数目总是有限的，比直流电机每对极下换向片的数目要少得多。因此，除非主电路电感∞，否则晶闸管电动机系统的电流脉动总会带来各种影响，主要有脉动电流产生脉动转矩，对生产机械不利脉动电流斜波电流流入电压电流检测整流触发装置电动机负载速度检测电压放大器整流触发装置电动机负载速度检测直流不可逆双闭环调速系统课程设计河南工程学院第页电源，对电网不利，同时也增加电机的发热。并且晶闸管整流电路的输出电压中除了直流分量外，还含有交流分量。把交流分量引到运算放大器输入端，不仅不起正常的调节作用，反而会产生干扰，严重时会造成放大器局部饱和，从而破坏系统的正常工作。方案二采用双闭环转速电流调节方法，虽然相对成本较高，但保证了系统的可靠性能，保证了对生产工艺的要求的满足，既保证了稳态后速度的稳定，同时也兼顾了启动时启动电流的动态过程。在启动过程的主要阶段，只有电流负反馈，没有转速负反馈，不让电流负反馈发挥主要作用，既能控制转速，实现转速无静差调节，又能控制电流使系统在充分利用电机过载能力的条件下获得最佳过渡过程，很好的满足了生产需求。方案选择在单闭环调速系统中用个调节器综合多种信号，各参数间相互影响，难于进行调节器动态参数的调整，系统的动态性能不够好。系统中采用电流截止负反馈环节来限制启动电流，不能充分利用电动机的过载能力获得最快的动态响应，即最佳过渡过程。为了获得近似理想的过度过程，并克服几个信号综合于个调节器输入端的缺点，最好的方法就是将被调量转速与辅助被调量电流分开加以控制，用两个调节器分别调节转速和电流，构成转速电流双闭环调速系统。所以本文选择方案二作为设计的最终方案。直流不可逆双闭环调速系统课程设计河南工程学院第页系统原理图直流不可逆双闭环调速系统课程设计河南工程学院第页设计要求直流电动机设计双闭环直流晶闸管调速系统，技术要求如下本系统选择直流他励电动机功率，额定电压，额定电流，磁极对数励磁电压，过载倍数。电枢绕组电阻。主电路总电阻。电磁时间常数。机电时间常数。滤波时间常数，。电流给定最大值。速度给定最大值。电流反馈系数。转速反馈系数。设计要求稳态无静差，电流超调量空载起动到额定转速时的转速超调量。单元模块设计根据设计要求，本文所设计的双闭环直流晶闸管调速系统主要包含转速给定电路转速检测电路电流检测电路控制电路触发脉冲输出电路整流及晶闸管保护电路电源等几个部分。转速给定电路设计转速给定电路主要由滑动变阻器构成，调节滑动变阻器即可获得相应大小的给定信号。转速给定电路可以产生幅值可调和极性可变的阶跃给定电压或可平滑调节的给定电压。其电路原理图如图所示。直流不可逆双闭环调速系统课程设计河南工程学院第页图转速给定电路原理图转速检测电路设计转速检测电路的主要作用是将转速信号变换为与转速称正比的电压信号，滤除交流分量，为系统提供满足要求的转速反馈信号。转速检测电路主要由测速发电机组成，将测速发电机与直流电动机同轴连接，测速发电机输出端即可获得与转速成正比的电压信号，经过滤波整流之后即可作为转速反馈信号反馈回系统。其原理图如图所示。图转速检测电路原理图直流不可逆双闭环调速系统课程设计河南工程学院第页电流检测电路设计电流检测电路的主要作用是获得与主电路电流成正比的电流信号，经过滤波整流后，用于控制系统中。该电路主要由电流互感器构成，将电流互感器接于主电路中，在输出端即可获得与主电路电流成正比的电流信号，起到电气隔离的作用。其电路原理图如图所示。图电流检测电路原理图恒频波形发生器恒频波形发生器的作用是产生恒频的振荡源以作为时间比较的基准，它可以是三角波，也可以是锯齿波。波形发生器是种数据信号发生器，在调试硬件时，常常需要加入些信号，以观察电路工作是否正常。用般的信号发生器，不但笨重，而且只发些简单的波形，不能满足需要。例如用户要调试串口通信程序时，就要在计算机上写好段程序，再用线连接计算机和用户实验板，如果不正常，不知道是通讯线有问题还是程序有问题。用的波形发生器功能，就可以定义串口数据。通过逻辑探勾输出，调试起来简单快捷。电路开关电源般都采用脉冲宽度调制技术，其特点是频率高，效率高，功率密度高，可靠性高。然而，由于其开关器件工作在高频通断状态，高频的快速瞬变过程本身就是电磁骚扰源，它产生的信号有很宽直流不可逆双闭环调速系统课程设计河南工程学院第页的频率范围，又有定的幅度。若把这种电源直接用于数字设备，则设备产生的信号会变得更加强烈和复杂。开关电源滤波器的电路设计当开关电源的谐波电平在低频段频率范围表现在电源线上时，称之为传导干扰。要抑制传导干扰相对比较容易，只要使用适当的滤波器，就能将其在电源线上的信号电平抑制在相关标准规定的限值内。要使滤波器对信号有最佳的衰减性能，则滤波器阻抗应与电源阻抗失配，失配越厉害，实现的衰减越理想，得到的插入损耗特性就越好。也就是说，如果噪音源内阻是低阻抗的，则与之对接的滤波器的输入阻抗应该是高阻抗如电感量很大的串联电感如果噪音源内阻是高阻抗的，则滤波器的输入阻抗应该是低阻抗如容量很大的并联电容。辐射的抑制措施输出电压中的纹波，般由电抗元件组成，如在负载电阻两侧并联电容器或在整流电路输出端与负载间串联电感，以及由电容电感组合而成的各种复式滤波电路。控制电路设计本控制系统采用转速电流双闭环结构，其原理图如图所示。图双环调速系统原理图为了获得良好的静动态性能，转速和电流两个调节器般都采用调节器。图中标出了两个调节器的输入输出的实际极性，他们是按照电力电子变换器的控制电压为正电压的情况标出的，并考虑到运算放大器的倒相作用。图为双闭环调速系统的稳态结构图。图为双闭环调速系统的稳态结构图。和的输入输出信号的极性，主要视触发电路对控制电压的要求而定。若触发器要求的输出为正极性，由于调节器般为反向输入，则要求的输入为负极性，所以，要求输入的给定电压为正极性。本文基于这种思想进行和设计。直流不可逆双闭环调速系统课程设计河南工程学院第页图双闭环调速系统稳态结构图图双闭环调速系统动态结构图基本数据直流电动机的额定参数，电枢电阻，电枢绕组电感，电机飞轮矩，电流过载倍数，电枢回路总电阻可取为，系统总飞轮矩。设计要求稳态无静差，电流超调量空载起动到额定转速时的转速超调量。参数计算因为，的整定范围在之间，由公式知当时取得最大值，由此计算得。由有。由有。由有。由有。直流不可逆双闭环调速系统课程设计河南工程学院第页系统设计电流调节器的设计确定时间常数整流装置滞后时间常数三相桥式电路的平均失控时间。电流滤波时间常数三相桥式电路每个波头的时间是，为了基本滤平波头，应有，因此取。电流环小时间常数按小时间常数近似处理，取。选择电流调节器结构根据设计要求，而且因此电流环可按典型Ⅰ型系统设计。电流调节器选用型，其传递函数为选择电流调节器参数超前时间常数。电流环开环增益要求时，应取，因此于是，的比例系数为校验近似条件电流环截止频率晶闸管装置传递函数近似条件直流不可逆双闭环调速系统课程设计河南工程学院第页现在满足近似条件忽略反电动势对电流环影响的条件现在，满足近似条件。小时间常数近似处理条件现在，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，按所用运算放大器取，各电阻和电容值计算如下，取，取，取图电流调节器原理图直流不可逆双闭环调速系统课程设计河南工程学院第页按照上述参数，电流环可以达到的动态指标为，满足设计要求。转速环的设计确定时间常数电流环等效时间常数为。转速滤波时间常数根据所用测速发电机纹波情况，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由于设计要求无静差，转速调节器必须含有积分环节又根据动态要求，应按典型Ⅱ型系统设计转速环。故选用调节器，其传递函数为选择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转速环开环增益于是，的比例系数为校验近似条件转速环截止频率为直流不可逆双闭环调速系统课程设计河南工程学院第页电流环传递函数简化条件现在满足简化条件。时间常数近似处理条件现在满足近似条件。计算调节器电阻和电容转速调节器原理图如图，取，则图转速调节器原理图取取取校核转速超调量当时，直流不可逆双闭环调速系统课程设计河南工程学院第页而因此能满足设计要求。设计完成的控制系统如图所示。图设计完成的双闭环控制系统直流不可逆双闭环调速系统课程设计河南工程学院第页系统调试电流环的动态仿真结构图由于电流环是按照典型型系统来设计的，根据自动控制理论，电流调节器应该是个比例积分调节器。又根据电机参数计算得到电流环系统动态结构仿真图。图电流环的动态仿真结构图直流不可逆双闭环调速系统课程设计河南工程学院第页转速环的动态仿真结构图根据自动控制理论，转速环应该按照典型型系统来设计，其对应的速度调节器也是个比例积分调节器。对转速的动态特性仿真可用简化后的系统结构图进行仿真。图转速环的动态仿真结构图直流不可逆双闭环调速系统课程设计河南工程学院第页电流环和转速环的仿真结果图电流环和转速环的仿真结果由上图可以看出，电流内环的动态响应已经达到设计要求，超调量大约为，调节时间大约为，并且恢复为稳态时的误差为零。转速环