可逆直流调速系统

摘要：根据整流装置的不同，直流可逆调速系统可分为V-M可逆调速系统和PWM 可逆调速系统。讨论了晶闸管直流调速系统可逆运行方案，介绍了有环流控制的可逆V-M系统和无环流控制的可逆V-M系统。除了由晶闸管组成的相控直流电源外，直流电机还可以采用全控器件（IGBT，MOSFET，GTR等）组成的PWM变换器提供直流电源，其特点是开关频率明显高于可控硅，因而由PWM组成的直流调速系统有较高的动态性能和较宽的调速范围。PWM变换器把恒定的直流电源变为大小和极性均可调直流电源，从而可以方便的实现直流电机的平滑调速，以及正反转运行。由全控器件构成的PWM变换器，由于开关特性，因此其电枢的电压和电流都是脉动的，其转速和转矩必然也是脉动的。

关键词：可逆直流调速，PWM变换器，环流。

目录

1.晶闸管直流调速系统可逆运行 (3)

1.1可逆直流调速系统分类 (3)

1.2晶闸管-电动机系统的回馈制动 (5)

2.有环流的可逆调速系统 (8)

2.1可逆系统中的环流 (8)

2.2直流平均环流与配合控制 (8)

2.3瞬时脉动环流及其抑制 (9)

2.4直流可调速系统的制动过程分析 (10)

2.5可控环流可逆调速系统 (12)

3.无环流可逆调速系统 (12)

3.1逻辑控制无环流调速系统 (13)

4.可逆直流脉宽调速系统（PWM可逆系统） (14)

4.1可逆PWM变换器的工作原理 (14)

5.总结 (16)

1.晶闸管直流调速系统可逆运行

有许多生产机械要求电动机既能正转，又能反转，而且常常还需要快速地起动和制动，这就需要电力拖动系统具有四象限运行的特性，也就是说，需要可逆的调速系统。改变电枢电压的极性，或者改变励磁磁通的方向，都能够改变直流电机的旋转方向，这本来是很简单的事。然而当电机采用电力电子装置供电时，由于电力电子器件的单向导电性，问题就变得复杂起来了，需要专用的可逆电力电子装置和自动控制系统。中、小功率的可逆直流调速系统多采用由电力电子功率开关器件组成的桥式可逆PWM 变换器。功率较大的直流调速系统多采用V-M 电源，由于晶闸管的不可控关断特性，其可逆调速系统相对较为复杂。

1.1 可逆直流调速系统分类

在没有外力作用下，要改变直流电机的旋转方向，根据直流电机转矩表达式Te =CMΦIa可知，改变励磁磁通Φ或改变电枢电流Ia均可改变电机转矩方向，从而达到改变转向的目的。与此相应得直流电机可逆调速实现方式有：1、改变电枢电流，通过改变电枢电流的方向，也可改变电磁转矩的方向。2、改变励磁电流，通过改变励磁电流方向，从而改变电磁转矩的方向。

图1-１两组晶闸管装置反并联可逆线路

改变电枢电流可逆线路：电枢反接的可逆线路形式是多种多样的，不同的生产机械可以根据各自的要求去选择。图1.1 是一种最简单的桥式晶闸管可逆线路，该线路中，需要一组晶闸管整流装置，还需要四个晶闸管组成的桥式电路，来实现电机的正、反转。当VT1、VT4 导通，电动机正转；VT2、VT3 导通，电动机反转。

在工程实际中应用比较多的是采用两组晶闸管装置反并联可逆线路来实现电流的反向。由于晶闸管的单向导电性，需要电流反向的可逆运行时经常采用两组晶闸管可控整流装置反并联的线路，如图1-2所示。电机作电动运行时，由正组晶闸管整流装置VF供电；反转时，由反组晶闸管VR供电。正反转运行时，电机分别位于Ⅰ第和第Ⅲ象限。

图1-2 两组晶闸管装置反并联可逆线路

两组晶闸管分别由两套触发装置控制，都能灵活地控制电动机的起、制动和升、降速。但是，不允许让两组晶闸管同时处于整流状态，否则将造成电源短路，因此对控制电路提出了严格的要求。

励磁反接可逆线路：改变励磁电流的方向也能使电动机改变转向。与电枢反接可逆线路一样，可以采用晶闸管开关切换方式，也可采用两组晶闸管反并联供电方式来改变励磁方向。励磁反接可逆线路见图1-3，电动机电枢用一组晶闸管装置供电，励磁绕组由另外的两组晶闸管装置。励磁反接的特点是供电装置功率小，由于励磁功率仅占电动机额定功率的1 % ~5%，因此采用励磁反接方案，所需晶闸管装置的容量小、投资少、效益高。缺点是改变转向时间长，这是由于励磁绕组的电感大，励磁反向的过程较慢，又因电动机不允许在失磁的情况下运行，

因此系统控制相对复杂一些。励磁反接可逆应用在快速性要求不高，不经常正反转运行的大容量可逆调速系统中。

图1-3 励磁反接可逆线路

1.2 晶闸管-电动机系统的回馈制动

在两组晶闸管反并联线路的V-M 系统中，晶闸管装置可以工作在整流或有源逆变状态。在电流连续的条件下，晶闸管装置的平均理想空载输出电压为

在逆变状态中，U d 0为负值。为了方便起见，定义逆变角β= 180°?α，则逆变电压公式为

1、单组晶闸管装置在位能性负载时的有源逆变。单组晶闸管装置供电的V-M 系统在拖动起重机类型的负载时也可能出现整流和有源逆变状态。在图 1-4a

中，当α< 90°时，转速n > 0，平均整流电压为正，且理想空载值，

电压平衡方程为，所以输出整流电流，电磁转矩T提升重物，电能从电网经晶闸管装置V 传送给电机，V 处于整流状态，电动运行于第一象限。

在图1-4b 中，当控制角α> 90°时，整流装置输出电压为负，晶闸管装置本身不能输出电流，电机不能产生转矩提升重物，只有靠重物本身的重量下降，迫使电机反转，感生反向的电动势?E ，图3-4b 中标明了它的极性。而此时转速已经反向，因而该转矩起制动作用，阻止重物使它不要下降得太快。这时电机处于带位能性负载反转制动状态，成为受重物拖动的发电机，将重物的位能转化成电能，通过晶闸管装置V 回馈给电网，V 则工作于逆变状态，V-M 系统运行于第四象限。

(a)正组整流电动运行 (b)反组逆变回馈制动

图1-5 两组晶闸管反并联可逆V-M 系统

单组晶闸管-电机系统拖动位能性负载时，晶闸管组即可以工作在整流状态，也可以工作在逆变状态。该逆变状态对应于电机的第Ⅳ象限运行，必须满足下述两个条件，才能实现逆变。第一其控制角α> 90°，整流装置输出电压为负，即要求电枢电压反向，电流仍然按照原来的方向流动，即不要求电流反向；第二反转转速大于额定转速，以满足要求，维持电流方向不变。

2、两组晶闸管装置反并联逆变。两组晶闸管装置反并联可逆线路的整流和逆变状态原理与此相同，只是出现逆变状态的具体条件不一样。现以正组晶闸管装置整流和反组晶闸管装置逆变为例，说明两组晶闸管装置反并联可逆线路的工作原理。图1-5a 表示正组晶闸管装置VF 给电动机供电，VF 处于整流状态，输出理想空载整流电压的极性如图所示，电机从电路输入能量作电动运行，V-M 系统工作在第一象限，如图1.5a 所示，与图1-4a 的整流状态完全一样。当电动机需要回馈制动时，由于电机反电动势的极性未变，要回馈电能必须产生反

向电流，由于晶闸管的单向导电性，反向电流是不可能通过正组晶闸管VF 流通的。要完成电流反向流动，这时可以利用控制电路切换到反组晶闸管装置VR 如图1-5b 所示，并使它工作在逆变状态，产生图中所示极性的逆变电压，当

时，反向电流便通过 VR 流通，电机输出电能实现回馈制动，V-M 系统工作在第Ⅱ象限。

在可逆调速系统中，正转运行时可利用反组晶闸管实现回馈制动，反转运行时同样可以利用正组晶闸管实现回馈制动，归纳起来，可将可逆线路正反转时晶闸管装置和电机的工作状态列于表1-1中。即使是不可逆的调速系统，只要是需要快速的回馈制动，常常也采用两组反并联的晶闸管装置，由正组提供电动运行所需的整流供电，反组只提供逆变制动。这时，两组晶闸管装置的容量大小可以不同，反组只在短时间内给电动机提供制动电流，并不提供稳态运行的电流，实际采用的容量可以小一些。

表1-1 V-M 系统反并联可逆线路的工作状态(表中各量的极性均以正向电动运行时为“+”)

2. 有环流的可逆调速系统

2.1可逆系统中的环流

两组晶闸管反并联或交叉连接线路解决了直流电动机的频繁换向问题，但是这类线路还存在着是否能保证系统安全工作的环流问题。在如图2-6的反并联线路中，不流过电动机，而在两组晶闸管之间流通的电流c I 即为环流。

Rrec

Rrec

图2－6 反并联可逆线路中的环流

环流分为两大类：

（１）静态环流——当可逆线路在一定的控制角下稳定工作时，所出现的环流叫做静态环流。静态环流又分为：直流平均环流和瞬时脉动环流。 （２）动态环流——稳态运行时并不存在，只有当系统由一种工作状态过度到另一种工作状态时才出现的环流。

环流容易造成短路，损坏晶闸管，使系统不能正常工作。因此，在可逆调速系统中，必须考虑如何抑制或消除环流的影响。

2.2直流平均环流与配合控制

由图2－6的反并联可逆线路可以看出，如果让正组晶闸管VF 和反组晶闸管VR 都处于整流状态，正组整流电压dof u 和反组整流电压dor u 正负相连，将造成电源短路，此短路电流即为直流平均环流。

为了防止产生直流平均环流，最好的解决办法是当正组晶闸管VF 处于整流

状态时，其整流电压dof u =+,这时应该让反组晶闸管VR 处于逆变状态，输出一个逆变电压把它顶住，即让dor u =-，而且幅值与相等。一般说来，只要实行了αβ≥配合控制，就能保证消除直流平均环流。其中 , α和β分别为正组晶闸管VF 和反组晶闸管VR 的控制角。

-U ctm

U ctm

U ct

工作制配合控制的可逆线路 触发装置的移相控制特性

2.3瞬时脉动环流及其抑制

由于两组晶闸管分别处于整流和逆变状态，所以正组晶闸管的瞬时电压dof

u 与反组晶闸管的瞬时电压dor u 不同，存在瞬时电压差do dof do u u u ?=-,从而产生瞬时脉动环流。图2-7画出了三相零式反并联可逆线路当60f r αβ?==（即=120°）时的情况。

图2-7 配合控制的三相零式反并联可逆线路的瞬时脉动环流

为了限制瞬时脉动环流，在环流回路中串入电抗器，该电抗器叫做环流电抗器或均衡电抗器（如图3-7中的1c L 和2c L ）。

环流电抗器并不是在任何时候都能起作用为了限制瞬时脉动环流，在环流回路中串入足够量的电抗器，以保证对瞬时脉动环流的限制。

2.4直流可调速系统的制动过程分析

直流可逆调速系统的正反向切换过程包括正向制动过程和反向起动过程。起动过程与不可逆调速系统相同。下面分析可逆系统的制动过程，以图2-8所示的配合控制为例分如下几个阶段讨论。

本桥逆变阶段：

本桥逆变阶段是指换向时电流d I 由正向负载电流fz I 下降到零，其方向未变，只能通过正组晶闸管桥流通。为了把储存在电抗器磁场中的能量迅速释放，正向电流迅速衰减到零，这时正组桥处于逆变状态。

反桥制动阶段：

当电动机电枢回路中的电流d I 过零时，本桥逆变终止，/d LdI dt 的数值略减，

2/d dof do LdI dt E u u -<=电流开始反向。这时反组仍处于整流状态，在反组整流电压与反电动势E 的共同作用下，反向电流很快增长，电动势承受反向制动。

图2-8 αβ=配合控制的有环流可逆调速系统

制动过程各变量的波形见下图：

U n *

U n

U i

U ct

I d E

n,本桥

2.5可控环流可逆调速系统

为了更充分地利用可控环流可逆调速系统制动和反向过程的平滑性和连续性，最好能有电流波形连续的环流。当主回路电流可能断续时采用αβ

>的控制方法，有意提供一个附加的直流平均环流，使电流连续；一旦主回路负载电流连续了，则设法形成αβ

>的控制方法，遏制环流至零。这样根据实际情况来控制环流的大小和有无，扬环流之长而避其短，成为可控环流的可逆调速系统。其原理图见2－10。

图2－10 可控环流可逆调速系统原理图

3.无环流可逆调速系统

在有环流系统中，不仅系统的过渡特性平滑，而且由于两组晶闸管变流装置同时工作，两组变流装置之间切换时不存在控制死区。因而，除系统过渡特性更加平滑之外，还有快速性能好的优点。但渡特性更加平滑之外，还有快速性能好的优点。但是在有环流系统中、需设置笨重而价格昂贵的环流电抗器，而且环流将造成额外的有功和无功损耗，因此除工艺对过渡特性平滑性要求较高及对过渡过程要求快的系统采用有环流系统之外，一般多采用无环流系统。依据实现无环

转速电流双闭环可逆直流调速系统仿真与设计方案

《运动控制》课程设计题目：转速，电流双闭环可逆直流宽频调速系统设计 系部：自动化系 专业：自动化 班级：自动化1班 学号：11423006 11423025 11423015 姓名：杨力强.丁珊珊.赵楠 指导老师：刘艳 日期：2018年5月26日-2018年6月13日

一、设计目的 应用所学的交、直流调速系统的基本知识与工程设计方法，结合生产实际，确定系统的性能指标与实现方案，进行运动控制系统的初步设计。 应用计算机仿真技术，通过在MA TLAB软件上建立运动控制系统的数学模型，对控制系统进行性能仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响。 在原理设计与仿真研究的基础上，应用PROTEL进行控制系统的印制板的设计，为毕业设计的综合运用奠定坚实的基础。 二、系统设计参数 直流电动机控制系统设计参数：< 直流电动机(3> ） 输出功率为:5.5Kw 电枢额定电压220V 电枢额定电流 30A 额定励磁电流1A 额定励磁电压110V 功率因数0.85 电枢电阻0.2欧姆 电枢回路电感100mH 电机机电时间常数1S 电枢允许过载系数=1.5 额定转速 970rpm 直流电动机控制系统设计参数 环境条件： 电网额定电压:380/220V。电网电压波动:10%。 环境温度:-40~+40摄氏度。环境湿度:10~90%. 控制系统性能指标： 电流超调量小于等于5%。 空载起动到额定转速时的转速超调量小于等于30%。 调速范围D＝20。 静差率小于等于0.03.

1、设计内容和数据资料 某直流电动机拖动的机械装置系统。 主电动机技术数据为： ,，，电枢回路总电阻，机电时间常数 ，电动势转速比，Ks=40，，Ts=0.0017ms，电流反馈系数，转速反馈系数，试对该系统进行初步设计。2、技术指标要求 电动机能够实现可逆运行。要求静态无静差。动态过渡过程时间，电流超调量，空载起动到额定转速时的转速超调量。 三、主电路方案和控制系统确定 主电路选用直流脉宽调速系统，控制系统选用转速、电流双闭环控制方案。主电路采用25JPF40电力二极管不可控整流，逆变器采用带续流二极管的功率开关管IGBT构成H型双极式控制可逆PWM变换器。其中属于脉宽调速系统特有的部分主要是UPM、逻辑延时环节DLD、全控型绝缘栅双极性晶体管驱动器GD和PWM变换器。系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器，构成了电流环和转速环，前者通过电流元件的反馈作用稳定电流，后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消除转速偏差， 从而使系统达到调节电流和转速的目的。该系统起动时，转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节起动电流保持最大值，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流内环跟随转速外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流原理图

转速电流双闭环的数字式可逆直流调速系统的仿真与设计(课程设计完整版)

湖南科技大学 信息与电气工程学院 《课程设计报告》 题目：转速电流双闭环的数字式可逆直流调速系统的仿真与设计 专业：电气工程及其自动化 班级： 姓名： 学号： 指导教师：

任务书 题 目 转速电流双闭环的数字式可逆直流调速系统的仿真与设计 时 间安排 2013年下学期17,18周 目 的： 应用所学的交、直流调速系统的基本知识与工程设计方法，结合生产实际，确定系统的性能指标与实现方案，进行运动控制系统的初步设计。 应用计算机仿真技术，通过在MATLAB 软件上建立运动控制系统的数学模型，对控制系统进行性能仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响。 在原理设计与仿真研究的基础上，应用PROTEL 进行控制系统的印制板的设计，为毕业设计的综合运用奠定坚实的基础。 要 求：电动机能够实现可逆运行。要求静态无静差。动态过渡过程时间s T s 1.0≤，电流超调量%5%≤i σ，空载起动到额定转速时的转速超调量%30%≤n σ。 总体方案实现：主电路选用直流脉宽调速系统，控制系统选用转速、电流双闭环控制方案。主电路采用25JPF40电力二极管不可控整流，逆变器采用带续流二极管的功率开关管IGBT 构成H 型双极式控制可逆PWM 变换器。其中属于脉宽调速系统特有的部分主要是UPM 、逻辑延时环节DLD 、全控型绝缘栅双极性晶体管驱动器GD 和PWM 变换器。系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器，构成了电流环和转速环，前者通过电流元件的反馈作用稳定电流，后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消除转速偏差。 从而使系统达到调节电流和转速的目的。该系统起动时，转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节起动电流保持最大值，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流内环跟随转速外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流。 指导教师评语： 评分等级：（ ） 指导教师签名：

直流电动机可逆调速系统设计 (1)要点

摘要 本次课程设计直流电机可逆调速系统利用的是双闭环调速系统，因其具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在电气传动系统中得到了广泛的应用。直流双闭环调速系统中设置了两个调节器, 即转速调节器(ASR)和电流调节器(ACR), 分别调节转速和电流。本文对直流双闭环调速系统的设计进行了分析，对直流双闭环调速系统的原理进行了一些说明，介绍了其主电路、检测电路的设计，介绍了电流调节器和转速调节器的设计以及系统中一些参数的计算。 关键词：双闭环，可逆调速，参数计算，调速器。

目录 1. 设计概述 (1) 1.1 设计意义及要求 (1) 1.2 方案分析 (1) 1.2.1 可逆调速方案 (1) 1.2.2 控制方案的选择 (2) 2.系统组成及原理 (4) 3.1设计主电路图 (7) 3.2系统主电路设计 (8) 3.3 保护电路设计 (8) 3.3.1 过电压保护设计 (8) 3.3.2 过电流保护设计 (9) 3.4 转速、电流调节器的设计 (9) 3.4.1电流调节器 (10) 3.4.2 转速调节器 (10) 3.5 检测电路设计 (11) 3.5.1 电流检测电路 (11) 3.5.2 转速检测电路 (11) 3.6 触发电路设计 (12) 4. 主要参数计算 (14) 4.1 变压器参数计算 (14) 4.2 电抗器参数计算 (14) 4.3 晶闸管参数 (14) 5设计心得 (15) 6参考文献 (16)

直流电动机可逆调速系统设计 1.设计概述 1.1设计意义及要求 直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内实现平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直流拖动控制系统又是交流拖动控制系统的基础，所以应该首先掌握直流拖动控制系统。本次设计最终的要求是能够是电机工作在电动和制动状态，并且能够对电机进行调速，通过一定的设计，对整个电路的各个器件参数进行一定的计算，由此得到各个器件的性质特性。 1.2 方案分析 1.2.1 可逆调速方案 使电机能够四象限运行的方法有很多，可以改变直流电机电枢两端电压的方向，可以改变直流电机励磁电流的方向等等，即电枢电压反接法和电枢励磁反接法。 电枢励磁反接方法需要的晶闸管功率小，适用于被控电机容量很小的情况，励磁电路中需要串接很大的电感，调速时，电机响应速度较慢，且需要设计很复杂的电路，故在设计中不采用这种方式。 电枢电压反接法可以应用在电机容量很的情况下，且控制电路相对简单，电枢反接反向过程很快，在实际应用中常常采用，本设计中采用该方法。 电枢电压反接电路可以采用两组晶闸管反并联的方式，两组晶闸管分别由不同的驱动电路驱动，可以做到互不干扰。 图1-1 两组晶闸管反并联示意图

h桥可逆直流调速系统课设

燕山大学 课程研究项目报告 项目名称： H桥可逆直流调速系统设计与实验学院（系）：电气工程学院 年级专业： 学号： 学生姓名： 指导教师： 日期： 2014年6月3日

目录 第一章摘要 (1) 第二章前言 (2) 第三章报告研究正文 (3) 3.1 调速控制系统设计 (3) 3.2 电源及操作系统设计 (7) 3.3 双闭环调节器电路设计 (11) 3.4 参数计算与计算机仿真 (12) 3.5 实物制作 (17) 3.6 性能测试 (19) 第四章结论 (20) 参考文献 (21)

本文介绍了基于工程设计对直流调速系统的设计，根据直流调速双闭环控制系统的工作原理，利用MOSFET、二极管等器件设计了一个转速、电流双闭环直流晶闸管调速系统，并利用MATLAB对其进行仿真。该系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器，构成了电流环和转速环，前者通过电流元件的反馈作用稳定电流，后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消除转速偏差，从而使系统达到调节电流和转速的目的。 关键词：双闭环控制系统 MATLAB 电流调节器转速调节器

目前，转速﹑电流双闭环控制直流调速系统是性能很好﹑应用最广泛的直流调速系统。我们知道采用转速负反馈和PI调节器的单闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。但是，如果对系统的动态性能要求较高，例如：要求快速起制动，突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足需要。故需要引入转速﹑电流双闭环控制直流调速系统，本文着重阐明其控制规律﹑性能特点和设计方法，是各种交﹑直流电力拖动自动控制系统的重要基础。首先介绍转速﹑电流双闭环调速系统的组成及其静特性，接着说明该系统的动态数学模型，并从起动和抗扰两个方面分析其性能和转速与电流两个调节器的作用。在实际应用中，电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，一是要具有较高的机电能量转换效率；二是应能根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度。电动机的调速性能如何对提高产品质量、提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。因此，调速技术一直是研究的热点。长期以来，直流电动机由于调速性能优越而掩盖了结构复杂等缺点广泛的应用于工程过程中。直流电动机在额定转速以下运行时，保持励磁电流恒定，可用改变电枢电压的方法实现恒定转矩调速；在额定转速以上运行时，保持电枢电压恒定，可用改变励磁的方法实现恒功率调速。采用转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。在现代化的工业生产中，几乎无处不使用电力拖动装置。轧钢机、电铲、提升机、运输机等各类生产机械都要采用电动机来传动。随着对生产工艺，产品质量的要求不断提高和产量的增长，越来越多的生产机械能实现自动调速。从20世纪60年代以来，现代工业电力拖动系统达到了全新的发展阶段。这种发展是以采用电力电子技术为基础的，在世界各国的工业部门中，直流电力拖动至今仍广泛的应用着。直流拖动的突出优点在于：容易控制，能在很宽的范围内平滑而精确的调速，以及快速响应等。在一定时期以内，直流拖动仍将具有强大的生命力。

直流PWMM可逆调速系统的设计与仿真

基础课程设计（论文） 直流PWM-M可逆调速系统的设计与仿真 专业：电气工程及其自动化 指导教师：刘雨楠 小组成员：陈慧婷（20114073166） 石文强（20114073113） 刘志鹏（20114073134） 张华国（20114073151） 信息技术学院电气工程系 2014年10月20日

摘要 当今，自动化控制系统已经在各行各业得到了广泛的应用和发展，而直流调速控制作为电气传动的主流在现代化生产中起着主要作用。本文主要研究直流调速系统，它主要由三部分组成，包括控制部分、功率部分、直流电动机。长期以来，直流电动机因其具有调节转速比较灵活、方法简单、易于大范围内平滑调速、控制性能好等特点，一直在传动领域占有统治地位。微机技术的快速发展，在控制领域得到广泛应用。本文对基于微机控制的双闭环可逆直流PWM调速系统进行了较深入的研究，从直流调速系统原理出发，逐步建立了双闭环直流PWM调速系统的数学模型，用微机硬件和软件发展的最新成果，探讨一个将微机和电力拖动控制相结合的新的控制方法，研究工作在对控制对象全面回顾的基础上，重点对控制部分展开研究，它包括对实现控制所需要的硬件和软件的探讨，控制策略和控制算法的探讨等内容。在硬件方面充分利用微机外设接口丰富，运算速度快的特点，采取软件和硬件相结合的措施，实现对转速、电流双闭环调速系统的控制。论文分析了系统工作原理和提高调速性能的方法，研究了IGBT模块应用中驱动、吸收、保护控制等关键技术.在微机控制方面，讨论了数字触发、数字测速、数字PWM调制器、双极式H型PWM变换电路、转速与电流控制器的原理,并给出了软、硬件实现方案。 关键词：直流可逆调速数字触发PWM 数字控制器

α_=_β__配合控制的直流可逆调速系统的工作原理

目录 １α= β配合控制的直流可逆调速系统的工作原理 2 α ＝β配合控制的有环流直流可逆调速 系统的仿真模型及参数 3 仿真结果及分析 4 心得体会 5 参考文献

摘要: 针对面向系统传递函数结构图仿真方法的不足,提出了一种基于MＡTＬAB的Ｓｉmulink和 Pｏwer Syｓteｍ工具箱、面向系统电气原理结构图的仿真新方法,实现了转速与电流双闭环α= β 配合控制的直流可逆调速系统的建模与仿真。分别介绍了同步脉冲触发器、移相器控制器和PI调节器的建模，给出了直流可逆调速系统的仿真模型和仿真结果,仿真结果表明了仿真算法可信度较高。 关键词: α= β 配合控制;直流电机；ＭATLAB仿真;移项控制器 Absｔｒaｃt: Aｎoveｌmethod oｆｃonｓｔructioｎ& simｕｌaｔiｏn was put forｗard foｒthe modｅｌoｆα ＝βmoderaｔing cｏntrｏｌDC SR sysｔem ｂasｅｄｏn Ｍaｔｌab Ｓimuｌｉｎk &Power SyｓteｍBlocksｅｔ，ｂeca ｕse ｉt was shｏrtagｅfor fａｃｉng system ｔranｓｆｅｒfuｎｃtion constructiｏn dｒawinｇｔo siｍulaｔe.Thｅmｏdel of sｙｎchronizｅｄ6－pulsｅgenerａtor, ｓhiftｅr and ＰI cｏntｒoｌler weｒe ｉntroduced, ａｎdｔhe simulａtioｎreｓｕlts＆mｏdels ｆor theα= βmｏｄeratｉng conｔ ｒｏl DC SＲｓystem wｅｒe ｐrovideｄ. Ｓiｍｕlaｔion ｒesults show that ｓimulａtion metｈoｄis correｃt ｗiｔｈｈｉgｈｃredｉｂiliｔy. Ｋey woｒｄs:α =β moderating contｒol; DC moｔｏr; MAＴＬＡB sｉmulatiｏn；ｓhiｆter 引言 晶闸管反并联的电枢可逆线路是可逆调速系统的典型线路之一。这种线路有能实现可逆运行、回馈制动等优点，同时正转制动和反转启动完全衔接起来，没有间断或死区，这是有环流调速系统的优点，特别是用于要求快速正反转的中小容量的系统。为保证系统安全，必须增加环流电抗器以消除其中的环流[1－2］。本文采用MATLAＢ的Simulｉｎｋ和PowerS ｙstem工具箱，介绍如何实现α＝β配合控制的直流可逆调速系统的建模与仿真。 α= β配合控制的直流可逆调速系统的建模 控制系统传统的计算机仿真是用传递函数方法来完成的，各环节的传递函数是将实际模型经过一定的简化而得到的，很多重要细节会被忽略［3]。PoｗeｒSystｅm 工具箱提供了利用物理模型仿真的可能，其仿真建模方法与构建实际电路相似,仿真结果非常接近于实际。 1 α ＝β 配合控制的直流可逆调速系统的工作原理 α=β配合控制的有环流直流可逆调速系统的电气原理图如图1所示。图中,主电路由两组三相桥式晶闸管全控型整流器反并联组成,并共用同一路三相电惊。由于采用α= 卢配合控制方式，在两组整流器之间没有直流环流，但还存在脉动环流,为了限制脉动环流的大小,在主电路中串入了四个均衡电抗器Lc1-Ｌc4，用于限制脉动环流。平波电抗器L d 用于减小电动机电枢电流的脉动,减小电枢电流的断续区，改善电动机的机械特性。系统的控制部分采用F 转速和电流的双闭环控制。由于可逆调速电流的反馈信号不仅要反映电枢电流的大小还需要反映电枢电流的方向,因此电流反馈一般用直流电流互感器或霍尔电流检测器，在电枢端取电流信号。为了确保两组整流器的工作状态相反,电流调节器的输出分两路,一路经正组桥触发器GTF 控制正组桥 整流器,另一路经倒相器ＡR 、反组桥触发器GTR 控制反组桥整流器。

H桥可逆直流调速系统设计与实验

CDIO课程项目研究报告 项目名称：H桥可逆直流调速系统设计与实验 姓名； 指导老师： 日期：

摘要 本设计的题目是基于SG3525的双闭环直流电机调速系统的设计。SG3525是电流控制型PWM控制器，所谓电流控制型脉宽调制器是按照接反馈电流来调节脉宽的。在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。由于结构上有电压环和电流环系统，因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高，是目前比较理想的新型控制器。如果对系统的动态性能要求较高，则单闭环系统就难以满足需要。而转速、电流双闭环直流调节系统采用PI调节器可以获得无静差；构成的滞后校正，可以保证稳态精度；虽快速性的限制来换取系统稳定的，但是电路较简单。所以双闭环直流调速是性能很好、应用最广的直流调速系统。本设计选用了转速、电流双闭环调速控制电路，本课题内容重点包括调速控制器的原理，并且根据原理对转速调节器和电流调节器进行了详细地设计。概括了整个电路的动静态性能，最后将整个控制器的电路图设计完成,并且进行仿真。 关键词：双闭环直流可逆调速系统、H桥驱动电路、SG3525信号产生电路、PI调节器、MATLAB仿真

前言 随着交流调速的迅速发展，交流调速技术越趋成熟，但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场，并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。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。但如果对系统的动态性能要求较高，如要求快速起制动、突加负载动态速降时，单闭环系统就难以满足。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程中的电流或转矩。在单闭环系统中，只有电流截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，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。实际工作中，在电机最大电流受限的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流转矩为允许最大值，使电力拖动系统尽可能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，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。实际上，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，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，不要电流负反馈发挥主作用，因此需采用双闭环直流调速系统。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。 项目预期成果： 设计一个双闭环可逆直流无静差调速系统，其稳态性能指标实现要求如下：电流超调量S≤5%调速范围 D=20；其动态性能指标：转速超调量δn=10%；调整时间时间ts=2s；电流超调量δi≤5% 。

H桥可逆直流调速系统设计与实验(1)

燕山大学 CDIO课程项目研究报告 项目名称： H桥可逆直流调速系统设计与实验 学院（系）：电气工程学院 年级专业： 学号： 学生： 指导教师： 日期： 2014年6月3日

目录 前言 (1) 摘要 (2) 第一章调速系统总体方案设计 (3) 1.1 转速、电流双闭环调速系统的组成 (3) 1.2.稳态结构图和静特 (4) 1.2.1各变量的稳态工作点和稳态参数计算 (6) 1.3双闭环脉宽调速系统的动态性能 (7) 1.3.1动态数学模型 (7) 1.3.2起动过程分析 (7) 1.3.3 动态性能和两个调节器的作用 (8) 第二章 H桥可逆直流调速电源及保护系统设计 (11) 第三章调节器的选型及参数设计 (13) 3.1电流环的设计 (13) 3.2速度环的设计 (15) 第四章Matlab/Simulink仿真 (17) 第五章实物制作 (20) 第六章性能测试 (22) 6.1 SG3525性能测试 (22) 6.2 开环系统调试 (23) 总结 (26) 参考文献 (26)

前言 随着交流调速的迅速发展，交流调速技术越趋成熟，以及交流电动机的经济性和易维护性，使交流调速广泛受到用户的欢迎。但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场，并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。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。但如果对系统的动态性能要求较高，如要求快速起制动、突加负载动态速降时，单闭环系统就难以满足。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程中的电流或转矩。在单闭环系统中，只有电流截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，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。实际工作中，在电机最大电流受限的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流转矩为允许最大值，使电力拖动系统尽可能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，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。实际上，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，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，不要电流负反馈发挥主作用，因此需采用双闭环直流调速系统。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。 项目预期成果： 设计一个双闭环可逆直流调速系统，实现电流超调量小于等于5%；转速超调量小于等于5%；过渡过程时间小于等于0.1s的无静差调速系统。 项目分工：参数计算： 仿真： 电路设计： 电路焊接： PPT答辩： 摘要

逻辑无环流直流可逆调速系统设计

； 课程设计任务书 学生姓名：苌城专业班级：自动化0706 指导教师：饶浩彬工作单位：自动化学院 题目: 逻辑无环流直流可逆调速系统设计 初始条件： 1．技术数据： 晶闸管整流装置：R rec=Ω，K s=40。 / 负载电机额定数据：P N=，U N=230V，I N=37A，n N=1450r/min，R a=Ω，I fn=1.14A， GD2= 系统主电路：T m=，T l= 2．技术指标 稳态指标：无静差（静差率s≤2, 调速范围D≥10） 动态指标：电流超调量：≤5%，起动到额定转速时的超调量：≤8%，（按退饱和方式计算） 要求完成的主要任务: ？ 1．技术要求： (1) 该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机可逆运行，具有较宽的调速范围（D≥10），系统在工作范围内能稳定工作 (2) 系统静特性良好，无静差（静差率s≤2） (3) 动态性能指标：转速超调量δn＜8%，电流超调量δi＜5%，动态速降Δn≤10%，调速系统的过渡过程时间（调节时间）t s≤1s (4) 系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续 (5) 调速系统中设置有过电压、过电流等保护，并且有制动措施

2．设计内容： ! (1) 根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构型式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图 (2) 调速系统主电路元部件的确定及其参数计算（包括有变压器、电力电子器件、平波电抗器与保护电路等） (3) 动态设计计算：根据技术要求，对系统进行动态校正，确定ASR调节器与ACR调节器的结构型式及进行参数计算，使调速系统工作稳定，并满足动态性能指标的要求 (4) 绘制逻辑无环流直流可逆调速系统的电气原理总图（要求计算机绘图） (5) 整理设计数据资料，课程设计总结，撰写设计计算说明书 时间安排： 课程设计时间为一周半，共分为三个阶段： （1）： （2）复习有关知识，查阅有关资料，确定设计方案。约占总时间的20% （3）根据技术指标及技术要求，完成设计计算。约占总时间的40% （4）完成设计和文档整理。约占总时间的40% 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日 】

课程设计：直流PWM-M可逆调速系统的设计与仿真

直流PWM-M可逆调速系统的设计与仿真 摘要 当今，自动化控制系统已经在各行各业得到了广泛的应用和发展，而直流调速控制作为电气传动的主流在现代化生产中起着主要作用。本文主要研究直流调速系统，它主要由三部分组成，包括控制部分、功率部分、直流电动机。长期以来，直流电动机因其具有调节转速比较灵活、方法简单、易于大范围内平滑调速、控制性能好等特点，一直在传动领域占有统治地位。 微机技术的快速发展，在控制领域得到广泛应用。本文对基于微机控制的双闭环可逆直流PWM 调速系统进行了较深入的研究，从直流调速系统原理出发，逐步建立了双闭环直流PWM调速系统的数学模型，用微机硬件和软件发展的最新成果，探讨一个将微机和电力拖动控制相结合的新的控制方法，研究工作在对控制对象全面回顾的基础上，重点对控制部分展开研究，它包括对实现控制所需要的硬件和软件的探讨，控制策略和控制算法的探讨等内容。在硬件方面充分利用微机外设接口丰富，运算速度快的特点，采取软件和硬件相结合的措施，实现对转速、电流双闭环调速系统的控制。 论文分析了系统工作原理和提高调速性能的方法，研究了IGBT模块应用中驱动、吸收、保护控制等关键技术.在微机控制方面，讨论了数字触发、数字测速、数字PWM调制器、双极式H型PWM变换电路、转速与电流控制器的原理,并给出了软、硬件实现方案。 关键词：PWM调速、直流电动机、双闭环调速

目录 前言 (1) 第1章直流PWM-M调速系统 (2) 第2章UPE环节的电路波形分析 (4) 第3章电流调节器的设计 (6) 3.1 电流环结构框图的化简 (6) 3.2 电流调节器参数计算 (7) 3.3 参数校验 (8) 3.3.1 检查对电源电压的抗扰性能： (8) 3.3.2 晶闸管整流装置传递函数的近似条件 (9) 3.3.3 忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件 (9) 3.3.4 电流环小时间常数近似处理条件 (9) 3.4 计算调节器电阻和电容 (9) 第4章转速调节器的设计 (11) 4.1 电流环的等效闭环传递函数 (11) 4.2 转速环结构的化简和转速调节器结构的选择 (11) 4.3 转速调节器的参数的计算 (14) 4.4 参数校验 (14) 4.4.1 电流环传递函数化简条件 (15) 4.4.2 转速环小时间常数近似处理条件 (15) 4.5 计算调节器电阻和电容 (15) 4.6 调速范围静差率的计算 (16) 第5章系统仿真 (17) 5.1 仿真软件Simulink介绍 (17) 5.2 Simulink仿真步骤 (17) 5.3 双闭环仿真模型 (17) 5.4 双闭环系统仿真波形图 (18) 结论 (19) 参考文献 (20)

V-M双闭环直流可逆调速系统建模与仿真1

课程设计任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位： 题目: V-M双闭环直流可逆调速系统建模与仿真1 初始条件： 1．技术数据及技术指标： 直流电动机：P N=60KW , U N=220V , I N=308A , n N=1000r/min , 最大允许电流I dbl=1.5I N, 三相全控整流装置：K s=35 , 电枢回路总电阻R=0.18Ω， 电动势系数：C e=0.196V.min/r 系统主电路：T m=0.17s，T l=0.012s 滤波时间常数：T oi=0.0025s , T on=0.015s, 其他参数：U nm*=8V , U im*=8V , U cm=8V σi≤5% , σn≤10% 要求完成的主要任务: 1．技术要求： (1) 该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机可逆运行，具有较宽的调速范围（D≥10），系统在工作范围内能稳定工作 (2) 系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续 2．设计内容： (1) 根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构型式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图 (2) 根据双闭环直流调速系统原理图, 分析转速调节器和电流调节器的作用, (3) 通过对调节器参数设计, 得到转速和电流的仿真波形，并由仿真波形通过MATLAB来进行调节器的参数调节。 (4) 绘制V-M双闭环直流可逆调速系统的电气原理总图（要求计算机绘图） (5) 整理设计数据资料，课程设计总结，撰写设计计算说明书

时间安排： 课程设计时间为一周半，共分为三个阶段： （1）复习有关知识，查阅有关资料，确定设计方案。约占总时间的20% （2）根据技术指标及技术要求，完成设计计算。约占总时间的40% （3）完成设计和文档整理。约占总时间的40% 指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日

双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统

一、摘要： 直流电机由于具有速度控制容易，启、制动性能良好，且在宽范围内平滑调速等特点而在冶金、机械制造、轻工业等工业部门中得到广泛应用。直流时机转速的控制方法可以分为两类，即励磁控制法与电枢电压控制法。本文主要研究直流调速系统，它主要由三部分组成，包括控制部分、功率部分、直流电动机。长期以来，直流电动机因其具有调节转速比较灵活、方法简单等特点，一直在传动领域占有统治地位。 本文对双闭环可逆直流PWM调速系统进行了较深入的研究，从直流调整系统原理出发，逐步建立了闭环直流PWM调整系统的模型。 二、双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计 1.设计分析 双闭环调整系统的传动系统结构图： 直流PWM控制系统是直流脉宽调制式调速控制系统的简称，与晶闸管直流调速系统的区别在于用直流PWM变换器取代了晶闸管变流装置，作为系统的功率驱动器，系统构成原理图如下所示： 直流PWM传动系统结构图 其中属于脉宽调制调速系统主要由调制波发生器GM、脉宽调制器UPM、逻辑延时环节DLD 和电力晶体管基极的驱动器GD和脉宽调制（PWM）变换器组成。最关键的部件为脉宽调制器。模拟式脉宽调制器本质为电压-脉冲变换装置，它是由一个运算放大器和几个输入信号构成电压比较器。去处放大器工作在开环状态，在电流调节器的输出控制信号Uс的控制下，产生一个等幅、宽度受Uс控制的方波脉冲序列，为PWM变频器提供所需的脉冲信号。脉宽调制器按所加输入端调制信号不同，可分为锯齿波脉宽、三角波脉宽调制器。目前就用较多脉宽调制信号由数字方法来产生，如专用集成PWM控制电路及单片微机所构成的脉宽调制器。

双闭环调速系统的结构图 直流双闭环调速系统的结构图如图1所示，转速调节器与电流调节器串极联结，转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制PWM 装置。其中脉宽调制变换器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速，达到设计要求。 双闭环调速系统的结构图 调速系统起动过程的电流和转速波形 如图2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。 (a)带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动过程 (b)理想快速起动过程 图2 调速系统起动过程的电流和转速波形 H 桥式可逆PWM 变换器的工作原理： PWM 控制的示意图如图3所示:可控开关S 以一定的时间间隔重复地接通和断开，当S 接通时，供电电源Us 通过开关S 施加到电动机两端，电源向电机提供能量，电动机储能：当开关S 断开时，中断了供电电源Us 向电动机电流继续流通。 I dL n t I d O I dm I dL n t I d O I dm I dcr n n (a) (b)

数字式PWM可逆直流调速系统

一、设计要求： 1、调速范围D=20，静差率S ≤5%。再整个调速范围内要求转速无极、平滑可调； 2、动态性能指标：电流环超调量 δ≤5%： 空载启动到额定转速时转速超量δ≤10% 直流电动机的参数： 直流电动机 型号（KW ） Z2—32 额定容量（KW ） 2.2 额定电压（V ） 220 额定电流（A ） 12.5 最大电流（A ） 18.75 额定转速（rpm ） 1500 额定励磁（A ） 0.61 GD 2 (kg m 2 ) 0.105 电动机电枢电阻RA （） 1.3 电动机电枢电感la （Mh ） 10 名称 数值 整流侧内阻Rn （Ω） 0.037 整流变压器漏感Lt （mH ） 0.24 电抗器直流电阻Rh （Ω） 0.024 电抗器电感Lh （mh ） 3.2 2.1控制系统的整体设计 直流双闭环调速系统的结构图如图1所示，转速调节器与电流调节器串极联结，转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制PWM 装置。其中脉宽调制变换器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速，达到设计要求。总体方案简化图如图1所示。 ASR ACR U *n + - U U i U * i + - U c TA V M + U d I d UPE L - M

2.2桥式可逆PWM变换器的工作原理 脉宽调制器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定宽度可变的脉冲电压序列，从而平均输出电压的大小，以调节电机转速。桥式可逆PWM 变换器电路如图2所示。这是电动机M两端电压的极性随开关器件驱动电压的极性变化而变化。 图2 桥式可逆PWM变换器电路

可逆直流调速系统

摘要：根据整流装置的不同，直流可逆调速系统可分为V-M可逆调速系统和PWM 可逆调速系统。讨论了晶闸管直流调速系统可逆运行方案，介绍了有环流控制的可逆V-M系统和无环流控制的可逆V-M系统。除了由晶闸管组成的相控直流电源外，直流电机还可以采用全控器件（IGBT，MOSFET，GTR等）组成的PWM变换器提供直流电源，其特点是开关频率明显高于可控硅，因而由PWM组成的直流调速系统有较高的动态性能和较宽的调速范围。PWM变换器把恒定的直流电源变为大小和极性均可调直流电源，从而可以方便的实现直流电机的平滑调速，以及正反转运行。由全控器件构成的PWM变换器，由于开关特性，因此其电枢的电压和电流都是脉动的，其转速和转矩必然也是脉动的。 关键词：可逆直流调速，PWM变换器，环流。

目录 1.晶闸管直流调速系统可逆运行 (3) 1.1可逆直流调速系统分类 (4) 1.2晶闸管-电动机系统的回馈制动 (6) 2.有环流的可逆调速系统 (8)

2.1可逆系统中的环流 (8) 2.2直流平均环流与配合控制 (9) 2.3瞬时脉动环流及其抑制 (10) 2.4直流可调速系统的制动过程分析 (11) 2.5可控环流可逆调速系统 (13) 3.无环流可逆调速系统 (13) 3.1逻辑控制无环流调速系统 (14) 4.可逆直流脉宽调速系统（PWM可逆系统） (15) 4.1可逆PWM变换器的工作原理 (15) 5.总结 (17) 1.晶闸管直流调速系统可逆运行 有许多生产机械要求电动机既能正转，又能反转，而且常常还需要快速地起

动和制动，这就需要电力拖动系统具有四象限运行的特性，也就是说，需要可逆的调速系统。改变电枢电压的极性，或者改变励磁磁通的方向，都能够改变直流电机的旋转方向，这本来是很简单的事。然而当电机采用电力电子装置供电时，由于电力电子器件的单向导电性，问题就变得复杂起来了，需要专用的可逆电力电子装置和自动控制系统。中、小功率的可逆直流调速系统多采用由电力电子功率开关器件组成的桥式可逆PWM 变换器。功率较大的直流调速系统多采用V-M 电源，由于晶闸管的不可控关断特性，其可逆调速系统相对较为复杂。 1.1 可逆直流调速系统分类 在没有外力作用下，要改变直流电机的旋转方向，根据直流电机转矩表达式Te =CMΦIa可知，改变励磁磁通Φ或改变电枢电流Ia均可改变电机转矩方向，从而达到改变转向的目的。与此相应得直流电机可逆调速实现方式有：1、改变电枢电流，通过改变电枢电流的方向，也可改变电磁转矩的方向。2、改变励磁电流，通过改变励磁电流方向，从而改变电磁转矩的方向。 图1-１两组晶闸管装置反并联可逆线路 改变电枢电流可逆线路：电枢反接的可逆线路形式是多种多样的，不同的生产机械可以根据各自的要求去选择。图1.1 是一种最简单的桥式晶闸管可逆线路，该线路中，需要一组晶闸管整流装置，还需要四个晶闸管组成的桥式电路，

双闭环直流可逆调速系统建模与仿真

V-M双闭环直流可逆调速系统建模与仿真 1设计任务与分析 有许多生产机械要求电动机既能正转，又能反转，而且常常还需要快速地起动和制动，这就需要电力拖动系统具有四象限运行的特性，也就是说，需要可逆的调速系统。 本设计是V-M双闭环直流可逆调速系统建模与仿真，主要包括可逆部分和双闭环直流调速部分。可逆部分可以由两组晶闸管可控整流装置反并联实现，通过控制电路和触发电路来实现整流与逆变的转换。而设计要求调速系统能进行平滑的速度调节，具有较宽的调速范围（D≥10），系统在工作范围内能稳定工作，系统静特性良好，动态性能指标要求转 速超调量δ n ＜10%，电流超调量δ i ＜5%，动态速降Δn≤10%，调速系统的过渡过程时间（调 节时间）t s ≤1s ，系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续，这些可以按双闭环直流调速部分的知识设计电流调节器和转速调节器来实现。 转速、电流双闭环直流调速系统是性能很好，应用最广的直流调速系统，采用转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。转速、电流双闭环直流调速系统的控制规律、性能特点和设计方法是各种交、直流电力拖动自动控制系统的重要基础，所以掌握直流双闭环调速系统对于电力拖动控制系统的学习有很重要的作用。 针对本设计的仿真，应用软件MATLAB的Simulink软件包，Simulink是实现动态系统建模，仿真的一个集成环境。它使MATLAB的功能得到进一步扩展。它提供的丰富功能块，可以迅速的创建动态系统模型；实现了可是换建模，用户可以通过简单的鼠标操作建立直观模型进行仿真；实现了多工作环境间文件互用和数据交换。使用MATLAB中的Simulink 任务，根据各个环节的函数模型，建立数学仿真模型，进行系统仿真。 本课程设计就要求结合给定的初始条件来完成直流双闭环调速系统的设计，其中包括绘制该调速系统的原理图，对调节器进行工程设计，选择调节器的参数等。要实现直流双闭环调速系统的设计需先对控制系统的组成及工作原理有一定深入的理解，弄清楚调速系统每个组成部分的作用，弄清楚转速环和电流环的工作原理，合理选择调节器的参数以便进行合理的工程设计并进行仿真。

PWM可逆直流调速系统matlab仿真实习

PWM可逆直流调速系统matlab 仿真实习

《运动控制系统仿真》课程设计 ——PWM直流调速系统的动态建模与仿真 学院：电气与控制工程学院 班级：自动化1104班 姓名：钟传琦 学号：1106050430 日期： 2014年6月27日

一、课程设计的目的及任务 《运动控制系统》是自动化专业的一门主干专业课程，在该课程学习结束后单独安排了1周的控制系统仿真课程设计。其目的是要求学生针对某个电机控制系统功能模块或整个控制系统进行设计与实现，使学生能进一步加深对课堂教学内容的理解，了解典型的电机控制系统基本控制原理和结构，掌握基本的调试方法，提高综合应用知识的能力、分析解决问题的能力和工程实践能力，并初步培养实事求是的工作作风和撰写科研总结报告的能力。 二、课程设计的基本要求 《运动控制系统》被控对象是交、直流电动机，能量转换是由电力电子器件构成的变换器，微机构成控制器。因此控制系统仿真课程设计学生应掌握以下基本内容： （1）交、直流电动机； （2）电力电子变换器； （3）微机控制器； （4）转速、电流等检测电路； （5）输入输出转换电路、调理电路和功放电路等。 三．课程设计的内容及基本要求 1．设计题目 1) 开环直流调速系统的动态建模与仿真 2) 单闭环有静差转速负反馈调速系统的动态建模与仿真 3) 单闭环无静差转速负反馈调速系统的动态建模与仿真 4) 带电流截止转速负反馈的单闭环调速系统的动态建模与仿真 5) 单闭环电压负反馈调速系统的动态建模与仿真 6) 双闭环直流调速系统的动态建模与仿真 α=有环流可逆直流调速系统的动态建模与仿真 7) β 8) 逻辑无环流可逆直流调速系统的动态建模与仿真 9)三相异步电动机数学模型的建立 10) PWM直流调速系统的动态建模与仿真 本文所选题目为：10) PWM直流调速系统的动态建模与仿真。 - 0 -

单闭环可逆直流调速系统

运动控制系统课程设计课题：单闭环可逆直流调速系统 系别：电气与信息工程学院 专业：自动化 姓名： 学号： 成绩： 河南城建学院 2015年12月31日

目录 一、设计目的 (2) 二、设计任务及要求 (2) 三、总体方案设计 (2) 四、硬件电路设计 (3) 4.1.1 直流调速系统稳态性能分析 (3) 4.1.2静态性能指标 (4) 4.1.3 基于稳态性能指标闭环直流调速系统设计 (5) 4.1.4 直流调速系统动态性能分析 (6) 4.1.5基于动态性能指标及系统动态稳定性反馈控制闭环直流调速系统设计 (9) 4.2、控制系统动、静态数学模型的建立 (10) 4.2.1 双极性控制的桥式可逆PWM变换器的工作原理 (10) 4.2.2桥式可逆PWM变换器 (10) 五、计算机仿真 (13) 六、设计总结 (14) 参考文献 (16)

一、设计目的 在电力拖动系统中，调节电压的直流调速系统是应用最为广泛的一种调速方 法，除了利用晶闸管获得可控的直流电源外，还可以利用其他可控的电力电子器 件，采用脉冲调制的方法，直接将恒定的直流电压调制为极性可变、大小可调的 直流电压，用以实现直流电机电枢电压的平滑调节，构成脉宽直流调速系统。 本设计采用了PWM 脉宽调制的方法，完成了带转速负反馈的单闭环直流调 速系统的设计及实验。本设计重点介绍了单闭环可逆直流调速系统的总体结构、 设计原理及参数优化设计方法，提供了通过matlab 仿真进行实验效果预分析和 校正处理，得到较为理想结果后进行实际操作和调试的实验思路。 二、设计任务及要求 本次运动控制课程设计要求自拟控制系统性能指标的要求（调速范围、静差 率、超调量、动态速降、调节时间等）设计系统原理图，完成元器件的选择，选 择调节器并计算调节器参数，并进行仿真或实验验证系统合理性。 为了进行定量的计算，选一组电机参数：功率kw P N 18=，额度电压 v U N 220=，额定电流A I N 94=,额定转速min /1000r n N =， 电枢电阻Ω=15.0a R ，主电路总电阻Ω=45.0R ，40=s k 。最大给定电压V U nm 15*=，整定电流反馈电压 V U im 10=.要求系统调速范围20=D ,静差率%10≤,N dbt I I 5.1=,N dcr I I 1.1=。 三、总体方案设计 为了提高直流系统的动静态性能指标，通常采用单闭环控制系统。对调速系 统的要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速系统指标要求高的采用多闭环 系统。按反馈的方式不同可分为转速反馈、电流反馈、电压反馈等。在单闭环系 统中，转速单闭环运用较多。在本设计中，转速单闭环实验是将反应转速变化的