电流双闭环调速系统。为获得良好的静动态性能，转速和电流两个调节器般采用调节器，这样就构成了双闭环直流调速系统的电路原理图如图所示。两个调节器输出都带有限幅，的输出限幅决定了电流调节器的给定电压最大值电流调节器输出限幅电压限制了整流器输出最大电压值和最小触发角。系统的静特性与动特性静特性在正常负载情况下，转速调节器不饱和，电流调节器也不饱和。稳态时，依靠调节器的调节作用，它们的输入电压偏差电压都是零，因此，系统具有绝对硬的静特性。当电动机的负载电流上升时，转速调节器的输出也将上升，当上升到定数值时，转速调节器的输出达到限幅值，转速环失去调节作用，呈开环状态，速度的变化对系统不再产生那个影响，此时只剩下电流环起作用。双闭环直流调速系统稳态结构图如图所示动特性双闭环调速系统的动态结构如图所示，由于电流检测信号中常含有交流分量，须加低通滤波，其滤波时间常数按需要选定。滤波环节可以抑制反馈信号中的交流分量，但同时也给反馈信号带来了延滞。为了平衡这延滞作用，在给定信号通道中加入个相同时间常数的惯性环节，称作给定滤波环节。其作用是让给定信号和反馈信号经过同样的延滞，使二者在时间上得到恰当的配合，从而带来设计上的方便。由测速发电机得到的转速反馈电压含有电机的换向纹波，因此也需要滤波，滤波时间常数用表示。根据和电流环样的道理，在转速给定通道中也配上时间常数为的给定滤波环节。系统各环节设计及参数计算电流环的设计确定时间常数电流环小时间常数由于已给,因此电枢回路时间常数。确定电流调节器结构和参数结构选择根据性能指标要求,,抗干扰性能适中,因此电流环按典型型系统设计，调节器选用,其传递函数为参数计算为了将电流环校正成典型型系统，应对消控制对象中的大惯性环节时间常数，即取为了满足的要求，应取因此，有，于是可以求得的比例放大系数为，校验近似条件晶闸管整流装置传递函数近似条件，而显然满足近似条件电流环小时间常数近似处理条件，而，显然也满足近似条件。忽略反电动势对电流环影响的条件由于，所以，因此，。查表典型Ⅰ型系统参数与动态跟随性能指标的关系，设计后电流环可以达到的动态指标为,满足设计要求。表典型Ⅰ型系统参数与动态跟随性能指标的关系参数关系足迹系数上升时间超调量截止频率相角裕量转速环的设计确定时间常数电流环等效时间常数由于电流环按典型Ⅰ型系统设计，且参数选择为，因此电流环等效时间常数为。转速环小时间常数已知转速滤波时间常数为，因此转速环小时间常数。确定转速调节器结构和参数结构选择由于设计要求无静差，因此转速调节器必须含有积分环节，又考虑到动态要求，转速调节器应采用调节器，按典型Ⅱ型系统设计转速环。转速调节器的传递函数为参数计算综合考虑动态抗扰性能和起动动态性能，取中频宽较好，如果按准则确定参数关系，的超前时间常数为，转速开环放大系数为,于是转速调节器的比例放大系数为校验近似条件和性能指标电流环传递函数等效条件，，按准则，可以求得转速换截止频率为而，满足等效条件转速环小时间常数近似处理条件，此时满足近似处理条件。转速超调量为同时，有,,,,,，取中频宽为，当按准则确定参数关系。因此能够满足设计要求。和的传递函数系过流保护器电路如图触发器触发器电路见图所示，采用锯齿波同步触发电路，具有强触发双脉冲和脉冲封锁等环节，可触发的晶闸管。锯齿波同步触发脉冲不受电网电压波动与波形畸变的直接影响，抗干扰能力强，而且移相范围宽，在大中容量中得到了广泛应用。其缺点是整流装置的输出电压与控制电压之间不是线性关系，电路比较复杂。锯齿波同步触发电路由锯齿波形成同步移相与脉冲形成放大两个环节组成。图触发器电路图转速变速器转速变换器电路如图所示，其用于转速反馈的调速系统中，将直流测速发电机的输出电压变换成适用于控制单元并与转速成正比的直流电压作为速度反馈。图转速变换器电路图直流稳压电源直流稳压电源电路如图所示，其由三相交流电经整流和稳压所得，用于双闭环直流调速系统中所有需要直流电源的器件。图直流稳压电源电路图仿真仿真模型的建立进入，单击命令窗口工具栏中的图标，打开模块浏览器窗口。打开模型编辑窗口，选中所需的子模块，拖入模型编辑窗口。双击模块图案，则出现关于该图案的对话框，通过修改对话框内容来设定模块的参数，模块中需要修改的相关参数由前部分中计算所得。完成了对模块参数的调整后就可以根据双闭环直流调速系统的动态结构图对各模块予以连接，完整的仿真模型如图所示。仿真波形电机启动时，仿真的电流曲线转速曲线和电流转速波形分别如图和所示。由图易见，满足转速超调量，电流超调量。由仿真的波形来看，各个环节参数的设计和校正是较为合理的，综上可以认为，双闭环调速系统中主电路电流调节器及转速调节器的设计满足了设计要求。改进方案基于函数的单神经元控制基于反馈控制理论，以控制器为代表的传动系统直是电气传动领域中较为成熟的控制方案。但是传统的控制往往不能适应控制对象的参数变化和非线性特性，从而很难获得满意的控制效果。近年来神经网络在控制领域中的研究有了很大的进展，而单神经元作为神经网络的基本组成单位，具有自学习，自适应的功能，而且其算法简单，易于实现实时控制。现将转速环采用基于函数的单神经元控制器来代替，内环电流环仍采用传统的调节器。基本结构图如图所示。图系统仿真模型图图电流曲线图转速曲线图电流转速曲线图基于函数的单神经元控制的基本结构图神经网络控制是神经网络应用于控制并与传统控制器相结合而产生的种改进型控制方法，是对传统的控制的种改进和优化。结构图如图所示图单神经元控制器结构图图中状态转换器的输入反映被控对象及控制设定的状态。转换器的输出为神经元学习控制所需的状态量，控制信号由神经元通过关联搜索和自学习产生。设定输入为给定值，为输出值，经状态变换器转换后成为神经元学习控制所需的状态量。这里，−−，−−−。由于神经网络控制器不直接用传递函数加以描述，若简单地应用将无法对其进行仿真。神经网络控制器的核心部分的函数为该控制器中的外部参数和初始值均在封装后的控制器参数对话框中给出。建立好封装模型后即可加入响应环节使用。例如，对二阶系统系统的单位阶跃仿真模型及波形分别如图和所示图单神经元自适应控制系统仿真模型图单神经元自适应控制系统仿真波形而采用传统控制的输出波形则如图所示图传统控制系统仿真波形由仿真波形对比可知，采用传统控制系统有定的超调，而采用单神经元自适应控制系统基本无超调，虽然响应时间有点慢，但总体性能优良，而且抗干扰能力和自适应能力加强。根据以上分析，现将转速环采用基于函数的单神经元控制器来代替，内环电流环仍采用传统的调节器。其仿真模型和波形分别如图和所示图单神经元自适应控制直流双闭环系统仿真模型图单神经元自适应控制直流双闭环系统仿真波形由仿真波形图可知应用单神经元网络对直流双闭环调速系统中转速环节器的比例和积分参数进行在线字学习调整。仿真结果表明，用这种控制方法得到的转速调节器参数比传统的工程整定法得到的参数控制性能好的多，有操作简便响应快过渡过程时间短基本无超调等优点。组态监控人机界面设计为了更好地监控整套系统的运作，在硬件电路成型的基础上，我们提出了个基于单片机与组态王通讯的监控系统和人机操作界面。该系统可动态监控整个双闭环系统的主要参数，并绘制参数变化曲线，通过设定报警阈值对系统进行报警。同时，本系统还集成了对电机原始参数的设定或改变，可观察到不同参数条件下双闭环直流调速系统的调速效果。该组态监控人机界面的登陆界面和主控界面分别如图和所示图双闭环直流调速系统登陆界面图双闭环直流调速系统主控界面设计心得本人此次负责电气方面的设计，查阅了各种相关资料和比对了多种类型的相似电路。对于主控电路，在实际应用中已经有了较为成熟的设计，以三相桥式全控整流电路为主，故此次也选择了该方案。对于控制电路，先根据双闭环直流调速系统的基本结构，结合实际应用中对关键电气参数的要求，完善出实用的电气结构，作出结构图，对具有特定功能的部件进行模块化，以方便下步对每模块功能的设计。虽然查阅了很多资料，但由于对双闭环直流调速的设计多停留在理论设计环节，给出的具体实现调节控制的电路较少，完成每个模块控制器件的设计还是具有定难度的。通过寻找成熟的原理电路，结合本系统的具体需要和自己的理解，我选择并修改了查找到的类似功能电路，使得其更适用于本系统。在设计完成后，听取了本组成员的意见，对零速锁存器的功能进行了改进和完善，并用对所有电路图进行了绘制。课程设计是从理论到实践的升华，让我们所学的书本上的知识，能通过实际运用于社会而变得有意义。在这个过程中，我不但体会到了理论和实际的巨大差距，在使用电路设计软件的过程中熟练了操作，深化了对许多功能电路的认识，而且在耐心的学习和实践以及团队合作的努力之下，我和我的队友们战胜了个又个困难，最终取得了成功，圆满完成了本次课程设计任务。通过本次课程设计，我不但巩固了这阶段的理论所学，而且学到了很多直没有接触的知识，更增强了以后克服学术研究道路上的困难的决心，这对我个人的成长来说又是次提高与飞跃。参考文献陈伯时电力拖动自动控制系统运动控制系统第版机械工业出版社，李华德等电力拖动控制系统运动控制系统电子工业出版社，阮毅，陈维钧运动控制系统清华大学出版社，王鉴光电机控制系统机械工业出版社，王兆安，刘进军电力电子技术第版机械工业出版社，张志涌等精通北京航空航天大学出版社，曾军，方厚辉神经网络控制及其仿真现代电子技术张泽旭神经网络控制与仿真哈尔滨工业大学出版社，北京科技大学电机及其运动控制系统课程设计说明书题目双闭环调速系统中主电路电流调节器及转速调节器的设计学院自动化学院专业自动化姓名刘晓乐学号指导教师潘月斗年月日电机及其运动控制系统课程设计说明书题目双闭环调速系统中主电路电流调节器及转速调节器的设计英