转差频率控制的异步电
动机
Revised as of 23 November 2020
转差频率控制的异步电动机
矢量控制系统仿真实训报告
二级学院
专业电气工程及其自动化
班级
指导教师
2014年6月
摘要
矢量变换控制技术的诞生和发展奠定了现代交流调速系统高性能化的基础。交流电动机是个多变量、非线性、强耦合的被控对象，采用参数重构和状态重构的现代控制理论概念可以实现交流电动机定子电流的励磁分量和转矩分量之间的解耦，实现了将交流电动机的控制过程等效为直流电动机的控制过程，使交流调速系统的动态性能得到了显着的改善和提高，从而使交流调速取代直流调速成为可能。目前对调速性能要求较高的生产工艺已较多地采用了矢量控制型的变频调速装置。实践证明，采用矢量控制的交流调速系统的优越性高于直流调速系统。
本文基于MATLAB?对异步电动机转差频率控制调速系统进行仿真研究。首先分析了异步电动机转差频率控制技术的主要控制方
法、基本组成与工作原理。之后对异步电机的动态模型做了分析，进一步介绍了异步电机的坐标变换，对异步电机转差频率矢量控制系统的基本原理进行了阐述，通过仿真工作，证明了其可行性。最后，通过对仿真结果进行分析，归纳出如下结论：单纯的转差频率控制带载能力差，应用转差频率矢量控制可增强电机对转矩的调节能力且无需电压补偿。
关键词：异步电动机矢量控制转差角频率 MATLAB
目录
一、转差频率控制的异步电动机矢量控制调速系统
1.矢量控制概述
矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量(励磁电流)和产生转矩的电流分量(转矩电流)分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。
矢量控制（VC）方式：矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic、通过三相－二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1和Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1（Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流），然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。
综合以上：矢量控制无非就四个知识：等效电路、磁链方程、转矩方程、坐标变换（包括静止和旋转）。
2.转差频率控制
转差频率矢量控制的目标就是将交流电动机复杂的转矩控制模型转化为类似直流电动机的简单转矩控制模型。异步电动机定子角频率1由转子角频率和转差角频率s ω组成（1=+s ω），通过控制s ω来控制电动机转矩，这样在转速变化过程中，电动机的定子电流频率始终能随着转子的实际转速同步升降，使转速的调节更为平滑。也就是说控制了转差角频率相当于控制了转矩。
3.转差频率矢量控制系统组成
转差频率控制的异步电动机矢量控制调速系统的原理组成框图如图1所
示。该系统主电路采用了SPWM 电压型逆变器，这是通用变频器常用的方案。系统的控制部分由给定、PI 调节器、函数运算、二相/三相坐标变换、PWM 脉冲发生器等环节组成。其中给定环节有定子电流励磁分量im*和转子速度n*。放大器G1、G2和积分器组成了带限幅的转速调节器ASR 。电流电压模型转换由函数Um*、Ut*模块实现。函数运算模块ws*根据定子电流的励磁分量和转矩分量计算转差s ，并与转子频率相加得到定子频率1，再经积分器得到定子电压矢量转角。模块sin 、cos 、dq0/abc 实现了二相旋转坐标系至三相静止坐标系的变换。dq0/abc 是输出是PMW 发生器的三相调制信号，因为调制信号幅度不能大于1，在dq0/abc 输出后插入衰减环节G3。在模型调试时，可以先在此处判断输出和PMW 发生器的三相调制输入信号幅值小于1的要求，计算G3的衰减系数。
图1 转差频率控制的矢量控制系统组成原理框图
4.转差频率矢量控制系统工作原理
该系统主电路采用了SPWM 电压型逆变器，转速采用了转差频率控制，即异步电动机定子角频率1由转子角频率和转差角频率s ω组成（1=+s ω），通过控制s ω来控制电动机转矩，这样在转速变化过程中，电动机的定子电流频率始终能随着转子的实际转速同步升降，使转速的调节更为平滑。
模仿直流电动机的控制策略，得到等效直流电动机的控制量即为s ω，经过相应的坐标反变换，就能够控制异步电动机了，由于进行坐标变换的是电流的空间矢量，所以这样通过坐标变换实现的控制系统就叫做矢量控制系统。
上图中：*、分别为转子角频率给定和转子角频率负反馈；1m i t 1i 分别为定子电流的励磁分量和转矩分量；为转差角；s 为转差角频率；1、分别为定子角频率和转子角频率正反馈；m1U 、U 1t 分别为定子电压的励磁分量和转矩分量。
由异步电动机的矢量控制方程式：
从矢量控制方程式中可以看到，在保持转子磁链r ψ不变的控制下，电动机转矩直接受定子电流的转矩分量t 1i 控制，并且转差s ω可以通过定子电流的转矩分量t 1i 计算，转子磁链r 也可以通过定子电流的励磁分量1m i 来计算。在系统中以转速调节器ASR 的输出为定子电流的转矩分量t 1i ，并通过计算得到转差s ω。如果采取磁通不变的控制，则p r ψ0，由方程式可得：r ψ=1m m i L ，s ω=t 1i /m i T 1r 。
由于矢量控制方程得到的是定子电流的励磁分量，而本系统采用了电压型逆变器，需要相应的将电流控制转换为电压控制，其变换关系为：
式中，sm U 、st U 为定子电压的励磁分量和转矩分量；为漏磁系数，
r m /-1L L L s =σ，sm U 、st U 经过二相旋转坐标系/三相静止坐标系的变换，得到SPWM 逆变器的三相电压控制信号，并控制逆变器的输出电压。
二、基于Simulink 的转差频率矢量控制系统仿真
1.仿真模型的建立
根据转差频率矢量控制的基本概念和系统的原理框图，构建转差频率矢量控制调速系统的仿真模型，其主电路采用SPWM 逆变电路，输出三相交流电压拖动异步电动机。控制部分由给定、PI 调节器、函数运算、两相／三相坐变换、PWM 脉冲发生器等环节组成。
2.主电路模块
主电路是在电器设备或电力系统中直接承担电能的交换或控制任务的电
路。与整流相对应，把直流电变成交流电称为逆变。而基于转差频率间接矢量控制调速系统的研究所涉及到的逆变则为PWM 逆变。所谓PWM 控制就是对脉冲的宽度进行调试的技术。即通过对一系列脉冲的宽度进行调试，来等效的获得所需的波形。 主电路模块仿真模型图如图2所示
图2 主电路模块仿真模型图 3.转速调节器（ASR ）模块
转速调节器由放大器G1、G2，饱和积分器，饱和限幅模块组成PI 调节
器。根据转子角频率W ，经过转速调节器得到定子电流的转矩分量。其模块仿真模型如图3所示。
图3 ASR 模块仿真图
PWM 测
量
模
块
4.函数运算模块
Ws*函数运算模块根据定子电流的励磁分量m i *和转矩分量t i *计算转差角频率s ω，并与转子频率ω相加得到定子频率1ω(s 1ωωω+=)。根据定子频率和矢量转角的关系，对1ω进行积分，最终得到定子电压矢量转角θ。Ws*函数运算模块仿真模型如图4所示。
图4 Ws*函数运算模块仿真模型图
5.坐标变换模块2r/3s
其中，2r/3s 模块的搭建主要是根据坐标变换公式，利用Simulink 里的数学函数模块搭建而成，其主要功能是实现两相旋转坐标系至三相静止坐标系的变换，其输出是三相PWM 变换器的三相调制信号，最后触发逆变器的功率管得到拖动异步电动机所需的三相交流电源，完成闭环的控制过程。定子频率W1经过积分器得到电压矢量转角θ再经过Sin ，Cos 函数得到正余弦信号送入Sin-Cos 输入端，Um*，Ut*函数模块以及零常数模块产生d 轴，q 轴，0轴分量送入dq0输入端以便进行2r/3s 变换。坐标变换模块2r/3s 仿真模型图如图5所示。
图5 坐标变换模块2r/3s 仿真模型图
6.转差频率矢量控制系统仿真参数设置
逆变器直流电源510V 。
电机参数：220V 、50Hz 、2对极，Rs=Ω, L1s=, Rr=Ω, L1r=, Lm=, J=2m ?。 定子绕组自感Ls=Lm+L1s=+mH=;
转子绕组自感Lr=Lm+L1r=+mH=;
漏磁系数r L L L S 2
m /-1=σ=;转子时间常数T=Lr/Rr==
各放大器的参数值取值见下表
仿真给定转速为1400r/min 时空载启动的过程，在启动后加载TL=。该系统是比较复杂的系统，收敛是仿真计算过程中经常出现的问题，经试用各种计算方法，最终选择固定步长算法0de5，步长取510-，仿真时间为。
7.转差频率矢量控制系统仿真模型图
图6 转差频率矢量控制系统仿真模型图
三、仿真结果及分析
1.仿真波形图
本系统仿真波形图如下：
（a ）转速响应 （b ）定子三相电流响应 （c ）电动机电磁转矩和负载转矩给定 （d ）电动机输入三相电压有效值 （e ）定子磁链轨迹（f ）SPWM 三相调制信号 （g ）转子角*θ （h ）计算得到的转差频率*s ω给定 （i ）逆变器调制频率)/(1s rad ω (j)转矩-转速特性
（a ）转速响应
（b ）定子三相电流响应
c ）电动机电磁转矩和负载转矩给定
（d ）电动机输入三相电压有效值
（e ）定子磁链轨迹
（f ）SPWM 三相调制信号
（g ）转子角*θ
（h ）计算得到的转差频率*s ω给定
（i ）逆变器调制频率)/(1s rad ω
(j)转矩-转速特性
2.仿真结果分析
仿真结果图中a 、b 、c 、d 反映了电动机在启动和加载过程中的转速、电流、电磁转矩和电压的变化过程，在启动中逆变器的输出电压（线电压）逐步提高，转速上长，但是电流基本保持不变，为Is=50/√2=35A ，电动机以给定的最大电流启动。在时，转速稍有超调，然后稳定在1400r/min ，电流也下降为空载电流，逆变器输出电压也减小了。电动机在加载后，电流和电压迅速上升，电动机转矩也随之增加，转速在略经调整后恢复不变。
图f ～i ，反映了各控制模块输出信号波形的变化，经2r/3s 变换后的三相调制信号幅值和频率在调节过程中逐步增加，且转速随之逐步升高，信号幅值的提高保证了电动机电流在启动过程中保持不变。
图e 和图j 分别反映了电动机在启动过程中定子绕组产生的旋转磁场和电动机的转矩－转速特性。电动机在零状态启动时，电动机磁场有一个建立过程，在
建立过程中磁场变化是不规则的，这也是引起了转矩的大幅度变化，在后，磁场呈规则的圆形。改变励磁给定电流值im*，圆形旋转磁场的半径也有所变化。电动机的转矩－转速特性反映了通过矢量控制使电动机保持了最大转矩启动，并且改变了ASR 的输出限幅it*，最大转矩可以调节。为了减少仿真需要的时间，仿真中减小了电动机的转动惯量，但是过小的转动惯量，容易使系统发生振荡，可以通过调节参数观察参数变化对系统的影响。
通过观察图形可以知道在t=时，电动机的转速达到给定的1400r/min ，而定子电流、转子电流、电磁转矩、计算得到的转差频率给定、逆变器调制频率都有一个迅速的降落，一段时间以后，重新达到稳态。这是因为在电动机未达到给定转速时，是处于加速状态，在转速刚刚达到给定值时，则需要一个减速刹车过程，此时转子电流与定子电流波形有一个迅速减小，从而使电磁转矩Te 下降，又由于此时基本保持Te 与s ω的正比关系且1ω*=s ω*+ω,所以s ω* ，1ω*的波形在这个时间段也有很明显的降落。
所以，仿真的结果表明采用转差频率控制的矢量系统具有良好的控制性能。
四、总结
这次课程设计根据转差频率矢量控制的基本概念和系统原理图，建立了交流异步电动机专差频率矢量控制系统的仿真，并进行了仿真实验。经过不断的尝试发现为了减少仿真需要的时间，可以在仿真中减小了电动机的转动惯量，但是过小转动惯量容易使系统发生振荡，要通过调节参数来观测参数变化对系统的影响。仿真结果表明，转差频率矢量控制系统具有良好的控制性能。
通过这两个星期的学习，我学到很多很多的东西，不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上没有学到过的内容。通过这次课程设计使我懂得
了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才是真正的知识，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。而且通过和小组同学讨论共同学习的经历使我更加懂得了团结协作精神的可贵，使我各方面的能力都有了很大的提高。
在这次仿真学习中，在开始遇到了很多挫折，犯了很多错误，但是通过与老师同学的沟通交流和上网查询资料最终顺利做出了仿真结果，从而使自己的知识更加牢固，并认识到学习的重要性，同时也锻炼了自己意志力，在今后的学习生活中都将对我有很深刻的指导意义。最后感谢两位老师两周的耐心教导和悉心指导。
五、参考文献
[1] 李永东．交流电机数字控制系统[M]．北京：机械工业出版社，2002．
[2] 陈伯时．电力拖动自动控制系统[M]．北京：机械工业出版社，2003．
[3] 王兆安，黄俊．电力电子技术[M]．北京：机械工业出版社，2000．
[4] 洪乃刚．电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真[M]．北京：机械工业出社，2006.
[5] 周渊深．交直流调速系统与MATLAB仿真[M]．北京：中国电力出版社，2004．
异步电动机矢量控制系统仿真 1.异步电机矢量控制系统的原理及其仿真 1.1 异步电动机矢量控制原理 异步电机矢量变换控制系统和直接转矩控制系统都是目前已经获得使用的高性能异步电机调速系统，对比直接转矩控制系统，矢量变换系统有可以连续控制，调速范围宽的优点，因此矢量变换控制系统为现代交流调速的重要方向之一。 本文采用的是转子磁场间接定向电流控制型交流异步电机矢量控制系统[1]，如图1所示。 图1矢量变换控制系统仿真原理图 如果把转子磁链方向按空间旋转坐标系的M轴方向定向，则可得到按转子磁场方式定向下的三相鼠笼式异步电动机的矢量控制方程。 （1） （2） （3） （4）
（5） 上列各式中，是转子励磁电流参考值；是转差角频率给定值；是定子电流的励磁分量；是定子电流的转矩分量；是定子频率输入角频率； 是转子速度；是转子磁场定向角度；是转子时间常数；和分别是电机互感和转子自感。 图4所示控制系统中给定转速和实际电机转速相比较，误差信号送入转速调节器，经转速调节器作用产生给定转矩信号，电机的激磁电流给定信号根据电机实际转速由弱磁控制单元产生，再利用式（1）产生定子电流激磁分量给定信号，定子电流转矩分量给定信号则根据式（2）所示的电机电磁转矩表达式生成。、和转子时间常数Lr一起产生转差频率信号，和ωr相加生成转子磁场频率给定信号，对积分则得到转子磁场空间角度给定信号。和经坐标旋转和2/3相变换产生定子三相电流给定信号、和，和定子三相电流实测信号、和相比较，由滞环控制器产生逆变器所需的三相PWM信号。 1.2 异步电机转差型矢量控制系统建模 在MATLAB/SIMULINK环境下利用电气系统模块库中的元件搭建交流异步电机转差型矢量控制系统[2]，电流控制变频模型如图2所示。 图2 电流控制变频模型图 整个仿真图由电气系统模块库中的元件搭建组成，元件的直观连接和实际的主电路相像似，其中主要包括：速度给定环节，PI速度调节器、坐标变换模块、
第5章三相异步电动机及其控制线路 5.1 三相异步电动机 实现电能与机械能相互转换的电工设备总称为电机。电机是利用电磁感应原理实现电能与机械能的相互转换。把机械能转换成电能的设备称为发电机，而把电能转换成机械能的设备叫做电动机。 在生产上主要用的是交流电动机，特别三相异步电动机，因为它具有结构简单、坚固耐用、运行可靠、价格低廉、维护方便等优点。它被广泛地用来驱动各种金属切削机床、起重机、锻压机、传送带、铸造机械、功率不大的通风机及水泵等。 对于各种电动机我们应该了解下列几个方面的问题：（1）基本构造；（2）工作原理；（3）表示转速与转矩之间关系的机械特性；（4）起动、调速及制动的基本原理和基本方法；（5）应用场合和如何正确使用。 5.1.1 三相异步电动机的结构与工作原理 1．三相异步电动机的构造 三相异步电动机的两个基本组成部分为定子（固定部分）和转子（旋转部分）。此外还有端盖、风扇等附属部分，如图5-1所示。 图5-1 三相电动机的结构示意图 1）．定子 三相异步电动机的定子由三部分组成： 定子定子铁心由厚度为0.5mm的，相互绝缘的硅钢片叠成，硅钢片 内圆上有均匀分布的槽，其作用是嵌放定子三相绕组
AX、BY、CZ。 定子绕组三组用漆包线绕制好的，对称地嵌入定子铁心槽内的相同的线圈。这三相绕组可接成星形或三角形。 机座机座用铸铁或铸钢制成，其作用是固定铁心和绕组2）．转子 三相异步电动机的转子由三部分组成： 转子转子铁心 由厚度为0.5mm的，相互绝缘的硅钢片叠成，硅钢片 外圆上有均匀分布的槽，其作用是嵌放转子三相绕组。 转子绕组 转子绕组有两种形式： 鼠笼式-- 鼠笼式异步电动机。 绕线式-- 绕线式异步电动机。 转轴转轴上加机械负载 鼠笼式电动机由于构造简单，价格低廉，工作可靠，使用方便，成为了生产上应用得最广泛的一种电动机。 为了保证转子能够自由旋转，在定子与转子之间必须留有一定的空气隙，中小型电动机的空气隙约在0.2~1.0mm之间。 2．三相异步电动机的转动原理 1）．基本原理 为了说明三相异步电动机的工作原理，我们做如下演示实验，如图5-2所示。 图5-2 三相异步电动机工作原理
转差频率控制的异步电 动机 Revised as of 23 November 2020
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一、转差频率控制的异步电动机矢量控制调速系统 1.矢量控制概述 矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量(励磁电流)和产生转矩的电流分量(转矩电流)分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。 矢量控制（VC）方式：矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic、通过三相－二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1和Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1（Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流），然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。
专业资料 《三相异步电动机的正反转控制线路》 教学设计
课题：三相异步电动机的正反转控制线路 授课班级：电子中职高一年级下学期 授课时间：2014年4月11日星期五 授课教材： 中国劳动社会保障出版社《电力拖动控制线路与技能训练》 教材分析： 《三相异步电动机的正反转控制线路》这节内容选自第二单元课题三“三相异步电动机的正反转控制线路”第二部分。 正反转控制在现代化生产中属于绝对不可缺少的生产控制环节，如机床工作台的前进与后退、万能铣床主轴的正传与反转、起重机的上升与下降等。它在电动机的基本控制中，前面与电动机的正转控制紧密相连，后面与位置控制、顺序控制、多地控制、启动控制、制动控制等密切相关，对今后进一步进行电工技能实训及培养学生的实际动手操作能力起着举足轻重的作用。 教学目标： 知识与技能: 1）理解三相异步电动机三种正反转控制线路； 2）掌握三相异步电动机正反转的工作原理。 过程与方法： 1）通过分析三种控制电路的渐进过程，培养学生的识图能力以及比较分析和归纳总结的能力。 2）通过引导学生分析工作原理、培养和训练学生综合分析电路的能力。 情感态度与价值观： 培养学生严谨认真的职业工作态度。增强学生发现问题、认识问题、解决问题。 教学重点： 1）接触器联锁的正反转控制线路的组成与工作原理 2）对控制线路的每个元件都要明确其位置和作用。 教学难点： 1）如何改变三相电源相序。 2）引导学生思考如何实现双重联锁。 教法： 提问、启发引导法（重点）：先不给出线路图，在教师的步步启发下，学生积极思考，由师生共同画出接触器联锁的正反转控制线路图。这样，便于学生掌握线路的组成与工作原理。
三相异步电动机基本控制线路的安装与调试 任务1-1 三相异步电动机的单向运行控制 学习内容: 1、常用低压电器的基本结构、工作原理、图形符号和文字符号、主要技术参数及其应用； 2、三相异步电动机的启/停、点动/长动控制。 学习目标: 1、知道：常用低压电器的工作原理、图形符号和文字符号；常用低压电器的用途。 2、能根据控制要求正确选择低压电器。 3、了解：常用低压电器的基本结构；主要技术参数。 4、掌握三相异步电动机的启/停、点动/长动控制电路的原理。 学习重点:工作原理、图形符号、文字符号、选择使用。 学习难点:工作原理、选择使用 §1-1 机床电气控制中常用的低压电器 目标任务： 1、了解低压电器的基本知识，熟悉常用的低压电器种类； 2、熟悉常用的各种低压电器的结构及原理、符号、选用； 3、熟练掌握常用低压电器的使用。 相关知识： 1-1. 低压电器基本知识
凡是对电能的生产、输送、分配和应用能起到切换、控制、调节、检测以及保护等作用的电工器械，均称为电器。低压电器通常是指在交流1200V及以下、直流1500V及以下的电路中使用的电器。机床电气控制线路中使用的电器多数属于低压电器。 一、低压电器的分类 低压电器是指工作在交流电压1200V 、直流电压1500V 以下的各种电器。生产机械上大多用低压电器。低压电器种类繁多，按其结构、用途及所控制对象的不同，可以有不同的分类方式。 1 ．按用途和控制对象不同，可将低压电器分为配电电器和控制电器。 用于电能的输送和分配的电器称为低压配电电器，这类电器包括刀开关、转换开关、空气断路器和熔断器等。用于各种控制电路和控制系统的电器称为控制电器，这类电器包括接触器、起动器和各种控制继电器等。 2 ．按操作方式不同，可将低压电器分为自动电器和手动电器。 通过电器本身参数变化或外来信号（如电、磁、光、热等）自动完成接通、分断、起动、反向和停止等动作的电器称为自动电器。常用的自动电器有接触器、继电器等。 通过人力直接操作来完成接通、分断、起动、反向和停止等动作的电器称为手动电器。常用的手动电器有刀开关、转换开关和主令电器等。 3 ．按工作原理可分为电磁式电器和非电量控制电器 电磁式电器是依据电磁感应原理来工作的电器，如接触器、各类电磁式继电器等。非电量控制电器的工作是靠外力或某种非电量的变化而动作的电器，如行程开关、速度继电器等。 二、低压电器的作用 控制作用、保护作用、测量作用、调节作用、指示作用、转换作用 三、低压电器的基本结构 电磁式低压电器大都有两个主要组成部分，即：感测部分──电磁机构和执行部分──触头系统。 1 ．电磁机构 电磁机构的主要作用是将电磁能量转换成机械能量，带动触头动作，从而完成接通或分断电路的功能。 电磁机构由吸引线圈、铁心和衔铁 3 个基本部分组成。常用的电磁机构如图所示，可分为 3 种形式。 2. 直流电磁铁和交流电磁铁
实验五直流电机闭环调速控制 2011级测控一班王婷婷 2011134128 一、实验目的 1．掌握用PID控制规律的直流调速系统的调试方法； 2．了解PWM调制、直流电机驱动电路的工作原理。 二、实验设备 计算机控制技术（二）、PCI数据采集卡（含上位机软件） 三、实验原理 直流电机在应用中有多种控制方式，在直流电机的调速控制系统中，主要采用电枢电压控制电机的转速与方向。 功率放大器是电机调速系统中的重要部件，它的性能及价格对系统都有重要的影响。过去的功率放大器是采用磁放大器、交磁放大机或可控硅（晶闸管）。现在基本上采用晶体管功率放大器。PWM功率放大器与线性功率放大器相比，有功耗低、效率高，有利于克服直流电机的静摩擦等优点。 PWM调制与晶体管功率放大器的工作原理： 1.PWM的工作原理 图5-1 PWM的控制电路 图5-1所示为SG3525为核心的控制电路，SG3525是美国Silicon General公司生产的专用PWM控制集成芯片，其内部电路结构及各引脚如图5-2所示，它采用恒频脉宽调制控制方案，其内部包含有精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等。调节Ur的大小，在A、B两端可输出两个幅度相等、频率相等、相位相互错开180度、占空比可调的矩形波（即PWM信号）。它适用于各开关电源、斩波器的控制。 2．功放电路 直流电机PWM输出的信号一般比较小，不能直接去驱动直流电机，它必须经过功放后再接到直流电机的两端。该实验装置中采用直流15V的直流电压功放电路驱动。 3．反馈接口 在直流电机控制系统中，在直流电机的轴上贴有一块小磁钢，电机转动带动磁钢转动。 磁钢的下面中有一个霍尔元件，当磁钢转到时霍尔元件感应输出。 4．直流电机控制系统如图13-3所示，由霍耳传感器将电机的速度转换成电信号，经数据采集卡变换成数字量后送到计算机与给定值比较，所得的差值按照一定的规律（通常为PID）运算，然后经数据采集卡输出控制量，供执行器来控制电机的转速和方向。
感应电动机转差型矢量控制系统的设计 1 引言 感应电动机具有结构简单、坚固耐用、转速高、容量大、运行可靠等优点。但是，由于感应电动机是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，磁通和转矩耦合在一起，不能像直流电动机那样，磁通和转矩可以分别控制。所以，一直到20世纪80年代都没有获得高性能的感应电动机调速系统。近年来，随着电力电子技术、现代控制理论等相关技术的发展，使得感应电动机在可调传动中获得了越来越广泛的应用。矢量控制策略的提出，更是实现了磁通和转矩的解耦控制，其控制效果可媲美直流电动机。本文在分析感应电动机矢量控制原理的基础上，基于matlab/simulink建立了感应电动机转差型矢量控制系统仿真模型，仿真结果证明了该模型的合理性。并在此基础上进行系统的软、硬件设计，通过实验验证控制策略的正确性。 2 矢量控制的基本原理 长期以来，直流电动机具有很好的运行特性和控制特性，通过调节励磁电流和电枢电流可以很容易的实现对转矩的控制。因为它的转矩在主磁极励磁磁通保持恒定的情况下与电枢电流成线性关系，所以通过电枢电流环作用就可以快速而准确地实现转矩控制，不仅使系统具有良好稳态性能，又具有良好的动态性能。但是，由于换向器和电刷的原因，直流电动机有它固有的缺点，如制造复杂，成本高，需要定期维修，运行速度受到限制，难以在有防腐防暴特殊要求的场合下应用等等。矢量控制的设计思想是模拟直流电动机的控制特点进行交流电动机控制。基于交流电动机动态模型，通过矢量坐标变换和转子磁链定向，得到等效直流电动机的数学模型，使交流电动机的动态模型简化，并实现磁链和转矩的解耦。然后按照直流电动机模型设计控制系统，可以实现优良的静、动态性能。 转子磁链ψr仅由定子电流励磁电流ism产生，与定子电流转矩分量ist无关，而电磁转矩te正比于转子磁链和定子电流转矩分量的乘积，这充分说明了感应电动机矢量控制系统按转子磁链定向可以实现磁通和转矩的完全解耦。按转子磁链定向的矢量控制系统的关键是准确定向。但是，转子磁链的直接检测非常困难，而利用磁链模型间接估算磁链的
三相异步电动机的控制电路 一、复习思路及要求 1. 题型：选择题、技能题、简答题。 2. 必须熟练分析各种控制电路的工作原理，只有熟悉了工作原理才能正确绘制控制电路；补画控制电路；识别电路图中的错误；对故障进行正确分析处理；设计一些简单的控制电路；并且对PLC中简单的程序设计也有帮助。 3. 该部分容是非常重要的，要熟悉电路形式及控制形式：自锁、联锁的作用及连接方式；点动、连续运转；具有过载保护的连续运转控制电路是基础。 4. 需要掌握的控制电路有：⑴点动单向运转控制电路；⑵连续单向运转控制电路；⑶点动与连续混合控制电路；⑷接触器联锁双向运转控制电路；⑸按钮联锁双向运转控制电路；⑹接触器按钮双重联锁双向运转控制电路；（7）降压起动控制电路。 二、控制电路的分析 1.单向点动转控制电路 2.单向连续运转控制电路 3.连续与点动混合控制电路（一） 4.连续与点动混合控制电路（二） 5.连续与点动混合控制电路（三）
该电路中使用了中间继电器。其电器符号是KA。作用是：当其他继电器的触点数量不够时，可借助中间继电器来扩展触头数和触点容量，起到信号中继作用。 注：通过以上控制电路明确自锁的作用及其连接方式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．。 6.多地控制电路 该控制电路能实现电动机的两地控制。起动按钮并联，停止按钮串联。（图中如果SB1、SB2控制A地，则SB3、SB4控制B地。） 7.接触器联锁双向控制电路 该电路采用了接触器联锁优点是工作安全可靠。但电动机由正转变为反转时，必须先按下停止按钮，才能按反转按钮，否则由于接触器联锁作用，不能实现反转。 8.按钮联锁双向控制电路该线路的优点是操作方便，由正转变为反转时不必按下停止按钮，但容易产生电源两相短路故障。 9.接触器按钮双重联锁双向控制电路 该线路工作安全可靠、操作方便。 注：通过以上三个线路要明确联锁的作用及连接方式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．。 10.定子绕组串电阻降压起动控制线路（一）
编号： 02 任课教师：时永贵教研室主任签字： 课题二三相异步电动机的正转控制线路 教学目的：1. 掌握常用低压电器种类、名称、符号、使用方法； 2. 正确进行三相异步电动机的正转控制线路装配。 德育目标：由学生独立完成线路的装配，发挥学生的创造力，树立学生的自信心。教学重点：电动机的正转控制线路的安装、调试。 教学难点：掌握正转控制线路的工作原理分析。 教学方法：讲解法、演示法、现场实习法 课的类型：实习课 教学过程： 课前准备：1.准备实习设备、材料及教学用具； 2.检查学生出勤情况，工具及劳动保护穿戴情况； 3.集中学生注意力，准备讲授教学内容。 安全教育: 1.集体背诵安全操作规程； 2.正确使用电工工具及仪表； 3.按操作规程要求正确操作电器设备的运行。 讲授新课： 课题二三相异步电动机的正转控制线路 一、常用低压电器介绍 1、负荷开关（闸刀开关） （1）用途：接通或切断电路，具有短路、过载保护功能。 （2）符号：QS （3）结构：开关的瓷底座上装有进线座、静触头、熔体、出线座和带瓷制手柄的刀式动触头，上面盖有胶盖，以防止人员操作时触及带电体或开关分断时产生的电弧飞出伤人。 （4）选用方法： 1）用于照明和电热负载时，选用额定电压220V、额定电流不小于电路所有负载额定电流之和的两极开关。 2）用于控制电动机的直接启动和停止时，选用额定电压380V，额定电流不小于电动机额定电流3倍的三极开关。 （5）安装方法： 1）垂直安装，手柄位置上合下断，不准平装、倒装，防止发生误合闸事故。 2）接线时应把电源进线接在静触头一边的进线座，负载接在动触头一边的出线端。
3）安装时，应检查闸刀和静插座接触是否良好。 2、熔断器 （1）用途：在线路中作短路保护。 （2）符号：（3）结构：主要有熔体、安装熔体的熔管和熔座三部分组成。 （4）选择方法： 1）对于照明和电热等电流平稳的电路，熔体的额定电流应等于或稍大于负载的额定电流。 2）一台不经常启动且启动时间不长的电动机的短路保护，熔体的额定电流I RN 应大于或大于1.5～2.5倍电动机额定电流I N 3）多台电动机的短路保护,熔体的额定电流应大于其中最大容量电动机的额定I Nmax 的1.5～2.5倍,再加上其余电动机额定电流的总和∑I N （5）安装方法： 1）垂直安装，螺旋式中心端为进线、螺口为出线。 2）熔体熔断后，应分析原因排除故障后，再更换新的熔体。在更换新的熔体时，不能轻易改变熔体规格，更不能使用铜丝或铁丝代替熔体。 3、接触器 （1）用途：实现远距离操作和自动控制，兼有欠压、失压保护。 （2）符号：KM 主触头 常开常闭 线圈 （3）结构：电磁机构、触头系统、灭弧装置和辅助部件组成。 （4）选择方法： 1）接触器主触头的额定电压应等于或大于负载的额定电压。 2）接触器主触头的额定电流应大于或等于负载电路的额定电流。可按下列经验公式计算。 N N KU P Ic 3 10?= 式中 K —经验系数，一般取1～1.4； P N —被控制电动机的额定功率，KW ； U N —被控制电动机的额定电压，V ； I C —接触器主触头电流，A 。 3）接触器主触头的数目应满足控制线路的要求。 4、热继电器 （1）用途：用于电动机的过载保护、断相保护。
滨江学院 专业综合设计 题目直流电机闭环调速系统控制 院系自动控制 专业自动化 组别第二组 组长周未政 指导教师周旺平 二0 一0 年十二月二十八日基于单片机的直流电机闭环调速控制系统
摘要：设计以AT89C51单片机控制模块为核心，由单片机控制、红外线光电检测装置、直流电机转速为被测量组成的控制系统。原理是利用红外线光电传感器接收直流电机转速所产生的红外信号转换成电信号传输给单片机，并调节转速的闭环调速控制系统。 1.AT80C51单片机介绍 1.1主电源引脚 V ss—(20脚)：电路地电平 V cc—(40脚)：正常运行和编程校检（8051/8751)时为+5V电源。 1.2外接晶振或外部振荡器引脚 XTAL1—(19脚)：接外部晶振的一个引脚. 在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器. 当采用外部振荡器时，此引脚应该接地. XTAL2—(18脚)：接外部晶振的另一个引脚. 在片内接至振荡器的反相放大器的输出和内部时钟发生器的输入端. 当采用外部振荡器时，则此引脚接外部振荡信号的输入。 1.3控制、选通或电源复用引脚 RST/V pd—(9引脚)： RST即Reset（复位)信号输入端。 ALE/PROG—(30引脚)： ALE，允许地址索存信号输出。 PSEN—(29脚)：访问外部程序存储器选通信号，低电平有效。. V pp/EA—(31引脚)： EA为访问内部或外部程序存储器选择信号。 1.4多功能I/O口引脚 P0口—（32-39脚)：8位漏极开路双向并行I/O接口. P1口—（1-8脚)： 8位准双向并行I/O接口. P2口—（21-28脚)：8位准双向并行I/O接口. P3口—（10-17脚)：具有内部上拉电路的8位准双向并行I/O端口。它还提供第二特殊功能，具体含义为： P3.0—(10脚)RXD：串行数据接收端。 P3.1—(10脚)TXD：串行数据发送端。 P3.2—(10脚)INT0：外部中断0请求端，低电平有效。 P3.3—(10脚)INT1：外部中断1请求端，低电平有效。. P3.4—(10脚)T0：定时器/计数器0外部事件计数输入端。.
矢量控制学习心得体会 这学期跟着严老师学习了运动控制这门课程，加深了对电机拖动在实例中的运用，而矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量 (励磁电流) 和产生转矩的电流分量 (转矩电流) 分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。 异步电动机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，虽然通过坐标变换可以使之降阶并简化，但并没有改变其非线性、多变量的本质。因此，需要异步电动机调速系统具有高动态性能时，必须面向这样一个动态模型。按转子磁链定向的矢量控制系统便是其中一种。异步电动机经过坐标变换可以等效成直流电动机，那么，模仿直流电动机的控制策略，得到直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，就能够控制异步电动机了。由于进行坐标变换的是电流的空间矢量，所以这样通过坐标变换实现的控制系统就叫作矢量控制系统，简称VC系统。在设计矢量控制系统时，可以认为，在控制器后面引入的反旋转变换器VR-1与电机内部的旋转变换环节VR抵消，2/3变换器与电机内部的3/2变换环节抵消，如果再忽略变频器中可能产生的滞后，则图6-53中虚线框内的部分可以完全删去，剩下的就是直流调速系统了。可以想象，这样的矢量控制交流变压变频调速系统在静、动态性能上完全能够与直流调速系统相媲美。 矢量变换包括三相/两相变换和同步旋转变换。在进行两相同步旋转坐标变换时，只规定了d，q两轴的相互垂直关系和与定子频率同步的旋转速度，并未规定两轴与电机旋转磁场的相对位置，对此是有选择余地的。按照图6-53的矢量控制系统原理结构图模仿直流调速系统进行控制时，可设置磁链调节器AψR 和转速调节器ASR分别控制ψr和ω，如图6-55所示。为了使两个子系统完全解耦，除了坐标变换以外，还应设法抵消转子磁链ψr对电磁转矩T e的影响。比较直观的办法是，把ASR的输出信号除以ψr，当控制器的坐标反变换与电机中的坐标变换对消，且变频器的滞后作用可以忽略时，此处的（÷ψr）便可与电
运动控制系统课程设计 题目： 基于稳态模型的转差频率控制的交流调速系统 的仿真与设计 信息与电气工程学院 08级电气三班
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 二设计参数： 额定输出功率17KW； 定子绕组额定线电压380V； 定子绕组额定相电流25A; 定子绕组每相电阻0.1欧姆； 定子绕组接线形式Y； 转子额定转速1430rpm; 转子形式:鼠笼式； 转子每相折算电阻:1欧姆； 转子折算后额定电流50A； 额定功率因数：0.75； 电机机电时间常数1S; 电枢允许过载系数1.5； 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; 环境相对湿度:10~90%.
控制系统性能指标: 转差率：3%； 调速范围：D ＝20； 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%; 稳速精度：0.03. 三 设计原理： 1 转差频率控制的基本概念 本文主要介绍异步电动机的转差频率控制方式，在该基础上进一步介绍转差频率间接矢量控制方式。 由电力拖动的基本方程式: e L p J d T T n dt ω-= （1-1） 根据基本运动方程式，控制电磁转矩e T 就能控制d dt ω 。因此，归根结底，控制调速系统的动态性能就是控制转矩的能力。 图1.1异步电动机稳态等效电路和感应电动势 电磁转矩关系式：
实验八三相鼠笼式异步电动机正反转控制 一、实验目的 1、通过对三相鼠笼式异步电动机正反转控制线路的安装接线，掌握由电气原理图接成实际操作电路的方法。 2、加深对电气控制系统各种保护、自锁、互锁等环节的理解。 3、学会分析、排除继电--接触控制线路故障的方法。 二、原理说明 在鼠笼机正反转控制线路中，通过相序的更换来改变电动机的旋转方向。本实验给出两种不同的正、反转控制线路如图37-1及37-2，具有如下特点： 1、电气互锁 为了避免接触器KM1（正转）、KM2（反转）同时得电吸合造成三相电源短路，在KM1（KM2）线圈支路中串接有KM1（KM2）动断触头，它们保证了线路工作时KM1、KM2不会同时得电（如图37-1），以达到电气互锁目的。 2、电气和机械双重互锁 除电气互锁外，可再采用复合按钮SB1与SB2组成的机械互锁环节（如图37-2），以求线路工作更加可靠。 3、线路具有短路、过载、失、欠压保护等功能。 三、实验设备 四、实验内容 认识各电器的结构、图形符号、接线方法；抄录电动机及各电器铭牌数据；并用万用电表Ω档检查各电器线圈、触头是否完好。 鼠笼机接成Δ接法；实验线路电源端接三相自耦调压器输出端U、V、W，供电线电压为220V。
-220V 图 37-1 1、接触器联锁的正反转控制线路 按图37-1接线，经指导教师检查后，方可进行通电操作。 (1) 开启控制屏电源总开关，按启动按钮，调节调压器输出，使输出线电压为220V。 (2) 按正向起动按钮SB1，观察并记录电动机的转向和接触器的运行情况。 (3) 按反向起动按钮SB2，观察并记录电动机和接触器的运行情况。 (4) 按停止按钮SB3，观察并记录电动机的转向和接触器的运行情况。 (5) 再按SB2，观察并记录电动机的转向和接触器的运行情况。 (6) 实验完毕，按控制屏停止按钮，切断三相交流电源。 2、接触器和按钮双重联锁的正反转控制线路 按图37-2接线，经指导教师检查后，方可进行通电操作。 (1) 按控制屏启动按钮，接通220V三相交流电源。 (2) 按正向起动按钮SB1，电动机正向起动，观察电动机的转向及接触器的动作情况。按停止按钮SB3，使电动机停转。
计算机控制技术课程设计 报告 设计课题：直流电机转速闭环控制 （采用单片机教学实验系统） 班级： 报告人： 指导教师： 完成日期：2011年9月22日
重庆大学本科学生《计算机控制技术基础》课程设计任务书课程设计题目直流电机转速闭环控制（采用单片机教学实验系统） 学院自动化学院专业自动化专业年级 （1）已知参数和设计要求 1）用单片机产生PWM方波调制直流电机以一定速率旋转，人为给一个速度漂移，霍尔元件测出速度并根据PID算法跟踪校正速度漂移。 2）要求用LED或LCD时实显示电机速度。 3）要求在10秒内PID算法纠正速率漂移。 （2）实现方法 采用单片机教学实验系统实现（限≤4人选做） 学生应完成的工作： 1）硬件设计：要求完成控制系统框图；绘制完整的控制系统电原理图；说明各功能模块的具体功能和参数；结合实验室现有的单片机教学实验系统进行系统组成，对整个系统的工作原理进行全面分析，论述其结构特点、工作原理、优、缺点和使用场合。分析和论述系统采用的主要单元的工作原理和特性。 2）软件设计：要求合理分配系统资源，完成直流电机转速闭环控制的程序设计（如：系统初始化；主程序；A/D转换；D/A转换；标度变换；显示与键盘管理；控制算法处理；输出等）。 3）对设计控制系统进行系统联调。 4）编写课程设计报告：按统一论文格式、统一报告纸和报告的各要素【封面、任务书、目录、摘要、序言、主要内容（包括设计总体思路、设计步骤、原理分析和相关知识的引用等）、总结、各组员心得体会、参考书及附录（包括系统框图、程序流程图、电原理图和程序原代码）】进行编写，字数要求不少于4000字，要求设计报告论理正确，逻辑性强，文理通顺，层次分明，表达确切。 目前资料收集情况（含指定参考资料）： 《计算机硬件技术基础实验教程》黄勤等编著重庆大学出版社 《单片微型计算机机与接口技术》李群芳等编著电子工业出版社 《计算机控制技术》王建华等编著高等教育出版社 课程设计的工作计划： （1）2011年9月19日熟悉设计任务和要求。 （2）2011年9月20日确定设计方案。 （3）2011年9月21日硬件调试。 （4）2011年9月22日软件及系统调试。 （5）2011年9月23日设计答辩。 任务下达日期 2011年 9月 19 日完成日期 2011年 9 月 24日 指导教师（签名） 学生（签名） 说明：1、学院、专业、年级均填全称，如：光电工程学院、测控技术、2003。 2、本表除签名外均可采用计算机打印。本表不够，可另附页，但应在页脚添加页码。
三相异步电动机的控制 1．直接启动控制电路 直接启动即启动时把电动机直接接入电网，加上额定电压，一般来说， 电动机的容量不大于直接供电变压器容量的20％~30％时，都可以直接启 动。 1）．点动控制 合上开关QF ，三相电源被引入控 制电路，但电动机还不能起动。按下按钮SF ，接触器KM 线圈通电，衔铁吸合，常开主触点接通，电动机定子接入 三相电源起动运转。松开按钮SF ， 图5-13 点动控制 接触器KM 线圈断电，衔铁松开，常开主触点断开，电动机因断电而停转。 2).直接起动控制 （1）起动过程。按下起动按钮SF ，接触器KM 线圈通电，与SF 并联的KM 的辅助常开触点闭合，以保 证松开按钮SF 后KM 线圈持续通电，串联在电动机回路中的KM 的主触点持续闭合，电动机连续运转，从而实现连续运转控制。 （2）停止过程。按下停止按钮SS ，接触器KM 线圈断电，与SF 并联的KM 的辅助常开触点断开，以保 证松开按钮SS 后KM 线圈持续失电，串联在电动机回路中的KM 的主触点持续断开，电动机停转。 与SF 并联的KM 的辅助常开触点的这种作用称为自锁。 图示控制电路还可实现短路保护、过载保护和零压 保护。 图5-14直接起动控制 ? 起短路保护的是串接在主电路中的熔断器FU 。一旦电路发生短路故障，熔体立即熔断，电动机立即停转。 ? 起过载保护的是热继电器KH 。当过载时，热继电器的发热元件发热，将其常闭触点断开，使接触器KM 线圈断电，串联在电动机回路中的KM 的主触点断开，电动机停转。同时KM 辅助触点也断开，解除自锁。故障排除后若要重新起动，需按下KH 的复位按钮，使KH 的常闭触点复位（闭合）即可。 ? 起零压（或欠压）保护的是接触器KM 本身。当电源暂时断电或电压严重下降时，接触器KM 线圈的电磁吸力不足，衔铁自行释放，使主、辅触点自行复位，切断电源，电动机停转，同时解除自锁。
第 1 章前言 1.1 课题的研究意义 现代化的工业生产过程中，几乎无处不使用电力传动装置，尤其是在石油、化工、电力、冶金、轻工、核能等工业生产中对电动机的控制更是起着举足轻重的作用。因此调速系统成为当今电力拖动自动控制系统中应用最广泛的一种系统。随着生产工艺、产品质量要求不断提高和产量的增长，使得越来越多的生产机械要求能实现自动调速，而且，当今控制系统已进入了计算机时代，在许多领域已实现了智能化控制。对传统的过程工业而言，利用先进的自动化硬件及软件组成工业过程自动化调速系统，大大提高了生产过程的安全性、可靠性、稳定性。提高了产品产量和质量、提高了劳动生产率，企业的综合经济效益，同时，也大大促进了综合国力的增强。对可调速的传动系统，可分为直流调速和交流调速。 直流调速系统凭借优良的调速特性，调速平滑、范围宽、精度高、过载能力大、动态性能好、易于控制以及良好的起、制动性能等优点，能满足生产过程自动化系统中各种不同的特殊运行要求，所以在电气传动中获得了广泛应用。为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环控制系统（包括单闭环系统和多闭环系统）。对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速指标较高的则采用多闭环系统。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，转速单闭环使用较多。 本次设计是基于51 系列单片机对直流电动机单闭环调速系统进行设计，能实现对直流电动机转速控制的功能，实现控制目的同时还配有显示装置，能实时反映当下直流电机的转速值，以优化整个系统的完整性。 通过这次设计，可以使我对51 系列单片机的应用和直流电机闭环调节系统进行进一步的学习，增强知识的整合度使相关知识融汇贯通，为以后的工作奠定一定的知识基础。 1.2 直流电机调速的发展 由于直流电动机具有极好的运动性能和控制特性，尽管它不如交流电动机那样结构简单、价格便宜、制造方便、维护容易，但是长期以来，直流调速系统一直占据垄断地位。 当然，近年来，随着计算机技术、电力电子技术和控制技术的发展，交流调速系统发展 快，在许多场合正逐渐取代直流调速系统。但是就目前来看，直流调速系统仍然是自动调 速系统的主要形式。在我国许多工业部门，如轧钢、矿山采掘、海洋钻探、金属加工、纺织、造纸以及高层建筑等需要高性能可控电力拖动场合，仍然广泛采用直流调速系统。而且，直流调速系统在理论和实践上都比较成熟，从控制技术角度来看，它又是交流调速系
直流电机的转速电流双闭环控制
直流电机的转速电流双闭环控制 摘要：本设计主要采用模拟电路实现直流电机控制的整流电源，转速调PI调节器，电流PI调节器的设计。来实现对电机转速的控制，包括快速起动、恒速运行、堵转截止三大目标。该设计的主要电路均采用模拟电路实现，电流环的PI 调节器用于保证快速起动，即保证电机起动时以最大负载电流起动，也即实现以最大加速度实现。而转速调节器则用于在运行时实现转速恒定，保证带负载的能力。两个PI调节器都采用集成运放实现。其主要优点是克服传统意义上单环控制只能满足一方面的要求的缺陷。 关键词：电流环；转速环；PI调节器 The Rotate Speed and Current Double Closed Loop Feedback Control for DC Motor Abstract: The major tasks of this design is utilizing simulating circuits to produce the rectifiering power source ,current PI regulator and rotate speed PI regulator for the DC motor.The major object of this desigen is making the DC motor started rapidly,rotating stably.yields making the DC motor started rapidly with the largest load current.It is the same to starting rapidly with the largest accerelation.Simultaneous,The rotate speed PI regulator make the DC mortor retated stably to any the change of the load .Both of the PI regulators use the integrated amplifier operator to accomplish the task.The priority of this design are overcoming the defect of traditional single feedback loop.
运动控制系统 课程设计 题 目：基于单片机转差频率的交流调速系统 专业班级： 姓 名： 学 号： 指导教师：
目录 1引言 (3) 2设计方案 (4) 2.1调速系统总体方案设计 (4) 2.2转差频率控制转速的基本原理 (5) 3硬件设计 (6) 3.1硬件清单列表 (6) 3.2重要元件的功能 (7) 3.2.1单片机AT89C51 (7) 3.2.2译码器 (8) 3.2.3可编程计数/定时芯片8253 (8) 3.2.4大规模专用集成电路HEF4752 (9) 3.2.5可编程的并行I/O接口芯片8255 (10) 3.2.6 A/D转换器ADC0809 (11) 3.2.7通用可编程键盘8279 (11) 3.3系统主电路图 (12) 3.4 转差调节器的设计 (12) 3.5 PWM控制信号的产生及变换器的设计 (14) 3.6 光电隔离及驱动电路设计 (14) 3.7 电动机的转速测量电路的设计 (15) 3.8 电动机的电流、电压测量电路的设计 (16) 3.9 键盘显示电路的设计 (17) 3.10 故障检测及保护电路设计 (18) 3.11参数计算 (19) 3.11.1大功率开关管 (19) 3.11.2三相整流桥 (19) 3.11.3 LC滤波器 (20) 3.11.4 直流侧阻容吸收电路 (20) 3.11.5 大功率晶体管阻容吸收电路 (21) 4软件设计 (21) 4.1 程序框图及其介绍 (21) 4.1.1系统主程序 (21) 4.1.2 转速调节程序 (23) 4.2 部分子程序 (24) 4.2.1 0809的编程 (24) 4.2.2 8253编程 (24) 4.2.3 8255编程 (25) 心得体会 (26) 参考文献 (27)
计算机控制课程设计报告(直流电机转速闭 环控制) 计算机控制技术课程设计 设计课题：班级：报告人：指导教师：报告 直流电机转速闭环控制 倪晓 完成日期： 20XX 年 9 月 22 日 李景峰，董勇，范涛，刘翰林：直流电机转速闭环控制重庆大学本科学生《计算机控制技术基础》课程设计任务书 课程设计题目直流电机转速闭环控制学院自动化学院专业自动化专业年级 20XX 已知参数和设计要求 1）用单片机产生PWM方波调制直流电机以一定速率旋转，人为给一个速度漂移，霍尔元件测出速度并根据PID算法跟踪校正速度漂移。 2）要求用LED或LCD时实显示电机速度。 3）要求在10秒内PID算法纠正速率漂移。实现方法采用单片机教学实验系统实现学生应完成的工作： 1）硬件设计：要求完成控制系统框图；绘制完整的控制系统电原理图；说明各功能模块的具体功能和参数；结合实验室现有的单片机
教学实验系统进行系统组成，对整个系统的工作原理进行全面分析，论述其结构特点、工作原理、优、缺点和使用场合。分析和论述系统采用的主要单元的工作原理和特性。 2）软件设计：要求合理分配系统资源，完成直流电机转速闭环控制的程序设计。 3）对设计控制系统进行系统联调。 4）编写课程设计报告：按统一论文格式、统一报告纸和报告的各要素【封面、任务书、目录、摘要、序言、主要内容、总结、各组员心得体会、参考书及附录】进行编写，字数要求不少于4000字，要求设计报告论理正确，逻辑性强，文理通顺，层次分明，表达确切。目前资料收集情况：《计算机硬件技术基础实验教程》黄勤等编著重庆大学出版社《单片微型计算机机与接口技术》李群芳等编著电子工业出版社《计算机控制技术》王建华等编著高等教育出版社课程设计的工作计划： 20XX年9月19日熟悉设计任务和要求。20XX年9月20日确定设计方案。 20XX年9月21日硬件调试。 20XX年9月22日软件及系统调试。 20XX年9月23日设计答辩。任务下达日期 20XX年 9月 19 日指导教师完成日期 20XX年 9 月 24日学生说明：1、学院、专业、年级均填全称，如：光电工程学院、测控技术、20XX。 2、本表除签名外均可采用计算机打印。本表不够，可另附页，但应在页脚添加页码。