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课程设计报告书
系 别：
机 电 学 院
专 业：
电气工程及其自动化
学 生 姓 名：
桂邯郸
学 号：
课程设计题目：
双闭环直流电机调速
起 迄 日 期:
6 月 13日 ~ 6月 24日
课程设计地点:
机电学院实验室
指 导 教 师:
汪 明 珠
下达任务书日期: 2023年6月13日
摘 要：许多生产机械规定在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且规定具有良好的稳态、动态性能。而直流调速系统调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能，在高性能的拖动技术领域中，相称长时期内几乎都采用直流电力拖动系统。双闭环直流调速系统是直流调速控制系统中发展得最为成熟，应用非常广泛的电力传动系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以克制。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环的调速系统可以再保证系统稳定的条件下实现转速无静差。但假如对系统的动态性能规定较高，例如规定起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足规定。这重要是由于在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩。在单闭环系统中，只有电流截止至负反馈环节是专门用来控制电流的。但它只是在超过临界电流值以后，强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很抱负的控制电流的动态波形。在实际工作中，我们希望在电机最大电流限制的条件下，充足运用电机的允许过载能力，最佳是在过度过程中始终保持电流（转矩）为允许最大值，使电力拖动系统尽也许用最大的加速度启动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩立即与负载相平衡，从而转入稳态运营。这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。这是在最大电流转矩的条件下调速系统所能得到的最快的启动过程。随着社会化大生产的不断发展，电力传动装置在现代化工业生产中的得到广泛应用，对其生产工艺、产品质量的规定不断提高，这就需要越来越多的生产机械可以实现制动调速，因此我们就要对这样的自动调速系统作一些进一步的了解和研究。 本次设计的课题是双闭环晶闸管不可逆直流调速系统，涉及主电路和控制回路。主电路由晶闸管构成，控制回路重要由检测电路，驱动电路构成，检测电路又涉及转速检测和电流检测等部分
。
关键词：双闭环控制系统，转速控制环，系统现状，发展趋势
Abstract：Many production machinery requirements within a certain range of speed smooth adjustment, and has good steady-state and dynamic performance. Dc speed regulation system and wide speed range, small static rate, good stability and good dynamic performance, in the field of high-performance drive technology, a long period of time almost all adopt dc electric drive system. Double closed-loop dc speed regulating system is the most mature dc speed control system in the development and wide application of power transmission system. It has the advantages of fast dynamic response, strong anti-jamming capability. We know that feedback closed loop control system has good disturbance resistance, it is for the feedback loop were all can effective to restrain disturbance. Using negative feedback of rotation speed and the single closed-loop speed control system of PI regulator may be guarantee conditions for the robust stability of the system to achieve speed astatic. But if the system dynamic performance of the demand is higher, such as requiring a small braking and sudden load dynamic downhill, etc., single closed loop system is difficult to meet the requirements. This is mainly because in a single closed-loop system can't completely according to the need to control the dynamic process of current and torque. In a single closed-loop system, only by the current negative feedback link is specially used to control the current. But it is only after more than the critical current value, the impact of the strong negative feedback effect of limiting current, is not very ideal control current dynamic waveform. In the practical work, we hope that under the condition of motor current biggest limit, make full use of the machine allows the overload capacity, the best is always in the process of excessive current (torque) to allow maximum value, make the electric drive system with maximum acceleration start as far as possible, after arrived at steady speed, and let the current down immediately, make torque and load balance immediately, thus to steady state operation. At this point, the starting current square waveform and speed is linear growth. This is the biggest moment of the electrical flow under the condition of speed control system can get the fastest startup process. With the continuous development of socialized production, power transmission device is widely used in modern industrial production, the production process, the requirement of increasing the quality of the product, which requires more and more production machinery to realize braking speed, so we will be the automatic speed control system of such some understanding and further research. The topic of this design is double closed-loop thyristor irreversible dc speed regulating system, including the main circuit and control circuit. Main circuit is composed of thyristor, control circuit mainly by the detection circuit, drive circuit, detection circuit and includes speed detection and current detection
.
Keywords：Double closed loop control system, speed control loop, the system present situation, development trend
目 录
1 双闭环直流调速系统的工作原理 1
双闭环直流调速系统的介绍 1
双闭环直流调速系统的组成 2
双闭环直流调速系统的稳态结构图和静特性 4
双闭环直流调速系统的数学模型 6
2调节器的工程设计 10
调节器的设计原则 10
Ⅰ型系统与Ⅱ型系统的性能比较 11
电流调节器的设计 12
转速调节器的设计 16
3 Simulink仿真 20
双闭环直流调速系统的仿真设计 21
致谢 23
参考文献 24
1 双闭环直流调速系统的工作原理
双闭环直流调速系统的介绍
双闭环（转速环、电流环）直流调速系统是一种当前应用广泛，经济，合用的电力传动系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强的优点。我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以克制。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。但假如对系统的动态性能规定较高，例如规定起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足规定。这重要是由于在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩。
在单闭环系统中，只有电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的。但它只是在超过临界电流值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很抱负的控制电流的动态波形。带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动时的电流和转速波形如图1-（a）所示。当电流从最大值减少下来以后，电机转矩也随之减小，因而加速过程必然拖长。
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(a)
(b)
(a)带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动过程 (b)抱负快速起动过程
图1 调速系统起动过程的电流和转速波形
在实际工作中，我们希望在电机最大电流（转矩）受限的条件下，充足运用电机的允许过载能力，最佳是在过渡过程中始终保持电流（转矩）为允许最大值，使电力拖动系统尽也许用最大的加速度起动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩立即与负载相平衡，从而转入稳态运营。这样的抱负起动过程波形如图1-（b）所示，这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。这是在最大电流（转矩）受限的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程。
事实上，由于主电路电感的作用，电流不能突跳，为了实现在允许条件下最快启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程，按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么采用电流负反馈就能得到近似的恒流过程。问题是希望在启动过程中只有电流负反馈，而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器的输入端，到达稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不
再靠电流负反馈发挥主作用，因此我们采用双闭环调速系统。这样就能做到既存在转速和电流两种负反馈作用又能使它们作用在不同的阶段。
双闭环直流调速系统的组成
为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设立了两个调节器，分别调节转速和电流，两者之间实行串级连接，如图2所示，即把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置。从闭环结构上看，电流调节环在里面，叫做内环；转速环在外面，叫做外环。这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。
该双闭环调速系统的两个调节器ASR和ACR一般都采用PI调节器。由于PI调节器作为校正装置既可以保证系统的稳态精度，使系统在稳态运营时得到无静差调速，又能提高系统的稳定性；作为控制器时又能兼顾快速响应和消除静差两方面的规定。一般的调速系统规定以稳和准为主，采用PI调节器便能保证系统获得良好的静态和动态性能。
图2 转速、电流双闭环直流调速系统
图中U*n、Un—转速给定电压和转速反馈电压；U*i、Ui—电流给定电压和电流反馈电压； ASR—转速调节器； ACR—电流调节器；TG—测速发电机；TA—电流互感器；UPE—电力电子变换器