直流调速系统的设计全解

直流调速系统的设计

摘 要：本设计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，而且详细分析了系统的原理及其静态和动态性能。利用MATLAB对系统进行了各种参数给定下的仿真，之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，通过仿真获得了参数整定的依据。

速度和电流双闭环直流调速系统具有良好的性能，最广泛使用的直流马达，转速，电流双闭环直流调速系统的静态和动态的速度商品的特定质量调节特性。速度和电流双闭环直流调速系统的控制律，性能特点以及交流和直流电源驱动的自动化控制系统的设计方法品种的重要基础。首先，应该有速度和电流双闭环直流调速系统的基本组成部分及其静态特性;然后，在动态模型的系统从一开始免疫的基础上，建立和它的性能和速度的两个方面与目前的两个监管机构的作用，三是工程设计方法的基本调节，古典控制理论，动态校正方法，推导出了设计方法，即计算简单的优点，方便，易于掌握;第四，应用工程解决方案，以两环速度控制两个监管系统的设计，等等。 关键词：直流调速 动态模型 MATLAB

Abstract: This design from the working principle of DC motor with established the mathematical model of the double closed loop DC speed control system, and the system principle and the static and dynamic performance in detail. Using MATLAB to simulate system under various parameters of a given. After according to automatic control theory, the design parameters of double closed loop speed regulation system were analysis and calculation, is obtained through the simulation of the parameter tuning of the basis.

Speed and current double closed loop DC speed control system has good performance and is the most widely used of the DC motor, speed, current double closed loop DC speed control system of static and dynamic speed commodity specific quality regulation characteristics. The control law for the speed and current double closed loop DC speed control system, performance and characteristic of AC and DC power driven automation control system design method of varieties. First of all, it should be a basic part of the speed and current double closed loop DC speed control

system and the static characteristic of; then, in the dynamic model of the system from the start immune based, establishment and its performance and speed of the two aspects and the two And the role of the regulators, and the third is the engineering design method of the basic regulation, the classical control theory, dynamic correction method, deduces the design method, that is, to calculate the advantages of simple, convenient, easy to master; the fourth, application engineering solutions, to two loop speed control of two regulatory system design, and so on.

Keywords: DC speed regulation dynamic model MATLAB

1前言

直流传动具有良好的调速特性和转矩控制性能，在工业生产中应用较早并沿用至今。早期直流传动采用有接点控制，通过开关设备切换直流电动机电枢或磁场回路电阻实现有级调速。1930年以后出现电机放大器控制的旋转交流机组供电给直流电动机（由交流电动机M和直流发电机G构成，简称G—M系统），以后又出现了磁放大器和汞弧整流器供电等，大规模集成电路和计算机控制技术，随着电力电子和电子技术，实现了直流传动的无接点控制。由直流电动机的速度和输入电压的使用特点已通过调整直流电流或汞弧整流器触发阶段获得可变直流电压供电的直流电动机，所以容易实现速度之间的激励原理简单的比例关系。然而，这种方式后来州长可控整流直流电源供应速度控制系统所取代，已不再使用。可控硅1957年后，直流驱动系统的快速性，可靠性和经济性不断提高，在20世纪，作为一个主流高速传输很长一段时间。今天是逐步推广计算机控制的全数字直流调速精度高，速度控制控制系统的使用范围广泛，代表了直流电气传动的发展方向。之所以多年后的直流驱动器，工业生产的发展仍然被广泛使用，关键是一个简单的手段来实现高性能。例如，该系统稳定的速度最高为每万件稳速精度，宽转速1:1万或更多的速比控制系统数万，快速响应系统响应时间缩短到几毫秒或更少。

2 直流调速系统

直流调速系统是人为或自动改变直流电动机达到所需的机械的工作速度。从机械性能角度来看，那个或通过改变外加电压电机的参数等方法来改变电动机的

机械性能，从而改变的力学性能和电机的工作特性是力学性能的交集电机的速度变化的稳定运行。

2.1直流调速系统的调速原理

一个速度的任何设备控制的需要，对生产过程的控制性能有一定要求。例如，精密机床的加工精度要求几十微米到数微米;重型机床进给机构要求的速度，最高和最低差近300倍宽的范围；初轧机轧辊的几千千瓦的电动机容量不有1的时间来完成从现在的进程，扭转。第二；高速纸机造纸速度1000m/min，需要稳定的速度误差小于0.01％。作为一个设计系统的基础上，所有这些要求，可以转化为运动控制系统的静态和动态指标。

直流电动机具有良好的效果，制动性能，适当的速度平稳广泛，电力拖动自动控制系统有调速系统、位置随动系统（伺服系统）、张力控制系统、多电机同步控制系统等多种类型，是一个电气传动自动化与控制系统更普遍的应用。这是在理论上，实践，比较成熟，但也从闭环控制的角度是，它也是外汇管理制度的基础。

从生产机械要求控制的物理量来看，由可控硅所以直流电机（VM）中的直流调速控制系统组成，各种系统往往都是通过控制转速来实现的，因此，调速系统是最基本的电力拖动控制系统。直流电动机的转速和其它参量的关系和用式（3–1）表示：

n?式中 n—电动机转速； U—电枢供电电压；

R—电枢回路总电阻；

I—电枢电流；

Ke—由电机机构决定的电势系数。

在上式中，Ke是常数，电流I是由负载决定的，因此，调节电动机的转速可以有三种方法：

（1）减弱励磁磁通?； （2）改变电枢回路电阻R； （3）调节电枢供电电压U。

在为所需的顺利无级调速控制系统，例如一定范围内，以规范的方式，最好的电枢电压。抵制变革的速度只能达到调整，超过了小范围的弱磁励磁磁通减少，

U?IR （3–1） Ke?即使它可以平稳速度控制，但往往只是与监管方案的速度范围小，在基本速度（额定转速），升速度。因此，直流电机调速自动控制趋于改变主电压。

2.2电流、转速双闭环直流调速系统的理论分析

2.2.1双闭环调速的工作过程和原理

速度调节器的输出作为电流参考电压到电流调节器，然后才等于最大电流上升时间对于一个不断给定的电机电流最大速度值的最大启动。两者之间实行嵌套连接，电机最大电流（堵转电流）可以通过设置调整的变化幅度的输出速度的限制。在电机转速达到给定的速度，速度控制器的输入错误信号减少到接近零，速度调节器和电流调节器饱和退出，闭环发挥调节。电流调节器来修复触发相电压，整流输出直流电压和电机速度校正偏差补偿相应的修改时间。另一个很小的常数，而且还因为功率电机电枢电流调节电流调节器的快速变化波动的时候，一直没有时间在改变电机转速，从而使电流恢复到原来的价值，所以我们的速度更良好稳定的速度运行。

2.2.2双闭环直流调速系统的组成及其静特性

为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在此则以给定值的电流调节器输出信号的转变，在直流电压和电流的快速增加，可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。如图2.1所示。把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，速度由负载引起的波动，速度控制器的输入信号将产生错误随时由速度调节器，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。 一、双闭环直流调速系统的组成