动正反转以及调速精度调速范围静态特性动态相应等方面提出了更高要求，这就要求大量使用调速系统。由于直流电机的调速性能和转矩控制性能好，从世纪年代起，就开始使用直流调速系统。它的发展过程是这样的由最早的旋转变流机组控制发展为放大机磁放大器控制再进步，用静止的晶闸管变流装置和模拟控制器实现直流调速再后来，用可控整流和大功率晶体管组成的控制电路实现数字化的直流调速，使系统快速性可控性经济性不断提高。调速性能的不断提高，使直流调速系统的应用非常广泛。我国直流调速传动装置经历了三个发展阶段第阶段，年至年可控硅直流调速传动装置应用技术的创始阶段。第二阶段，年至年，不少设计研究制造单位吸取了前阶段的经验教训，学习和借鉴国外厂家先进设计经验，表现在三个方面系统设计学习德国西门子公司双环理论及开发系列先进设计方法。元件筛选及选用上注意了半导体元件质量特别是印板工艺进行了改革大板结构控制系统的可靠性大大提高。整机制造技术工艺上的改进。第三阶段，年至年，世界各国的外商向开放的中国市场推销技术先进性能良好的全数字直流调速传动装置，比较典型的是西门子公司系列的直流调速传动装置及公司推出的系列和英国欧陆公司系列。直流调速系统的主要优点在于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中，相当长时期内几乎都采用直流电力拖动系统，目前，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式。未来直流调速将向全数字直流调速控制的趋势发展首先，随着大功率晶闸管的出现调速系统的体积越来越小，造价能更加低廉且更易稳定。其次，突破能适应不同对象的数字控制器，使各单元更易操作。目前提高系统的智能化是迫切的需要，网络化控制与智能化管理使得系统维修成本降低，操作更为简单。选题的目的意义和主要内容选题的目的意义随着交流调速技术的发展，交流调速系统在工业上逐步取代了直流调速系统。直流调速系统经历了很长时间的发展，其系统设计和控制技术都比较成熟，在现代工业中还是有很大的运用。再者，直流调速作为交流调速的理论基础，掌握直流调速系统的设计和基本控制规律还是有必要的。通过设计个具体的直流调速系统，了解直流调速系统的设计过程，学习工程设计中各元件二〇年五月二十八日星期六参数的选择，系统电气参数的测定。了解转速电流双闭环直流调速系统的原理和设计方法。实际系统调试结果和计算机仿真结果比较，分析调节器的参数对系统稳定性的影响。本课题的主要内容本系统使用晶闸管可控整流技术，通过改变三相桥式可控整流器的给定电压来改变触发脉冲的相位，从而改变晶闸管的导通角，通过调压调速来实现直流电动机的调速。本文主要包括以下部分内容直流调速系统的理论研究直流调速系统的设计和元器件参数的计算和选择电流调节器和转速调节器的工程设计和系统的计算机仿真。社会经济效益电气传动系统由电动机控制装置及被拖动的生产机械所组成。电气传动是国民经济中充满活力的基础技术和高新技术，它的发展和进步已成为更经济地使用材料和能源提高劳动生产率的合理手段，成为促进国民经济不断发展的重要因素，成为国家现代化的重要标志。从传动系统来讲，虽然近几年交流电动机调速技术迅猛发展，在许多方面正向直流技术领域扩展，但是直流传动控制系统的些理论仍然是交流传动的基础。对于直流传动系统来说，它也在不断地更新和发展，如完全数字化的控制装置已成功地用于生产。以微机作为控制系统的核心部件，并具有控制检测监视故障诊断处理等多功能电气传动系统正在形成和不断地完善。由于直流电动机具有良好的机械特性，能在大范围内平滑调速启动制动和正反转等目前在传动领域中仍占主要地位。现急需在以下几个方面提高我国直流电气传动装置的水平。提高传动的单机容量。我国现有容量为，国外则早已制成的传动装置。提高电力电子器件的生产水平，增加品种。控制单元水平急需提高。目前国内的传动装置仍有小规模集成运算放大器和组件，触发装置甚至还是分离元件，国外的装置已实现完全数字化，采用位或位单片机，实现数字触发数字调节故障自诊断参数自寻优状态监视保护及自复原等各种功能。应形成标准模块化的结构和些列控制单元，便于工程设计人员选用。二〇年五月二十八日星期六第二章方案论证在当今的电力拖动自动化控制系统中，为了达到工业生产要求，对电力传动装置的速度要求也比较高，也就是要求系统的运转速度能很灵活地改变来达到工业的需求，从而生产出符合要求和性能指标的产品。目前所使用的主要有直流传动和交流传动两种传动方式，虽然现在交流调速技术有了很好的发展，在工业中也有了很好的应用，但直流调速具有很多优良的品质，而且又是交流调速的基础。因此，掌握直流调速方法和控制规律还是必要的。调速方法选择根据直流电动机的稳态转速方程式中转速电枢电压电枢电流电枢回路总电阻励磁磁通由电机结构决定的电动势常数。由上式可以看出，有三种调节电动机转速的方法改变电枢回路电阻减弱励磁磁通调节电枢供电电压。电枢回路串联电阻由串联电路的分压原理，当我们在电枢常数为的小惯性环节。其近似条件为电流环结构图最终可简化成图。选择电流调节器结构根据设计要求，并保证稳态电流无差，可按典型型系统设计电路调节器。电流环控制对象是双惯性型的，因此可用型电流调节器，其传递函数为电流环开环传递函数为因为，所以选择，用调节器零点消去控制对象中大的时间常数点，以便矫正成典型型系统，因此计算电流调节器参数电流调节器超前时间常数。电流开环增益要求，可取。的比例系数检验近似条件电流环截至频率校验晶闸管整流装置传递函数的近似条件二〇年五月二十八日星期六满足近似条件检验忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件满足近似条件检验电流环小时间常数近似处理条件满足近似条件计算调节器电阻和电容电流调节器原理图如图所示，所用运放取图含给定滤波和反馈滤波的型电流调节器转速调节器设计二〇年五月二十八日星期六图用等效环节代替电流环把电流环的等效环节接入转速环后，整个转速控制系统的动态结构框图如图所示。由于需要实现转速无静差，而且在后面已经有个积分环节，因此转速环开环传递函数应共有两个积分环节，所以应该设计成典型Ⅱ型系统，这样的系统同时也能满足动态抗扰性能好的要求。由此可见，也应该采用调节器，其传递函数为图校正为典型Ⅱ型系统确定时间常数电流环等效时间常数为转速滤波时间常数。取。转速环小时间常数。按小时间常数近似处理，取。选择转速调节器结构按照设计要求，选用调节器，其传递函数为则校正后的典型Ⅱ型系统为计算转速调节器参数按跟随和抗扰性能都较好的原则，取，则的超前时间常数为。二〇年五月二十八日星期六转速开环增益为的比例系数为检验近似条件转速环截止频率电流环传递函数简化条件为满足简化条件转速环小时间常数近似处理条件为满足简化条件核算转速超调量当时，，而，因此能满足设计要求计算调节器电阻和电容取，则取取取含给定滤波与反馈滤波的型转速调节器如图所示二〇年五月二十八日星期六图含给定滤波与反馈滤波的型转速调节器工程设计法的计算机仿真根据理论设计结果，构建直流双闭环调速系统的仿真模型，如图所示。在额定转速和空载下，对系统进行仿真得到电动机电枢电流和转速的仿真输出波形，如图。实验结果分别为图和图。图直流双闭环调速系统的仿真模型从图中可知转速超调量为，转速超调量过大，系统相对稳定性弱整个起动过程只需秒，系统的快速性较好。从图实验转速图中知超调量为，超调量较大起动过程需秒，快速性较好二〇年五月二十八日星期六图额定转速空载时转速仿真波形图额定转速时实验波形图调整后的转速仿真波形调整后转速实验波形通过以上仿真分析，与理想的电动机起动特性相比，仿真的结果与理论设计具有差距。为什么会出现上述情况，从理论的设计过程中不难看出，因为在典型系统的最佳设计法时，将些非线性环节简化为线性环节来处理，如滞后环节近似为阶惯性，调节器的限幅输出特性近似为线性环节等。经过大量仿真调试，改变电流和转速环调节器的参数，兼顾电流转速超调量和起动时间性能指标，找出最佳参数为，，。其转速波形如图所示。从图中可知转速环超调量为，超调量符合要求。整个起动过程约为秒，系统的快速性仍较好。从图调整后波形可知中可知转速超调量为，超调量符合要求整个起动过程约为秒，快速性较好从上可知实验结果与仿真结果基本致，符合理论结果。二〇年五月二十八日星期六结论本课题在查找了大量资料的基础上完成。由于直流双闭环调速系统属于多环控制系统。在设计时采用由内向外，环包围环的系统结构。每闭环都设有本环的调节器，构成个完整的闭环系统。在具体设计时，先从内环电流环开始，根据电流控制要求，把电流环校正为典Ⅰ系统，按照调节对象选择调节器及其参数。设计完电流环后，就把电流环等效成个小惯性环节，作为转速环的个组成部分，然后用同样的方法进行转速环的设计。每个环的设计都是把该环校正成典型系统，以便获得预期的性能指标。设计完后再结合双闭环调速系统的基本工作原理确定两个调节器的限幅值。归纳起来主要作了以下几方面的工作简单介绍了直流双闭环调速系统根据直流双闭环调速系统的原理，对其进行工程设计利用直流双闭环调速系统的工程设计方法确定两个调节器的参数，再结合直流双闭环调速系统的基本工作原理确定两个调节器的限幅值。另外，分析表明，利用仿真平台对直流调速系统理论设计与调试使得系统的性能分析过程简单。通过对系统进行仿真，可以准确地了解到理论设计与实际系统之间的偏差，逐步改进系统结构及参数，得到最优调节器参数，使得系统的调试得到简化，缩短了产品的开发设计周期。该仿真方法必将在直流调速系统的设计与调试中得到广泛应用。二〇年五月二十八日星期六参考文献王兆安电力电子技术西安机械工业出版社陈伯时运动控制系统北京机械工业出版社吴麒自动控制原理北京清华大学出版社余祖俊微机检测与控制应用系