第一章总的设计概述
1.1 设计目的
运动控制系统是自动化专业的主干专业课，具有很强的系统性、实践性和工程背景，运动控制系统课程设计的目的在于培养学生综合运用运动控制系统的知识和理论分析个解决运动控制系统设计问题，使学生建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序、规范和方法，提高学生调查研究、查阅文献及正确使用技术资料、标准、手册等工具书的能力，理解分析、制定设计方案的能力，设计计算和绘图能力，实验研究及系统调试能力，编写设计说明书的能力。
1.2 设计内容
（1）根据工艺要求，论证、分析、设计主电路和控制电路方案，绘出该系统的原理图。
（2）设计组成该系统的各单元，分析说明。
（3）选择主电路的主要设备，计算其参数（含整流变压器的容量S，电抗器的电感量L，晶闸管的电流、电压定额，快熔的容量等），并说明保护元件的作用（必须有电流和电压保护）。
（4）设计电流环和转速环（或张力环），确定ASR和ACR（或张力调节器ZL）的结构，并计算其参数。
（5）结合实验，论述该系统设计的正确性。
1.3 课题设计要求
四辊可逆冷轧机的卷宗取机直流调速系统设计
（1）生产工艺和机械性能
四辊可逆冷轧机是供冷轧紫铜及其合金成卷带材之用，为提高其生产效率，冷轧机要往、返轧制其金属材料。直到达到要求的厚度时才停止。因为要求冷轧机左右两边的两台卷取机在从左往右的正向轧制过程中，左边一台卷取机用，其
工作在发电机状态，右边一台卷取机作卷取机用，工作在电动状态。若逆向轧制（从左往右轧制），右边卷取机作开卷机，工作在发电机状态，左边卷取机则作卷取机用，工作在电动状态。
两台卷取机的电动机参数完全一样，机械参数如下： 带卷内径（卷筒直径）：500mm 带卷外径：680~1100mm 带卷最大重量：2000kg 带卷最大张力：2000kg 卷取机传动比：i=1.87
图一
设备结构简图
（2）设计要求
1、两台卷取机控制原理完全一样，仅设计其中一台；
2、技术指标：稳态无静差，电流超调量%
5≤σi
，空载启动至额定转速
时的转速超调量%
10≤σ
n
能实现快速制动。
（3）直流电动机参数：
150n P k w
=、
230n
U V
=、
165n I A
=、
1400m in
n n r =、
0.08a R =Ω
电枢回路电阻0.18R
=Ω
、电流过载倍数 2.5λ=、2
2
121.5.G D
N M
=。
第二章方案设计与比较论证
2.1 调速方案比较论证
根据四辊可逆冷轧机的卷宗取机直流调速系统设计的要求，以及根据其性能特点要求可以研究其如下设计方案。
我们采用晶闸管—电动机调速系统，即V—M系统。V是晶闸管可控整流器，它可以是单相、三相或多相的，半波、全波、半控、全控等类型，通过调节触发装置GT的控制电压来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压Ud，从而实现平滑调速。即采用调压调速的方式，以实现无级基速以下调速。
晶闸管—电动机调速系统是在控制作用时间毫秒级的，完全满足系统动态性要求；而且其技术较成熟，成套设备多，成本较低，设计使用相对容易。
由于晶闸管的单向导电性它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难；晶闸管对过电压、过电流和过高的dv/dt与di/dt 都十分敏感，若超过允许值会在很短的时间内损坏器件；由谐波与无功功率引起电网电压波形畸变，殃及附近的用电设备，造成“电力公害”。而在下面的设计中我们会针对以上的不足加以改进。
此轧机要求既能正转、反转，又能快速制动，所以需采用可逆调速系统；它又带负载，所以需采用无环调速系统。由一组晶闸管装置供电的单闭环和多环调速系统中，电动机都只朝着一个方向旋转的，因此只能获得单象限的运行，而要求电动机既能正转、反转，又能快速制动，需要四象限运行的特性，此时必须采用可逆调速系统。
在有环流系统中，虽然其具有反向快、过度平滑等优点，但设置几个环流电抗器终究是个累赘。因此，对于大容量的系统，从机器生产可靠性出发，常采用既没有直流平均环流又没有瞬间脉动环流的无环流可逆系统。
2.2 具体方案和模块设计及电路设计
2.2.1 主回路设计
此系统是直流调速系统，为了获得较好的直流采用三相整流；由于生产工艺要求电机正反转，考虑到晶闸管的单向导电性，可用正反两组晶闸管反并联可逆控制系统。
其实现方式如下图：
图二主回路设计图
可逆的调速系统能满足电动机既能正转，又能反转，而且常常还需要快速地起动和制动，即需要电力拖动系统具有四象限运行的特性的要求。
2.2.2 控制回路设计
（1）电机控制回路的整体设计
为了满足生产工艺对电流的电流超调量的要求，并且为了实现在允许条件下的最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值Idm的恒流过程。必需采用电流闭环调节环ACR。
为了满足生产工艺对电流的转速超调量和转速无静差的要求。必需采用转速闭环调节环ASR。
因此为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，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。二者之间实行
嵌套（或称串级）联接。
有环流系统中，虽然其具有反向快、过度平滑等优点，但设置几个环流电抗器终究是个累赘。因此，对于大容量的系统，从机器生产可靠性出发，常采用既没有直流平均环流又没有瞬间脉动环流的无环流可逆系统。而本系统的容量较大，工艺过程对系统正反转的平滑过渡特性要求不很，因而采用无环流控制可逆系统。即当一组晶闸管工作时，用逻辑电路（硬件）根据零转矩和零电流逻辑的去封锁另一组晶闸管的触发脉冲，使它完全处于阻断状态，以确保两组晶闸管不同时工作，从根本上切断环流的通路。因此需要增加一个控制正反组工作的逻辑控制单元DLC。
通过分析可以确定控制系统控制回路由以下几个模块组成：给定模块、转速调节器ASR、电流调节器ACR、电流反馈模块，转速反馈模块，逻辑控制单元DLC、零转矩和零电流检测单元DPT、DPZ和一个为避免元件温升和零点漂流的零速封锁单元DZS。
图三控制系统框图
控制系统框图如上图所示。采用一个电流调节器和一个触发模块，并采用逻辑控制单元来协调正反组晶闸管工作。从而达到调压调速的目的。
2.2.3 控制回路单元模块电路设计
（1）给定单元
有上图可知，给定单元由模拟电路组成，包含三级放大器，第一级为高倍放大器，U1都是饱和值，当给定过大时，要求限幅，由二极管控制，U1与Un*极性相同，第二级为积分器，经过RC积分输出电压变为斜坡信号，且为负相，与给定Un*方向相反，积分变化率可以用电位器RP来调节，可以调节RC来控制积分快慢。最后一级为反向器，将U2信号反向，使与Un*一致方向变化，并且Ugi 反馈回第一级输入端，为负反馈，以决定积分终止时刻，当Ugi>= Un*时，负反馈起作用，U1很快减小，积分终止，Ugi与U2保持恒值。
（2）转速调节器
1、转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速 n 很快地跟随给定电压变化，稳态时可减小转速误差，甚至实现转速无静差。
2、对负载变化起抗扰作用。
3、其输出限幅值决定电机允许的最大电流。
4、当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。
考虑到ASR的上述作用和生产工艺要求系统队阶跃信号无静差,将ASR设计成PI调节器，通过有关书籍可知这样可以使系统构成一个二型系统，从而实现转速无静差。
图四为ASR的主体结构图．转速给定电压Un*和转速反馈电压Un经滤波后通过由放大器构成的PI调节器后生成电流给定电压Ui*输出给电流调节器。
图四ASR的主体结构图
其实际的实现电路如下图示：
图五实际实现电路图
U1、U2、C9，U5、U4、C10 构成等效的阻容滤波去除转速给定和转速反馈的纹波。
电阻R14，C8通过放大器构成PI调节器为了避免运放长期工作产生的零点漂移，并联一个大电阻R13形成准PI调节器。
场效应管Q7做开关用，当零封输入信号接高电平时场效应管导通将输出拉至0V，二极管D5避免由于零封信号波动而使Q7意外导通。
D6,D7,R44，R45构成正负限幅电路。以正向限幅为例：当运放的输出端电压经限流电阻U6后，如果电压值小于D6导通电压加R44滑动端对地电压则线性输出否则输出D6导通将输出电压钳位在限幅值。
电容C11用于限制运放输出端电压变化过快。
（3）电流调节器
1、作为内环的调节器，在外环转速的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出量）变化。
2、对电网电压的波动起及时抗扰的作用。
3、在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。
4、当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的。
考虑到ACR的上述作用和生产工艺要求系统主回路电流超调量小,将ACR 设计成PI调节器，通过有关书籍可知这样可以使电流环构成一个Ⅰ型结构。通过一阶最优使其动态性能达到要求。
图六和图七分别为的主体结构图和实际实现图，给定电压Ui*和电流反馈电压Ui经滤波后通过由放大器构成的PI调节器后生成触发电路的控制电压Ua输出给触发电路。
图六ACR主体结构图
ACR主体结构实际电路与转速调节器ASR基本一致，但由于采用一个ACR 控制正反两组晶闸管触发电路所以ACR的输入端分别有正反两组电流给定信号输入。ACR同一时间只能向一组发出控制信号，所以采用正反组电流给定信号交替输入的方式。实现方式是采用三极管构成电子开关用DZS的正反组工作的控制信号Ubir，Ubif分别控制正反组电子开关的导通和关断。从而达到正反组电流给定信号交替输入的目的。
在输出电路方面为了提高带负载能力采用了晶体管放大电路。也减少了负载电流对本环节的冲击。
图七电流调节器实际实现图
（4）触发电路
为提高整机寿命、缩小体积、降低成本，采用TC787单电源工作方式。TC787 具有功耗小、功能强、输入阻抗高、抗干扰性能好、移相范围宽、外接元件少等优点，而且装调简便、使用可靠，只需一个这样的集成电路，就可完成相应的移相功能。
其技术参数如下：
其实际电路如图下示：
图八触发器实际实现电路
三相同步电压器同步信号经滤波后输入到TC787同步端14、15、16端的电容起调节斜率的作用。13脚接电容起调节脉冲宽度的作用。4脚为Uct调节电压输入端。其余引脚起到供电作用并保证出发电路按双脉冲触发方式正常工作。
（5）逻辑控制单元
逻辑控制环节DLC主要是为了保证不出现环流，这是系统中的关键环节。它按照系统的工作状态，指挥系统进行正、反组的自动切换，其输出信号 Ublf用来控制正组触发脉冲的封锁或开放，Ublr用来控制反组触发脉冲的封锁或开放。结构上主要分为逻辑控制和延时控制考虑换组运行的参考依据是转矩极性和电流是否为零所以DLC输入信号是转矩极性和电流是状态。
DLC的逻辑如下：
正向运行：VF整流，开放VF，封锁VR；
反向制动：VF逆变，开放VF，封锁VR；
反向运行：VR整流，开放VR，封锁VF；
正向制动：VR逆变，开放VR，封锁VF。
图九 DLC的实现图
因此，DLC的输出有两种状态：
VF开放—Ublf = 1 VF封锁—Ublf=0
VR开放—Ublr = 1 VR封锁—Ublr=0
R32与C34，R34与C37构成延时环节为以下两个延时提供条件以保证两组
晶闸管装置可靠切换。
t1延时——关断等待时间，以确认电流已经过零，而非因电流脉动引起的误信号；
t2延时——触发等待时间，以确保被关断的晶闸管已恢复阻断能力，防止其重新导通。
（6）零转矩检测单元和零电流检测单元
零转矩检测单元和零电流检测单元结构和实现电路完全相同，实际都是一个回滞比较器。但目的不同，零转矩检测单元是检测转矩正负极性，零电流检测单元检测电流是否为零。所以具体的参数不同，回滞曲线要求不同。
其实现电路图如图十所示：
图十实现电路
图十一回滞曲线
（7）零封锁环节
作用是：当给定信号为0时，电机不动，然而，各调节器的零点漂移将导致电动机的爬行，为确保零位时电动机不会爬行，一定要将调节器锁零，即控制场效应管使调节器的输入和输出间短接。
图十二为零封锁电路的电路图。
图十二零封锁环节的电路图
第三章 系统参数设计与计算
3.1 主电路参数计算
（1）整流变压器的选择
由于整流线路采用三相桥整流，对于这样的可逆系统有：
M N
(1.05~1.1)/ 1.05230/139.43U
v
V
U
φ=?
=?=
又整流电流 0.816165A
I v Iv
D N
A I I
φ
=
=?＝134.64
所以，副方变压器容量为：
33139.43134.64V A
v v S U
I
φ
φ
==??＝56318.57
因为交流变压器二次侧为交流不存在直流磁化的问题，则原边变压器容量为
1
2
56318.57V A S
S
=
=
变压器总容量为
()1
2
/2
56318.57V A
S S
S =
+
=
（2）晶闸管的选择
选择晶闸管元件的正向反向峰值电压： 当电动机额定电压大于220V 时，则
2.34139.43
(2~3)
31223.5V
0.81
U T
v D R M
u
n
U
K U
K φ
?≥=?
?＝取1250V
晶闸管额定电流
IT
m a x
F A V 0.816165 1.8
1.0
2.0 2.0A
0.81
K I d I
p
I n
K ???
=?
?＝（～）＝605.88
（3）晶闸管保护措施
为了限制电压上升率d u
d t
和电流上升率d i
d t
，系统加入了桥臂电抗器，桥
臂电抗器采用空心电抗，为了提高电感量，每个电抗器内安置有铁氧磁棒。
用快速熔断器作为过流保护，桥臂快熔的额定电流为：
(1 1.5) 1.3 1.3*2*3143K P T T d
I I I I A
====
环流快熔的额定电流为：
(1 1.5) 1.3 1.3*165214.5K P N N I I I A
====
所以选择的桥臂快熔的型号为：
3200/500R S A V ， 环流快熔的型号为：
3250/750R S A V
（4）电流互感器的选择
由于交流变压器副方电流为134.64A ，所选LMZ-0.5-1型，额定电流为200A ，做计量保护用。
（5）电枢回路串电感的选择
要求电流连续时电感最小为：
2
d m in L =0.693
U
I 0.693*230/(0.05*165)19.3220m h m h
==≈
平波电抗器的电感量一般按低速轻载时保证电流连续的条件来选择。通常 首先选定最小电流I m in d （以A 为单位），再利用它计算所需的总电感量（以mH 为单位），减去电枢电感，即得平波电抗器的电感值。
（6）其它保护措施
1、交流侧阻容吸收装置为：
22
2
6%()6*5%*(135200142)*367C I V A U
u f
≥==
22
2
2.3*
2.3*142*
3/135200 1.03R U A ≥==Ω
式中 0%
I ——变压器空载激磁电流百分数；
V A ——变压器的每相伏安数；
2
U
——变压器副边相电压；
%
d e
U
——变压器短路电压百分数。
阻容吸收装置为?型接法，则每相电容、电阻为：
367322.3S C C u f
=≥= 33*1.03 3.1S R R =≥=Ω
电容耐压 46
.34636.133732.15.15.1＝??=≥U
U e
co
电阻功率 2
2
(34) 3.4*(2)25.75R C N
P I R fC U
R W
π≥==
所以，
S
C
为24UF/630V ，
S
R 为10Ω/100W 。
2、直流侧阻容吸收装置与交流侧所选差不多，即
24/630
d C u f
V =，
20/200
d R W =Ω
3、晶闸管关断过电压阻容吸收装置，对于200A 可控硅元件可选
0.47/630
k C u f
V =，
10/10k R W
=Ω
4、交流侧和直流侧过电压保护用硒堆，选直流ZXA100D —72/27-2 型，交流为ZXA30D —288/108-0.15型。
交流侧硒堆片数 12k
1.31.513331.3
1818
U e
n U
=
??÷≈（～）＝
直流侧硒堆片数 2k
1.31.5/2301.31718
U n D
U
?÷≈
＝
（～）＝
式中：2e
U
——变压器副边线电压有效值； D
U
——整流电压值；
X
U
——硒堆每片反电压有效值，取18V 。
3.2 控制电路的设计
由设计要求已知：电流超调量为5%
i δ≤，空载起动到额定转速的速度超调
量
10%
n δ≤，稳态无静差。直流电动机参数为：
150n P k w
=、
230n
U V
=、
165n I A
=、
1400m in
n n r =、
0.08a R =Ω
电枢回路电阻
0.18R
=Ω
、电流过载倍数 2.5λ=、2
2
121.5.G D
N M
=
3.2.1 系统静特性分析和计算
静态结构图如图十三，该系统设计为典型的电流速度双闭环系统。
图十三 静态结构图
（1）电流反馈系数为：*m a x 10/(2.5*165)0.04/i
U
I V A β=== （2）速度反馈系数为：
*15/14000.01/(/m in )
n
n U
n V r α===
（3）触发器和可控硅静态放大倍数为 S
K
=30
（4）电动机的电势系数为：
(*)(230165*0.08)14000.1548/(/m in )
e n
n a n C U
I R n V r Φ=-=-=
（5）电枢回路总电阻为：R=0.18Ω 将数据带入等式中
()((1))0.7575/m in
i S d e n K K R I C k r β?=+∑Φ+=
1830.2272591.4043
i N
i K K
K ?-=
取
i
K
=20，则
N
K
=785
取
020R k =Ω
，所以速度调节器中
005n R R R R M =-=Ω
电流调节器中0400i R R R k ==Ω
3.2.2 系统动态结构参数设计
系统动态结构图，忽略反电动势影响，如图十四所示：
图十四 系统动态结构图
图中
()
n W s 为速度调节器的传递函数
()
i W s 为电流调节器的传递函数
S
T 为晶闸管平均失控时间常数，对于三相桥式整流电路，取S
T =0.00167S M T 为电动机机电时间常数 ，取M
T =0.1S
l T 为电动机电磁时间常数，取
0.01/0.30.033l
T L R S
===
e
C
为电动机转矩系数，取
e
C
=0.1263V/（r/min ）
o i
T 为电流反馈滤波时间，取
o i
T =0.002S
o n
T 为速度反馈滤波时间，取
o n
T =0.01S
3.2.3 电流调节器的参数选择
1)(()(1)(()1)(1)
i
i i i i
W
C
S K T s s R C S R R s τ
+==++++
因为要求的5%
i δ≤，所以选KT=0.5
因为
i
R R
，所以可以近似为积分环节：
(()
1)i
i
i i
W
K s s s
τ
τ=+
i
τ
应抵消电流环中的大惯性环节，即
0.033
l T S τ
==
0.001670.0020.00367i
s o i T
T T S
∑=+=+= 0.50.5/0.00367136.24
i I
I
T
K I K
K
∑==?==
又(2)
0.033*0.3/(2*30*0.02*0.00367) 2.25
i
l S
i K
T T R
K
β∑===
取
020R k =Ω
，所以有，045i i R R K k ==Ω
/0.033/450000.7i
i i C
R f
τμ===
对于滤波环节020R k =Ω
，
04/4*0.02/200000.4o i o i T C R f
μ===
电流环这样设计
4.3%5%
i δ=<，满足系统要求。
3.2.4 速度调节器的参数选择
有上面设计得电流环闭环传递函数为
0()1(21)
i
i
W
s T s ∑=+
由于系统要求无静差，且超调小，所以将速度调节器设计成典型Ⅱ型系统，
2
()((1))((1))
n
A S R
n n W
s K s s T s τ∑=++
其中
()
N
n n e M K
K C T ταββ= 为开环增益
电流环等效时间常数为 2i
T ∑
=2*0.00367=0.0074S
转速滤波时间
o n
T =0.01S
转速环小时间常数
20.0174n
o n T
T
T S
∑
∑
=+=
按跟随性能和抗扰动性能的要求，取h=5,
ASR 超调时间常数为 n
n
T
h τ∑==5*0.0174=0.087S
转速开环增益为
2
2
(1)26/(2*25*0.0174)396.4(1)
N
n
K
h h T s ∑
=+==
ASR 开环比例系数为
(1)(2)6*0.02*0.1263*0.1/(2*5*0.01*0.3*0.0174) 2.9
n
n
e M K T h C T h R βα∑
=+== 计算调节器的电阻电容值：
020R k =Ω
0 2.9*2058n n R K R k ===Ω
/0.087/58000 1.5n
n n C
R f
τμ=== 04/4*0.01/200002o n o n T C R f
μ===
效验近似条件：
转速截止环频率为：
1
1369.4*0.087
34.5
c n
N
n n K
K s ωτω-====
电流环传函简化条件：
1/51/(5*0.00367)54.11i
c n
T ω
∑==>
满足条件。
小时间常数近似处理条件：
1/1/(3*
38.75cn
ω
==>
满足条件。
3.2.5 外限副电路
电流调节器与速度调节器均还有积分单元，必须用外限副电路来限制不使输出电压过大，而带来冲击。所以一般带有积分作用的运放一定要加外限副电路，来保证运放的线形特性，保护系统各部分不受损害。在双闭环系统中，转速调节器ASR 输出限副电压决定电流调节器的给定最大值，也决定了电机加减速度及最大起动电流。电流调节器ACR 的输出限副值电压限制了晶闸管整流器的最大输出值，即最小整流出发角。
3.3 主电路保护器件选择
电路中主要的保护器件是快速熔断器FU ，压敏电阻过电压抑制器RV ，阀器件换相过电压抑制用RC 电路，直流侧RC 抑制电路，阀侧浪涌过电压抑制用RC
电路等。数学模型和动态性能分析：
图十五 数学模型
根据技术指标是：
%
10%,5≤≤n i δδ空载启动时转速超调量电流超调量
，所
以由以上参数和技术指标要求为依据可以设计ACR 控制器以及ASR 控制器。
图十六 实际设计的控制器
四辊可逆冷轧机传动电控系统设计设计
摘要 轧制是各种变形手段中效率高、产量大、成本低、成型精确的加工方式。而轧机是实现金属轧制过程的设备，泛指完成轧材生产全过程的装备，包括有主要设备﹑辅助设备﹑起重运输设备和附属设备等。从炼钢厂出来的钢坯还仅仅是半成品，必须到轧钢厂去进行热轧与冷轧后，才能成为合格的产品。 论文通过吸收和借鉴校内实训中心的四辊可逆冷轧机的先进设计理念，提出了四辊可逆冷轧机的电控系统设计方案，并总结出了电气调试方案。完成了整个轧机电控系统的硬件方案设计以及相关器件的选型工作。在硬件设计中，提出了PLC+变频器+电机等的闭环控制系统，从而达到变频器控制电机转速的目的。 关键词：轧机电控系统四辊闭环
ABSTRACT Means all kinds of deformation in rolling, high efficiency, large output, low cost, precision molding processing methods. The mill is the equipment of metal rolling process, rolled the whole production process refers to the completion of equipment, including major Equipment, Auxiliary Equipment, lifting and other transport equipment and ancillary equipment. Out from the steel mill is just the semi-finished billets to be to go for hot and cold rolling mills, the products can become qualified. Articles by absorb and learn the four-campus training center roller cold rolling mill of the advanced design concept, put forward a four-high reversing cold rolling mill electrical control system design. Completion of the entire rolling mill electrical control system hardware design and selection of work-related devices. In the hardware design is proposed such as PLC + inverter + motor closed-loop control system, so as to achieve the purpose inverter control motor speed. Keywords:Rolling mill；Electronic Control System；Four roller；Closed loop
《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
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：
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
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
650全液压四辊可逆轧机技术协议1 设备主要工艺参数 1.1 原料：经酸洗后的热轧卷板、热轧中宽带钢 材质：优质碳素钢、低合金钢 厚度：δ≤4.5 mm 最大强度极限：бb=610 N/mm2 最大屈服极限：бs=360 N/ mm2 宽度：≤650 mm 卷径：Φ508/Φ900～Φ1650 mm 最大卷重：8 T 1.2 成品 成品厚度：≥0.2 mm 带钢宽度：≤520 mm 卷径：Φ508/Φ900～Φ1650 mm 最大卷重：8T 成品厚度公差：0.01～0.02 mm（去掉头尾各8米） 1.3 主要技术参数： 最大轧制力：5000 KN 最大轧制力矩：35 KN . M 最大轧制速度：8 m/s 穿带速度：0.3 m/s 开卷最高速度：3.3 m/s 卷取最高速度：8.2 m/s 卷取张力：0～60 KN 工作辊规格：Φ220/Φ190×650 mm 支撑辊规格：Φ650/Φ680×600 mm 开卷机卷筒直径：Φ480～Φ520 mm 卷取机卷筒直径：Φ488～Φ508 mm
轧制线标高：+1000 mm 最大弯辊力：400 KN 冷却液类型：乳化液 工艺润滑系统流量：1000 L/min 稀油润滑系统流量：250 L/min 稀油润滑系统压力：0.4 Mpa 稀油润滑系统介质：中负荷No20 机组进料方向： 液压系统压力：压下、弯辊液压系统：3～25Mpa 一般液压系统：0～10Mpa 设备总重量：约140 T 传动方式：工作辊传动 年产量： 传动电机： 主机电机Z560-2A 440V 600KW n=600～1400rpm 1台 卷取电机Z4-355-11 440V 180KW n=500～1500rpm 2台 开卷电机Z4-250-41 440V 75 KW n=500～1500rpm 1台 2 设备组成 2.1 机械设备 2.1.1 开卷机1台 悬臂机构，由传动装置和卷筒组成，传动装置为二级减速箱，卷筒为四棱锥结构，主要参数为： 卷筒工作直径：Φ500 mm 卷筒涨缩范围：Φ452～Φ544 mm 开卷速度：≤3.3 m/s 开卷张力：4～30 KN 对中移动范围：±50 mm 对中横移缸：缸径Φ125 mm，
附录2 文献综述 一、课题的国内外现状 HC 轧机全名为HITACHI HIGH CROWNCONT ROLMILL，即日立中心高性能轧辊凸度控制轧机。该机型是日立公司于1972 年研究开发的轧机，两年后正式投入工业化应用。它具有普通四辊冷轧机不能达到的性能和优点，首先在日本得到推广使用，继而受到全世界的瞩目，广泛用于热轧和冷轧生产中的单机可逆轧机、连轧机和平整机。其主要结构特点是:在支撑辊和工作辊之间加入一对能够沿着轧辊轴向相对移动的中间辊，通过中间辊的相对移动来改变轧制压力在带钢方向上的分布，加上工作辊的正负弯辊作用，对改善带钢板形起到了明显的效果。 在国外，除日本各大钢铁公司普遍采用HC轧机机型外，美国、德国、加拿大、瑞典、巴西、墨西哥、韩国等国家均从日本引进了该轧机。 在国内，武汉钢铁公司为生产镀锡板基板，1987年首先引进1250HC六辊轧机，之后上海宝钢、辽宁鞍钢等国内各大钢铁公司先后引进了这种轧机机型。在引进设备的同时，国内相关单位也开始跟踪并开发国产的HC六辊轧机。国产大型六辊轧机已成功地用于工业生产，而且主要的技术水平和功能已达到国外同类设备水平。但是，六辊轧机种工作辊弯辊、中间辊横移、中间辊弯辊三种方式与带材板型的检测、控制相结合，实施有效的闭环控制，目前国内虽然在这方面也取得了不少成绩，但在精确度和稳定性方面仍然需要花大力气研究。 二、现有的主要研究成果 随着科学技术的不断进步，日本最近几年又在HC轧机的结构上进行了改进，推出了一些新型的HC轧机。例如，HCMW 轧机是综合HC轧机和HCM轧机的优点，其特点是中间辊和工作辊都能轴向移动。 在国内，HC轧机方面的研究也取得了很多可喜的成绩：降低轧辊表面缺陷的措施，预防轧辊剥落的措施，预防轧辊断裂的措施。近几年来，随着控制理论的发展，人们不断把一些新型控制方法引入板形自动控制系统中，以弥补PID控制中很难满足高精度控制要求的不足，比如基于动态负荷分配的板形控制方法。在日本，成品机架或成品道次采用软刚度的方法
毕业设计（论文）任务书
摘要 ???小型四辊冷轧机，其特点是工作稳定、操作简单、轧制本轧机为190/500450 板形好。本设计主要是针对此轧机的轧辊系统，考虑到产品的稳定性、结构布局、使用寿命，进行轧辊的尺寸计算、刚强度校核、弯曲变形校核、轧辊轴承的选择和使用寿命校核。同时采用了工作辊传动，这种形式对轧制过程比较有利。 设计中运用斯通公式计算轧制力，由于轴承座的固定性，轴承座要承受偏负荷，轴承磨损严重不但减小使用寿命而且影响轧辊的外形进而对轧制板形产生极大的影响，轧制力大时影响更明显。因此轧辊的尺寸设计、材料选择很重要而且必须对轧辊和轴承进行必要的校核。 关键词：四辊冷轧机、轧辊、轧辊轴承、轧制力
Abstract ???small four-high cold rolling mill, characterized by The mill is 190/500450 stability、simple in operation and good shape by rolling. This design main for the mill’s roller system, take the mill’s stability、configuration and the service life, it’s necessary to checkout the intensity、barely and distortion by bending of the rollers and the service life of the bearing besides calculate the sizes of the rollers and choosing the bearings. At the same time, drive work roll is the main drive mode for this mill, which form is more favorable for the rolling process. It’s well-off during the design. In the design I have found that due to the fixity of the bearing chock, the biased load will appear in the bearing chock, and the bearings will fray badly, which leads to the short service life of the bearings and influences the rollers’ shape , and then influence of the sizes of the rolling steels, the infection will be strictness under the heavy roll force. Therefore, it’s important to design the rollers’ size and choose of the material, it is must to checkout the rollers and the bearings. Keywords：4-high cold rolling mill、roller、roller bearing、roll force
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% 。
第一章总的设计概述 1.1 设计目的 运动控制系统是自动化专业的主干专业课，具有很强的系统性、实践性和工程背景，运动控制系统课程设计的目的在于培养学生综合运用运动控制系统的知识和理论分析个解决运动控制系统设计问题，使学生建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序、规范和方法，提高学生调查研究、查阅文献及正确使用技术资料、标准、手册等工具书的能力，理解分析、制定设计方案的能力，设计计算和绘图能力，实验研究及系统调试能力，编写设计说明书的能力。 1.2 设计内容 （1）根据工艺要求，论证、分析、设计主电路和控制电路方案，绘出该系统的原理图。 （2）设计组成该系统的各单元，分析说明。 （3）选择主电路的主要设备，计算其参数（含整流变压器的容量S，电抗器的电感量L，晶闸管的电流、电压定额，快熔的容量等），并说明保护元件的作用（必须有电流和电压保护）。 （4）设计电流环和转速环（或张力环），确定ASR和ACR（或张力调节器ZL）的结构，并计算其参数。 （5）结合实验，论述该系统设计的正确性。 1.3 课题设计要求 四辊可逆冷轧机的卷宗取机直流调速系统设计 （1）生产工艺和机械性能 四辊可逆冷轧机是供冷轧紫铜及其合金成卷带材之用，为提高其生产效率，冷轧机要往、返轧制其金属材料。直到达到要求的厚度时才停止。因为要求冷轧机左右两边的两台卷取机在从左往右的正向轧制过程中，左边一台卷取机用，其
工作在发电机状态，右边一台卷取机作卷取机用，工作在电动状态。若逆向轧制（从左往右轧制），右边卷取机作开卷机，工作在发电机状态，左边卷取机则作卷取机用，工作在电动状态。 两台卷取机的电动机参数完全一样，机械参数如下： 带卷内径（卷筒直径）：500mm 带卷外径：680~1100mm 带卷最大重量：2000kg 带卷最大张力：2000kg 卷取机传动比：i=1.87 图一 设备结构简图 （2）设计要求 1、两台卷取机控制原理完全一样，仅设计其中一台； 2、技术指标：稳态无静差，电流超调量% 5≤σi ，空载启动至额定转速 时的转速超调量% 10≤σ n 能实现快速制动。 （3）直流电动机参数： 150n P k w =、 230n U V =、 165n I A =、 1400m in n n r =、 0.08a R =Ω 电枢回路电阻0.18R =Ω 、电流过载倍数 2.5λ=、2 2 121.5.G D N M =。
1200六辊可逆冷轧机电气自动化系统控制方案
1概述 根据《1200六辊可逆冷轧机技术规格电气招标书》所提供的工艺设备和技术要求，并参考了同类型的单机架六辊可逆冷轧机的工艺技术，编写了本电气传动及基础自动化控制的技术方案。 2 供电 2.1 电气设备运行条件 1）电气设备运行环境要求 环境温度 现场：0~40?C 电气室：10~35?C 操作室：25±5?C 空气湿度：相对湿度≤95%且无凝露； 污染等级：III级，无火灾爆炸危险、无导电性尘埃、不腐蚀金属物及不破坏绝缘介质的环境。 2）电气设备运输及储存环境要求 环境温度-20~65?C ； 空气湿度及污染等级要求与运行时相同。 3）电气设备使用的电压等级及技术条件 本机组所使用电气设备电压等级符合我国国家标准，主要用电设备的电压等级为： ◆供电电压及频率：10±5%kV，50±1Hz ◆低压供电电压：AC380/220V ◆交流电动机电压：AC380V ◆直流电动机电压：DC440~660V ◆电磁阀：DC24V
◆电磁抱闸：AC220V ◆控制电压：AC220V，DC24V ◆保护地：接地电阻<4Ω ◆系统地：接地电阻<4Ω 2.2低压供配电 辅传动供电系统 （1）辅传动供电系统单线图见MCC单线图。 （2）MCC设备(见附表) 由于本机组负荷较小，因此不设负荷中心。本机组负荷MCC（即马达控制中心）将采用GGD3柜，包含MCC的受电、馈出回路、UPS 系统、比例、伺服阀控制回路和照明开关柜，开关柜额定短路短时承受能>80kA/s。 额定短路分断能力与电网短路电流相适应，Icu >50kA 根据需要配置必要的电流、电压表计，端子板采用Phoenix端子。 单机架可逆冷轧机组设一套MCC，不同容量不同控制类型的回路至少有一个备用回路。 注①：主传动电动机均配置有空间加热器，这些加热器是在长期停机时防止电机绕组受潮而设置的。由本MCC供电。 注②：为了保证乳化液站的检修供电，需要检修电源或者备用一路供电回路。 (3) UPS电源 为保证控制系统运行的可靠性，机组设置一套容量为10kV A的UPS 电源为机组控制系统（PLC、AGC控制器、HMI设备等）提供可靠稳定电源。电池和逆变器选用进口产品。 容量：10kV A，30min；进线：220V AC
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
负荷平衡控制在1200mm四辊可逆式冷轧机中的应用 文章介紹了负荷平衡控制在1200mm四辊可逆式冷轧机中的应用，避免了上辊和下辊之间由于负荷不平衡出现的电机过载、以至于功率组件损坏的情况，使得上辊和下辊的运行速度得到最佳匹配，对消除钛及钛合金板材在轧制过程中出现的上翘及下扣等不良板形问题取得良好效果。 标签：四辊可逆冷轧机；负荷平衡；直流调速系统；钛及钛合金板材；板形前言 我厂于上世纪六十年代中期引进的日本设备1200mm四辊可逆式冷轧机，已运行了近半个世纪，在生产过程中，经常出现上辊和下辊之间负荷分配不均、造成电机负荷剧烈波动及过载的情况，并且在钛及钛合金板材轧制过程中频频出现上翘和下扣之类的板形问题，制约了产品质量的提高，大大降低了生产效率以及成品率，也影响了该机组潜力的发挥，不能满足产品质量和精度日益提高的市场需求，直接影响了该机组的经济效益。 分析影响钛板上翘和下扣的原因，主要有两点：上下辊的传动系统动态特性和上下辊的辊径。所以，要改善和消除不良板型，大步提高生产效率及成品率，关键要从电气传动系统入手。该轧机传动系统采用的是旋转变流机组，不仅能耗大效率低，而且电气控制系统操作条件比较多，设备维护工作量比较大，系统可靠性也相对较低。运行了近半个世纪，元器件的老化造成系统故障频繁，调速性能变差，精度降低。因此对其电气控制系统进行了技术改造升级。 1 系统构成 该轧机是由两台1500kW直流电动机分别驱动上辊和下辊。在改造方案中，采用了SIEMENS数字式直流调速装置代替旋转变流机组，分别用两套独立的直流调速装置作为其原有的直流电动机的传动控制。为了改善和消除上翘和下扣之类的不良钛板板形，需保证上下辊电机出力平衡，使上下辊的速度得到最佳匹配，因此在两台驱动装置间引入了负荷平衡控制。 2 负荷平衡控制 2.1 负荷平衡的分类 两台电机组成的传动系统中的负荷平衡控制，一般有两种方法实现：一类由一套转速调节器为两套电机控制系统公用，该转速调节器的输出作为两套转矩控制环转矩的共同给定。此类负荷平衡控制系统响应快，动态平衡效果比较好，但是有可能会产生扭振，即两台电机负荷有可能会来回波动，可能会出现电流激磁震荡，甚至严重时引起系统过流跳闸。此种方法适用于两台电机之间通过“刚性”联系的情况，比如两台电机的串轴控制系统。第二类负荷平衡控制是两套电机传
附件1 机组工艺流程、技术参数及装机水平 1.1工艺流程描述 1.1.1 经酸洗处理后的热轧带卷由天车吊放到开卷机操作侧的受卷台上(此受卷台可以同时存放两个带卷)。上卷小车鞍座在受卷台下上升使带卷内孔对准开卷机卷筒中心后，小车继续向前运动将带卷套在开卷机卷筒上并使带卷在宽度方向上与机组中心线对中。开卷机卷筒涨径撑起带卷。上卷小车鞍座下降至下极限后小车退回到受卷台第二个带卷下面等候上第二卷。压辊压住带卷，人工将捆带剪断、拉走。开头机刮板抬起对准带卷头部，同时开卷机活动支承闭合，开卷机以穿带速度转动，使带头沿着刮板进入开头机，上夹送辊、上矫直辊压下夹送、矫直，进入切头剪，切下不合格的带头。如此反复数次，直到将不合格的带材头部全部剪下为止。机组继续以穿带速度将带材向前推进，先后经过导板、机前转向辊、机前张力装置、激光测速仪、测厚仪台架(此时测厚仪处于机组轧线以外)、机前辊式吹扫除油装置、可开合的对中导卫装置，六辊冷轧机、机后辊式吹扫除油装置、测厚仪台架、圆盘剪(此时测厚仪、圆盘剪均处于机组轧线以外)、激光测速仪、机后张力装置、机后转向辊、最后进入机后卷取机(此时卷取机卷筒处于缩径状态)。 1.1.2当带材进入机后卷取机钳口后，机前导卫装置合上，对中带材。机后卷取机卷筒涨径同时钳口动作夹住带头，卷取机压辊压上卷筒，卷取机活动支承闭合，卷筒启动开始卷取带材。卷取带材2～3圈后，AGC液压缸压上，建张，同时卷取机压辊、开头机上夹送辊、上矫直辊抬起，机前、机后激光测速仪、测张装置、测厚仪投入，机前导卫装置打开，工艺润滑乳化液自动从带材入口喷向轧辊，机组升速轧制。轧制到带尾时，机组减速轧制，开卷机压辊压住带卷，当带尾过机前转向辊进入轧辊前机组停止轧制，乳化液自动停喷，打开辊缝，卸张，
1综述 1.1冷轧薄板简介 金属在再结晶温度以下进行轧制变形叫做冷轧，一般指薄板不经加热而在室温直接进行轧制加工。冷轧后的带钢可能烫手，但还是叫冷轧[1]。 钢的冷轧是在19世纪中叶始于德国，当时只能生产宽度20~25mm的冷轧薄板。美国1859年建立了25mm冷轧机，1887年生产出宽度为l50mm的低碳钢板。1880年以后冷轧钢板生产在美国、德国发展很快，产品宽度不断扩大，并逐步建立了附属设备，如剪切、矫直，平整和热处理设备等，产品质量也有了提高。 宽的冷轧薄板(韧带)是在热轧成卷带钢的基础上发展起来的。首先是美国早在1920年第一次成功地轧制出宽带钢，并很快由单机不可逆轧制而跨入单机可逆式轧制。1926年阿姆柯公司巴持勒工厂建成四机架冷连轧机。 我国冷轧宽带钢的生产开始于1960年，首先建立了1700mm单机可逆式冷轧机，以后陆续投产了1200mm单机可道式冷轧机，Mxw1400mm偏八辊轧机、1150mm二十辊冷轧机和1250mmHC单机可逆式冷轧机等，70年代投产了我国第一套1700mm连续式五机架冷轧机，1988年建成了2030mm五机架全连续冷轧机。近年来我国冷轧薄板生产能力增加了20多倍，生产装备技术水平已由只能生产低碳薄板而发展到能生产高碳钢、合金钢、高合金钢、不锈耐热冷轧薄板、镀锌板、涂层钢板、塑料复合薄板和硅钢片等。但随着四化建设的发展，无论在数量和品种质量上都远远满足不了四化建设发展的需要，为此我们必须增建新轮机，改造现有冷轧机，大力发展冷轧生产。 冷轧生产可提供大量高精确度和性能优良的钢板和带材，其最主要的特点是加工温度低，同热轧生产相比，它有以下优点： 1.冷轧带钢产品尺寸精确，厚度均匀，带钢厚度差一般不超过0.01~0.03mm或更小，完全可以符合高精度公差的要求。 2.可获得热轧无法生产的极薄带材(最薄可达0.001mm以下)。 3.冷轧产品表面质量优越，不存在热轧带钢常常出现的麻点、压入氧化铁皮等缺陷，并且可根据用户的要求，生产出不同表面粗糙度的带钢(光泽面或麻糙面等)，以利于下
； 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 】
摘要 在可逆调速系统中，电动机最基本的要素就是能改变旋转方向。而要改变电动机的旋转方 向有两种办法：一种是改变电动机电枢电压的极性，第二种是改变励磁磁通的方向。所谓逻辑无环流系统就是在一组晶闸管工作时，用逻辑电路封锁另一组晶闸管的触发脉冲，使该组晶闸管完全处于阻断状态，从根本上切断环流通路。这种系统不仅能实现逻辑无环流可逆调速，还能实现回馈制动。对于大容量的系统，从生产角度出发，往往采用既没有直流平均环流，又没 有瞬时脉动环流的无环流可逆系统，无环流可逆系统省去了环流电抗器，没有了附加的环流损耗，和有环流系统相比，因换流失败造成的事故率大为降低。因此，逻辑无环流可逆调速系统在 生产中被广泛运用。 关键词：逻辑无环流；可逆直流调速系统；DLC；保护电路；触发电路。
目录 1绪论 (1) 1.1无环流调速系统简介 (1) 1.2系统设计 (3) 2系统主电路设计 (4) 3调节器的设计 (5) 3.1电流调节器的设计 (5) 3.2速度调节器的设计 (6) 4 DLC 设计 (7) 4.1逻辑控制器的原理 (7) 4.2速度给定环节设计 (9) 4.3无环流控制系统各种运行状态 (10) 4.3.1 正向起动到稳定运转 (10) 4.3.2 正向减速过程 (10) 4.3.3 正转制动 (11) 4.4.4 停车状态 (13) 5触发电路设计 (14) 6保护电路设计 (15) 6.1过电流保护 (15) 6.2过电压保护 (16) 17总结 .............................................................................................................................................. 18参考文献 ...................................................................................................................................... 19附录一 .......................................................................................................................................... 24附录二 ..........................................................................................................................................