构电流环里面称作环转速环外边称做外环形成转速电流双闭环调速系统先确定结构形式设计元部件参数计算包括定电压转速调节器电流调节器检测电路触发电路稳压电路参数计算然采MATLABSIMULINK整调速系统进行仿真分析画出调速控制电路电气原理图
关键词： 双闭环 转速调节器电流调节器
目录
绪
11直流调速系统概述 ……………………………………………………………………
12 采直流调速系统 ………………………………………………………………
13 研究课题目意义………………………………………………………………………
二 直流调速系统方案设计
21 设计容求 ………………………………………………………………………
211 设计容 ……………………………………………………………………
212 设计求 …………………………………………………………………………
22 双闭环直流调速系统总设计框图…………………………………………………………
23 电路结构形式………………………………………………………………………
三．调节器设计 ………………………………………………………………………………
31电流调节器设计 …………………………………………………………
32 转速调节器设计 …………………………………………………………………
四．基MATLABSIMULINK调速系统仿真……………………………………………
五．课程设计总结………………………………………………………………………………
六．参考文献………………………………………………………………………………………
绪
11 直流调速系统概述
三十年直流电机调速控制历重变革首先实现整流器更新换代晶闸整流装置取代已久直流发电机电动机组水银整流装置直流电气传动完成次跃进时控制电路已实现高集成化型化高性低成技术应直流调速系统性指标幅提高应范围断扩直流调速技术断发展走成熟化完善化系列化标准化逆脉宽调速高精度电气传动领域中然难代直流调速指动改变直流电动机转速满足工作机械求机械特性通改变电动机参数外加工电压等方法改变电动机机械特性改变电动机机械特性工作特性机械特性交点电动机稳定运转速度发生变化直流电动机具良起制动性宜广泛范围滑调速轧钢机矿井卷扬机挖掘机海洋钻机金属切削机床造纸机高层电梯等需高性控电力拖动领域中广泛应年交流调速系统发展快然直流拖动系统理实践较成熟反馈闭环控制角度交流拖动控制系统基础直流调速系统生产生活中着举足轻重作
12 采直流双闭环调速
开环控制系统相闭环控制具系列优点反馈控制系统中出什原（外部扰动系统部变化）控制量偏离规定值会产生相应控制作消偏差具抑制干扰力元件特性变化敏感改善系统响应特性闭环系统优点选闭环系统
单闭环速度反馈调速系统采PI控制器时保证系统稳态速度误差零果系统动态性求较高果求快速起制动突加负载动态速降等单闭环系统难满足求单闭环系统中完全求控制动态程电流转矩外单闭环调速系统动态抗干扰性较差电网电压波动时必须转速发生变化调节作产生动态误差较
求较高调速系统中般两基求：够快速启动制动二够快速克服负载电网等干扰通分析发现果求快速起动必须直流电动机起动程中输出恒定允许电磁转矩恒定允许电枢电流电枢电流保持允许值时电动机恒加速度升速定转速然电枢电流立降负载电流值果求快速克服电网干扰必须电枢电流进行调节
两点涉电枢电流控制然考虑电枢电流作控量组成转速电流双闭环调速系统
13 研究课题目意义
单闭环调速系统中电网电压扰动作点离调量较远调节作受环节延滞单闭环调速系统抵抗电压扰动性差双闭环系统中增设电流环电压波动通电流反馈较时调节必等影响转速反馈回抗扰性改善双闭环系统中电网电压波动引起转速动态变化会单闭环系统典动态校正方法设计调节器须时解决稳准快抗干扰等方面相互矛盾静动态性求需设计者扎实理基础丰富实践验初学者易掌握必建立实设计方法数现代电力拖动动控制系统均低阶系统似事先深入研究低阶典型系统特性制成图表实际系统校正简化成典型系统形式图表设计程简便样建立工程设计方法性
直流调速系统方案设计
21．设计容求
211设计容：
1 根题目技术求分析证确定电路结构形式闭环调速系统组成画出系统组成原理框图
2 调速系统电路元部件确定参数计算
3 驱动控制电路选型设计
4．动态设计计算：根技术求系统进行动态校正确定ASR调节器ACR调节器结构形式进行参数计算调速系统工作稳定满足动态性指标求
5． 绘制V—M双闭环直流逆调速系统电器原理图研究参数变化时直流电动机动态性影响
212设计求（假想参数）：
1 该调速系统进行滑速度调节负载电机逆运行具较宽转速调速范围（）系统工作范围稳定工作
2 系统静特性良静差（静差率）
3 动态性指标：转速超调量电流超调量动态转速降调速系统渡程时间（调节时间）
4 系统5负载变化运行范围电流连续
5 调速系统中设置电压电流保护制动措施
6 电路采三项全控桥
22．双闭环直流调速系统总设计框图
生活中直接提供三相交流760V电源直流电机供电需三相直流电 进行整流设计采三相桥式整流电路三相交流电源变成三相直流电源达求电源提供直流电动机图21设计总框架
直流电机
三相交流电源
三相直流电源
整流
供电
双闭环调速系统
驱动电路
保护电路
图21 双闭环直流调速系统设计总框架
三相交流电路交直流侧三相桥式整流电路中晶闸中电路保护电压电流保护般保护快速熔断器压敏电阻阻容式根器件保护求采方法
驱动电路电力电子电路控制电路间接口电力电子装置重环节 信息电子电路传信号控制目标求转换加电力电子器件控制端公端间开通关断信号设计晶闸半控型器件驱动电路半控型需提供开通控制信号晶闸驱动电路作触发电路
直流调速系统中应普遍方案转速电流双闭环系统采串级控制方式转速负反馈环外环作保证系统稳速精度电流负反馈环环作实现电动机转距控制时实现限流改善系统动态性转速电流双闭环直流调速系统突加定性动态限流性抗扰动性等单闭环调速系统
23 电路结构形式
直流调速系统中采晶闸电动机调速系统(简称VM系统)原理图图22示通调节处罚装置GT控制电压移动触发脉相位改变均整流电压实现滑调速旋转变流机组离子拖动变流装置相晶闸整流装置仅济性性提高技术性显现出较优越性
求定范围级滑调速系统说动控制直流调速系统调压调速根晶闸特性通调节控制角α调节电压整流负载容量较直流电压脉动较时应采三相整流电路交流侧三相电源供电三相整流电路中分三相半波全控桥整流电路三相半波整流电路变压器二次侧含直流分量设计采三相全控桥整流电路供电
该电路目前应广泛整流电路输出电压波动适 图22 VM 系统原理
合直流电动机负载该电路组成调速装置调节范围广实现电动机连续滑转速调节电动机逆运行等技术求
图23 电路原理图
三相全控制整流电路晶闸VT1VT3VT5接成阴极组晶闸VT4VT6VT2接成阳极组电路控制接电路阴极组中电位高时输入触发脉晶闸接电路阳极组中电位低时输入触发脉晶闸时导通时构成完整整流电路
元件免受突发情况超承受电压电流侵害三相交流电路交直流侧三相桥式整流电路中晶闸中电路保护电压电流保护般保护快速熔断器压敏电阻阻容式
双闭环调速系统建立单闭环动调速系统实际调速系统求转速进行调整外 生产机械提出加快启动制动程求需电流截止负反馈系统
24图启动电流变化特性知电机启动时 启动
电流快加允许载力值 保持变
条件 转速线性增长 开需时 电机
电流急剧降克服负载需电流值应种求控
硅整流器电压启动开始时应 着转速升
升 达稳转速时
求启动程中电动机电流作调节量 维持
电机允许值 保持变求电流调节 图24 带截止负反馈系统启动电流波形
器完成务带速度调节器电流调节器双闭环调速系统便种求产生
图25转速电流双闭环直流调速系统原理框图
（注 ASR—转速调节器 ACR—电流调节器 TG—直流测速发电机 TA—电流互感器 UPE—电力电子装置 Un*—转速定电压 Un—转速反馈电压 Ui*—电流定电压 Ui —电流反馈电压）
实现转速电流两种负反馈分起作系统中设置两调节器分调节转速电流二者间实行串级联接图25示说转速调节器输出作电流调节器输入电流调节器输出控制晶闸整流器触发装置闭环结构电流调节环里面环转速调节环外边做外环样形成转速电流双闭环调速系统
调节器设计
31电流调节器设计
1 时间常数确定
（1） 整流装置滞时间常数三相桥式电路均失控时间 Ts00017s
（2）电流滤波时间常数三相桥式电路波头时间33ms基滤波头应（1~2）33ms取2ms0002s
（3）电流环时间常数时间常数似处理取
（4）电磁时间常数确定前述已求出电枢回路总电感
电磁时间常数
2 选择电流调节器结构
根设计求保证稳态电流静差典型I型系统设计电流调节器电流环控制象双惯性型PI型调节器传递函数
（31）
式中 电流调节器例系数
电流调节器超前时间常数
检查电源电压抗扰性：参表31典型I型系统动态抗扰性项指标接受基确定电流调节器典型I型系统设计
表31 典型I型系统动态性指标频域指标参数关系
参数关系KT
025
039
05
069
10
阻尼
10
08
0707
06
05
超调量
0
15
43
95
163
升时间
66T
47T
33T
24T
峰值时间
83T
62T
47T
36T
相角稳定裕度
截止频率
0243T
0367T
0455T
0596T
0786T
3 计算电流调节器参数
电流调节器超前时间常数： 00182s
电流开环增益：求时取
ACR例系数 1594
式中电流反馈系数值晶闸装置放系数Ks36
4 校验似条件
电流环截止频率：
1)晶闸整流装置传递函数似条件
满足似条件
2）忽略反电动势变化电流环动态影响条件
满足似条件
3）电流环时间常数似处理条件
满足似条件
5 计算调节器电阻电容
图33运算放器取R040k电阻电容值
图33 含滤波环节PI型电流调节器
述参数电流环达动态性指标满足设计求
32转速调节器设计
1 确定时间常数
（1）电流环等效时间常数1KI前述已知
（2）转速滤波时间常数根测速发电机纹波情况取
（3）转速环时间常数时间常数似处理取
2 选择转速调节器结构
设计求选PI调节器传递函数式
3 计算转速调节器参数
抗扰性较原先取h5ASR超前时间常数
转速环开环增益
K
ASR例系数
式中 电动势常数
转速反馈系数
4检验似条件
转速截止频率
（1）电流环传递函数简化条件
满足简化条件
（2）转速环时间常数似处理条件
满足似条件
5．计算调节器电阻电容
根图54 示取
取
取
取
图34 含滤波环节PI型转速调节器
6校核转速超调量
h5时查表32典型型系统阶跃输入性指标满足设计求实际表32线性系统计算突加阶跃定时ASR饱符合线性系统前提应该ASR退饱情况重新计算超调量
表32 典型II型系统阶跃输入性指标（准确定参数关系）
h
3
4
5
6
7
8
9
10
5260
4360
3760
3320
2980
2720
2500
2330
24
265
285
3
31
32
33
335
1215
1165
955
1045
113
1225
1325
142
k
3
2
2
1
1
1
1
1
表33 典型II型系统动态抗扰性指标参数关系
h
3
4
5
6
7
8
9
10
7220
7750
8120
8400
8630
8810
8960
9080
245
270
285
300
315
325
330
340
1360
1045
880
1295
1685
1980
2280
2585
设理想空载起动时负载系数已知时表53查调速系统开环机械特性额定稳态速降
式中 电机中总电阻
调速系统开环机械特性额定稳态速降
基准值应额定转速
根式（624）计算
满足设计求
7 校核动态速降
设计指标求动态速降实际系统中定义相额定转速时动态速降
查表知812 满足设计求
8 转速超调抑制
退饱超调量满足动态指标求需加转速微分负反馈加入环节抑制甚消灭转速超调时降低动态速降
双闭环调速系统中加入转速微分负反馈转速调节器原理图图55示普通转速调节器相转速反馈环节联微分电容Cdn滤波电阻Rdn转速负反馈基础叠加带滤波转速微分负反馈信号
图35 带转速微分负反馈转速调节器
含转速微分负反馈转速环动态结构框图图56示
图36 含转速微分负反馈转速环动态结构框图
转速微分负反馈环节中定参数中转速微分时间常数转速微分滤波时间常数选定确定计算出
工程设计方法似计算公式：
基MATLABSIMULINK调速系统仿真
通整控制电路设计 MATLABSIMULINK整调速系统进行仿真
首先建立双闭环直流调速系统动态数学模型参考该系统动态结构形式双闭环直流调速系统动态结构框图图41示：
图41 双闭环直流电机调速系统动态数学结构框图
参数值代入框图中公式框图42
图42 双闭环直流调速系统动态结构框图
分析双闭环调速系统特性转速调节器速度调节器输出端设置限幅值限幅值根选运算放器输入电压选定设计选取限幅值±13V
根动态模型图计算参数MATLABSIMULINK进行仿真仿真电动机输出转速终转速仿真图形图43示
图43 双闭环直流电机转速输出仿真图形
图43明显出转速起动扰动现象仿真转速曲线图中出转速超调量基满足设计求设定值相误差09秒时候转速达稳定值系统静差运行中5秒时候输入负载扰动量51秒时候扰动消失速降达04秒转速达稳定值图中出扰动快调节两PI型调节器动调节作外图中系统静差运行符合设计求仿真结果样结：
(1) 工程设计方法推导程中简化计算做许似处理 简化处理必
须定条件成立例 控硅触发整流环节似作阶惯性环节 设计电流环时考虑反电势变化影响 时间常数作参数似合处理 设计转速环时电流闭环二阶振荡环节似等效阶惯性环节等
(2) 仿真实验结果系统实际调试结果完全相 仿真实验辨
识程中难免会产生模型参数测量误差 建立模型程中简化计算 忽略许环节非线性素次素 控硅触发整流环节放倍数K S 失控时间 非线性参数 仿真中似作常数 设计电流调节器时考虑电流连续时情况 忽略电流断续时情况
（3）添微分负反馈快速达稳态值超调量减少微分容易引起振荡加死区环节
原应工程设计方法时应该注意 减理设计实际间差距
设计总结
次设计针双闭环直流电机调速系统设计工作设计直流调速控制器电路设计电路模拟电路时相应介绍器件保护电流调调节器转速调节器晶闸触发电路设计程通图书馆书籍通网络搜索查阅许关设计书籍资料该电路设计较深入研究进步熟悉双闭环直流调速系统结构形式工作原理器件作设计时指导老师指导设计容学交流分析整理研究课题先确立设计基思路遇问题时指导老师沟通老师指点努力完成整设计设计程中学会运protel 绘制电气原理图简单电路图MATLABSIMULINK整电路进行仿真
设计限条件限学识做出设计存着足设计采PI调节器输出转速存超调量较快速性相受影响采PID调节器全面提高系统控制性具体实现调试复杂做工作现更设计研究漫长程想真正现实中需断改善
参考文献
[1] 陈伯时 电力拖动动控制系统运动控制系统[M]第三版 北京机械工业出版社 2007年6月．
[2] 电力拖动动控制系统运动控制系统 实验报告书 连海洋学出版
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动控制系统文设计报告
班级：动化
姓 名 ：
学 号 ：
时 间 ： 2012年X月X号
指 导 老 师：
连
XX 学 信 息 工 程 学 院
动 化 研 究
双闭环直流电机调速系统设计
摘
转速电流双闭环控制直流调速系统性应广直流调速系统根晶闸特性通调节控制角α调节电压基设计题目直流电动机调速控制器选转速电流双闭环调速控制电路设计中调速系统电路采三相全控桥整流电路供电文首先确定整设计方案框图然确定电路结构形式元部件设计时参数计算包括整流变压器晶闸电抗器保护电路参数计算接着驱动电路设计包括触发电路脉变压器设计文重点设计直流电动机调速控制器电路文采转速电流双闭环直流调速系统象设计直流电动机调速控制器
实现转速电流两种负反馈分起作系统中设置两调节器分调节转速电流分引入转速负反馈电流负反馈二者间实行嵌套联接闭环结构电流环里面称作环转速环外边称做外环形成转速电流双闭环调速系统先确定结构形式设计元部件参数计算包括定电压转速调节器电流调节器检测电路触发电路稳压电路参数计算然采MATLABSIMULINK整调速系统进行仿真分析画出调速控制电路电气原理图
关键词： 双闭环 转速调节器电流调节器
目录
绪
11直流调速系统概述 ……………………………………………………………………
12 采直流调速系统 ………………………………………………………………
13 研究课题目意义………………………………………………………………………
二 直流调速系统方案设计
21 设计容求 ………………………………………………………………………
211 设计容 ……………………………………………………………………
212 设计求 …………………………………………………………………………
22 双闭环直流调速系统总设计框图…………………………………………………………
23 电路结构形式………………………………………………………………………
三．调节器设计 ………………………………………………………………………………
31电流调节器设计 …………………………………………………………
32 转速调节器设计 …………………………………………………………………
四．基MATLABSIMULINK调速系统仿真……………………………………………
五．课程设计总结………………………………………………………………………………
六．参考文献………………………………………………………………………………………
绪
11 直流调速系统概述
三十年直流电机调速控制历重变革首先实现整流器更新换代晶闸整流装置取代已久直流发电机电动机组水银整流装置直流电气传动完成次跃进时控制电路已实现高集成化型化高性低成技术应直流调速系统性指标幅提高应范围断扩直流调速技术断发展走成熟化完善化系列化标准化逆脉宽调速高精度电气传动领域中然难代直流调速指动改变直流电动机转速满足工作机械求机械特性通改变电动机参数外加工电压等方法改变电动机机械特性改变电动机机械特性工作特性机械特性交点电动机稳定运转速度发生变化直流电动机具良起制动性宜广泛范围滑调速轧钢机矿井卷扬机挖掘机海洋钻机金属切削机床造纸机高层电梯等需高性控电力拖动领域中广泛应年交流调速系统发展快然直流拖动系统理实践较成熟反馈闭环控制角度交流拖动控制系统基础直流调速系统生产生活中着举足轻重作
12 采直流双闭环调速
开环控制系统相闭环控制具系列优点反馈控制系统中出什原（外部扰动系统部变化）控制量偏离规定值会产生相应控制作消偏差具抑制干扰力元件特性变化敏感改善系统响应特性闭环系统优点选闭环系统
单闭环速度反馈调速系统采PI控制器时保证系统稳态速度误差零果系统动态性求较高果求快速起制动突加负载动态速降等单闭环系统难满足求单闭环系统中完全求控制动态程电流转矩外单闭环调速系统动态抗干扰性较差电网电压波动时必须转速发生变化调节作产生动态误差较
求较高调速系统中般两基求：够快速启动制动二够快速克服负载电网等干扰通分析发现果求快速起动必须直流电动机起动程中输出恒定允许电磁转矩恒定允许电枢电流电枢电流保持允许值时电动机恒加速度升速定转速然电枢电流立降负载电流值果求快速克服电网干扰必须电枢电流进行调节
两点涉电枢电流控制然考虑电枢电流作控量组成转速电流双闭环调速系统
13 研究课题目意义
单闭环调速系统中电网电压扰动作点离调量较远调节作受环节延滞单闭环调速系统抵抗电压扰动性差双闭环系统中增设电流环电压波动通电流反馈较时调节必等影响转速反馈回抗扰性改善双闭环系统中电网电压波动引起转速动态变化会单闭环系统典动态校正方法设计调节器须时解决稳准快抗干扰等方面相互矛盾静动态性求需设计者扎实理基础丰富实践验初学者易掌握必建立实设计方法数现代电力拖动动控制系统均低阶系统似事先深入研究低阶典型系统特性制成图表实际系统校正简化成典型系统形式图表设计程简便样建立工程设计方法性
直流调速系统方案设计
21．设计容求
211设计容：
1 根题目技术求分析证确定电路结构形式闭环调速系统组成画出系统组成原理框图
2 调速系统电路元部件确定参数计算
3 驱动控制电路选型设计
4．动态设计计算：根技术求系统进行动态校正确定ASR调节器ACR调节器结构形式进行参数计算调速系统工作稳定满足动态性指标求
5． 绘制V—M双闭环直流逆调速系统电器原理图研究参数变化时直流电动机动态性影响
212设计求（假想参数）：
1 该调速系统进行滑速度调节负载电机逆运行具较宽转速调速范围（）系统工作范围稳定工作
2 系统静特性良静差（静差率）
3 动态性指标：转速超调量电流超调量动态转速降调速系统渡程时间（调节时间）
4 系统5负载变化运行范围电流连续
5 调速系统中设置电压电流保护制动措施
6 电路采三项全控桥
22．双闭环直流调速系统总设计框图
生活中直接提供三相交流760V电源直流电机供电需三相直流电 进行整流设计采三相桥式整流电路三相交流电源变成三相直流电源达求电源提供直流电动机图21设计总框架
直流电机
三相交流电源
三相直流电源
整流
供电
双闭环调速系统
驱动电路
保护电路
图21 双闭环直流调速系统设计总框架
三相交流电路交直流侧三相桥式整流电路中晶闸中电路保护电压电流保护般保护快速熔断器压敏电阻阻容式根器件保护求采方法
驱动电路电力电子电路控制电路间接口电力电子装置重环节 信息电子电路传信号控制目标求转换加电力电子器件控制端公端间开通关断信号设计晶闸半控型器件驱动电路半控型需提供开通控制信号晶闸驱动电路作触发电路
直流调速系统中应普遍方案转速电流双闭环系统采串级控制方式转速负反馈环外环作保证系统稳速精度电流负反馈环环作实现电动机转距控制时实现限流改善系统动态性转速电流双闭环直流调速系统突加定性动态限流性抗扰动性等单闭环调速系统
23 电路结构形式
直流调速系统中采晶闸电动机调速系统(简称VM系统)原理图图22示通调节处罚装置GT控制电压移动触发脉相位改变均整流电压实现滑调速旋转变流机组离子拖动变流装置相晶闸整流装置仅济性性提高技术性显现出较优越性
求定范围级滑调速系统说动控制直流调速系统调压调速根晶闸特性通调节控制角α调节电压整流负载容量较直流电压脉动较时应采三相整流电路交流侧三相电源供电三相整流电路中分三相半波全控桥整流电路三相半波整流电路变压器二次侧含直流分量设计采三相全控桥整流电路供电
该电路目前应广泛整流电路输出电压波动适 图22 VM 系统原理
合直流电动机负载该电路组成调速装置调节范围广实现电动机连续滑转速调节电动机逆运行等技术求
图23 电路原理图
三相全控制整流电路晶闸VT1VT3VT5接成阴极组晶闸VT4VT6VT2接成阳极组电路控制接电路阴极组中电位高时输入触发脉晶闸接电路阳极组中电位低时输入触发脉晶闸时导通时构成完整整流电路
元件免受突发情况超承受电压电流侵害三相交流电路交直流侧三相桥式整流电路中晶闸中电路保护电压电流保护般保护快速熔断器压敏电阻阻容式
双闭环调速系统建立单闭环动调速系统实际调速系统求转速进行调整外 生产机械提出加快启动制动程求需电流截止负反馈系统
24图启动电流变化特性知电机启动时 启动
电流快加允许载力值 保持变
条件 转速线性增长 开需时 电机
电流急剧降克服负载需电流值应种求控
硅整流器电压启动开始时应 着转速升
升 达稳转速时
求启动程中电动机电流作调节量 维持
电机允许值 保持变求电流调节 图24 带截止负反馈系统启动电流波形
器完成务带速度调节器电流调节器双闭环调速系统便种求产生
图25转速电流双闭环直流调速系统原理框图
（注 ASR—转速调节器 ACR—电流调节器 TG—直流测速发电机 TA—电流互感器 UPE—电力电子装置 Un*—转速定电压 Un—转速反馈电压 Ui*—电流定电压 Ui —电流反馈电压）
实现转速电流两种负反馈分起作系统中设置两调节器分调节转速电流二者间实行串级联接图25示说转速调节器输出作电流调节器输入电流调节器输出控制晶闸整流器触发装置闭环结构电流调节环里面环转速调节环外边做外环样形成转速电流双闭环调速系统
调节器设计
31电流调节器设计
1 时间常数确定
（1） 整流装置滞时间常数三相桥式电路均失控时间 Ts00017s
（2）电流滤波时间常数三相桥式电路波头时间33ms基滤波头应（1~2）33ms取2ms0002s
（3）电流环时间常数时间常数似处理取
（4）电磁时间常数确定前述已求出电枢回路总电感
电磁时间常数
2 选择电流调节器结构
根设计求保证稳态电流静差典型I型系统设计电流调节器电流环控制象双惯性型PI型调节器传递函数
（31）
式中 电流调节器例系数
电流调节器超前时间常数
检查电源电压抗扰性：参表31典型I型系统动态抗扰性项指标接受基确定电流调节器典型I型系统设计
表31 典型I型系统动态性指标频域指标参数关系
参数关系KT
025
039
05
069
10
阻尼
10
08
0707
06
05
超调量
0
15
43
95
163
升时间
66T
47T
33T
24T
峰值时间
83T
62T
47T
36T
相角稳定裕度
截止频率
0243T
0367T
0455T
0596T
0786T
3 计算电流调节器参数
电流调节器超前时间常数： 00182s
电流开环增益：求时取
ACR例系数 1594
式中电流反馈系数值晶闸装置放系数Ks36
4 校验似条件
电流环截止频率：
1)晶闸整流装置传递函数似条件
满足似条件
2）忽略反电动势变化电流环动态影响条件
满足似条件
3）电流环时间常数似处理条件
满足似条件
5 计算调节器电阻电容
图33运算放器取R040k电阻电容值
图33 含滤波环节PI型电流调节器
述参数电流环达动态性指标满足设计求
32转速调节器设计
1 确定时间常数
（1）电流环等效时间常数1KI前述已知
（2）转速滤波时间常数根测速发电机纹波情况取
（3）转速环时间常数时间常数似处理取
2 选择转速调节器结构
设计求选PI调节器传递函数式
3 计算转速调节器参数
抗扰性较原先取h5ASR超前时间常数
转速环开环增益
K
ASR例系数
式中 电动势常数
转速反馈系数
4检验似条件
转速截止频率
（1）电流环传递函数简化条件
满足简化条件
（2）转速环时间常数似处理条件
满足似条件
5．计算调节器电阻电容
根图54 示取
取
取
取
图34 含滤波环节PI型转速调节器
6校核转速超调量
h5时查表32典型型系统阶跃输入性指标满足设计求实际表32线性系统计算突加阶跃定时ASR饱符合线性系统前提应该ASR退饱情况重新计算超调量
表32 典型II型系统阶跃输入性指标（准确定参数关系）
h
3
4
5
6
7
8
9
10
5260
4360
3760
3320
2980
2720
2500
2330
24
265
285
3
31
32
33
335
1215
1165
955
1045
113
1225
1325
142
k
3
2
2
1
1
1
1
1
表33 典型II型系统动态抗扰性指标参数关系
h
3
4
5
6
7
8
9
10
7220
7750
8120
8400
8630
8810
8960
9080
245
270
285
300
315
325
330
340
1360
1045
880
1295
1685
1980
2280
2585
设理想空载起动时负载系数已知时表53查调速系统开环机械特性额定稳态速降
式中 电机中总电阻
调速系统开环机械特性额定稳态速降
基准值应额定转速
根式（624）计算
满足设计求
7 校核动态速降
设计指标求动态速降实际系统中定义相额定转速时动态速降
查表知812 满足设计求
8 转速超调抑制
退饱超调量满足动态指标求需加转速微分负反馈加入环节抑制甚消灭转速超调时降低动态速降
双闭环调速系统中加入转速微分负反馈转速调节器原理图图55示普通转速调节器相转速反馈环节联微分电容Cdn滤波电阻Rdn转速负反馈基础叠加带滤波转速微分负反馈信号
图35 带转速微分负反馈转速调节器
含转速微分负反馈转速环动态结构框图图56示
图36 含转速微分负反馈转速环动态结构框图
转速微分负反馈环节中定参数中转速微分时间常数转速微分滤波时间常数选定确定计算出
工程设计方法似计算公式：
基MATLABSIMULINK调速系统仿真
通整控制电路设计 MATLABSIMULINK整调速系统进行仿真
首先建立双闭环直流调速系统动态数学模型参考该系统动态结构形式双闭环直流调速系统动态结构框图图41示：
图41 双闭环直流电机调速系统动态数学结构框图
参数值代入框图中公式框图42
图42 双闭环直流调速系统动态结构框图
分析双闭环调速系统特性转速调节器速度调节器输出端设置限幅值限幅值根选运算放器输入电压选定设计选取限幅值±13V
根动态模型图计算参数MATLABSIMULINK进行仿真仿真电动机输出转速终转速仿真图形图43示
图43 双闭环直流电机转速输出仿真图形
图43明显出转速起动扰动现象仿真转速曲线图中出转速超调量基满足设计求设定值相误差09秒时候转速达稳定值系统静差运行中5秒时候输入负载扰动量51秒时候扰动消失速降达04秒转速达稳定值图中出扰动快调节两PI型调节器动调节作外图中系统静差运行符合设计求仿真结果样结：
(1) 工程设计方法推导程中简化计算做许似处理 简化处理必
须定条件成立例 控硅触发整流环节似作阶惯性环节 设计电流环时考虑反电势变化影响 时间常数作参数似合处理 设计转速环时电流闭环二阶振荡环节似等效阶惯性环节等
(2) 仿真实验结果系统实际调试结果完全相 仿真实验辨
识程中难免会产生模型参数测量误差 建立模型程中简化计算 忽略许环节非线性素次素 控硅触发整流环节放倍数K S 失控时间 非线性参数 仿真中似作常数 设计电流调节器时考虑电流连续时情况 忽略电流断续时情况
（3）添微分负反馈快速达稳态值超调量减少微分容易引起振荡加死区环节
原应工程设计方法时应该注意 减理设计实际间差距
设计总结
次设计针双闭环直流电机调速系统设计工作设计直流调速控制器电路设计电路模拟电路时相应介绍器件保护电流调调节器转速调节器晶闸触发电路设计程通图书馆书籍通网络搜索查阅许关设计书籍资料该电路设计较深入研究进步熟悉双闭环直流调速系统结构形式工作原理器件作设计时指导老师指导设计容学交流分析整理研究课题先确立设计基思路遇问题时指导老师沟通老师指点努力完成整设计设计程中学会运protel 绘制电气原理图简单电路图MATLABSIMULINK整电路进行仿真
设计限条件限学识做出设计存着足设计采PI调节器输出转速存超调量较快速性相受影响采PID调节器全面提高系统控制性具体实现调试复杂做工作现更设计研究漫长程想真正现实中需断改善
参考文献
[1] 陈伯时 电力拖动动控制系统运动控制系统[M]第三版 北京机械工业出版社 2007年6月．
[2] 电力拖动动控制系统运动控制系统 实验报告书 连海洋学出版
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