科生毕业设计（文）
文 题 目： 直流电机双闭环调速系统设计
姓 名：
学 院： 电气工程动化
专 业： 动化
班 级 学 号：
指 导 教 师：
XX学教务处印制
摘
直流调速系统控制般转速电流反馈完成静态性动态性十分杰出正优点范围广泛通晶闸控整流电源调节电源根题目设计求调速系统两控制器分转速控制器（ASR）电流控制器（ACR）速度控制系统电源电路设计三相全控桥整流电路实现设计中首先总体规划设计图进行确定电路结构形式元器件进行确定设计时包括晶闸电抗器等元件参数进行计算文部分围绕设计重部分直流调速系统转速环电流环进行设计速度电流两负反馈发挥定作应该嵌套连接速度电流负反馈间单纯布局话电流环转速环部电流环做环相应转速环称外环样设计电流负反馈转速负反馈核心调速系统样形成部分设计完成采MATLAB整系统进行仿真实验数进行分析出结
关键词：直流电动机 双闭环调速系统 转速负反馈 电流负反馈
Abstract
The speed and current feedback control of dc speed control system has excellent static and dynamic performance and the most widely application scope It through thyristor controlled rectifying power supply to adjust the size of the power supply mainly According to the design requirements of the title it uses ASR and ACR as the controller of speed control system in the control circuit The power supply circuit of the speed control system of design uses the Sedan fullycontrolled bridge rectifier circuit Firstly we need determine the overall plan and diagram of this design before the design Secondly we need identify and design the structure of main circuit and the various components At the same time including the parameters of thyristor reactor etc Finally focus on the design of the most important two parts which are speed loop and current loop dc speed control system in the design In the system were introduced speed negative feedback and current feedback and the implementation of a nested connection can realize the speed and current two kind of negative feedback effect between the two respectively On the layout of it simply current loop is referred to as the inner ring because it is in the inside Speed ring is called the outer ring because current loop is in the interior of the speed loop Through this design the core of the double closed loop speed regulation system speed negative feedback and current feedback is formed After all parts of the design is done using MATLAB simulation to do the experiments to the whole system and analyze the data we can safely draw the conclusion
Keywords DC motor double closed loop speed ring current loop
目 录
摘 I
Abstract II
1 概述 1
11 直流调速系统概述 1
12 研究课题目意义 1
13 国外研究现状 2
14 设计容求 2
141 设计求 2
142 设计容 2
2 双闭环直流调速系统设计框图 3
3 双闭环直流调速系统工作原理数学模型 4
31 双闭环直流调速系统工作原理 4
311 转速控制求稳态调速性指标 4
312 直流调速系统解决两基问题 5
313 直流双闭环调速系统原理框图 6
314 双闭环直流调速系统动态程分析 7
315 数学模型参数确定 9
4 系统电路结构 11
41 电路拓扑结构确定 11
411 控直流电源选择 11
412 电路原理图 12
42 额定励磁直流电动机数学模型 12
5 电路器件选择参数计算 14
51 电路保护电路设计必性 14
511 电压保护设计 15
512 电流保护设计 16
52 整流变压器晶闸选择计算 16
521 整流变压器计算 17
522 晶闸参数计算 17
523 波电抗器参数计算 18
6 利工程设计方法设计电流转速反馈控制调节器 19
61 设计容 19
62 工程设计基步骤 19
63 设计需基数设计指标 20
631 基数 20
632 设计求指标 21
64 工程设计方法设计电流调节器 22
641 电流调节器设计动态结构框图简化 22
642 电流环时间常数确定 23
643 电流调节器设计 23
644 电流环参数计算 24
645 校验似条件 26
646 电流环性指标 26
65 工程设计方法设计转速调节器 27
651 电流环等效传递函数 27
652 转速调节器动态结构框图简化 27
653 转速调节器设计 28
654 转速调节器参数计算 30
655 转速环性指标检测 32
7 双闭环直流调速系统数字仿真 33
71 基工程设计方法数字仿真 33
72 结果分析 34
8 结 37
致 谢 38
参考文献 39
1 概述
11 直流调速系统概述
直流电动机三十年时间里方面改进特调速控制方面变革十分重意义代表着先进技术晶闸整流技术种全新姿态代已应久整流技术中具代表性直流发电机组说种变化电驱动完成跨时代飞跃着科学技术日益更新调速控制电路已逐步实现高密集化高赖性低成等特点特点直流调速系统性止进步点点应范畴着改变更突破直流调速技术成熟完美系列化标准化难电驱动PWM调速领域取代充分迎合工作设备求通种方法改变直流电机转速称直流调速改变电动机方面性稳速状态必须机械特性入手改变外部电压者结点参数交流调速系统着调速技术电力电子技术发展正断吞噬着直流调速系统领目前体局势直流调速系统根整调速系统流然动调速系统中占领着撼动位国工业部门中冶炼轧钢采矿纺织造纸业等旧直流调速系统占导位直流调速系统仅交流调速系统基础理实践相交流调速更成熟完善直流调速系统仅调速领域着关重位生活密分
12 研究课题目意义
双闭环直流调速相单闭环直流调速抗干扰性方面十分突出中PI调节器直流双闭环调速系统中作十分巨首先够消负载转矩稳态速降扰动系统更加趋稳定达成系统转速稳态静差时利电流截止负反馈限制电枢电流系统产生击假电枢电流动态静态然单闭环直流调速系统电流意控制想解决问题必须调速系统中引入两十分重负反馈：转速电流负反馈双闭环调速系统相直流单闭调速系统抗干扰性特抗电网电压扰动方面质飞跃矛盾存设计调节器时候必须考虑方面稳定性快速性抗干扰性等典动态校正方法时时考虑整系统动态性静态性难权衡程[1]建立实易行设计方法时候显十分必急迫时进行设计设计员理基础实践力缺刚刚进入调速领域轻易掌握中诀窍低阶系统似成系统例电力驱动领域中十分具代表性先进性动控制系统进行设计前事先研究体系图标实际系统利低阶系统校正简化设计程相应简化产生工程设计方法提高
13 国外研究现状
电机控制技术三十年发生史前例变化根原仅仅电力电子技术时动控制技术翻天覆进步20世纪特70年代单片机出众性广泛应制作电机调速系统中重部分—控制器恰恰单片机应电机速度控制系统特性方面提高时微机开始出现出众性频繁完成式样控制系统
80年代中期起伴着数字化控制理念数字化调速装置断世界电气公司研发极高精度优良控制性加拟抗干扰力数字化直流调速装置控制台占领席
14 设计容求
141 设计求
（1） 系统性良静差者静差率
（2） 系统够进行滑级调速工作范围广工作范围电
机稳定持续运行
（3） 调速系统中设置保护电路
（4） 电路采三项全控桥
142 设计容
（1） 设计提供求设计出双闭环直流调速系统系统框图清楚描述出工作原理画出设计时必原理图框图
（2） 确定系统部分参数
（3） 确定电路组成部分包括变流变压器整流器波电抗器保护元件等
（4） 完成驱动电路设计确定组成结构
（5） 通MATLABSIMULINK调速系统进行仿真
2 双闭环直流调速系统设计框图
谓直流电机需通三相直流电机供电够运行种电机类型日常生活中直接三相交流380V电源需交流电整流转变成直流电设计采三相桥式整流电路日常生活中380V交流电变成三相直流电然满足供应直流电机求[1]系统总框架图21：
图21 双闭环直流调速系统总框图
般三相交流三相桥式整流电路中定电路保护措施快速熔断器等根求情况应选择电压电流保护方法器件准确计算器件参数
直流电机双闭环调速系统中电流负反馈转速负反馈系统中灵魂整系统行性间采串级连接稳速精度整系统重部分外环转速负反馈保障电流负反馈环明显环存改善整调速系统动态性时控制转矩限流提供保证系统求必须优秀静态动态性般调节器法实现设计转速电流调节器时候采PI调节器[6]
3 双闭环直流调速系统工作原理数学模型
31 双闭环直流调速系统工作原理
311 转速控制求稳态调速性指标
直流调速系统中调速性求十分苛刻例：快速度缓速度需级调速级调速负载突然变化时调速范围等总说需注意三方面调速系统根控制求意愿进行工作：
（1）调速：容许调速范围级调速级调速底样选择
应
（2）稳速：保证定精度调速系统够需转速稳
运行遭受种种确定扰动干预转速波动会超系统允许波动
（3）加减速：求调速系统够快速加速减速起动制动程
稳
满足定量分析 调速范围静差率定义调速稳速两项求稳态性指标指两指标[1]
Ⅰ 调速范围
电动机达快转速慢转速通常写字母表示
（31）
Ⅱ 静差率
运行速度负载理想负载应转速差理想空载转速值称静差率通常字母表示
（32）
特注意静差率衡量调速系统负载产生变化时稳定度重参数系统机械特性硬度密切关系果机械特性硬静态误差率说该系统稳定性高调速范围静差率分开讨紧密联系起必须两者起分析通常情况电机额定功率转速视高转速假设功率转速降进行分析出结：
（33）
Ⅲ 性指标
性指标指系统输出变化参考信号性指标般三项指标组成：升时间超调量峰值时间调节时间
Ⅳ 抗扰动性指标
调速系统正稳定运行时系统突然受扰动量然系统开始波动波动止境波动量慢慢趋外稳定值时候抗干扰程完成抗干扰性指标两指标组成中动态降落外恢复时间[1]
312 直流调速系统解决两基问题
说明理解系统基指标必须解决存直流调速系统中两基问题：
（1） 系统稳定性精度问题系统放率间求
（2）电枢电流快速启动电流突变间问题
第问题解决简单需单闭环直流调速系统中加入转速负反馈环节时应PI调节器实现转速静差保证系统稳定性
第二问题解决较繁琐通常调速系统中希制动启动时间缩短提高生产效率求起制动时候电流始终保持值样调速系统加速度（减速度）保持值旦系统达稳态转速电流瞬间降电机进入稳态运行状态例图31中电流变化起制动整程：
图31 佳渡程时间
然样起制动方式充分优化时间衍生出十分重问题：快速电流变化电路中难免出现电流击系统中添加电流负反馈样解决问题实际电路结构中存电感电流突变图示理想模型现实情况似完全吻合
313 直流双闭环调速系统原理框图
双闭环直流调速系统原理框图图32示：
图32 双闭环直流调速原理框图
图中代表速度调节器电流调节器传递函数间关系两调节器采PI调节器两者间串行连接电流调节器定电压空产生转速调节器输出电压决定决定晶闸整流器输出电压三间联系密分应该放起考虑
314 双闭环直流调速系统动态程分析
双闭环直流调速系统起动程接理想启动程启动程中速度调节器两种状态：饱非饱起动程分三阶段：电流升阶段恒流升速阶段转速调节阶段图33中起动程绘制波形图改图充分简明阐述起动时状态：
第阶段电流升阶段：突然定电压然升刚开始<电动机开始转动着断增终刻≥时电动机会开始转动电机存惯性作转速会马变快时输入转速调节器ASR电压偏差数值然非常电枢电流持续迅速升直 升会电流调节器受制约样电流升阶段停止阶段中快速进入饱状态般会进入饱状态
图33 起动时转速电流负反馈调速系统相应波形
第二阶段恒流加速阶段：阶段第阶段速度调节器饱作整体系统速度环相开环电流保持变时候电机加速度保持恒定电机转速已线性方式升
第三阶段系统转速调节阶段：系统速度速度调节阶段已定值输入偏差0输出够突变继续维持电动机然加速加速度减已样转速超调输入偏差电压变正转负转速调节器开始退饱调节器作迅速降然＞转速回继续升时转速会达值时刻时—时间＜电机会负载缘降低转速达稳态值第三阶段中起导作调整速度没达饱状态根面三阶段双闭环直流调速系统启动阶段三明显特点发现：
(1) 饱非线性控制
(2) 转速超调
(3) 准时间优原
315 数学模型参数确定
(1) 电枢电路电磁时间常数
电枢回路总电阻
中：视晶闸电阻视波电抗器电阻视电机电枢回路电阻
电枢回路总电感
中：波电抗器电阻电动机电枢电感变压器漏感
总说电磁时间常数样定义：
(2) 电气传动系统机械时间常数
额定磁通电机反电势系数
代入计算取均值
电动机飞轮力矩
(3) 触发放器整理放器放系数
进行分析设计时放系数通常作系统中常数事实情况触发整流电路中种素影响放系数非线性工作范围似线性必须利实验方法根输入输出关系确定放系数然十分确定调速范围工作点特性线致点落附根式
（34）
结合图34：
图34 测定线形图
工作范围放倍数
4 系统电路结构
41 电路拓扑结构确定
411 控直流电源选择
直流调速系统中晶闸控整流电源直流脉宽调制电源优越特性常作系统控直流电源够选应设计两电机系统分晶闸整流器—电机调速系统直流脉宽PWM—电机调速系统[12]
Ⅰ 晶闸整流器—电动机系统
晶闸整流电机系统（V—M系统）示意图图41：
图41 晶闸整流电机转速控制系统原理图
V—M系统中触发装置控制电压调节触发脉相位样整流器电压电流输出改变直流电机进行滑级调速
Ⅱ PWM直流调速电机系统
直流PWM变频电机系统相V—M系统许领域具优势：例电路结构简单低损耗高转速电机通晶闸占空变化改变电机两端电压
根设计求应选择V—M调速系统进行设计
412 电路原理图
设计求需定范围够实现滑级调速方式调节电枢电压三相全控整流出众性广泛选作系统整流电路设计选进行设计电路设计调速系统仅调速范围广实现方面技术求十分理想调速整流电路电路原理图图42：
图42 电路原理图
三相全控整流电路6编号晶闸组成阴极组晶闸VT1VT3VT5明显VT2VT4VT6组成整流电路阳极组周期六晶闸电路必须关断转通路两者间触发脉等额差值相位差60度[1]防止电压击电流电路突然断路必须加入电压电流保护电路
42 额定励磁直流电动机数学模型
图4 3 励直流电动机等效电路
图43额定励磁励直流电动机等效电路电枢回路中存着总电阻总电感般情况假设电路电流连续根图43列出电路动态电压方程：
(41)
保证设计行性理忽略粘性摩擦然弹性转矩时候取写出电机轴动力学方程：
（42）
式中 —电动机负载转矩
—电机飞轮惯量
综合公式通拉普拉斯变换电压电流间传递函数：
（43）
电流电动势间传递函数：
（44）
额定励磁面传递函数进行必整理然出理性分析直流电机动态结构框图：
图44 直流电动机动态结构图
图44够明显直流电机两输入中电机理想空载电压负载电流前者输入控制者 扰动量[1]关扰动点移动前面然等效变换等效结构图图45
图45 直流电机动态结构图等效变换
5 电路器件选择参数计算
51 电路保护电路设计必性
众电力半导体元器件中然种元器件突出优点电路中受超额定电压额定电流击时相般电器元件性显弱十分短时间电压者电流击导致元件修复损坏导致整整流装置障电路中设计保护电路必性显非常突出保护装置完善必少
511 电压保护设计
电压保护根作方保护分两种交流测电压保护二直流侧电压保护
Ⅰ 交流测电压保护
交流测电压保护中压敏电阻种广泛应保护元件压敏电阻非线性特性众周知具备种特点原金属氧化物制成采种压敏电阻原正常工作情况压敏电阻通电流十分微弱忽略计旦电压超电路承受电压时候压敏电阻允许放电电流达千安样电压抑制够承受范围时压敏电阻具低损耗体积高灵敏度等特点设计基三相全控整流电路变压器绕组端△—Y型联结图51示放置变压器交流测压敏电阻保护电路：
图51 交流测压敏电阻保护电路
(1) 压敏电阻标称电压计算公式：
式中：代表压敏电阻额定电压
变压器二次侧线电压效值
（2） 压敏电阻通流容量：
根两式计算压敏电阻参数应选择额定电压440V额定
电流500A
Ⅱ 直流侧电压保护
直流侧电压保护通相方法测量电压保护压敏电阻器
额定电压450V压敏电阻选择
512 电流保护设计
电力电子器件处正常工作状态时会发生电流情况电流保护措施种中常方式三种：
（1） 直流快速熔断器作中容量设备者电路会逆变需保护电路中
（2） 电流继电器够电路发生电流时快速切断电路
（3） 直接串联快速熔断器交流者直流侧注意快速熔断器额定电压额定电流必须正常工作电路参数
设计中采快速熔断器作电流保护元件桥臂串入快速熔断器
快速熔断器额定电流计算：
应取
快速熔断器额定电压计算：
应取
综述：选 20A400V快速熔断器6
52 整流变压器晶闸选择计算
521 整流变压器计算
整流变压器次级电压效值：
（51）
次级线电压：
（52）
次级相电流：
（53）
初级线电压：
（54）
初级相电流：
（55）
变压器初级容量：
（56）
变压器次级容量：
（57）
变压器容量：
（58）
522 晶闸参数计算
SCR额定电流计算：
（59）
SCR额定电压计算：
（510）
式中次级线电压值
（511）
考虑安全裕量关系应电压裕量2倍额定裕量电流裕量15倍额定裕量晶闸参数：
523 波电抗器参数计算
波电抗器种铁心电抗器整流直流电路中常作直流负载利滑直流电源设计波电抗器时电感量着重计算
（1） 限制输出电流脉动界电感量
电动机负载工作时需通入直流分量巧晶闸电流输出波形输出电压波形脉动呈脉动脉动电流实质直流分量交流分量合成交流分量存电动机工作造成十分良影响波电抗器串入解决问题界电感量利式计算：
（512）
（2） 够保证电流连续界电感量：
（513）
（3） 电动机电枢电感量变压器电感：
电动机电感量计算公式：
（5—14）
面式子中计算系数代表直流电动机电压电动机磁极数电动机转速电动机电流设计中取
：
变压器电感量式计算：
（5—15）
中计算系数变压器短路计算
综述选波电抗器参数50mH20A
6 利工程设计方法设计电流转速反馈控制调节器
61 设计容
章中采工程设计方法系统中重两部分电流调节器（）转速调节器（）进行根设计前面章节中已明确指出电流环整系统环转速环系统外环进行设计时开始着手变换部分致处理校正成符合设计典型系统类型根控制象进行确认根系统动态性指标进行参数计算转速环设计电流环采相方法电流环会等效成转速环中环节
62 工程设计基步骤
利工程设计方法设计调节器必须解决方面问题控制系统响应速度稳定程度抗干扰性等简化问题解决系统中矛盾变明显工程设计中重目标简化设计调节器分两步骤完成：
（1） 够系统符合设计求稳定性调节器结构应该首先进行选择时候稳态精度忽略
（2） 确定动态性参数控制器设计够满足求[1]
面两步工作设计中似乱成团种解决问题序分成两步逐击破首先解决动态稳定度稳态精度矛盾第二步第步基础满足性指标样设计工作形中简化设计出系统更加接设计求
应参数时根现成公式等直接计算参数性间关系面章节已阐明样够减设计工作量
63 设计需基数设计指标
631 基数
（1） 直流电动机数
（2） 电枢回路总电阻
（3） 电枢回路总电感
（4）三相全控整流电路参数
（5） 电动机总飞轮惯量
（6） 定调节器两端电压
（7） 调节器回路中输入电阻
（8） 系统时间常数
（9） 反馈滤波时间常数
632 设计求指标
（1） 系统调速范围
（2） 调速系统允许静差率
（3） 电流超调量
（4） 转速超调量
（5） 突加负载时系统允许动态速降
（6） 系统恢复时间
64 工程设计方法设计电流调节器
641 电流调节器设计动态结构框图简化
设计电流环时候设计工作首解决问题反电动势作时电流反馈产生交叉事实情况反电动势转速环输出成正说电流环会受转速环影响产生作实际设计中机电时间常数电磁常数相话前者造成电流变化程度远高转速变化程度换种说法说反电动势变化慢电流突变时候似反电动势成变量改变反电动势电流环设计放考虑范围说忽略反电动势影响出电流环似结构图定滤波反馈滤波移环图61：
图61 电流环动态结构图简化
a） 忽略反电动势b）等价单位负反馈
c）惯性环节似处理
原相作惯性元件
642 电流环时间常数确定
进行设计前必须先确定时间常数根选器件设计求时间常数：
（1） 三相桥式电路均失控时间：
（2） 滤波时间常数：
（3） 电流环惯性时间常数：
643 电流调节器设计
设计前第问题电流环种什样典型系统系统中电枢电流永远处稳定值难免会某段时间超电路允许值时候电流环作体现出超调量突加负载者说系统突然外作时够越越目标基础Ⅰ型系统电流环校正首选择抗电网电压扰动作电流环次作电流环应该性
前面章节中已确定电流调节器选择PI调节器传递函数：
（61）
式中：代表电流调节器例系数
代表电流调节器超前时间常数
根图61电流环开环传递函数容易：
（62）
面 选取控制象中存较时间常数极点利调节器零点消方便电流环够校正成典型Ⅰ型系统式：
（63）
式中画出电流环动态结构图图62：
图62 设计成典型Ⅰ型系统电流环
644 电流环参数计算
（1） 系统时间常数例系数
电流开环增益：
积分时间常数：
综：
电流调速器反馈系数
通面计算求例系数：
（2） 电流调节器电阻电容计算
PI型电流调节器中加入定滤波器反馈滤波器原理图示：
图63 定滤波反馈滤波加入PI型电流调节器
代表加电流调节器两端电压代表电流负反馈电压调节器输出控制电压
根放器电路原理出：
（64）
（65）
（66）
运算放器取
实际工程运中应选择
645 校验似条件
面参数计算电流环截止频率
(1) 校验晶闸整流装置传递函数似条件：
代入面参数：
满足似条件
(2) 校验忽略反电动势变化电流环动态影响条件：
代入面参数：
满足似条件
(3) 校验电流环时间常数似处理条件：
代入面参数：
满足似条件
动态类型系统踪性指标频域指标参数间关系电流环动态指标计算：
646 电流环性指标
升时间：
超调时间：
调节时间：
65 工程设计方法设计转速调节器
651 电流环等效传递函数
前面已设计电流调节器进行转速调节器设计时候电流环等效成转速调节系统中环节传递函数计算求：
（67）
采高阶降次方法式化简：
（68）
（69）
652 转速调节器动态结构框图简化
电流环等效环节取代整速度系统动态结构变成形态：
图64 动态结构图简化
a） 电流环等效环节代b）作似处理
c）校正成典型Ⅱ型系统
电流环样处理图64c
653 转速调节器设计
积分环节必须加负载扰动点前样实现转速静差时扰动点面已存积分环节转速调节器积分环节外面两积分环节必须设计成典型Ⅱ型系统系统动态抗干扰性够满足
控制象时间常数相典型Ⅰ型系统样必参数需两计算方便引入新参数：
（610）
恒值想改变需改变参数决定值果改变截止频率需值发生改变特性移通样参数引入确定相选择参数
选择确定值运振荡指标法中闭环幅频特性峰值准够证明值唯者闭环幅频特性峰值时间存关系：
（611）
（612）
面两式子准佳频出：
（613）
（614）
相应闭环幅频特性峰值：
（615）
值确定值简单计算出定义：
（616）
表值应佳频
表61 值应佳频
3
4
5
6
7
8
9
10
2
167
15
14
133
129
125
122
15
16
167
171
175
178
180
182
20
25
30
35
40
45
50
55
654 转速调节器参数计算
校正成典型Ⅱ型系统PI调节器必须设计传递函数样设定：
（617）
式中代表例系数
代表超前时间常数
该系统开环传递函数：
（618）
中转速环开环增益
（619）
（620）
取
转速滤波时间常数：
转速环时间常数：
系统仅求较高抗干扰性求较性取超前时间常数：
转速环开环增益
例系数
检验似条件
转速环截止频率
(1) 电流环等效传递函数简化条件：
满足简化条件
(2) 速度环时间常数似条件：
满足简化条件
取
实际工程中应取
655 转速环性指标检测
(1) 转速环性指标
时候典型Ⅱ型系统阶跃输入性指标表显然满足设计求实际情况述计算结果转速调节器线性状态超调数值符合状态超调量退饱超调应该重新计算超调量
设计求条件直流电机起动空载开始直增加额定转速
中动态参考价值抗干扰性代表值
查询典型Ⅱ型抗扰性指标表时
根式
值符合设计求
(2) 负载突然加时系统动态速降指标
根求设计前
动态指标设计符合设计求
(3) 恢复时间指标
典型Ⅱ型系统阶抗扰性指标参数关系表
时间
恢复时间满足设计求
7 双闭环直流调速系统数字仿真
71 基工程设计方法数字仿真
第6章中运参数设计出双闭环直流调速系统验证理符合设计求实施性
直流电机：
电动机总飞轮惯量：
回路总电阻：
反馈系数：
进入MATLAB软件运中SIMULINK仿真工具软件规够容易画出双闭环直流调速系统动态结构图仿真曲线
首先图71示仿真结构图系统建立相应数学模型绘制：
图71 双闭环直流调速系统仿真结构图
该仿真结果控制完成进行仿真时候忽略次素非线性环节仿真利进行视线性环节器件参数进行适调整
72 结果分析
SIMULINK中点击start simulation然电机仿真结构图中scope观察仿真波形
(1) 闭环系统中PI调节器输出动态程仿真图
图72调节器输出动态程仿真框图：
图72 PI调节器输出动态程仿真曲线
PI调节器输出两部分组成部分例部分输出曲线成正外部分积分曲线面曲线出仅具良快速响应性具消静差力例积分调节器中设置额外校正装置系统稳定性方面相调节器提高应范围广泛扩
(2) 电流调节器输出电流额定输出电流仿真图
图72 电流调节器输出电流现行电流差值仿真曲线
图反映额定电流现行电流差值控制器需先输入电流开始较差值会起动时短时间升某值达值转速开始增加逐渐减转速达额定转速稳定0时电机起动结束
(3) 双闭环直流电机起动波形图
图74 双闭环直流点击起动波形
图双闭环直流电机起动曲线图图中出电机起动程前面章节分析起动程基致说明设计电机特性已十分接设计求该系统已达预期效果
8 结
设计直流电机双闭环调速系统设计设计前首先测定元器件电器参数时间常数电流环速度环设计方面应典控制设计理应MATLAB软件中SIMULINK设计进行仿真检查设计否满足设计求
速度控制系统仅具踪性抗干扰性等方面表现突出饱度方法实现准时间优控制双闭环直流调速系统中免疫调节速度干扰稳态静差作动保护电流抑制电压波动
然典控制部分已深入学工程设计方面解皮毛通次毕业设计扩展知识面收益颇丰直流调速更稳固认识学术水限制许足方弥补
致 谢
正XX老师悉心指导毕业设计文够利完成学学成果体现XX老师着严谨治学态度渊博学识断毕业文提出新问题解决解决问题课题断深入然严格负责甘老师教育鞭策更鼓励
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参考文献
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科生毕业设计（文）
文 题 目： 直流电机双闭环调速系统设计
姓 名：
学 院： 电气工程动化
专 业： 动化
班 级 学 号：
指 导 教 师：
XX学教务处印制
摘
直流调速系统控制般转速电流反馈完成静态性动态性十分杰出正优点范围广泛通晶闸控整流电源调节电源根题目设计求调速系统两控制器分转速控制器（ASR）电流控制器（ACR）速度控制系统电源电路设计三相全控桥整流电路实现设计中首先总体规划设计图进行确定电路结构形式元器件进行确定设计时包括晶闸电抗器等元件参数进行计算文部分围绕设计重部分直流调速系统转速环电流环进行设计速度电流两负反馈发挥定作应该嵌套连接速度电流负反馈间单纯布局话电流环转速环部电流环做环相应转速环称外环样设计电流负反馈转速负反馈核心调速系统样形成部分设计完成采MATLAB整系统进行仿真实验数进行分析出结
关键词：直流电动机 双闭环调速系统 转速负反馈 电流负反馈
Abstract
The speed and current feedback control of dc speed control system has excellent static and dynamic performance and the most widely application scope It through thyristor controlled rectifying power supply to adjust the size of the power supply mainly According to the design requirements of the title it uses ASR and ACR as the controller of speed control system in the control circuit The power supply circuit of the speed control system of design uses the Sedan fullycontrolled bridge rectifier circuit Firstly we need determine the overall plan and diagram of this design before the design Secondly we need identify and design the structure of main circuit and the various components At the same time including the parameters of thyristor reactor etc Finally focus on the design of the most important two parts which are speed loop and current loop dc speed control system in the design In the system were introduced speed negative feedback and current feedback and the implementation of a nested connection can realize the speed and current two kind of negative feedback effect between the two respectively On the layout of it simply current loop is referred to as the inner ring because it is in the inside Speed ring is called the outer ring because current loop is in the interior of the speed loop Through this design the core of the double closed loop speed regulation system speed negative feedback and current feedback is formed After all parts of the design is done using MATLAB simulation to do the experiments to the whole system and analyze the data we can safely draw the conclusion
Keywords DC motor double closed loop speed ring current loop
目 录
摘 I
Abstract II
1 概述 1
11 直流调速系统概述 1
12 研究课题目意义 1
13 国外研究现状 2
14 设计容求 2
141 设计求 2
142 设计容 2
2 双闭环直流调速系统设计框图 3
3 双闭环直流调速系统工作原理数学模型 4
31 双闭环直流调速系统工作原理 4
311 转速控制求稳态调速性指标 4
312 直流调速系统解决两基问题 5
313 直流双闭环调速系统原理框图 6
314 双闭环直流调速系统动态程分析 7
315 数学模型参数确定 9
4 系统电路结构 11
41 电路拓扑结构确定 11
411 控直流电源选择 11
412 电路原理图 12
42 额定励磁直流电动机数学模型 12
5 电路器件选择参数计算 14
51 电路保护电路设计必性 14
511 电压保护设计 15
512 电流保护设计 16
52 整流变压器晶闸选择计算 16
521 整流变压器计算 17
522 晶闸参数计算 17
523 波电抗器参数计算 18
6 利工程设计方法设计电流转速反馈控制调节器 19
61 设计容 19
62 工程设计基步骤 19
63 设计需基数设计指标 20
631 基数 20
632 设计求指标 21
64 工程设计方法设计电流调节器 22
641 电流调节器设计动态结构框图简化 22
642 电流环时间常数确定 23
643 电流调节器设计 23
644 电流环参数计算 24
645 校验似条件 26
646 电流环性指标 26
65 工程设计方法设计转速调节器 27
651 电流环等效传递函数 27
652 转速调节器动态结构框图简化 27
653 转速调节器设计 28
654 转速调节器参数计算 30
655 转速环性指标检测 32
7 双闭环直流调速系统数字仿真 33
71 基工程设计方法数字仿真 33
72 结果分析 34
8 结 37
致 谢 38
参考文献 39
1 概述
11 直流调速系统概述
直流电动机三十年时间里方面改进特调速控制方面变革十分重意义代表着先进技术晶闸整流技术种全新姿态代已应久整流技术中具代表性直流发电机组说种变化电驱动完成跨时代飞跃着科学技术日益更新调速控制电路已逐步实现高密集化高赖性低成等特点特点直流调速系统性止进步点点应范畴着改变更突破直流调速技术成熟完美系列化标准化难电驱动PWM调速领域取代充分迎合工作设备求通种方法改变直流电机转速称直流调速改变电动机方面性稳速状态必须机械特性入手改变外部电压者结点参数交流调速系统着调速技术电力电子技术发展正断吞噬着直流调速系统领目前体局势直流调速系统根整调速系统流然动调速系统中占领着撼动位国工业部门中冶炼轧钢采矿纺织造纸业等旧直流调速系统占导位直流调速系统仅交流调速系统基础理实践相交流调速更成熟完善直流调速系统仅调速领域着关重位生活密分
12 研究课题目意义
双闭环直流调速相单闭环直流调速抗干扰性方面十分突出中PI调节器直流双闭环调速系统中作十分巨首先够消负载转矩稳态速降扰动系统更加趋稳定达成系统转速稳态静差时利电流截止负反馈限制电枢电流系统产生击假电枢电流动态静态然单闭环直流调速系统电流意控制想解决问题必须调速系统中引入两十分重负反馈：转速电流负反馈双闭环调速系统相直流单闭调速系统抗干扰性特抗电网电压扰动方面质飞跃矛盾存设计调节器时候必须考虑方面稳定性快速性抗干扰性等典动态校正方法时时考虑整系统动态性静态性难权衡程[1]建立实易行设计方法时候显十分必急迫时进行设计设计员理基础实践力缺刚刚进入调速领域轻易掌握中诀窍低阶系统似成系统例电力驱动领域中十分具代表性先进性动控制系统进行设计前事先研究体系图标实际系统利低阶系统校正简化设计程相应简化产生工程设计方法提高
13 国外研究现状
电机控制技术三十年发生史前例变化根原仅仅电力电子技术时动控制技术翻天覆进步20世纪特70年代单片机出众性广泛应制作电机调速系统中重部分—控制器恰恰单片机应电机速度控制系统特性方面提高时微机开始出现出众性频繁完成式样控制系统
80年代中期起伴着数字化控制理念数字化调速装置断世界电气公司研发极高精度优良控制性加拟抗干扰力数字化直流调速装置控制台占领席
14 设计容求
141 设计求
（1） 系统性良静差者静差率
（2） 系统够进行滑级调速工作范围广工作范围电
机稳定持续运行
（3） 调速系统中设置保护电路
（4） 电路采三项全控桥
142 设计容
（1） 设计提供求设计出双闭环直流调速系统系统框图清楚描述出工作原理画出设计时必原理图框图
（2） 确定系统部分参数
（3） 确定电路组成部分包括变流变压器整流器波电抗器保护元件等
（4） 完成驱动电路设计确定组成结构
（5） 通MATLABSIMULINK调速系统进行仿真
2 双闭环直流调速系统设计框图
谓直流电机需通三相直流电机供电够运行种电机类型日常生活中直接三相交流380V电源需交流电整流转变成直流电设计采三相桥式整流电路日常生活中380V交流电变成三相直流电然满足供应直流电机求[1]系统总框架图21：
图21 双闭环直流调速系统总框图
般三相交流三相桥式整流电路中定电路保护措施快速熔断器等根求情况应选择电压电流保护方法器件准确计算器件参数
直流电机双闭环调速系统中电流负反馈转速负反馈系统中灵魂整系统行性间采串级连接稳速精度整系统重部分外环转速负反馈保障电流负反馈环明显环存改善整调速系统动态性时控制转矩限流提供保证系统求必须优秀静态动态性般调节器法实现设计转速电流调节器时候采PI调节器[6]
3 双闭环直流调速系统工作原理数学模型
31 双闭环直流调速系统工作原理
311 转速控制求稳态调速性指标
直流调速系统中调速性求十分苛刻例：快速度缓速度需级调速级调速负载突然变化时调速范围等总说需注意三方面调速系统根控制求意愿进行工作：
（1）调速：容许调速范围级调速级调速底样选择
应
（2）稳速：保证定精度调速系统够需转速稳
运行遭受种种确定扰动干预转速波动会超系统允许波动
（3）加减速：求调速系统够快速加速减速起动制动程
稳
满足定量分析 调速范围静差率定义调速稳速两项求稳态性指标指两指标[1]
Ⅰ 调速范围
电动机达快转速慢转速通常写字母表示
（31）
Ⅱ 静差率
运行速度负载理想负载应转速差理想空载转速值称静差率通常字母表示
（32）
特注意静差率衡量调速系统负载产生变化时稳定度重参数系统机械特性硬度密切关系果机械特性硬静态误差率说该系统稳定性高调速范围静差率分开讨紧密联系起必须两者起分析通常情况电机额定功率转速视高转速假设功率转速降进行分析出结：
（33）
Ⅲ 性指标
性指标指系统输出变化参考信号性指标般三项指标组成：升时间超调量峰值时间调节时间
Ⅳ 抗扰动性指标
调速系统正稳定运行时系统突然受扰动量然系统开始波动波动止境波动量慢慢趋外稳定值时候抗干扰程完成抗干扰性指标两指标组成中动态降落外恢复时间[1]
312 直流调速系统解决两基问题
说明理解系统基指标必须解决存直流调速系统中两基问题：
（1） 系统稳定性精度问题系统放率间求
（2）电枢电流快速启动电流突变间问题
第问题解决简单需单闭环直流调速系统中加入转速负反馈环节时应PI调节器实现转速静差保证系统稳定性
第二问题解决较繁琐通常调速系统中希制动启动时间缩短提高生产效率求起制动时候电流始终保持值样调速系统加速度（减速度）保持值旦系统达稳态转速电流瞬间降电机进入稳态运行状态例图31中电流变化起制动整程：
图31 佳渡程时间
然样起制动方式充分优化时间衍生出十分重问题：快速电流变化电路中难免出现电流击系统中添加电流负反馈样解决问题实际电路结构中存电感电流突变图示理想模型现实情况似完全吻合
313 直流双闭环调速系统原理框图
双闭环直流调速系统原理框图图32示：
图32 双闭环直流调速原理框图
图中代表速度调节器电流调节器传递函数间关系两调节器采PI调节器两者间串行连接电流调节器定电压空产生转速调节器输出电压决定决定晶闸整流器输出电压三间联系密分应该放起考虑
314 双闭环直流调速系统动态程分析
双闭环直流调速系统起动程接理想启动程启动程中速度调节器两种状态：饱非饱起动程分三阶段：电流升阶段恒流升速阶段转速调节阶段图33中起动程绘制波形图改图充分简明阐述起动时状态：
第阶段电流升阶段：突然定电压然升刚开始<电动机开始转动着断增终刻≥时电动机会开始转动电机存惯性作转速会马变快时输入转速调节器ASR电压偏差数值然非常电枢电流持续迅速升直 升会电流调节器受制约样电流升阶段停止阶段中快速进入饱状态般会进入饱状态
图33 起动时转速电流负反馈调速系统相应波形
第二阶段恒流加速阶段：阶段第阶段速度调节器饱作整体系统速度环相开环电流保持变时候电机加速度保持恒定电机转速已线性方式升
第三阶段系统转速调节阶段：系统速度速度调节阶段已定值输入偏差0输出够突变继续维持电动机然加速加速度减已样转速超调输入偏差电压变正转负转速调节器开始退饱调节器作迅速降然＞转速回继续升时转速会达值时刻时—时间＜电机会负载缘降低转速达稳态值第三阶段中起导作调整速度没达饱状态根面三阶段双闭环直流调速系统启动阶段三明显特点发现：
(1) 饱非线性控制
(2) 转速超调
(3) 准时间优原
315 数学模型参数确定
(1) 电枢电路电磁时间常数
电枢回路总电阻
中：视晶闸电阻视波电抗器电阻视电机电枢回路电阻
电枢回路总电感
中：波电抗器电阻电动机电枢电感变压器漏感
总说电磁时间常数样定义：
(2) 电气传动系统机械时间常数
额定磁通电机反电势系数
代入计算取均值
电动机飞轮力矩
(3) 触发放器整理放器放系数
进行分析设计时放系数通常作系统中常数事实情况触发整流电路中种素影响放系数非线性工作范围似线性必须利实验方法根输入输出关系确定放系数然十分确定调速范围工作点特性线致点落附根式
（34）
结合图34：
图34 测定线形图
工作范围放倍数
4 系统电路结构
41 电路拓扑结构确定
411 控直流电源选择
直流调速系统中晶闸控整流电源直流脉宽调制电源优越特性常作系统控直流电源够选应设计两电机系统分晶闸整流器—电机调速系统直流脉宽PWM—电机调速系统[12]
Ⅰ 晶闸整流器—电动机系统
晶闸整流电机系统（V—M系统）示意图图41：
图41 晶闸整流电机转速控制系统原理图
V—M系统中触发装置控制电压调节触发脉相位样整流器电压电流输出改变直流电机进行滑级调速
Ⅱ PWM直流调速电机系统
直流PWM变频电机系统相V—M系统许领域具优势：例电路结构简单低损耗高转速电机通晶闸占空变化改变电机两端电压
根设计求应选择V—M调速系统进行设计
412 电路原理图
设计求需定范围够实现滑级调速方式调节电枢电压三相全控整流出众性广泛选作系统整流电路设计选进行设计电路设计调速系统仅调速范围广实现方面技术求十分理想调速整流电路电路原理图图42：
图42 电路原理图
三相全控整流电路6编号晶闸组成阴极组晶闸VT1VT3VT5明显VT2VT4VT6组成整流电路阳极组周期六晶闸电路必须关断转通路两者间触发脉等额差值相位差60度[1]防止电压击电流电路突然断路必须加入电压电流保护电路
42 额定励磁直流电动机数学模型
图4 3 励直流电动机等效电路
图43额定励磁励直流电动机等效电路电枢回路中存着总电阻总电感般情况假设电路电流连续根图43列出电路动态电压方程：
(41)
保证设计行性理忽略粘性摩擦然弹性转矩时候取写出电机轴动力学方程：
（42）
式中 —电动机负载转矩
—电机飞轮惯量
综合公式通拉普拉斯变换电压电流间传递函数：
（43）
电流电动势间传递函数：
（44）
额定励磁面传递函数进行必整理然出理性分析直流电机动态结构框图：
图44 直流电动机动态结构图
图44够明显直流电机两输入中电机理想空载电压负载电流前者输入控制者 扰动量[1]关扰动点移动前面然等效变换等效结构图图45
图45 直流电机动态结构图等效变换
5 电路器件选择参数计算
51 电路保护电路设计必性
众电力半导体元器件中然种元器件突出优点电路中受超额定电压额定电流击时相般电器元件性显弱十分短时间电压者电流击导致元件修复损坏导致整整流装置障电路中设计保护电路必性显非常突出保护装置完善必少
511 电压保护设计
电压保护根作方保护分两种交流测电压保护二直流侧电压保护
Ⅰ 交流测电压保护
交流测电压保护中压敏电阻种广泛应保护元件压敏电阻非线性特性众周知具备种特点原金属氧化物制成采种压敏电阻原正常工作情况压敏电阻通电流十分微弱忽略计旦电压超电路承受电压时候压敏电阻允许放电电流达千安样电压抑制够承受范围时压敏电阻具低损耗体积高灵敏度等特点设计基三相全控整流电路变压器绕组端△—Y型联结图51示放置变压器交流测压敏电阻保护电路：
图51 交流测压敏电阻保护电路
(1) 压敏电阻标称电压计算公式：
式中：代表压敏电阻额定电压
变压器二次侧线电压效值
（2） 压敏电阻通流容量：
根两式计算压敏电阻参数应选择额定电压440V额定
电流500A
Ⅱ 直流侧电压保护
直流侧电压保护通相方法测量电压保护压敏电阻器
额定电压450V压敏电阻选择
512 电流保护设计
电力电子器件处正常工作状态时会发生电流情况电流保护措施种中常方式三种：
（1） 直流快速熔断器作中容量设备者电路会逆变需保护电路中
（2） 电流继电器够电路发生电流时快速切断电路
（3） 直接串联快速熔断器交流者直流侧注意快速熔断器额定电压额定电流必须正常工作电路参数
设计中采快速熔断器作电流保护元件桥臂串入快速熔断器
快速熔断器额定电流计算：
应取
快速熔断器额定电压计算：
应取
综述：选 20A400V快速熔断器6
52 整流变压器晶闸选择计算
521 整流变压器计算
整流变压器次级电压效值：
（51）
次级线电压：
（52）
次级相电流：
（53）
初级线电压：
（54）
初级相电流：
（55）
变压器初级容量：
（56）
变压器次级容量：
（57）
变压器容量：
（58）
522 晶闸参数计算
SCR额定电流计算：
（59）
SCR额定电压计算：
（510）
式中次级线电压值
（511）
考虑安全裕量关系应电压裕量2倍额定裕量电流裕量15倍额定裕量晶闸参数：
523 波电抗器参数计算
波电抗器种铁心电抗器整流直流电路中常作直流负载利滑直流电源设计波电抗器时电感量着重计算
（1） 限制输出电流脉动界电感量
电动机负载工作时需通入直流分量巧晶闸电流输出波形输出电压波形脉动呈脉动脉动电流实质直流分量交流分量合成交流分量存电动机工作造成十分良影响波电抗器串入解决问题界电感量利式计算：
（512）
（2） 够保证电流连续界电感量：
（513）
（3） 电动机电枢电感量变压器电感：
电动机电感量计算公式：
（5—14）
面式子中计算系数代表直流电动机电压电动机磁极数电动机转速电动机电流设计中取
：
变压器电感量式计算：
（5—15）
中计算系数变压器短路计算
综述选波电抗器参数50mH20A
6 利工程设计方法设计电流转速反馈控制调节器
61 设计容
章中采工程设计方法系统中重两部分电流调节器（）转速调节器（）进行根设计前面章节中已明确指出电流环整系统环转速环系统外环进行设计时开始着手变换部分致处理校正成符合设计典型系统类型根控制象进行确认根系统动态性指标进行参数计算转速环设计电流环采相方法电流环会等效成转速环中环节
62 工程设计基步骤
利工程设计方法设计调节器必须解决方面问题控制系统响应速度稳定程度抗干扰性等简化问题解决系统中矛盾变明显工程设计中重目标简化设计调节器分两步骤完成：
（1） 够系统符合设计求稳定性调节器结构应该首先进行选择时候稳态精度忽略
（2） 确定动态性参数控制器设计够满足求[1]
面两步工作设计中似乱成团种解决问题序分成两步逐击破首先解决动态稳定度稳态精度矛盾第二步第步基础满足性指标样设计工作形中简化设计出系统更加接设计求
应参数时根现成公式等直接计算参数性间关系面章节已阐明样够减设计工作量
63 设计需基数设计指标
631 基数
（1） 直流电动机数
（2） 电枢回路总电阻
（3） 电枢回路总电感
（4）三相全控整流电路参数
（5） 电动机总飞轮惯量
（6） 定调节器两端电压
（7） 调节器回路中输入电阻
（8） 系统时间常数
（9） 反馈滤波时间常数
632 设计求指标
（1） 系统调速范围
（2） 调速系统允许静差率
（3） 电流超调量
（4） 转速超调量
（5） 突加负载时系统允许动态速降
（6） 系统恢复时间
64 工程设计方法设计电流调节器
641 电流调节器设计动态结构框图简化
设计电流环时候设计工作首解决问题反电动势作时电流反馈产生交叉事实情况反电动势转速环输出成正说电流环会受转速环影响产生作实际设计中机电时间常数电磁常数相话前者造成电流变化程度远高转速变化程度换种说法说反电动势变化慢电流突变时候似反电动势成变量改变反电动势电流环设计放考虑范围说忽略反电动势影响出电流环似结构图定滤波反馈滤波移环图61：
图61 电流环动态结构图简化
a） 忽略反电动势b）等价单位负反馈
c）惯性环节似处理
原相作惯性元件
642 电流环时间常数确定
进行设计前必须先确定时间常数根选器件设计求时间常数：
（1） 三相桥式电路均失控时间：
（2） 滤波时间常数：
（3） 电流环惯性时间常数：
643 电流调节器设计
设计前第问题电流环种什样典型系统系统中电枢电流永远处稳定值难免会某段时间超电路允许值时候电流环作体现出超调量突加负载者说系统突然外作时够越越目标基础Ⅰ型系统电流环校正首选择抗电网电压扰动作电流环次作电流环应该性
前面章节中已确定电流调节器选择PI调节器传递函数：
（61）
式中：代表电流调节器例系数
代表电流调节器超前时间常数
根图61电流环开环传递函数容易：
（62）
面 选取控制象中存较时间常数极点利调节器零点消方便电流环够校正成典型Ⅰ型系统式：
（63）
式中画出电流环动态结构图图62：
图62 设计成典型Ⅰ型系统电流环
644 电流环参数计算
（1） 系统时间常数例系数
电流开环增益：
积分时间常数：
综：
电流调速器反馈系数
通面计算求例系数：
（2） 电流调节器电阻电容计算
PI型电流调节器中加入定滤波器反馈滤波器原理图示：
图63 定滤波反馈滤波加入PI型电流调节器
代表加电流调节器两端电压代表电流负反馈电压调节器输出控制电压
根放器电路原理出：
（64）
（65）
（66）
运算放器取
实际工程运中应选择
645 校验似条件
面参数计算电流环截止频率
(1) 校验晶闸整流装置传递函数似条件：
代入面参数：
满足似条件
(2) 校验忽略反电动势变化电流环动态影响条件：
代入面参数：
满足似条件
(3) 校验电流环时间常数似处理条件：
代入面参数：
满足似条件
动态类型系统踪性指标频域指标参数间关系电流环动态指标计算：
646 电流环性指标
升时间：
超调时间：
调节时间：
65 工程设计方法设计转速调节器
651 电流环等效传递函数
前面已设计电流调节器进行转速调节器设计时候电流环等效成转速调节系统中环节传递函数计算求：
（67）
采高阶降次方法式化简：
（68）
（69）
652 转速调节器动态结构框图简化
电流环等效环节取代整速度系统动态结构变成形态：
图64 动态结构图简化
a） 电流环等效环节代b）作似处理
c）校正成典型Ⅱ型系统
电流环样处理图64c
653 转速调节器设计
积分环节必须加负载扰动点前样实现转速静差时扰动点面已存积分环节转速调节器积分环节外面两积分环节必须设计成典型Ⅱ型系统系统动态抗干扰性够满足
控制象时间常数相典型Ⅰ型系统样必参数需两计算方便引入新参数：
（610）
恒值想改变需改变参数决定值果改变截止频率需值发生改变特性移通样参数引入确定相选择参数
选择确定值运振荡指标法中闭环幅频特性峰值准够证明值唯者闭环幅频特性峰值时间存关系：
（611）
（612）
面两式子准佳频出：
（613）
（614）
相应闭环幅频特性峰值：
（615）
值确定值简单计算出定义：
（616）
表值应佳频
表61 值应佳频
3
4
5
6
7
8
9
10
2
167
15
14
133
129
125
122
15
16
167
171
175
178
180
182
20
25
30
35
40
45
50
55
654 转速调节器参数计算
校正成典型Ⅱ型系统PI调节器必须设计传递函数样设定：
（617）
式中代表例系数
代表超前时间常数
该系统开环传递函数：
（618）
中转速环开环增益
（619）
（620）
取
转速滤波时间常数：
转速环时间常数：
系统仅求较高抗干扰性求较性取超前时间常数：
转速环开环增益
例系数
检验似条件
转速环截止频率
(1) 电流环等效传递函数简化条件：
满足简化条件
(2) 速度环时间常数似条件：
满足简化条件
取
实际工程中应取
655 转速环性指标检测
(1) 转速环性指标
时候典型Ⅱ型系统阶跃输入性指标表显然满足设计求实际情况述计算结果转速调节器线性状态超调数值符合状态超调量退饱超调应该重新计算超调量
设计求条件直流电机起动空载开始直增加额定转速
中动态参考价值抗干扰性代表值
查询典型Ⅱ型抗扰性指标表时
根式
值符合设计求
(2) 负载突然加时系统动态速降指标
根求设计前
动态指标设计符合设计求
(3) 恢复时间指标
典型Ⅱ型系统阶抗扰性指标参数关系表
时间
恢复时间满足设计求
7 双闭环直流调速系统数字仿真
71 基工程设计方法数字仿真
第6章中运参数设计出双闭环直流调速系统验证理符合设计求实施性
直流电机：
电动机总飞轮惯量：
回路总电阻：
反馈系数：
进入MATLAB软件运中SIMULINK仿真工具软件规够容易画出双闭环直流调速系统动态结构图仿真曲线
首先图71示仿真结构图系统建立相应数学模型绘制：
图71 双闭环直流调速系统仿真结构图
该仿真结果控制完成进行仿真时候忽略次素非线性环节仿真利进行视线性环节器件参数进行适调整
72 结果分析
SIMULINK中点击start simulation然电机仿真结构图中scope观察仿真波形
(1) 闭环系统中PI调节器输出动态程仿真图
图72调节器输出动态程仿真框图：
图72 PI调节器输出动态程仿真曲线
PI调节器输出两部分组成部分例部分输出曲线成正外部分积分曲线面曲线出仅具良快速响应性具消静差力例积分调节器中设置额外校正装置系统稳定性方面相调节器提高应范围广泛扩
(2) 电流调节器输出电流额定输出电流仿真图
图72 电流调节器输出电流现行电流差值仿真曲线
图反映额定电流现行电流差值控制器需先输入电流开始较差值会起动时短时间升某值达值转速开始增加逐渐减转速达额定转速稳定0时电机起动结束
(3) 双闭环直流电机起动波形图
图74 双闭环直流点击起动波形
图双闭环直流电机起动曲线图图中出电机起动程前面章节分析起动程基致说明设计电机特性已十分接设计求该系统已达预期效果
8 结
设计直流电机双闭环调速系统设计设计前首先测定元器件电器参数时间常数电流环速度环设计方面应典控制设计理应MATLAB软件中SIMULINK设计进行仿真检查设计否满足设计求
速度控制系统仅具踪性抗干扰性等方面表现突出饱度方法实现准时间优控制双闭环直流调速系统中免疫调节速度干扰稳态静差作动保护电流抑制电压波动
然典控制部分已深入学工程设计方面解皮毛通次毕业设计扩展知识面收益颇丰直流调速更稳固认识学术水限制许足方弥补
致 谢
正XX老师悉心指导毕业设计文够利完成学学成果体现XX老师着严谨治学态度渊博学识断毕业文提出新问题解决解决问题课题断深入然严格负责甘老师教育鞭策更鼓励
感谢做设计时帮助学果探讨够发现足处思维扩展学热情帮助感受友谊毕业设计缺力量
帮助利完成毕业设计名字列举帮助永远铭记心希机会表示衷心感谢
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